探討直接式輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中國(guó)的輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）開(kāi)發(fā)至今快八九年了。當(dāng)前，除了美國(guó)已經(jīng)為乘用車制訂相關(guān)法規(guī)之外，歐盟和韓國(guó)第一階段TPMS強(qiáng)制使用法規(guī)分別將于2012年和2013年生效。汽車輪胎壓強(qiáng)保持在適當(dāng)?shù)膲毫λ?，有利于提高車輛安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放環(huán)保性，可以降低二氧化碳排放，同時(shí)提升安全性。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，絕大多數(shù)輪胎故障都來(lái)自于緩慢而不易察覺(jué)的過(guò)程，例如慢性漏氣；高速公路很多交通事故源于輪胎的爆胎。監(jiān)測(cè)行駛中的汽車輪胎的胎壓，是保障行車安全的關(guān)鍵手段。TPMS直接安裝在輪胎內(nèi)，對(duì)輪胎內(nèi)部壓力變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有壓強(qiáng)觀測(cè)直觀性和精確性，因此能夠迅速檢測(cè)到其他設(shè)備或肉眼難以發(fā)覺(jué)的隱患。直接式輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Direct Tire Pressure Monitoring System，DTPMS）將及時(shí)向司機(jī)發(fā)出警告和提醒，以便司機(jī)及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，從而保證輪胎壓強(qiáng)處于正常水平，不但改善了安全性，同時(shí)避免滾轉(zhuǎn)阻力增長(zhǎng)導(dǎo)致油耗意外升高，還延長(zhǎng)了輪胎的使用壽命。

TPMS經(jīng)過(guò)幾代更新，MEMS傳感器和專用的信號(hào)處理ASIC芯片都不斷發(fā)展。今年DTPMS直接式輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的誕生，使傳感器模塊架構(gòu)和胎壓測(cè)量的技術(shù)都有創(chuàng)新發(fā)展。德國(guó)大陸輪胎公司首先開(kāi)發(fā)出了在輪胎胎紋面內(nèi)側(cè)粘貼使用傳感器模塊的胎壓監(jiān)測(cè)器DTPMS。

新一代DTPMS設(shè)計(jì)理念有了較大的改變，車胎內(nèi)的MEMS傳感器不再是直接測(cè)量胎內(nèi)壓力，而是改用MEMS加速度傳感器測(cè)量徑向加速度，將座標(biāo)軸固定于車軸，傳感器在不接觸路面時(shí)會(huì)描繪出基本為正圓的軌跡，而在接觸路面時(shí)，由于胎紋變形，與路面緊貼，則會(huì)描繪基本為直線的軌跡。這時(shí)，正圓與直線的接合處會(huì)因傳感器“著地”、“離地”而產(chǎn)生加速度。隨著這一過(guò)程的推進(jìn)，傳感器會(huì)出現(xiàn)峰值輸出。這樣便可根據(jù)峰值與峰值的時(shí)間間隔和轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算做直線運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度，也就是接地長(zhǎng)度。而通過(guò)接地長(zhǎng)度可得知輪胎的變形程度，從而獲得胎內(nèi)氣壓值。與前一代安裝在氣門(mén)上的TPMS模塊不同，它檢測(cè)的是壓力本身，因此傳感器的精度直接關(guān)系到監(jiān)測(cè)器的精度，而新一代DT PMS的檢測(cè)方法不再對(duì)傳感器本身有高精度的要求。它的檢測(cè)精度由峰值的時(shí)間間隔決定，只需檢測(cè)“峰值數(shù)值的出現(xiàn)”，即可知胎內(nèi)壓力的實(shí)時(shí)變化。

胎壓傳感器模塊結(jié)構(gòu)的更新

新一代DTPMS將MEMS的加速度傳感器和溫度傳感器與信號(hào)處理電路集成在一塊芯片中。傳感器模塊的構(gòu)成部件有集成MEMS傳感器和信號(hào)處理電路的胎壓監(jiān)測(cè)器芯片、電池以及向本車駕駛臺(tái)傳輸計(jì)測(cè)結(jié)果的天線這三個(gè)部分，如圖1所示。由此使得內(nèi)置傳感器模塊的重量大大降低，先前安裝在輪胎氣門(mén)嘴上的已有傳感器模塊重量原為1個(gè)37g，而新一代DTPMS粘貼在輪胎上的模塊重量?jī)H為11g。其電池壽命可達(dá)到與輪胎一樣的6年。

新一代DTPMS的安裝是將傳感器模塊在輪胎生產(chǎn)時(shí)嵌入在車胎紋面內(nèi)側(cè)圓筒型容器內(nèi)。安裝在輪胎內(nèi)的實(shí)物照片如圖2所示，實(shí)際為不透明狀態(tài)，裝在樹(shù)脂殼內(nèi)。

實(shí)時(shí)顯示胎壓信號(hào)數(shù)據(jù)

DTPMS在每個(gè)輪胎中置入傳感器模塊，可在任意時(shí)刻、任何路況和所有行駛速度條件下快速、直接而準(zhǔn)確地收集輪胎內(nèi)空氣壓強(qiáng)和溫度信息。安置在小汽車的四個(gè)輪胎內(nèi)的傳感器模塊將實(shí)時(shí)采集的輪胎內(nèi)的壓力、溫度信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理后編程通過(guò)RF天線的發(fā)射，無(wú)線匯集到駕駛臺(tái)上的DTPMS的車載接收器，然后將實(shí)測(cè)胎壓信號(hào)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在與車載GPS、DVD共用的LCD屏上，以數(shù)字顯示和聲光的式告知駕駛員。