輪胎壓力監(jiān)控增強汽車的安全性
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胎壓監(jiān)測模塊中的壓力傳感器是一個典型的微電子機械系統(tǒng)(MEMS)器件。目前，只有很少幾家主要的專業(yè)公司具有TPMS方面的專業(yè)技能和經(jīng)驗以生產(chǎn)能在真實惡劣環(huán)境下保證足夠魯棒性的傳感器。
胎壓監(jiān)測模塊的封裝也很重要，封裝包括下面所描述的壓力傳感器信號調(diào)節(jié)芯片。
來自硅片傳感器的信號必須經(jīng)過放大和數(shù)字化，而整個器件還需要進行校準(zhǔn)和初始化。飛利浦公司的傳感器信號處理芯片P2SC從傳感器橋(sensor bridge)采集信號后，對信號進行數(shù)字化處理，然后直接在芯片上測量溫度并執(zhí)行所需的全部校準(zhǔn)和初始化操作。P2SC帶有基于STARC的精簡指令集計算機(RISC)第二代微控制器內(nèi)核，該內(nèi)核通過了RKE應(yīng)用的現(xiàn)場檢驗并專用于TPMS。P2SC的功耗也經(jīng)過優(yōu)化后降至最低，而且作為一項特有的性能，P2SC還能通過車輪識別特性解決自轉(zhuǎn)問題。
目前正在使用的基于UHF發(fā)射器的外部SAW或PLL既能分離使用，也能集成到設(shè)備中。但是，飛利浦半導(dǎo)體業(yè)已發(fā)布了與UHF PLL集成至同一芯片的第二代P2SC。
這有助于在壓力感應(yīng)模塊中進一步降低PCB的成本和尺寸。以后，該器件還將完全集成至“智能傳感器”封裝中：輪胎上只有一塊芯片和一套封裝解決方案。
如前所述，TPMS的接收器裝置也是基于與RKE接收器類似的技術(shù)。因此，現(xiàn)有的射頻接收器可以在TPMS和RKE之間實現(xiàn)共享。這能顯著地降低成本，因此眾多的汽車制造商已經(jīng)強烈要求供應(yīng)商將RKE和TPMS集成至一套系統(tǒng)中。
經(jīng)過校準(zhǔn)和初始化，現(xiàn)在每個輪胎都能夠發(fā)送壓力信息至駕駛室的儀表盤中，而車身控制器也能判斷信號來自哪個輪胎。但如果駕駛員正在更換(旋轉(zhuǎn))輪胎，那么將發(fā)生什么情況呢？
我們可以通過以下途徑解決這個問題：1. 每個車輪都安裝專用的射頻接收器；2. 感應(yīng)測量不受速度的影響，測量包含ABS/ESP信息；3. 射頻信號(RSSI)的放大分析；4. 雙向射頻鏈接；5. 低頻喚醒(LF wakeup)。
飛利浦選擇了低頻喚醒方案進行輪胎定位。該解決方案的成本相對低廉并能實現(xiàn)可靠的立即識別。小低頻(125KHz)駕駛室天線發(fā)送喚醒信號至特定的胎壓監(jiān)測模塊，胎壓監(jiān)測模塊通過射頻鏈接發(fā)送響應(yīng)信號。低頻喚醒必須在駕駛室天線與胎壓監(jiān)測模塊之間彌合約1m的距離，這已被證明完全可行，飛利浦半導(dǎo)體公司的無源遙控開鎖(Passive Keyless Entry, PKE)技術(shù)即能實現(xiàn)。此外，遙控開啟車門時也需要在兩者之間彌合類似的一段距離。另外，胎壓監(jiān)測模塊中的三維(3D)接口也需要為接收到的喚醒信號保證與信號發(fā)射源無關(guān)的靈敏度。
壓力監(jiān)控系統(tǒng)早在多年前就已實現(xiàn)，但只裝備在高端的豪華汽車上。當(dāng)代的TPMS基于壓力傳感器，包含了專門用來調(diào)節(jié)壓力和溫度信號的ASIC。然而，新的法令將使得TPMS成為各種型號汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。
P2SC是能提供低頻喚醒和高頻返回信號的直接測量解決方案，這意味著系統(tǒng)可以“請求”每個輪胎報告當(dāng)前的壓力狀況并將這些信息中繼給駕駛員。一旦啟動點火，每個輪胎就將被“喚醒”，并在駕駛員開動汽車之前匯報輪胎上的狀態(tài)信息。在整個行程中，輪胎將保持“喚醒”狀態(tài)并定期更新狀態(tài)信息。如果出現(xiàn)壓力驟降情況，輪胎將自動將該信息中繼給駕駛員，而無需進行先期喚醒。駕駛員將能利用儀表盤上的圖標(biāo)顯示或虛擬汽車，獲得輪胎壓力信息。
現(xiàn)在正在批量生產(chǎn)的下一代TPMS將利用微控制器(如飛利浦公司的P2SC)取代ASIC。由于胎壓監(jiān)測模塊上的電池成本和壽命方面還有一些問題需要解決，汽車電子業(yè)界仍然需要繼續(xù)研究使用更少電池的解決方案，如采用感應(yīng)耦合或無源GHz技術(shù)。(end)
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