探討直接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)

中國的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）開發(fā)至今快八九年了。當前，除了美國已經(jīng)為乘用車制訂相關法規(guī)之外，歐盟和韓國第一階段TPMS強制使用法規(guī)分別將于2012年和2013年生效。汽車輪胎壓強保持在適當?shù)膲毫λ?，有利于提高車輛安全性、燃油經(jīng)濟性和排放環(huán)保性，可以降低二氧化碳排放，同時提升安全性。

根據(jù)統(tǒng)計，絕大多數(shù)輪胎故障都來自于緩慢而不易察覺的過程，例如慢性漏氣；高速公路很多交通事故源于輪胎的爆胎。監(jiān)測行駛中的汽車輪胎的胎壓，是保障行車安全的關鍵手段。TPMS直接安裝在輪胎內(nèi)，對輪胎內(nèi)部壓力變化進行實時監(jiān)測，具有壓強觀測直觀性和精確性，因此能夠迅速檢測到其他設備或肉眼難以發(fā)覺的隱患。直接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（Direct Tire Pressure Monitoring System，DTPMS）將及時向司機發(fā)出警告和提醒，以便司機及時采取應對措施，從而保證輪胎壓強處于正常水平，不但改善了安全性，同時避免滾轉(zhuǎn)阻力增長導致油耗意外升高，還延長了輪胎的使用壽命。

TPMS經(jīng)過幾代更新，MEMS傳感器和專用的信號處理ASIC芯片都不斷發(fā)展。今年DTPMS直接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的誕生，使傳感器模塊架構(gòu)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發(fā)出了在輪胎胎紋面內(nèi)側(cè)粘貼使用傳感器模塊的胎壓監(jiān)測器DTPMS。

新一代DTPMS設計理念有了較大的改變，車胎內(nèi)的MEMS傳感器不再是直接測量胎內(nèi)壓力，而是改用MEMS加速度傳感器測量徑向加速度，將座標軸固定于車軸，傳感器在不接觸路面時會描繪出基本為正圓的軌跡，而在接觸路面時，由于胎紋變形，與路面緊貼，則會描繪基本為直線的軌跡。這時，正圓與直線的接合處會因傳感器“著地”、“離地”而產(chǎn)生加速度。隨著這一過程的推進，傳感器會出現(xiàn)峰值輸出。這樣便可根據(jù)峰值與峰值的時間間隔和轉(zhuǎn)速來計算做直線運動的長度，也就是接地長度。而通過接地長度可得知輪胎的變形程度，從而獲得胎內(nèi)氣壓值。與前一代安裝在氣門上的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系到監(jiān)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間間隔決定，只需檢測“峰值數(shù)值的出現(xiàn)”，即可知胎內(nèi)壓力的實時變化。

胎壓傳感器模塊結(jié)構(gòu)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(gòu)成部件有集成MEMS傳感器和信號處理電路的胎壓監(jiān)測器芯片、電池以及向本車駕駛臺傳輸計測結(jié)果的天線這三個部分，如圖1所示。由此使得內(nèi)置傳感器模塊的重量大大降低，先前安裝在輪胎氣門嘴上的已有傳感器模塊重量原為1個37g，而新一代DTPMS粘貼在輪胎上的模塊重量僅為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)時嵌入在車胎紋面內(nèi)側(cè)圓筒型容器內(nèi)。安裝在輪胎內(nèi)的實物照片如圖2所示，實際為不透明狀態(tài)，裝在樹脂殼內(nèi)。

實時顯示胎壓信號數(shù)據(jù)

DTPMS在每個輪胎中置入傳感器模塊，可在任意時刻、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(nèi)空氣壓強和溫度信息。安置在小汽車的四個輪胎內(nèi)的傳感器模塊將實時采集的輪胎內(nèi)的壓力、溫度信號經(jīng)數(shù)字化處理后編程通過RF天線的發(fā)射，無線匯集到駕駛臺上的DTPMS的車載接收器，然后將實測胎壓信號數(shù)據(jù)實時顯示在與車載GPS、DVD共用的LCD屏上，以數(shù)字顯示和聲光的式告知駕駛員。