1、課件8-輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TPMS （修訂稿）目錄：一、概述二、發(fā)展歷程三、功能作用四、工作原理五、技術(shù)參數(shù)六、設(shè)置裝置七、市場(chǎng)現(xiàn)狀一、概述輪胎運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TPMS為（tire pressure monitoring system）的縮寫，中文意思為“輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，俗稱“胎壓監(jiān)測(cè)”；后來(lái)較完善的系統(tǒng)，不僅能測(cè)輪胎氣壓，也能測(cè)溫度等多項(xiàng)參數(shù)；所以較準(zhǔn)確名稱為輪胎運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為直接式和間接式兩種。直接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為一無(wú)線智能檢測(cè)，監(jiān)視系統(tǒng)，主要由兩部分硬件組成，即安裝于輪胎內(nèi)的傳感器及發(fā)射部分（傳感器和發(fā)射部分二合一，集成為一個(gè)完整的模塊單元）和安裝于儀表臺(tái)內(nèi)的接收

2、器及顯示器（通常是接收器和顯示器二合一，集成為一個(gè)完整的模塊單元）。傳感器多為電橋式電子感應(yīng)裝置，精確地實(shí)時(shí)檢測(cè)，測(cè)量每個(gè)輪胎內(nèi)的氣壓與溫度值等，發(fā)射器將所檢測(cè)到的氣壓，溫度的數(shù)據(jù)以無(wú)線(射頻RF)的方式發(fā)射給接收器，顯示器將所接收到的信息顯示出來(lái)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)便對(duì)輪胎氣壓，溫度的狀況做到了實(shí)時(shí)全程的監(jiān)測(cè)，當(dāng)任何一個(gè)輪胎的氣壓，溫度等參數(shù)出現(xiàn)異常狀況時(shí)，輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)即刻向駕駛者以聲、光形式報(bào)警提醒。間接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不是直接通過(guò)輪胎內(nèi)的壓力溫度傳感器獲得信息，而是利用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）中的車輪轉(zhuǎn)速傳感器和一個(gè)分析軟件間接地將車輪轉(zhuǎn)速的變化換算成輪胎氣壓的變化，其本身的硬件成本

3、基本為零，主體部分就是一個(gè)分析軟件。其工作原理是這樣的，當(dāng)某個(gè)輪胎氣壓不足時(shí)，輪胎的直徑就相對(duì)變小，其轉(zhuǎn)速相對(duì)于對(duì)角線上的另外一個(gè)輪胎的轉(zhuǎn)速就變大，這樣就可以將輪胎轉(zhuǎn)速的變化間接換算為氣壓的變化，可以發(fā)現(xiàn)是否存在有氣壓不足的情況。間接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)是，成本低，只需加裝一個(gè)分析軟件即可，但相對(duì)誤差較大。二、發(fā)展歷程輪胎是保障客車正常運(yùn)行的最重要性能因素之一，有的駕駛員朋友往往還是忽略了輪胎中的問(wèn)題，適當(dāng)充氣的輪胎不僅可增強(qiáng)安全性和性能，還能節(jié)省燃料并延長(zhǎng)輪胎壽命。根據(jù)固特異（Goodyear）公司的數(shù)據(jù)，未充飽狀態(tài)下每下降3個(gè)PSI將使燃料增加1。但統(tǒng)計(jì)顯示，有超過(guò)20的輪胎仍處于未充飽狀

4、態(tài)。這不僅僅地降低了輪胎壽命，還增加了燃料消耗。更重要的是，這代表著許多的駕駛朋友正處于不安全的駕駛環(huán)境底下，安全堪憂。2002年由于凡世通（Firestone）出現(xiàn)品質(zhì)問(wèn)題，導(dǎo)致超過(guò)100人死亡和400人受傷的慘劇。此事引起各界注意，凡世通（Firestone）并于同年八月回收近650萬(wàn)只輪胎。保持胎壓于安全標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)及實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)胎壓不足是防止爆胎的關(guān)鍵，所以輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，毫無(wú)疑問(wèn)是最理想的行車安全方案與工具。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，爆胎引發(fā)的交通事故占總數(shù)70左右。在時(shí)速160以上時(shí)發(fā)生爆胎，死亡率幾乎是100。目前許多國(guó)家的保險(xiǎn)公司對(duì)爆胎事故的態(tài)度是不做理賠。根據(jù)中國(guó)公安交管部門交通事故數(shù)據(jù)顯示，200

5、5年1至11月交通事故389670起中，80989人死亡，因爆胎引發(fā)的事故就占了將近20。而在高速公路46的交通事故是由于輪胎發(fā)生故障引起的，爆胎就占了70。目前估計(jì)將近91的汽車胎壓不符合標(biāo)準(zhǔn)。在不符標(biāo)準(zhǔn)的情況下緊急煞車，車輛方向會(huì)偏，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)爆胎。美國(guó)已制訂法規(guī)要求自2003年下半年起，所有新組裝的汽車都必須裝備TPMS。這主要是因?yàn)?000年夏天發(fā)生的一系列交通事故的起因都是由于未充飽的輪胎在行駛中從車體分離而導(dǎo)致相撞。新頒布的法令要求使用更先進(jìn)的直接輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即對(duì)每個(gè)輪胎中都進(jìn)行壓力監(jiān)控。直接輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅有助于預(yù)防交通事故，而且每年節(jié)約的燃料消耗和汽車維護(hù)費(fèi)用可達(dá)1

6、7億美元，因?yàn)槲闯滹栞喬⒖s短輪胎的壽命并增加燃料消耗。目前已有許多歐洲的車廠將TPMS配裝于自己的車型，國(guó)內(nèi)客車應(yīng)用輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的趨勢(shì)也在逐步普及。三、功能作用 直接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Pressure-Sensor Based TPMS，簡(jiǎn)稱PSB）直接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)又稱為PSB，是利用安裝在輪胎上的傳感器，來(lái)測(cè)量輪胎的氣壓、溫度，利用無(wú)線發(fā)射器將壓力、溫度信息從輪胎發(fā)送到中央接收器模塊上的接受部分，然后對(duì)輪胎氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。當(dāng)輪胎氣壓低或漏氣時(shí)，溫度過(guò)高時(shí)，該系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警。因此直接式的輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于主動(dòng)型客車安全監(jiān)測(cè)配置裝置。間接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Wheel-Spee

7、d Based TPMS，簡(jiǎn)稱WSB）間接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)又稱為WSB，需要通過(guò)客車的ABS系統(tǒng)的輪速傳感器來(lái)比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別，以達(dá)到監(jiān)測(cè)胎壓的目的。ABS通過(guò)輪速傳感器來(lái)確定車輪是否抱死，從而決定是否啟動(dòng)防抱死系統(tǒng)。當(dāng)輪胎壓力降低時(shí)，車輛的重量會(huì)使輪胎直徑變小，車速就會(huì)產(chǎn)生變化。車速變化就會(huì)觸發(fā)WSB的報(bào)警系統(tǒng)，從而提醒車主注意輪胎胎壓不足。因此間接式的輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于被動(dòng)型客車安全監(jiān)測(cè)配置裝置。當(dāng)車輛靜止時(shí)，傳感器內(nèi)部加速計(jì)未啟動(dòng)，從而使傳感器進(jìn)入休眠狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，傳感器每30 s采樣輪胎氣壓1次。如果輪胎氣壓不變，則不進(jìn)行發(fā)射。隨著車速增加至高于20 km/h，離心力

8、啟動(dòng)傳感器內(nèi)部加速計(jì),從而使傳感器進(jìn)入滾動(dòng)工作模式。遙控接收單元接收并轉(zhuǎn)換每個(gè)傳感器無(wú)線電頻率變速器內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并通過(guò)數(shù)據(jù)通信鏈路將傳感器識(shí)別碼、輪胎氣壓和溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至車身控制單元。車身控制單元有輪胎氣壓監(jiān)測(cè)功能，如果檢測(cè)出輪胎氣壓、溫度不正常，會(huì)設(shè)置故障碼，并通過(guò)串行通信數(shù)據(jù)鏈路請(qǐng)求相應(yīng)的輪胎氣壓監(jiān)測(cè)指示燈，同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)信息至駕駛員信息中心和儀表板組合儀表，顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息和聲光報(bào)警。執(zhí)行輪胎氣壓監(jiān)測(cè)讀入模式功能，在每次輪胎換位、車身控制單元更換或傳感器更換后，都必須執(zhí)行傳感器讀入程序。一旦啟用讀入模式，每個(gè)傳感器的唯一識(shí)別碼將會(huì)被存入車身控制單元存儲(chǔ)器中；在平時(shí)正常使用狀態(tài)下，不會(huì)誤

9、讀和串讀。四、工作原理輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由兩部分硬件組成，即安裝于輪胎內(nèi)的傳感器檢測(cè)單元和發(fā)射模塊，及安裝于儀表臺(tái)內(nèi)的接收器及顯示器的模塊單元，分別介紹如下：1、發(fā)射模塊檢測(cè)單元現(xiàn)行的方案多為芯片整合模塊，同步整合氣壓和溫度檢測(cè)，以及電源管理。且為強(qiáng)化功能，也可增加慣性感應(yīng)器（Inertialsensor）、電壓檢測(cè)、內(nèi)部clock等，可實(shí)現(xiàn)客車激活實(shí)時(shí)開機(jī)、自動(dòng)喚醒、確保低功耗。此外為了便于識(shí)別每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)射器，每個(gè)感測(cè)單元都會(huì)有一組6至8bit獨(dú)特的ID碼。此類感測(cè)芯片整合模塊大都基于MEMS技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)發(fā)展，目前車廠主要常用下列三個(gè)類型為主：電容式：FreescaleMPXY8020、M

10、PXY8040壓阻式：GENovaSensor NPX1/NPXC01746，Infineon SensoNorSP12/30壓阻式傳感器是采用高精密半導(dǎo)體電阻組成惠斯頓電橋作為變換測(cè)量電路，其測(cè)量精密度0.01-0.03FS。發(fā)射模塊是安裝于輪胎之內(nèi)，基于不可能經(jīng)常更換輪胎的考量下，必須保證在一節(jié)鋰電池下工作至少3-5年，故低功耗及省電是非常重要的考量，讓系統(tǒng)于大多數(shù)時(shí)間進(jìn)入休眠模式，才能達(dá)到省電與延長(zhǎng)電池壽命的目的?？蛙嚰せ詈瓦M(jìn)入高速行駛時(shí)，喚醒輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法一般有二種：（1）利用軟件設(shè)定定時(shí)檢測(cè)。在發(fā)射模塊上要安置Wake-up芯片，由接收器發(fā)出Wake-up訊號(hào)。（2）在傳感器

11、模塊中增加慣性傳感器（Inertialsensor），利用對(duì)物體移動(dòng)的感應(yīng)性，自動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)自檢，行駛時(shí)可依照行駛速度自動(dòng)調(diào)整檢測(cè)周期。輪胎氣壓與溫度也是密切相關(guān)，這也是為什么一般檢測(cè)傳感器單元會(huì)把溫度檢測(cè)也包含進(jìn)來(lái)。就數(shù)據(jù)分析結(jié)果，每升高1，輪胎磨損就增加2，一般溫度不能超過(guò)80，當(dāng)溫度達(dá)95，輪胎情況就非常危險(xiǎn)。2、發(fā)射模塊訊號(hào)處理與RF模塊壓力及溫度的訊號(hào)經(jīng)傳感器檢測(cè)單元內(nèi)的ASIC電路處理，透過(guò)SPI傳輸給訊號(hào)處理單元（MCU），綜合成數(shù)據(jù)串行再送入RF模塊，按設(shè)定的UHF調(diào)變發(fā)射給安裝在儀表臺(tái)里的接收模塊。訊號(hào)處理單元（MCU）將已編碼的數(shù)據(jù)串行經(jīng)功率放大器調(diào)變?cè)赨HF指定的頻率，由天

12、線端發(fā)射出去。以TPMS安裝在輪胎里的工作狀況，天線采用印制在PCB板上的環(huán)狀天線，發(fā)射功率要求功率放大器在9.5mA時(shí)能輸出8-10dBm。為縮小發(fā)射模塊的體積，也有組件供貨商推出整合訊號(hào)處理與發(fā)射的SoC，如Freescale MC68HC908RF2和ATMELATAR862。至于RF的發(fā)射頻率，一般常見的標(biāo)準(zhǔn)如下： 3、接收模塊接收單元與訊號(hào)處理常見的做法是將RF接收單元和訊號(hào)處理MCU安裝在客車儀表內(nèi)，有些廠商也將帶有鍵盤的LCD顯示器安裝在儀表臺(tái)上，能實(shí)時(shí)顯示每個(gè)輪胎的氣壓、溫度和每一個(gè)輪胎的ID識(shí)別碼，以及警報(bào)。接收模塊不像發(fā)射模塊安裝于較為嚴(yán)苛的工作環(huán)境，故其設(shè)計(jì)較為容易。較須

13、注意MCU至少需要有8KFlash和32I/Oport，才能適應(yīng)系統(tǒng)的需要。實(shí)際需求還是得依照當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)而定。五、技術(shù)參數(shù)GB 26149-2010 基于胎壓監(jiān)測(cè)模塊的汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)六、設(shè)置裝置輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由多個(gè)輪胎氣壓監(jiān)測(cè)傳感器模塊（410只），與接收和顯示單元等電路組成。直接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在功能及性能上均優(yōu)于間接式。所以接下來(lái)介紹的重點(diǎn)將著重于直接式。其結(jié)構(gòu)可分為兩大部分，各有不同：1發(fā)射模塊：（1）檢測(cè)單元（2）訊號(hào)處理（3）RF模塊2接收模塊：（1）接收單元（2）訊號(hào)處理（3）顯示由于發(fā)射模塊工作在劇烈振動(dòng)、溫差變化大和不便隨時(shí)檢修的環(huán)境下，所挑選的組件必須具備高標(biāo)準(zhǔn)

14、的可靠度和穩(wěn)定性，能工作在車輛規(guī)范的-40到+125溫度范圍內(nèi)。且為了縮小發(fā)射模塊的體積、節(jié)省功耗和增強(qiáng)功能，建議盡可能選用整合型直接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是將帶有傳感器的氣門嘴直接替換原車的氣門嘴，或直接固定在氣門嘴外端；采用傳感器內(nèi)的感應(yīng)芯片感知輪胎在靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的胎壓和溫度細(xì)微變化，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成無(wú)線射頻信號(hào)發(fā)射，接收顯示模塊顯示車輛輪胎的氣壓和溫度。該裝置安裝方式有一種是安裝在輪骰上，通過(guò)內(nèi)置的傳感器感應(yīng)輪胎內(nèi)的氣壓，將氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)無(wú)線發(fā)射裝置將信號(hào)發(fā)射到接收器上，在顯示器上顯示各種數(shù)據(jù)變化及聲光報(bào)警。現(xiàn)在的都是直接式的輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，間接式基本已經(jīng)淘汰，只有少部分進(jìn)

15、口老車型是加裝的間接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。七、市場(chǎng)現(xiàn)狀 介紹一下市場(chǎng)現(xiàn)狀，及內(nèi)部所用芯片模塊的功能性能，使用情況等，為了大家在接下來(lái)選用該類產(chǎn)品時(shí)清晰明了。1、市場(chǎng)上既有的輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TPMS介紹提供TPMS配套的方案很多，芯片廠商包括Freescale飛思卡爾、英飛凌（SensoNor）、GE（NovaSensor）、Atmel、Maxim、東芝、飛利埔、Omron、Melxis、RFMonilithic等公司。飛思卡爾和英飛凌目前具有從胎壓傳感器、RF發(fā)射及接收器、到MCU的完整產(chǎn)品線，其它半導(dǎo)體公司主要提供從胎壓傳感器、RF、到MCU的若干配套方案。市場(chǎng)上TPMS方案能見度較高的主要由

16、三家芯片供貨商主導(dǎo)：Freescale，Infineon，GE。下面對(duì)其做詳細(xì)介紹：2、主要廠商Freescale飛思卡爾發(fā)射模塊由胎壓傳感器MPXY80 xx及內(nèi)含射頻發(fā)射的微控制器MC68HC908RF2組成，MPXY80 xx工作在2.1-3.6V，具有低功耗的效能以延長(zhǎng)電池壽命。并整合MCUwake-uptimer與自身的低頻震蕩器。此外，其輸出為8bit數(shù)字輸出，并已經(jīng)與MC68HC908RF2完成接口最佳化。接收模塊主要由射頻接收芯片MC33594及微控制器MC68HC908GT8及相關(guān)的外圍線路組成。接收靈敏度為90dBm，因?yàn)橛嵦?hào)發(fā)射時(shí)間很短，加上每個(gè)發(fā)射單元都有其獨(dú)特ID，就

17、由此可減少汽車EMI的干擾影響。Infineon英飛凌（SensoNor）TPMS系統(tǒng)工作在315MHZ頻率FSK模式下。亦可與其現(xiàn)行遙控車門開關(guān)（RemoteKeylessEntry，RKE）方案整合，由于RKE已廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代汽車市場(chǎng)，因此TPMSRF可與RKE系統(tǒng)共享資源將可節(jié)省系統(tǒng)成本。Infineon英飛凌推出三系列胎壓傳感器：SP12，SP12T，SP30。傳感器上整合了壓力，溫度，慣性傳感器，以及一個(gè)電源控制監(jiān)測(cè)器。SP12的壓力范圍從100到450Kpa；SP12T從50到1400Kpa適用于大型車輛。SP30整合了RISCMCU，可減少發(fā)射模塊所使用的組件，且耗電流僅0.4u

18、A。進(jìn)一步達(dá)到成本節(jié)省，提高穩(wěn)定度，降低功耗；目前出貨量已超過(guò)1，000萬(wàn)，可靠性被廣泛驗(yàn)證。Infineon英飛凌還將推出SP34、SP35、SP36和SP4x等產(chǎn)型號(hào)，其中SP35預(yù)計(jì)將在2006年年中量產(chǎn)。此外，英飛凌TPMS感應(yīng)器最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是有SPI接口，設(shè)計(jì)上將更有彈性。而且內(nèi)建慣性感應(yīng)器，可偵測(cè)車輪運(yùn)轉(zhuǎn)，多數(shù)時(shí)間車子處于靜止?fàn)顟B(tài)，藉由慣性感應(yīng)器的輔助，可大幅度節(jié)省電量。GE通用（NovaSensor）GE通用NovaSensor提供壓力傳感器給TPMS系統(tǒng)。迄今出貨量超過(guò)1000萬(wàn)片，統(tǒng)計(jì)其不良率僅為百萬(wàn)分之一（1ppm）。其出貨的客戶如Schrader，Smartire，TRW，Lear等均為一