摩托車(chē)TPMS系統(tǒng)簡(jiǎn)介
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c)鋰亞電池節(jié)電功能的實(shí)現(xiàn)
由于帶有鋰亞電池的TPMS發(fā)射模塊直接安裝于輪胎之內(nèi)，一旦安裝好后，一般情況下電池均不可能更換，因此，必須保證電池與輪胎具有相同的使用壽命，至少能連續(xù)工作5~7年，故低功耗及省電是非常重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
為了達(dá)到省電與延長(zhǎng)電池壽命的目的，設(shè)計(jì)師們采取了技術(shù)措施讓系統(tǒng)在大多數(shù)時(shí)間進(jìn)入休眠模式，當(dāng)摩托車(chē)行駛或需要激活系統(tǒng)時(shí)，喚醒TPMS系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)。目前，采用喚醒功能的主要技術(shù)措施有2種：一種是利用軟件設(shè)定定時(shí)檢測(cè)。在發(fā)射模塊上安置開(kāi)始工作（Wake-up）芯片，由接收器發(fā)出開(kāi)始工作訊號(hào)；另一種是在智能傳感器模塊中增加慣性傳感器（Inertial sensor），利用輪胎運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)自檢，并可依照行駛速度自動(dòng)調(diào)整檢測(cè)周期。
2．1．2 TPMS接收模塊
TPMS接收模塊結(jié)構(gòu)主要由RF接收器、信號(hào)微處理器、LCD顯示器3部分組成。RF接收天線接收IC無(wú)線調(diào)制信號(hào)后，經(jīng)RF模擬前端的LAN放大、LPF濾波、ASK/FSK解調(diào)，取出的數(shù)據(jù)流交安裝在同一個(gè)盒子里的信號(hào)微處理器，經(jīng)軟件處理后還原出前后車(chē)輪的胎壓、溫度等數(shù)據(jù)供LCD液晶顯示器顯示，并智能辨別系統(tǒng)是否安全，以及提供聲光報(bào)警等。
2．1．3 主動(dòng)直接式TPMS的優(yōu)缺點(diǎn)
主動(dòng)式技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，技術(shù)已經(jīng)成熟，開(kāi)發(fā)出來(lái)的模塊可適用于各廠牌的輪胎，但主動(dòng)式TPMS發(fā)射器模塊需要電池提供動(dòng)力，因此不可避免帶來(lái)一些弊端。如電池壽命有限；當(dāng)氣溫嚴(yán)重降低時(shí)，電池容量受到影響而減少；這使得電池可靠性不夠穩(wěn)定。此外，電池的化學(xué)物質(zhì)也會(huì)導(dǎo)致環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)由于電池的存在很難降低發(fā)射模塊質(zhì)量，安裝了發(fā)射模塊的車(chē)輪必須重新配重，重新做平衡試驗(yàn)。
2．2 被動(dòng)直接式TPMS組成
被動(dòng)直接式TPMS與主動(dòng)直接式TPMS的組成結(jié)構(gòu)幾乎相同，所不同的是發(fā)射模塊內(nèi)無(wú)需電池，故此也叫無(wú)電池TPMS。它是用一個(gè)中央收發(fā)器（central transceiver）代替了一般主動(dòng)直接式TPMS中的RF發(fā)射器。這個(gè)收發(fā)器不但能接收信號(hào)，而且可以發(fā)射信號(hào)。其顯著特點(diǎn)是發(fā)射信號(hào)是依靠接收信號(hào)的能量來(lái)發(fā)射的。這就使得安裝在輪胎內(nèi)部的TPMS發(fā)射模塊發(fā)送數(shù)據(jù)不需要電池，從而解決了上述因電池所帶來(lái)的種種問(wèn)題。雖然此技術(shù)不用電池供電，但是它需要將轉(zhuǎn)發(fā)器（Transponder）整合至輪胎中，這牽涉到各輪胎制造商需建立共同的標(biāo)準(zhǔn)才有可能。因此，無(wú)電池TPMS短期內(nèi)還難以流行。
另一種被動(dòng)直接式TPMS是意大利倍耐力集團(tuán)和歐洲許多公司正在努力研制的最新技術(shù)，系統(tǒng)中采用了一種極為先進(jìn)的表面聲波(Surface Acoustic Wave，簡(jiǎn)稱SAW)組件。據(jù)報(bào)導(dǎo)，SAW是由英國(guó)物理學(xué)家瑞利在1885年發(fā)現(xiàn)的，即在彈性晶體表面能發(fā)出某種頻率的表面聲波，也稱為瑞利波（用發(fā)現(xiàn)者的名字命名）。
近年來(lái)，科學(xué)家們利用SAW研制出各種不同的SAW組件，可產(chǎn)生不同的頻率響應(yīng)，廣泛地運(yùn)用于各類通訊領(lǐng)域的振蕩器、諧振器及濾波器等電路中。SAW組件敏感度高，當(dāng)晶體受到擾動(dòng)影響時(shí)，產(chǎn)生的頻率漂移均在數(shù)百kHz，利用目前的檢測(cè)儀器，可精確檢測(cè)到1Hz的微小變化量，正是利用了SAW的這些特性，研究者們?cè)诿總€(gè)輪胎內(nèi)放置3個(gè)SAW組件，然后，以發(fā)射機(jī)發(fā)射RF信號(hào)給SAW。當(dāng)輪胎內(nèi)的壓力或者溫度變化時(shí)，于是SAW發(fā)射回來(lái)的高頻信號(hào)也相應(yīng)變化，天線接收到這些變化了的RF信號(hào)后，再送到DSP進(jìn)行處理，根據(jù)特定的算法就可以知道輪胎內(nèi)的壓力、溫度情況。由于SAW是無(wú)源器件，所以無(wú)需電池。
2．3 TPMS的工作原理
了解了TPMS的組成結(jié)構(gòu)后，其工作原理便顯得較簡(jiǎn)單。當(dāng)摩托車(chē)開(kāi)始行駛時(shí)，安裝在前后車(chē)輪內(nèi)的發(fā)射模塊，自動(dòng)喚醒。當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)自檢，確定無(wú)故障后，同時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)。發(fā)射模塊內(nèi)的智能傳感器按照預(yù)先設(shè)定的程序，自動(dòng)檢測(cè)輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)，傳送至數(shù)字式微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再送入RF發(fā)射器進(jìn)行無(wú)線調(diào)制，最后經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射到安裝在摩托車(chē)儀表盤(pán)附近的接收模塊上。接收模塊天線按照預(yù)先設(shè)定的程序同時(shí)接收前后車(chē)輪發(fā)射過(guò)來(lái)的IC無(wú)線調(diào)制信號(hào)，取出數(shù)據(jù)處理還原出前后車(chē)輪的胎壓、溫度值，直接顯示在LCD液晶顯示屏上，并智能辨別系統(tǒng)是否安全，以及提供聲光報(bào)警等。
3 TPMS的關(guān)鍵技術(shù)
TPMS涉及惡劣環(huán)境下工作的傳感器、無(wú)線通信、電池壽命、數(shù)據(jù)接收及顯示等多方面的高新技術(shù)，其中最為重要的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn)：
a)電池。對(duì)于主動(dòng)直接式TPMS而言，高性能長(zhǎng)壽命電池是極其關(guān)鍵的技術(shù)之一，電池一旦失效，整個(gè)TPMS系統(tǒng)便處于癱瘓狀態(tài)，而失去應(yīng)有的功能。
由于電池放置在輪胎內(nèi)部，在非常惡劣的環(huán)境下工作，通常處于-40℃~+125℃溫度范圍，而傳統(tǒng)的鋰電池在-40℃低溫時(shí)喪失電能，在+100℃高溫時(shí)會(huì)自動(dòng)放電，因此，首先必須解決電池的耐候性能，確保電池能在-40℃~+125℃溫度范圍內(nèi)正常工作。此外，電池一般情況下不可更換，因而既不能使用體積和重量過(guò)大的電池，又必須具有高可靠性和7~10年的長(zhǎng)使用壽命。
b)智能傳感器。包括壓力傳感器、溫度傳感器和數(shù)字式微型控制器在內(nèi)的智能傳感器是TPMS的核心，工作在劇烈振動(dòng)，環(huán)境溫差、壓力、濕度變化特別大和不便于即時(shí)檢修的條件下，不僅要求體積要小、質(zhì)量小，而且必須具備高可靠性、高穩(wěn)定性、高測(cè)量精度和低功耗。模塊的設(shè)計(jì)要按軍品要求選用元器件，按高檔電子產(chǎn)品要求制訂嚴(yán)格生產(chǎn)工藝規(guī)程，并100%驗(yàn)收。
c)RF發(fā)射器。目前TPMS的工作模式有ASK（振幅變換調(diào)制）和FSK（頻率變換調(diào)制）2種。據(jù)報(bào)導(dǎo)，目前的主要問(wèn)題集中在RF射頻上，由于輪胎對(duì)射頻的屏蔽作用，再加上輪胎的高速旋轉(zhuǎn)，TPMS產(chǎn)品RF的設(shè)計(jì)將面臨較大的技術(shù)挑戰(zhàn)。這是因?yàn)檫^(guò)去的RF產(chǎn)品設(shè)計(jì)基本都是處于平面的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，因而，不僅要解決RF旋轉(zhuǎn)發(fā)射的問(wèn)題，而且要提升發(fā)射功率，使發(fā)射功率盡可能大，這是確保TPMS高性能的關(guān)鍵之一。但發(fā)射功率又不能超過(guò)10dBm，否則要接受無(wú)線電管制。除此之外，抗干擾性能要好，外型尺寸要盡可能小。
d)天線。RF發(fā)射天線是提升發(fā)射功率的關(guān)鍵，RF接收天線是提高接受靈敏度的關(guān)鍵，標(biāo)稱靈敏度要達(dá)到-100dBm以上。天線技術(shù)涉及天線的幾何形狀、材料、介質(zhì)等諸多因素。
e)成本。努力降低成本，提高性能/價(jià)格比是用戶接受與否的關(guān)鍵。汽車(chē)用TPMS只占汽車(chē)總成本的很小一部分，如果按照現(xiàn)有汽車(chē)用TPMS的價(jià)格來(lái)制訂摩托車(chē)用TPMS的價(jià)格，顯然，摩托車(chē)用戶是無(wú)法接受的，摩托車(chē)TPMS技術(shù)將在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法發(fā)展起來(lái)的。(end) 加速度計(jì)相關(guān)文章:加速度計(jì)原理
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