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轮胎压力监测系统的发展趋势
xiao_xiao1 发表于 2009/10/13 11:27:05 697 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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长期以来，轮胎问题是造成和诱发交通事故的主要原因之一，尤其当汽车在高速公路上行驶时更是如此。美国汽车工程师协会的调查统计表明,美国每年有26万起交通事故是由于轮胎气压不足造成的，75%的轮胎故障是由于轮胎气压不足或渗漏引起的 。
轮胎气压过低，轮胎变形，下沉量增大，胎温因摩擦增加而急剧升高，导致轮胎变软强度下降。同时过热状态会加速子午胎钢丝与橡胶的老化、变形、甚至内部断裂,这些都可能造成爆胎意外。行驶时，由于轮胎变形，会造成胎肩磨损剧增，同时出现不规则的磨损。此外，由于与地面摩擦增加，使行驶阻力增加，造成燃料消耗增加。
轮胎气压不正常行驶导致油耗的增加必然引起废气排放的增加，对环境也是一种污染。科学统计表明，缺气行驶时，轮胎气压从正常值下降10%，轮胎寿命减少15%，如果气压低于正常值0.21Bar（约0.2公斤/平方厘米），油耗将增加1.5% 。
轮胎气压过高，将使轮胎伸张变形，胎体弹性降低，汽车在道路上行驶时所受到的动负荷也增大，如遇到冲击会产生内裂或爆破。高压令轮胎的接地面积减少，胎冠中部将会很快磨损，这样也会造成胎冠部的爆破。
综上所述，随时了解轮胎的压力和温度是很有意义的。
汽车轮胎压力监测系统（Tire Pressure Monitoring System，以下简称TPMS）是用于在汽车行驶时实时监测轮胎气压和温度，对轮胎漏气、低压、高压或高温等情况进行报警，以保障行车安全，是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。有了TPMS，缺气状况将不会发生，从而能够保护胎面，延长轮胎使用寿命，而且能够省油，减小污染，可谓一举多得。
2000年美国国会通过了TREAD法案。TREAD法案的要求之一是到2007年，所有在美国销售的汽车都必须安装轮胎压力监视系统。2000年11月1日美国总统克林顿签署批准了国会关于修改联邦运输法的提案，要求2003年后所有的新车都需把这种系统作为标准配置。2001年7月，美国运输部（US Department Transportation）和美国国家高速公路管理局（National Highway Traffic Safety Administration，简称NHTSA）联合对现有的两种TPMS进行评价，报告第一次将TPMS作为专用词汇。2002年NHTSA的又一联邦法案，规定美国汽车从2003～2006年，每年分别以10%，35%，65%，100%的比例装配TPMS系统。NHTSA最近提出新的安全标准，提议要求生产厂家所生产的TPMS设备能够在轮胎缺气超过25%的情况下，监测到信息并能警示驾驶者 。
一、TPMS的分类
目前，TPMS主要分为两种类型：一种是间接式TPMS（简称WSB TPMS），它通过汽车ABS的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。间接式TPMS的开发相对简单、便宜，已经装备了4轮ABS（每个轮胎装备1个轮速传感器）的汽车只需对软件进行升级即可，其缺点是无法判断是哪个轮胎发生故障，也无法对两个以上轮胎同时缺气的状况和速度超过100公里／小时的情况进行判断。另一种是直接式TPMS（PSB TPMS），直接式TPMS技术又分为主动式（Active）和被动式（Passive）两种。主动式TPMS是利用安装在每一个轮胎里的以电池为电源的传感器来直接测量轮胎的气压和温度，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上，监视器随时显示各轮胎气压、温度，当轮胎气压或温度不正常时，系统就会自动报警。被动式TPMS的发射模块不需要电池提供能量，因此，它也被称作无源TPMS。被动式TPMS是用一个中央收发器代替了主动式TPMS中的中央接收器，安装在轮胎中的转发器代替了主动式TPMS中的发射器 。
二、主动式TPMS
三、被动式TPMS
在主动式TPMS中，电池的寿命限制了传感器的工作寿命。为了保证TPMS的工作寿命能在5～10年，电池的容量需要有几百mAh，这必然带来电池的体积与重量的相对增加。此外，电池还受到工作温度的限制，在非常低的温度（-40℃）或非常高的温度（+130℃）下，传感器可能就不能正常工作，甚至被完全损坏。
发生器的研究就是为了解决电池带来的问题，这种发生器能把车轮的转动能量转换成电能。美国D.Snyder构想的发生器是在轮胎传感器模块中加入一个压电晶片，车轮的运动使压电晶片弯曲，从而产生电能。如图3所示。许多公司都在研究此类发生器。与RFID技术相类似，接收器发出电波，激励转发器电路工作，转发器便把信息反馈到接收器 。
德国IQ-Mobil GmbH公司研制的RDKS无源TPMS由控制总成、天线控制器和转发器组成。如图4所示。该系统采用2.4GHz ISM频段，并能自动地切换到80MHz自由带宽的频率上，以避免与已被占用的频率冲突，电波在传感器与天线之间的传输距离约为50cm～70cm。
安装在车轮拱罩上的天线发出载频为2.45GHz的信号到车轮里的传感器上。最初，频率信号经控制总成调制为5MHz～10MHz，传感器接收到信号，通过检波器二极管解调，调制波是用来激励石英晶振的。然后，控制总成关闭调制，载波以原始能量传播。石英晶振现在以自然频率振动，其频率受温度和压力传感器的影响，这些振动混合在载波信号中，然后被反