摩托車TPMS系統(tǒng)簡介
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c)鋰亞電池節(jié)電功能的實現(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)計指標。
為了達到省電與延長電池壽命的目的，設(shè)計師們采取了技術(shù)措施讓系統(tǒng)在大多數(shù)時間進入休眠模式，當摩托車行駛或需要激活系統(tǒng)時，喚醒TPMS系統(tǒng)自動進入工作狀態(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)定定時檢測。在發(fā)射模塊上安置開始工作（Wake-up）芯片，由接收器發(fā)出開始工作訊號；另一種是在智能傳感器模塊中增加慣性傳感器（Inertial sensor），利用輪胎運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動慣量自動進入系統(tǒng)自檢，并可依照行駛速度自動調(diào)整檢測周期。
2．1．2 TPMS接收模塊
TPMS接收模塊結(jié)構(gòu)主要由RF接收器、信號微處理器、LCD顯示器3部分組成。RF接收天線接收IC無線調(diào)制信號后，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)流交安裝在同一個盒子里的信號微處理器，經(jīng)軟件處理后還原出前后車輪的胎壓、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，以及提供聲光報警等。
2．1．3 主動直接式TPMS的優(yōu)缺點
主動式技術(shù)的優(yōu)點是，技術(shù)已經(jīng)成熟，開發(fā)出來的模塊可適用于各廠牌的輪胎，但主動式TPMS發(fā)射器模塊需要電池提供動力，因此不可避免帶來一些弊端。如電池壽命有限；當氣溫嚴重降低時，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，電池的化學物質(zhì)也會導致環(huán)境問題，同時由于電池的存在很難降低發(fā)射模塊質(zhì)量，安裝了發(fā)射模塊的車輪必須重新配重，重新做平衡試驗。
2．2 被動直接式TPMS組成
被動直接式TPMS與主動直接式TPMS的組成結(jié)構(gòu)幾乎相同，所不同的是發(fā)射模塊內(nèi)無需電池，故此也叫無電池TPMS。它是用一個中央收發(fā)器（central transceiver）代替了一般主動直接式TPMS中的RF發(fā)射器。這個收發(fā)器不但能接收信號，而且可以發(fā)射信號。其顯著特點是發(fā)射信號是依靠接收信號的能量來發(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的種種問題。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準才有可能。因此，無電池TPMS短期內(nèi)還難以流行。
另一種被動直接式TPMS是意大利倍耐力集團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的表面聲波(Surface Acoustic Wave，簡稱SAW)組件。據(jù)報導，SAW是由英國物理學家瑞利在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，科學家們利用SAW研制出各種不同的SAW組件，可產(chǎn)生不同的頻率響應，廣泛地運用于各類通訊領(lǐng)域的振蕩器、諧振器及濾波器等電路中。SAW組件敏感度高，當晶體受到擾動影響時，產(chǎn)生的頻率漂移均在數(shù)百kHz，利用目前的檢測儀器，可精確檢測到1Hz的微小變化量，正是利用了SAW的這些特性，研究者們在每個輪胎內(nèi)放置3個SAW組件，然后，以發(fā)射機發(fā)射RF信號給SAW。當輪胎內(nèi)的壓力或者溫度變化時，于是SAW發(fā)射回來的高頻信號也相應變化，天線接收到這些變化了的RF信號后，再送到DSP進行處理，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是無源器件，所以無需電池。
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單。當摩托車開始行駛時，安裝在前后車輪內(nèi)的發(fā)射模塊，自動喚醒。當系統(tǒng)通過自檢，確定無故障后，同時進入工作狀態(tài)。發(fā)射模塊內(nèi)的智能傳感器按照預先設(shè)定的程序，自動檢測輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)，傳送至數(shù)字式微處理器進行數(shù)據(jù)處理，再送入RF發(fā)射器進行無線調(diào)制，最后經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射到安裝在摩托車儀表盤附近的接收模塊上。接收模塊天線按照預先設(shè)定的程序同時接收前后車輪發(fā)射過來的IC無線調(diào)制信號，取出數(shù)據(jù)處理還原出前后車輪的胎壓、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：
a)電池。對于主動直接式TPMS而言，高性能長壽命電池是極其關(guān)鍵的技術(shù)之一，電池一旦失效，整個TPMS系統(tǒng)便處于癱瘓狀態(tài)，而失去應有的功能。
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℃低溫時喪失電能，在+100℃高溫時會自動放電，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大的電池，又必須具有高可靠性和7~10年的長使用壽命。
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，環(huán)境溫差、壓力、濕度變化特別大和不便于即時檢修的條件下，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、高測量精度和低功耗。模塊的設(shè)計要按軍品要求選用元器件，按高檔電子產(chǎn)品要求制訂嚴格生產(chǎn)工藝規(guī)程，并100%驗收。
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)報導，目前的主要問題集中在RF射頻上，由于輪胎對射頻的屏蔽作用，再加上輪胎的高速旋轉(zhuǎn)，TPMS產(chǎn)品RF的設(shè)計將面臨較大的技術(shù)挑戰(zhàn)。這是因為過去的RF產(chǎn)品設(shè)計基本都是處于平面的無線數(shù)據(jù)傳輸，因而，不僅要解決RF旋轉(zhuǎn)發(fā)射的問題，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10dBm，否則要接受無線電管制。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，標稱靈敏度要達到-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/價格比是用戶接受與否的關(guān)鍵。汽車用TPMS只占汽車總成本的很小一部分，如果按照現(xiàn)有汽車用TPMS的價格來制訂摩托車用TPMS的價格，顯然，摩托車用戶是無法接受的，摩托車TPMS技術(shù)將在較長一段時間內(nèi)無法發(fā)展起來的。(end) 加速度計相關(guān)文章:加速度計原理
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