汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案思考
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圖3：T5754 UHF ASK/FSK RF發(fā)送器
由于現(xiàn)在的汽車大多都已取消了內(nèi)胎，因此給TPMS發(fā)射模塊安裝帶來了極大的方便，目前TPMS發(fā)射模塊在汽車輪胎內(nèi)的安裝有兩種方式：利用氣門咀安裝和利用緊箍扣安裝在輪轂上。無論采用哪種方式，安裝完TPMS發(fā)射模塊都必須對輪胎重新做動(dòng)平衡檢驗(yàn)。
4. TPMS接收器和顯示器
TPMS接收器由UHF ASK/FSK RF接收IC和信號處理MCU、鍵盤、LCD顯示器組成。RF接收IC和信號處理MCU安裝在一個(gè)盒子里，可安裝在汽車儀表箱內(nèi)，帶控制鍵盤的LCD顯示器可安裝在駕駛臺(tái)上，LCD顯示器能實(shí)時(shí)顯示每個(gè)輪胎的壓力、溫度和每一個(gè)輪胎的ID識別碼，以及聲光報(bào)警。 UHF ASK/FSK RF接收器以T5743為例，該芯片由低噪音放大器(LAN)、低通濾波器(LPF)、中頻功率放大器、ASK/FSK解調(diào)器、數(shù)據(jù)接口，以及PLL、XTO、VCO、混頻器組成(圖4)。天線接收到的信號經(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TPMS接收器的MCU，經(jīng)軟件處理還原出胎壓、溫度、ID碼給LCD顯示，并智能辨別系統(tǒng)是否安全，以及提供聲光報(bào)警。
圖4：T5743 UHF ASK/FSK RF接收器
TPMS系統(tǒng)方案
由SP12傳感器模塊、ATAR862、T5743、AVR MCU主要芯片可以組成整套TPMS系統(tǒng)(圖2)，一輛轎車需要4個(gè)TPMS發(fā)射模塊(備胎還需要1個(gè))、1個(gè)TPMS接收器。一輛卡車需要6-12個(gè)TPMS發(fā)射模塊。為了提高系統(tǒng)的接收能力和抗干擾能力，系統(tǒng)安裝時(shí)需要在汽車底盤安裝接收天線，如圖5所示。
圖5：轎車與卡車的TPMS安裝
由于TPMS發(fā)射模塊工作在劇烈振動(dòng)、環(huán)境溫差變化很大和不便于隨時(shí)檢修的條件下，因此要求所有的器件要有很好的可靠性和穩(wěn)定性，能適應(yīng)工作在-40℃到+125℃溫度范圍。為了縮小TPMS發(fā)射模塊的體積、節(jié)省功耗和增強(qiáng)功能，需要盡可能的選用片上復(fù)合芯片，如包含壓力、溫度、加速度和ASIC的復(fù)合芯片，包含MCU和Tx(RF)或Rx(RF)的復(fù)合芯片。
TPMS是一個(gè)按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)，按消費(fèi)電子產(chǎn)品價(jià)格銷售的產(chǎn)品，因此產(chǎn)品的生產(chǎn)成本至關(guān)重要。產(chǎn)品的ESD保護(hù)要符合MIL-STD.833的標(biāo)準(zhǔn)，即人體模式(HBM)大于4KV。
2. 省電與喚醒
為了使TPMS發(fā)射模塊在一節(jié)鋰電池下能工作3-5年，系統(tǒng)節(jié)電是一個(gè)十分重要的課題，因此只有在大多數(shù)時(shí)間讓系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，才能省電與延長電池壽命。汽車啟動(dòng)時(shí)和進(jìn)入高速行駛時(shí)，喚醒TPMS系統(tǒng)的方法一般有二種，一是汽車啟動(dòng)時(shí)TPMS自檢，進(jìn)入高速行駛時(shí)用事先設(shè)定軟件程序定時(shí)巡回檢測。為此，需要TPMS接收器發(fā)出呼喚信號，在TPMS發(fā)射模塊上要安置喚醒(Wake-up)芯片，如ATA5283，由于喚醒頻率為125kHz低頻，TPMS接收器要發(fā)出具有一定功率的呼喚信號，需要在TPMS接收器上增加一級天線驅(qū)動(dòng)，如ATA5275；二是在傳感器模塊中增加加速度傳感器，利用其質(zhì)量塊對運(yùn)動(dòng)的敏感性，實(shí)現(xiàn)汽車啟動(dòng)自動(dòng)開機(jī)，進(jìn)入系統(tǒng)自檢，汽車高速行駛時(shí)按運(yùn)動(dòng)速度自動(dòng)智能確定檢測時(shí)間周期，用軟件設(shè)定安全期、敏感期和危險(xiǎn)期，以逐漸縮短巡回檢測周期和提高預(yù)警能力。
3. 胎壓與溫度
汽車輪胎的壓力與溫度是密切相關(guān)的，也是汽車駕乘人員的生命安全所系。汽車輪胎氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，變形增大，受力發(fā)生變化，易使輪壁簾布層呈環(huán)狀斷裂，胎面磨損不均，胎肩的磨損急劇增大；同時(shí)，各部件膠于簾布層，簾布層之間剪切力增大，生熱加劇，使膠層與簾線的物理性能下降，輪胎使用壽命縮短。若胎壓長期低于正常氣壓的80%，在高速行使時(shí)，輪胎會(huì)急劇升溫而脫層，最后導(dǎo)致爆胎。
輪胎氣壓高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，因輪胎與地面接觸的面積減少，單位壓力增高，使輪胎胎面的中部磨損增加。通過室內(nèi)試驗(yàn)證明：一般認(rèn)為提高氣壓25%，輪胎壽命將會(huì)降低15-20%；降低氣壓25%，壽命大約降低30%。(注意：一般轎車的輪胎正常氣壓值在210kpa左右(1kgf/cm=98kpa)，多座位商務(wù)車(7-9座)在240kpa左右為宜。) 汽車輪胎溫度越高，輪胎的強(qiáng)度越低，變形越大(一般溫度不能超過80度，當(dāng)溫度達(dá)到95度時(shí)，輪胎的情況非常危險(xiǎn))，每升高1度，輪胎磨損就增加2%；行使速度每增加一倍，輪胎行使里程降低50%。因此，不允許超溫超速行使。
參考資料：
《新型實(shí)用傳感器應(yīng)用指南》顏重光等主編 電子工業(yè)出版社 1998/04
《關(guān)于開發(fā)ATMEL輪胎壓力監(jiān)測IC應(yīng)用市場的報(bào)告》 顏重光 2003/12
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