摩托車TPMS系統(tǒng)簡介

TPMS(Tire Pressure Monitoring System)，即輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)，主要用于對輪胎氣壓和溫度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測，對輪胎漏氣、胎溫過高、胎壓過低或過高報(bào)警。更為先進(jìn)的TPMS還可自動(dòng)充氣，確保摩托車始終處于標(biāo)準(zhǔn)氣壓下安全行駛，是保障騎乘者生命安全的主動(dòng)安全系統(tǒng)。本文就TPMS的重要作用、組成及關(guān)鍵技術(shù)做一簡單介紹，供廣大讀者參考。

1 TPMS的重要作用

車輪既要承受車輛和騎乘者的質(zhì)量引起的高速交變壓縮變形；又要承受路面不平產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷與高頻振動(dòng)；轉(zhuǎn)向時(shí)輪胎的周向和側(cè)向還要承受扭曲變形。反復(fù)變形，必然產(chǎn)生大量的熱。由4~6層橡膠簾布層壓制而成的現(xiàn)代摩托車輪胎都是熱的不良導(dǎo)體，胎體內(nèi)部熱量難以散發(fā)，胎體內(nèi)部溫度短時(shí)間內(nèi)急劇上升，氣壓迅速升高，簾線應(yīng)力急劇增大，如受到障礙物的猛烈沖擊，輪胎必然斷層爆破，導(dǎo)致爆胎的原因大致有3方面：

a)氣壓不足，使輪胎徑向變形增大，接地面積增加，簾線伸張變形大，胎體溫度迅速升高，不僅導(dǎo)致滾動(dòng)阻力迅速加大費(fèi)油，而且易于導(dǎo)致胎肩異常磨損，使輪胎側(cè)壁彎曲折斷發(fā)生爆裂。如果充氣時(shí)，因氣門嘴有磨損或者存有灰塵導(dǎo)致輪胎慢速泄漏，使輪胎氣壓慢慢降低，也容易引發(fā)爆胎。

b)胎壓過高，使輪胎失去彈性，減振性能差，大幅度降低騎乘舒適性；而且只有胎面中間部分與路面接觸，抓地力隨之減小，極易導(dǎo)致胎冠異常磨損而爆裂。而且，還可使輪胎潛伏的缺陷在天氣炎熱的夏天或長時(shí)間行駛時(shí)暴露出來，發(fā)生爆裂，這樣的情形較為多見。

c)輪胎自然漏氣。據(jù)報(bào)導(dǎo)，正常情況下，摩托車輪胎平均每月自然流失8kPa左右，雖然不算很多，但對大多數(shù)沒有檢查輪胎氣壓習(xí)慣的騎乘者而言，3個(gè)月后便損失了24kPa之多，相當(dāng)于絕大多數(shù)摩托車輪胎規(guī)定氣壓的10%左右，可見充氣輪胎氣壓的慢速漏氣，潛伏極大的爆胎危險(xiǎn)。

TPMS可以實(shí)時(shí)監(jiān)測輪胎壓力和溫度等指標(biāo)，對輪胎漏氣、胎溫過高、氣壓過低或過高報(bào)警，以便騎乘者及時(shí)采取有效防范措施，將各種爆胎事故消滅在潛伏期，確保摩托車在行駛過程中始終處于安全狀態(tài)。此外，TPMS還可延長輪胎的使用壽命和節(jié)省燃料。實(shí)驗(yàn)表明，車輪氣壓比正常值下降10%，將導(dǎo)致胎肩異常磨損，輪胎使用壽命縮短15%，油耗增加3%以上；如果輪胎氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)氣壓值30%，導(dǎo)致胎肩急劇磨損，輪胎使用壽命將大幅度縮短50%，油耗將大幅度上升10%。反之，如果輪胎氣壓過高，不僅抓地力下降，而且將導(dǎo)致胎冠異常磨損，輪胎壽命將減少，油耗也會(huì)隨之上升。油耗上升不僅增加使用費(fèi)用，而且增大廢氣排放量，對環(huán)境的污染加大。

2 TPMS的組成及工作原理

目前，摩托車用TPMS主要分為：主動(dòng)直接式（Active TPMS）和被動(dòng)直接式（Passive TPMS）2種類型。主要區(qū)別是主動(dòng)式TPMS中的輪胎發(fā)射模塊需要電池提供能量，而被動(dòng)式無需電池。

2．1 主動(dòng)直接式TPMS的組成

主動(dòng)直接式TPMS主要由安裝在輪胎內(nèi)的壓力傳感器、溫度傳感器、信號(hào)處理單元、RF發(fā)射器組成的TPMS發(fā)射模塊，以及安裝在儀表盤附近的RF接收器、數(shù)字信號(hào)處理單元、液晶顯示器（LCD）組成的TPMS接收模塊2大部分組成。

2．1．1 TPMS發(fā)射模塊

其主要由4部分組成：具有壓力、溫度、加速度電壓檢測和后處理芯片組合的智能傳感器；由4-8位單片機(jī)組成的數(shù)字式微處理器；高性能、長壽命的鋰電池；發(fā)射天線。

整個(gè)發(fā)射模塊通過封裝處理后固定在高強(qiáng)度ABS塑料外殼內(nèi)，不僅防水、防潮、防振；而且體積小（外形尺寸為：83mm×29mm×25mm）、質(zhì)量小(40g)，使用溫度范圍廣（滿足-40℃~125℃的汽車級(jí)使用溫度范圍），工作濕度100%，發(fā)射頻率為433.92MHz，電池使用壽命為7年。封裝好的發(fā)射模塊通過外殼可以非常方便地安裝至無內(nèi)胎輪胎的輪輞上，從外表上看整個(gè)車輪與普通輪胎完全一樣，所不同的是裝有發(fā)射模塊的車輪必須重新做平衡試驗(yàn)（包括動(dòng)平衡和靜平衡），以確保摩托車的行駛平順性。除此之外，這種發(fā)射模塊目前還暫時(shí)無法安裝到普通型有內(nèi)胎輪胎中。

a)智能傳感器

智能傳感器是一個(gè)集成了半導(dǎo)體壓力傳感器、半導(dǎo)體溫度傳感器、數(shù)字信號(hào)處理單元和電源管理器的片上系統(tǒng)模塊。輪胎壓力與溫度密切相關(guān)，據(jù)專家試驗(yàn)分析：輪胎溫度每升高1℃，磨損增加2%，一般情況下，溫度不能超過80℃，當(dāng)溫度達(dá)95℃，輪胎情況就非常危險(xiǎn)，這就是智能傳感器通常都把溫度傳感器也包含進(jìn)來的道理。為了強(qiáng)化輪胎氣壓檢測功能，智能傳感器模塊內(nèi)還增加了加速度傳感器、電壓檢測、內(nèi)部時(shí)鐘、看門狗及其它功能的ASIC數(shù)字信號(hào)處理單元。這些功能芯片使得TPMS智能傳感器不僅能實(shí)時(shí)檢測摩托車行駛中的輪胎壓力和溫度的變化，而且還能實(shí)現(xiàn)摩托車一旦行駛，便立即啟動(dòng)、自動(dòng)喚醒、節(jié)省電能等功能。

例如，K-PRESSURE中的發(fā)射模塊智能傳感器是一個(gè)片上系統(tǒng)模塊，其內(nèi)部架構(gòu)包括整合了硅顯微機(jī)械加工的壓力傳感器、溫度傳感器、加速度計(jì)、電池電壓檢測、內(nèi)部時(shí)鐘，以及一個(gè)包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），取樣/保持（S/H）、SPI口、校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)管理、ID碼的數(shù)字信號(hào)處理單元，模塊具有掩膜可編程性，即可以利用客戶專用軟件進(jìn)行配置。整個(gè)發(fā)射模塊智能傳感器采用集成電路工藝將壓力傳感器、加速度傳感器和數(shù)字微處理器3個(gè)分別獨(dú)立的裸芯片做在一個(gè)封裝里。在封裝的上方留有一個(gè)壓力/溫度導(dǎo)入孔，將輪胎的壓力直接輸入壓力傳感器的應(yīng)力薄膜上，周邊固定的圓形應(yīng)力薄膜由半導(dǎo)體應(yīng)變片組成高精密惠斯頓測量電橋，其測量精度能達(dá)0.01%~0.03%FS。與此同時(shí)，壓力/溫度導(dǎo)入孔，還將輪胎的溫度直接導(dǎo)入半導(dǎo)體溫度傳感器上，以達(dá)到同時(shí)檢測輪胎壓力和溫度參數(shù)的變化情況。

b)壓力/溫度信號(hào)的處理與發(fā)射

壓力/溫度信號(hào)經(jīng)智能傳感器模塊內(nèi)的電路處理，通過其SPI口傳輸給安裝在發(fā)射模塊內(nèi)的信號(hào)處理單元，綜合成數(shù)據(jù)流，進(jìn)入同一封裝內(nèi)的RF發(fā)射器。數(shù)據(jù)流經(jīng)放大器調(diào)制在指定頻率，交由天線發(fā)射。天線采用印制在印刷電路板上的環(huán)狀天線，RF發(fā)射頻率北美標(biāo)準(zhǔn)為315MHz，歐洲標(biāo)準(zhǔn)為433.92MHz，韓國為448MHz，意大利倍耐力的發(fā)射頻率為433.92MHz。發(fā)射功率要求在9.5mA時(shí)能輸出7~10dBm。