胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求及最新技術(shù)進(jìn)展
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時(shí)間：2016-12-20
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基于TPMS所需的壓力傳感、微控制器（MCU）、射頻（RF）和接口技術(shù)，飛思卡爾半導(dǎo)體積極參與胎壓監(jiān)測(cè)已逾15年。2007年，飛思卡爾已不僅僅能繼續(xù)提供分離的組件，還將其技術(shù)整合到單一封裝解決方案中。最近，飛思卡爾的技術(shù)又取得了新的進(jìn)展，可以提供一個(gè)更新的單一封裝解決方案 ，利用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和MCU技術(shù)的進(jìn)步，擴(kuò)展該集成解決方案的性能。本文介紹了胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求和實(shí)施該系統(tǒng)的變化，以及系統(tǒng)級(jí)封裝解決方案的最新技術(shù)，還討論了在不久的將來(lái)可能出現(xiàn)的技術(shù)進(jìn)步。
足氣駕駛
胎壓合適不只是涉及使輪胎氣壓達(dá)到制造商推薦的范圍。有些情況還可能會(huì)給駕駛員帶來(lái)麻煩。
首先，制造商推薦的氣壓是一種“冷”氣壓。在車(chē)輛停駛一個(gè)多小時(shí)后測(cè)量胎壓，所測(cè)胎壓由輪胎的承載能力決定，而且在駕駛時(shí)胎壓會(huì)有所上升。當(dāng)輪胎因駕駛而變熱時(shí)，不應(yīng)該下調(diào)胎壓測(cè)量結(jié)果來(lái)估計(jì)冷胎壓，即使在駕駛時(shí)大多數(shù)輪胎胎壓每平方英寸通常都會(huì)增加大約3-5psi（20 kPa- 35 kPa）。
胎壓計(jì)通常測(cè)量外部環(huán)境壓力和輪胎內(nèi)部壓力之間的差異（稱(chēng)為表壓）。然而，胎壓受海拔高度變化的影響。例如，在高海拔地區(qū)（如亞利桑那州弗拉格斯塔夫）冷胎壓合適的汽車(chē)駕駛到較低海拔地區(qū)（如亞利桑那州鳳凰城）時(shí)， 將會(huì)氣壓不足，大約少3 psi (20 kPa)。同樣，在鳳凰城冷胎壓合適的輪胎駕駛到弗拉格斯塔夫時(shí)氣壓會(huì)過(guò)高，大約高3 psi（20 kPa）。
季節(jié)性的溫度變化也是影響胎壓是否合適的因素。即使不考慮輪胎因長(zhǎng)時(shí)間未工作而氣壓損失（參見(jiàn)《安全考慮因素》），在夏天（比如90°F度時(shí)，約32 ℃）設(shè)置冷氣壓，也將比在氣溫為0°F（約-18 ℃）的冬天早晨設(shè)置減少大約16%。
沒(méi)有TPMS，那些不檢查輪胎的駕駛員經(jīng)?；蛟谀承┣闆r下有可能使用氣壓不正常的輪胎，因而有駕駛危險(xiǎn)。
歷史回顧
據(jù)美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）估計(jì)，沒(méi)有TPMS時(shí)， 每年有2.3萬(wàn)起涉及輪胎漏氣或爆胎的交通事故，其中535人死亡。這兩個(gè)問(wèn)題可能都是胎壓不合適造成的。由于安全原因，美國(guó)政府頒布了《運(yùn)輸設(shè)備召回、改進(jìn)、責(zé)任認(rèn)定和文檔記錄法案》(TREAD)。作為T(mén)READ法案的一部分，聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車(chē)輛安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS 138）要求所有總重量等級(jí)達(dá)1萬(wàn)磅或小批量制造的汽車(chē)、卡車(chē)和公共汽車(chē)自2008年后都必須安裝TPMS。
世界其他地區(qū)也認(rèn)識(shí)到了胎壓不正常所帶來(lái)的安全問(wèn)題。在法國(guó)，Sécurité Routière估計(jì)交通死亡事故中有9%是由于胎壓不足引起的。德國(guó)DEKRA估計(jì)與輪胎相關(guān)的問(wèn)題占所有交通傷亡事故的比例大約為41%，并指出，沒(méi)有TPMS，道路上75%的車(chē)輛至少有一條輪胎虧氣達(dá)3 psi （20 kPa）或以上。
氣壓合適的輪胎除了可以提高安全性以外，還可以提高車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，許多地區(qū)都已要求或?qū)⒁蟀惭bTPMS。表1給出了不同地區(qū)的要求和實(shí)施時(shí)間。
表1. 各地區(qū)的TPMS法規(guī)要求 
實(shí)施TPMS的規(guī)定使胎壓成為汽車(chē)壓力測(cè)試（包括歧管絕對(duì)壓力（MAP）、大氣絕對(duì)壓力（BAP）、氣囊壓力、制動(dòng)壓力、HVAC壓力等）的一個(gè)重要部分。據(jù)IHS iSuppli估計(jì)（圖1），到 2015年2TPMS將占汽車(chē)傳感器整個(gè)壓力測(cè)量市場(chǎng)的25%以上。
圖1. TPMS與汽車(chē)壓力傳感器總增長(zhǎng) 
氣壓合適的輪胎可減少爆胎、縮短剎車(chē)距離，減少濕滑路面的打滑情況、提高車(chē)輛的整體可操控性。對(duì)于TPMS來(lái)說(shuō)，檢測(cè)的首要任務(wù)是預(yù)防爆胎。氣壓不足的輪胎發(fā)熱更快，不能承載其所規(guī)定的負(fù)荷。這會(huì)造成輪胎過(guò)度屈撓，導(dǎo)致胎面分離和爆胎。如果不計(jì)輪胎受到道路損壞的影響，則其每月自然漏氣為1 psi （6.9 kPa），85%的胎壓損耗是通過(guò)緩慢漏氣造成的。
氣壓不足加上高速和/或超載情況增加了輪胎爆胎的風(fēng)險(xiǎn)。這種災(zāi)難性事件可能使車(chē)輛突然沖向迎面而來(lái)的車(chē)輛或失去控制。即使駕駛員控制了車(chē)輛，還是需要緊急更換輪胎。在車(chē)道上更換輪胎通常使駕駛員處于車(chē)流急駛的危險(xiǎn)中，尤其在夜間或在天氣惡劣的情況下更加危險(xiǎn)。
在輪胎壓力超過(guò)額定最大值的極端情況才需要擔(dān)心氣壓過(guò)高。氣壓過(guò)高可能是輪胎充氣過(guò)多以及隨后因駕駛和陽(yáng)光照射而發(fā)熱等綜合因素造成的。由于這些情況比較罕見(jiàn)，因此大多數(shù)TPMS并不會(huì)對(duì)氣壓過(guò)高的情況發(fā)出告警。然而，有些系統(tǒng)還是會(huì)對(duì)氣壓過(guò)高的情況發(fā)出告警。
燃油經(jīng)濟(jì)性考慮因素
胎壓正常除了有利于安全外，肯定還有經(jīng)濟(jì)上的考量。歐洲標(biāo)準(zhǔn)考慮了正常胎壓所提供的燃油經(jīng)濟(jì)性。然而，輪胎磨損增加和氣壓不合適造成的輪胎非正常磨損也增加了駕駛員的擁有成本。
商業(yè)貨運(yùn)行業(yè)依賴(lài)高燃油經(jīng)濟(jì)性降低成本，證明胎壓正常具有經(jīng)濟(jì)效益。固特異輪胎與橡膠公司進(jìn)行的測(cè)試表明，15%的汽車(chē)和拖車(chē)輪胎氣壓不足，會(huì)造成輪胎比預(yù)期壽命縮短8%，燃料效率減少2.5%MPG。
由于重型牽引車(chē)/拖車(chē)可能有18條以上的輪胎，如果保持合適胎壓，每輛車(chē)在其幾十萬(wàn)英里的壽命期內(nèi)可以節(jié)省數(shù)千美元的燃油費(fèi)和輪胎維修成本。乘用車(chē)也能因胎壓正常而獲得這兩方面的收益。
直接式和間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
機(jī)動(dòng)車(chē)使用兩種胎壓監(jiān)測(cè)技術(shù) -- 直接監(jiān)測(cè)和間接監(jiān)測(cè)。間接式TPMS使用在防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）中的速度傳感器，比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別來(lái)確定氣壓不足的情況。因?yàn)楫?dāng)某輪胎的氣壓不足時(shí)，其半徑將稍小于氣壓正常的輪胎，因此在汽車(chē)行駛時(shí)其轉(zhuǎn)速與氣壓正常的輪胎轉(zhuǎn)速不同。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到氣壓不足的情況時(shí)，會(huì)向駕駛員告警。
間接系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是，它無(wú)法檢測(cè)到由于空氣穿透橡膠造成所有輪胎均出現(xiàn)緩慢漏氣或側(cè)壁鋼圈邊緣或氣門(mén)出現(xiàn)微小漏氣的情況。如果所有輪胎漏氣速度基本相同，輪胎之間的轉(zhuǎn)速就不會(huì)有明顯的變化。因此，間接系統(tǒng)對(duì)于 “監(jiān)測(cè)”胎壓就沒(méi)有用。但是，對(duì)于穿孔和爆胎等意想不到的漏氣，它的監(jiān)測(cè)效果還是相當(dāng)好的。
除了要求車(chē)輛處于行駛狀態(tài)外，間接系統(tǒng)一般無(wú)法提供直接系統(tǒng)那樣的結(jié)果。而且，如果更換、調(diào)換輪胎或給輪胎重新充壓，用戶(hù)必須每次重置系統(tǒng)。
與間接系統(tǒng)相反，直接式TPMS采用安裝在氣嘴或輪輞上或輪胎內(nèi)的壓力傳感器，為每個(gè)輪胎提供獨(dú)立的、頻繁的氣壓測(cè)量。這些測(cè)量數(shù)據(jù)被傳輸?shù)狡?chē)儀表盤(pán)，以通知駕駛員。
評(píng)論