胎壓監測系統(TPMS)技術與計劃考慮

17-09-01 10:09 胎壓監測 已讀:

 胎壓監測系統(TPMS)技術與計劃考慮
      TPMS關于前進汽車安全性有無關宏旨的影響,輪胎是汽車和路面僅有直接接觸的有些。輪胎過于脹大或處于充氣缺少狀況都會影響汽車安全性。有許多事端都因輪胎出現狀況而致使的。美國高速公路安全協會(NHTSA)也因此立法強行實施TPMS。
各種TPMS 系統技術和商場狀況
      當時TPMS首要有三種完結方法:間接式
TPMS系統、直接式TPMS系統和正在推出的混合式TPMS系統。
      如今的
間接式TPMS是與車輛的防抱死系統(ABS)一同運用的。ABS選用車輪轉速傳感器測量每個車輪的轉速。當一個輪胎的氣壓減小時,翻滾半徑就減小,而車輪的旋轉速度就相應地加快。
      假設這個比率違反設定的公差,一個或更多輪胎就會過于脹大或處于充氣缺少狀況。然后,指示燈會提示司機,有一個輪胎處于低壓狀況。但是,直接TPMS有一定的局限性。

 第一是指示燈無法指出是哪個輪胎處于低壓狀況。

 第二,當同一車軸或同一側的兩個輪胎都處于低壓狀況時,它無法檢測出究竟是哪個輪胎充氣缺少。

 第三,假設全部四個輪胎都處于低壓狀況,該系統不會發現這一缺點。另外,氣壓缺少時輪胎直徑的減少和氣壓的降低非常細微。關于薄胎來說,69kPa (~10 psi)的壓降只會使直徑減小1mm。這種壓降不符合美國的結束判定規矩(Final Ruling)所規矩的25%原則,選用直接方法進行檢測在很大程度上依賴于輪胎和負載因子。
      直接TPMS選用固定在每個車輪中的壓力傳感器直接測量每個輪胎的氣壓。然后,這些傳感器會通過發送器將胎壓數據發送到中心接收器進行分析,分析效果將被傳送至設備在車內的閃現器上。閃現器的類型和當今大多數車輛上設備的簡略的胎壓指示器不一樣,它可以閃現每個輪胎的實習氣壓,甚至還包括備用輪胎的氣壓。因此,直接TPMS可以聯接至閃現器,告訴司機哪個輪胎充氣缺少。由于直接TPMS可直接測量每個輪胎的氣壓,因此當任何一個或幾個輪胎處于低壓狀況時,它們都會檢測出這種狀況,當車輛的全部四個輪胎都處于低壓狀況時也可以檢測到。直接TPMS也可檢測到較小的壓降。有些系統甚至可以檢測到7 kPa (~1.0 psi)的壓降。
      為滿足多輪壓力檢測需要,常規的直接TPMS需要在系統中設備兩個額外的胎壓傳感器和一個射頻接收器。胎壓傳感器要設備在車輪上,兩個傳感器呈對角設備。由于系統設備了直接氣壓傳感器,混合TPMS可以打敗常規直接TPMS的局限性,它們可以檢測到在同一個車軸或車輛同一側的兩個處于低壓狀況的輪胎,當全部4個輪胎都處于低壓狀況時,系統也可以檢測到缺點。但是,和直接系統相似,當兩個呈對角的輪胎(不帶直接氣壓傳感器)都處于低壓狀況時,系統只能檢測到一個輪胎充氣缺少。
      混合
TPMS可以降低系統本錢,但在系統可靠性和靈活性方面還不可志向。并且它不能全部定位欠壓輪胎。
      跟著技術的展開,直接TPMS系統已逐漸演變為3個首要系統類型,即干流型(低/中端)、帶有自動定位功用的高端TPMS和聯絡ESP/ABS的TPMS系統。下表對各種系統類型進行概述:
      許多OEM都從直接系統轉向了直接系統,由于直接系統的全體本錢降低了。直接系統有太多的技術局限性,并且需要非常嚴峻的場所檢驗。由于直接系統在美國商場遭受了太多的索賠,所以一般僅限于歐洲運用。因此,其商場比例缺少10%。
受美國立法的推動,掩蓋低/中端細分商場的干流TPMS的商場比例到2011年將逾越50%。但是TPMS估量在歐洲、亞太地區和日本商場計劃會很小,這是由于額外的系統本錢和群眾對TPMS認知缺少構成的。另外,TPMS系統一般是作為高端車型的選件供應,增裝的需要仍然很低,由于一般的車主對
TPMS還不知道。
      干流系統的首要推動要素是報價。OEM需要一個可以滿足美國高速公路安全協會(NHTSA)的各項需要,但不至致使低/中端車型的報價增加太多的TPMS的系統。干流系統的根本功用可以滿足NHTSA的各項需要,但是當時的狀況是每個OEM都有自個的TPMS系統,它并不是一個產品商場。
      高端TPMS是指將輪胎的自動定位功用集成于直接TPMS系統。輪胎的自動定位功用是指辨認和區別4個輪胎發送的信息。在這種狀況下,比如,右前輪的氣壓,無需任何人為操作,即可被正確辨認并閃現出來。
      如今的系統首要是在翼板中設備低頻發射器天線來進行定位。有四個低頻發射器模塊用電線聯接中心接收器模塊至翼板。中心接收器模塊將信號發送至這些低頻模塊以觸發特定的車輪模塊,比如右前輪。在這種狀況下,只需右前輪的車輪模塊(而不是其他的車輪模塊)會反響信息。將來,兩軸G傳感器將被用于完結輪胎的自動定位功用。估量到2011年,高端
TPMS系統的商場比例將抵達30%。該系統也將成為將來TPMS/ESP集成的基礎(見景象4的描寫)。
      該系統是將來的展開方向。在該系統中,TPMS系統將輪胎的附加信息供應給ESP系統,如重力、輪胎氣壓和溫度、路況和輪胎類型等。這是將來高級ESP系統的展開趨勢。這種系統需要具有多軸重力測量和自動定位功用,此外還需要選用低頻或“能量獲得”技術的無電池式系統。該類系統將于2008年初度引入高端汽車(依據低頻系統)。估量到2011年,其商場比例將抵達10%。

TPMS的需要和計劃應戰
      TPMS系統的需要有:低功耗、在惡劣環境下高度工作的可靠性、較小的壓力傳感器過失容限以及更長的工作壽數等。為完結10年運用壽數這一政策,有必要運用低功耗集成化部件。電源處理因此成為首要的應戰。
      在計劃一個工作安穩、成效高的系統時,需要考慮的第一個要素便是軟件。由于車輪模塊一般是用微控制器來實行指令的,所以應選用一種智能化算法完結預期的成效。例如,每次都要將一個無缺的 8-bit參數傳輸到接收器嗎?或許,傳輸一個 1-bit參數低壓報警信號是不是更加有用?多長時間測量一次胎壓?系統總是測量全部參數,仍是對一個參數的測量次數比其它參數多?應由車輪模塊實行參數核算仍是接收器來實行?軟件工程師在計劃
TPMS系統時有必要考慮這些疑問。
      其次,運用低頻功用是控制TPMS的非常有用的方法。在運用低頻接口時,感應模塊可以一向處于電源關閉方式,這樣功耗最低。只需在收到喚醒信號后,傳感器才會進行測量和數據傳輸。除了降低功耗以外,低頻接口還具有計劃靈活性和其他一些優勢。例如,低頻通訊可使系統通過低頻接口向微控制器發送特定指令,以對輪胎進行從頭校準和定位。
      第三種降低功耗的方法是運用翻滾開關來檢測輪胎是間斷的仍是工作的。因此,運算可通過如下方法進行——只需當車輛工作時,才進行相應的檢測和/或傳輸。
      一些
TPMS傳感器(比如SP30)集成了加快度計,該加快度計是一種檢測車輪旋轉的高G傳感器。因此,運用軟件可以用這種方法編寫——即當加快度計的讀數低于某一水往常,標明車輛是間斷的或許非常緩慢地跋涉著,此時,TPMS可間斷工作或以很低的頻率工作。一般的車輛在公路上跋涉的均勻時間大約為15%??紤]到這一點,這種計劃計劃可以大幅度降低TPMS的功耗。
      結尾,通過選擇低功耗元件并通過運用具有集成功用的元件來盡可以減少元件數量,可獲得更高功率功率并降低系統總本錢。
TPMS系統計劃中還有一個非常重要的方面是傳感器的介質兼容性。傳感器的精確性和可靠性在很大程度上受外部介質的影響,如濕潤、塵土和其它物質如制動液等。英飛凌的TPMS傳感器SP30選用夾層技術,由夾在兩個玻璃層之間的單硅晶組成。傳感器元件具有出色的介質兼容性,由于其氣壓進口朝向硅膜片的不和。一同,芯片的封裝方法也會影響傳感器的功用。
      另外一項重要的計劃應戰來自于無線控制,第一代
TPMS發送器的計劃選用SAW共振器的ASK調制技術來發作恰當的發射頻率。該ASK系統雖然非常賤賣,但卻簡略遭到由于車輪(發送器設備在其上)旋轉所致使的接收場強改動的影響。出于這一緣由,如今的TPMS都選用依據晶體振蕩器的FSK調制方法和PLL合成器來發作中心頻率和頻率牽引。在許多OEM運用中,即使是在車輪高速旋轉時,FSK都具有可靠的射頻通訊功用。
      英飛凌的超高頻(UHF)發射器TDK51xxF系列計劃用于315MHz、434MHz、868MHz和915 MHz等頻段,可一同支撐 ASK調制和FSK調制。該產品系列具有一個完全集成的鎖相環(PLL)合成器和一個高效功率放大器以驅動環路天線。其典型功耗為7mA(當電阻為50Ohm,射頻輸出功率為5dBm時),該設備可在-40°C到+125°C的汽車工作溫度范圍內工作。
       英飛凌還供應用于不一樣頻段的各種接收器芯片,集成了各種功用,這樣系統計劃人員就可運用最少的元件,然后降低系統本錢。在FSK調制方式下當接收頻率為434MHz時,低達3.9-7.5mA的工作電流,以及高達-100dBm的敏感度。(測定條件:FSK頻偏為+/-50kHz,誤碼率為2xE-3比特過失率,曼徹斯特編碼方法,數據率為4KHz,中頻帶寬為280KHz)。
無線控制計劃考慮要素

       tPMS商場當時的主角是選用電池的直接系統。無電池直接系統可以于2008年與ESP系統一道面向高端汽車推出。估量到2011年,這種系統的銷量將抵達1.69億套,這今后5年之內的年均增長率將抵達29%。元件的正確選擇、電源處理、介質兼容性、系統本錢和射頻計劃都是工程師在計劃直接TPMS時需要打敗的首要計劃難題,這些要素關于商業成功至關重要。

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