胎压监测系统(TPMS)技术与计划考虑
胎压监测系统(TPMS)技术与计划考虑
TPMS关于前进汽车安全性有无关宏旨的影响，轮胎是汽车和路面仅有直接接触的有些。轮胎过于胀大或处于充气缺少状况都会影响汽车安全性。有许多事端都因轮胎出现状况而致使的。美国高速公路安全协会（NHTSA）也因此立法强行实施TPMS。
各种TPMS 系统技术和商场状况
当时TPMS首要有三种完结方法：间接式TPMS系统、直接式TPMS系统和正在推出的混合式TPMS系统。
如今的间接式TPMS是与车辆的防抱死系统（ABS）一同运用的。ABS选用车轮转速传感器测量每个车轮的转速。当一个轮胎的气压减小时，翻滚半径就减小，而车轮的旋转速度就相应地加快。
假设这个比率违反设定的公差，一个或更多轮胎就会过于胀大或处于充气缺少状况。然后，指示灯会提示司机，有一个轮胎处于低压状况。但是，直接TPMS有一定的局限性。
第一是指示灯无法指出是哪个轮胎处于低压状况。
第二，当同一车轴或同一侧的两个轮胎都处于低压状况时，它无法检测出究竟是哪个轮胎充气缺少。
第三，假设全部四个轮胎都处于低压状况，该系统不会发现这一缺点。另外，气压缺少时轮胎直径的减少和气压的降低非常细微。关于薄胎来说，69kPa (~10 psi)的压降只会使直径减小1mm。这种压降不符合美国的结束判定规矩（Final Ruling）所规矩的25%原则，选用直接方法进行检测在很大程度上依赖于轮胎和负载因子。
直接TPMS选用固定在每个车轮中的压力传感器直接测量每个轮胎的气压。然后，这些传感器会通过发送器将胎压数据发送到中心接收器进行分析，分析效果将被传送至设备在车内的闪现器上。闪现器的类型和当今大多数车辆上设备的简略的胎压指示器不一样，它可以闪现每个轮胎的实习气压，甚至还包括备用轮胎的气压。因此，直接TPMS可以联接至闪现器，告诉司机哪个轮胎充气缺少。由于直接TPMS可直接测量每个轮胎的气压，因此当任何一个或几个轮胎处于低压状况时，它们都会检测出这种状况，当车辆的全部四个轮胎都处于低压状况时也可以检测到。直接TPMS也可检测到较小的压降。有些系统甚至可以检测到7 kPa (~1.0 psi)的压降。
为满足多轮压力检测需要，常规的直接TPMS需要在系统中设备两个额外的胎压传感器和一个射频接收器。胎压传感器要设备在车轮上，两个传感器呈对角设备。由于系统设备了直接气压传感器，混合TPMS可以打败常规直接TPMS的局限性，它们可以检测到在同一个车轴或车辆同一侧的两个处于低压状况的轮胎，当全部4个轮胎都处于低压状况时，系统也可以检测到缺点。但是，和直接系统相似，当两个呈对角的轮胎（不带直接气压传感器）都处于低压状况时，系统只能检测到一个轮胎充气缺少。
混合TPMS可以降低系统本钱，但在系统可靠性和灵活性方面还不可志向。并且它不能全部定位欠压轮胎。
跟着技术的展开，直接TPMS系统已逐渐演变为3个首要系统类型，即干流型（低/中端）、带有自动定位功用的高端TPMS和联络ESP/ABS的TPMS系统。下表对各种系统类型进行概述：
许多OEM都从直接系统转向了直接系统，由于直接系统的全体本钱降低了。直接系统有太多的技术局限性，并且需要非常严峻的场所检验。由于直接系统在美国商场遭受了太多的索赔，所以一般仅限于欧洲运用。因此，其商场比例缺少10%。
受美国立法的推动，掩盖低/中端细分商场的干流TPMS的商场比例到2011年将逾越50%。但是TPMS估量在欧洲、亚太地区和日本商场计划会很小，这是由于额外的系统本钱和群众对TPMS认知缺少构成的。另外，TPMS系统一般是作为高端车型的选件供应，增装的需要仍然很低，由于一般的车主对TPMS还不知道。
干流系统的首要推动要素是报价。OEM需要一个可以满足美国高速公路安全协会（NHTSA）的各项需要，但不至致使低/中端车型的报价增加太多的TPMS的系统。干流系统的根本功用可以满足NHTSA的各项需要，但是当时的状况是每个OEM都有自个的TPMS系统，它并不是一个产品商场。
高端TPMS是指将轮胎的自动定位功用集成于直接TPMS系统。轮胎的自动定位功用是指辨认和区别4个轮胎发送的信息。在这种状况下，比如，右前轮的气压，无需任何人为操作，即可被正确辨认并闪现出来。
如今的系统首要是在翼板中设备低频发射器天线来进行定位。有四个低频发射器模块用电线联接中心接收器模块至翼板。中心接收器模块将信号发送至这些低频模块以触发特定的车轮模块，比如右前轮。在这种状况下，只需右前轮的车轮模块（而不是其他的车轮模块）会反响信息。将来，两轴G传感器将被用于完结轮胎的自动定位功用。估量到2011年，高端TPMS系统的商场比例将抵达30%。该系统也将成为将来TPMS/ESP集成的基础（见景象4的描写）。
该系统是将来的展开方向。在该系统中，TPMS系统将轮胎的附加信息供应给ESP系统，如重力、轮胎气压和温度、路况和轮胎类型等。这是将来高级ESP系统的展开趋势。这种系统需要具有多轴重力测量和自动定位功用，此外还需要选用低频或“能量获得”技术的无电池式系统。该类系统将于2008年初度引入高端汽车（依据低频系统）。估量到2011年，其商场比例将抵达10%。
TPMS的需要和计划应战
TPMS系统的需要有：低功耗、在恶劣环境下高度工作的可靠性、较小的压力传感器过失容限以及更长的工作寿数等。为完结10年运用寿数这一政策，有必要运用低功耗集成化部件。电源处理因此成为首要的应战。
在计划一个工作安稳、成效高的系统时，需要考虑的第一个要素便是软件。由于车轮模块一般是用微控制器来实行指令的，所以应选用一种智能化算法完结预期的成效。例如，每次都要将一个无缺的 8-bit参数传输到接收器吗？或许，传输一个 1-bit参数低压报警信号是不是更加有用？多长时间测量一次胎压？系统总是测量全部参数，仍是对一个参数的测量次数比其它参数多？应由车轮模块实行参数核算仍是接收器来实行？软件工程师在计划TPMS系统时有必要考虑这些疑问。
其次，运用低频功用是控制TPMS的非常有用的方法。在运用低频接口时，感应模块可以一向处于电源关闭方式，这样功耗最低。只需在收到唤醒信号后，传感器才会进行测量和数据传输。除了降低功耗以外，低频接口还具有计划灵活性和其他一些优势。例如，低频通讯可使系统通过低频接口向微控制器发送特定指令，以对轮胎进行从头校准和定位。
第三种降低功耗的方法是运用翻滚开关来检测轮胎是间断的仍是工作的。因此，运算可通过如下方法进行——只需当车辆工作时，才进行相应的检测和/或传输。
一些TPMS传感器（比如SP30）集成了加快度计，该加快度计是一种检测车轮旋转的高G传感器。因此，运用软件可以用这种方法编写——即当加快度计的读数低于某一水往常，标明车辆是间断的或许非常缓慢地跋涉着，此时，TPMS可间断工作或以很低的频率工作。一般的车辆在公路上跋涉的均匀时间大约为15%。考虑到这一点，这种计划计划可以大幅度降低TPMS的功耗。
结尾，通过选择低功耗元件并通过运用具有集成功用的元件来尽可以减少元件数量，可获得更高功率功率并降低系统总本钱。
TPMS系统计划中还有一个非常重要的方面是传感器的介质兼容性。传感器的精确性和可靠性在很大程度上受外部介质的影响，如湿润、尘土和其它物质如制动液等。英飞凌的TPMS传感器SP30选用夹层技术，由夹在两个玻璃层之间的单硅晶组成。传感器元件具有出色的介质兼容性，由于其气压进口朝向硅膜片的不和。一同，芯片的封装方法也会影响传感器的功用。
另外一项重要的计划应战来自于无线控制，第一代TPMS发送器的计划选用SAW共振器的ASK调制技术来发作恰当的发射频率。该ASK系统虽然非常贱卖，但却简略遭到由于车轮（发送器设备在其上）旋转所致使的接收场强改动的影响。出于这一缘由，如今的TPMS都选用依据晶体振荡器的FSK调制方法和PLL合成器来发作中心频率和频率牵引。在许多OEM运用中，即使是在车轮高速旋转时，FSK都具有可靠的射频通讯功用。
英飞凌的超高频（UHF）发射器TDK51xxF系列计划用于315MHz、434MHz、868MHz和915 MHz等频段，可一同支撑 ASK调制和FSK调制。该产品系列具有一个完全集成的锁相环（PLL）合成器和一个高效功率放大器以驱动环路天线。其典型功耗为7mA（当电阻为50Ohm，射频输出功率为5dBm时），该设备可在-40°C到+125°C的汽车工作温度范围内工作。
英飞凌还供应用于不一样频段的各种接收器芯片，集成了各种功用，这样系统计划人员就可运用最少的元件，然后降低系统本钱。在FSK调制方式下当接收频率为434MHz时，低达3.9-7.5mA的工作电流，以及高达-100dBm的敏感度。（测定条件：FSK频偏为+/-50kHz，误码率为2xE-3比特过失率，曼彻斯特编码方法，数据率为4KHz，中频带宽为280KHz）。
无线控制计划考虑要素
tPMS商场当时的主角是选用电池的直接系统。无电池直接系统可以于2008年与ESP系统一道面向高端汽车推出。估量到2011年，这种系统的销量将抵达1.69亿套，这今后5年之内的年均增长率将抵达29%。元件的正确选择、电源处理、介质兼容性、系统本钱和射频计划都是工程师在计划直接TPMS时需要打败的首要计划难题，这些要素关于商业成功至关重要。