探討直接式輪胎壓力監測系統

中國的輪胎壓力監測系統（TPMS）開(kāi)發(fā)至今快八九年了。當前，除了美國已經(jīng)為乘用車(chē)制訂相關(guān)法規之外，歐盟和韓國第一階段TPMS強制使用法規分別將于2012年和2013年生效。汽車(chē)輪胎壓強保持在適當的壓力水平，有利于提高車(chē)輛安全性、燃油經(jīng)濟性和排放環(huán)保性，可以降低二氧化碳排放，同時(shí)提升安全性。

根據統計，絕大多數輪胎故障都來(lái)自于緩慢而不易察覺(jué)的過(guò)程，例如慢性漏氣；高速公路很多交通事故源于輪胎的爆胎。監測行駛中的汽車(chē)輪胎的胎壓，是保障行車(chē)安全的關(guān)鍵手段。TPMS直接安裝在輪胎內，對輪胎內部壓力變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，具有壓強觀(guān)測直觀(guān)性和精確性，因此能夠迅速檢測到其他設備或肉眼難以發(fā)覺(jué)的隱患。直接式輪胎壓力監測系統（Direct Tire Pressure Monitoring System，DTPMS）將及時(shí)向司機發(fā)出警告和提醒，以便司機及時(shí)采取應對措施，從而保證輪胎壓強處于正常水平，不但改善了安全性，同時(shí)避免滾轉阻力增長(cháng)導致油耗意外升高，還延長(cháng)了輪胎的使用壽命。

TPMS經(jīng)過(guò)幾代更新，MEMS傳感器和專(zhuān)用的信號處理ASIC芯片都不斷發(fā)展。今年DTPMS直接式輪胎壓力監測系統的誕生，使傳感器模塊架構和胎壓測量的技術(shù)都有創(chuàng )新發(fā)展。德國大陸輪胎公司首先開(kāi)發(fā)出了在輪胎胎紋面內側粘貼使用傳感器模塊的胎壓監測器DTPMS。

新一代DTPMS設計理念有了較大的改變，車(chē)胎內的MEMS傳感器不再是直接測量胎內壓力，而是改用MEMS加速度傳感器測量徑向加速度，將座標軸固定于車(chē)軸，傳感器在不接觸路面時(shí)會(huì )描繪出基本為正圓的軌跡，而在接觸路面時(shí)，由于胎紋變形，與路面緊貼，則會(huì )描繪基本為直線(xiàn)的軌跡。這時(shí)，正圓與直線(xiàn)的接合處會(huì )因傳感器“著(zhù)地”、“離地”而產(chǎn)生加速度。隨著(zhù)這一過(guò)程的推進(jìn)，傳感器會(huì )出現峰值輸出。這樣便可根據峰值與峰值的時(shí)間間隔和轉速來(lái)計算做直線(xiàn)運動(dòng)的長(cháng)度，也就是接地長(cháng)度。而通過(guò)接地長(cháng)度可得知輪胎的變形程度，從而獲得胎內氣壓值。與前一代安裝在氣門(mén)上的TPMS模塊不同，它檢測的是壓力本身，因此傳感器的精度直接關(guān)系到監測器的精度，而新一代DT PMS的檢測方法不再對傳感器本身有高精度的要求。它的檢測精度由峰值的時(shí)間間隔決定，只需檢測“峰值數值的出現”，即可知胎內壓力的實(shí)時(shí)變化。

胎壓傳感器模塊結構的更新

新一代DTPMS將MEMS的加速度傳感器和溫度傳感器與信號處理電路集成在一塊芯片中。傳感器模塊的構成部件有集成MEMS傳感器和信號處理電路的胎壓監測器芯片、電池以及向本車(chē)駕駛臺傳輸計測結果的天線(xiàn)這三個(gè)部分，如圖1所示。由此使得內置傳感器模塊的重量大大降低，先前安裝在輪胎氣門(mén)嘴上的已有傳感器模塊重量原為1個(gè)37g，而新一代DTPMS粘貼在輪胎上的模塊重量?jì)H為11g。其電池壽命可達到與輪胎一樣的6年。

新一代DTPMS的安裝是將傳感器模塊在輪胎生產(chǎn)時(shí)嵌入在車(chē)胎紋面內側圓筒型容器內。安裝在輪胎內的實(shí)物照片如圖2所示，實(shí)際為不透明狀態(tài)，裝在樹(shù)脂殼內。

實(shí)時(shí)顯示胎壓信號數據

DTPMS在每個(gè)輪胎中置入傳感器模塊，可在任意時(shí)刻、任何路況和所有行駛速度條件下快速、直接而準確地收集輪胎內空氣壓強和溫度信息。安置在小汽車(chē)的四個(gè)輪胎內的傳感器模塊將實(shí)時(shí)采集的輪胎內的壓力、溫度信號經(jīng)數字化處理后編程通過(guò)RF天線(xiàn)的發(fā)射，無(wú)線(xiàn)匯集到駕駛臺上的DTPMS的車(chē)載接收器，然后將實(shí)測胎壓信號數據實(shí)時(shí)顯示在與車(chē)載GPS、DVD共用的LCD屏上，以數字顯示和聲光的式告知駕駛員。