更安全的轮胎压力检测系统.docx

更安全的轮胎压力监测系统
一、引言
轮胎是车辆的重要组成部分，行驶过程中的安全性和车辆的主要油耗在一定程度上取决于轮胎压力。尽管如此，大多数驾驶员都很少关注轮胎，尤其是对轮胎进行定期检查的驾驶员就更少了。
据统计，在2000年夏天，美国有650万个轮胎被召回，因为大多数车辆都因充气压力过低造成了严重事故。为此，美国国会于2000年11月1日颁布了“运输工具召回提高、有责任解释和提供证明文件法案”。它要求2004年款所有新批准的美国乘用车必须装备“轮胎压力监测系统”（TPMS），将对压力的过量亏损发出报警。
安装轮胎压力监测系统的另一个推动因素是具有应急行驶能力的新型乘用车轮胎（泄气保用轮胎）得到了进一步的普及。这种轮胎依靠瘪气胎仍然可行驶高达500km，其转向性能没有明显变化，不过，车速要小于80km/h。所以，必须使车辆转向器关注压力损失，为此要求在具有应急行驶能力的轮胎上无条件地应用自动轮胎压力监测系统。

二、市场可观的轮胎压力监测系统
据报道，全球乘用车生产（包括所谓的轻卡）将从2002年的5400万辆增长到2006年的6790万辆，其年累计增长率为3.8%。而直接测量的轮胎压力监测系统将从2002年的130万辆增长到2008年的2130万辆，其年累计增长率为59%。
飞利浦半导体公司是全球领先的电子锁止机构（驻车锁）和集成无线电遥控装置（遥控的无钥匙插入）的半导体和收发两用机制造商。在这些装置上应用的技术也被应用到了直接测量的轮胎压力监测系统上。因此，飞利浦公司也断定这种狂长的市场具有极佳的定位。
三、直接测量系统（TPMS）
直接测量的轮胎压力监测系统从原理上讲是在轮胎内进行压力测量的，因此车轮内装有电子模块。他们或是直接紧固在轮毂上或是紧固在现有的气门杆上，电子模块将其数据发送给车的中央接收单元。此时，如同无线电遥控一样，应用同样的传输原理来取消车辆联锁（遥控的无钥匙进入）。
1.轮胎模块
轮胎模块由下列部件组成：
★一个压力传感器和可能还有的温度传感器；
★一个“信号制备芯片”（可能装在压力传感器里）；
★一个高频发送级；
★一个电源电池。
这些部件必须满足在行驶工况下轮胎内出现的极端要求。例如，-40～170℃的耐热性和高达2kg的耐震性，电池寿命高达10年。
2.压力测量
压力传感器是典型的“微电子机械系统”（MEMS）部件。目前市场上有许多品牌的压力传感器，但是只有少数传感器能够满足在行驶的轮胎内测量压力的特殊要求。在这方面处于领先地位的是挪威的传感器公司。市场上可以买到的大部分轮胎压力监测系统都用的是这家公司的产品。另一家轮胎压力监测系统的压力传感器供货商是美国的新星传感器公司。这两家公司提供的压力传感器都是压电原理的。它们给出的是μV范围的电压，该电压必须再放大并用模/数转换器转换成数字信号。
3.信号处理
新一代压力传感器将计值芯片同样设置在压力传感器壳体内。这既节省了空间也节省了成本，并且可以提供校准传感器。
飞利浦半导体公司为该用途研发了一个相应的芯片——P2SC（压力传感器信号条件芯片）。它接受压力传感器的模拟信号，然后经相应的放大后输送给一个ADC。所有校准和初始化过程都通过P2SC进行。为此，应用了由飞利浦研发的第二代“微控核心结构”（MRKⅡ）——一种微控器核心件，它作为无线电遥控的车钥匙已经经历了百万次考验。为了扩大其性能，需要充分利用轮胎压力。
与普遍认为的相反，不是轮胎压力，而是轮胎的充气体积是决定性的因素。压力会因温度而改变，并且会根据行驶状况而升高。为了能够确定充气体积，除压力外，还必须将温度统计进去，并对这些信息做出相应的处理。为此，飞利浦公司将温度传感器组装在了信号条件芯片上。
当然，轮胎模块具有一个最小能耗是绝对必要的，因为与无线电遥控式相反，这时的“车钥匙”可能无法更换电池。
由飞利浦研发的P2SC的另一个特点是解决了自动辨认位置，例如，轮胎从前轴换到后轴之后。

4.发送与接收
经P2SC处理后的压力可能还有温度集群信号将借助高频（如，434MHz）被传送到车上中央接收单元。为此，要么使用SAW谐振器，要么使用相位锁定环路（PLL）电路。这些目前仍然作为分立元件安装在轮胎模块上。不过，飞利浦半导体公司已经研发了第二代P2SC，在芯片上组合了相位锁定环路电路。从传感器制造商那里也可以买到集成组件的这种芯片，传感器、信号条件芯片和UHF测量发送机都被封装在一个壳体内，如图1所示。
正如所说的那样，车上“遥控的无钥匙插入”初始化单元也被用于轮胎压力传感器的无线电信号。为此，只能靠软件适应了。中央无线电接收机接收轮胎压力传感器的信号，并将它进一步传递到显示器上，比如汇集到仪表板上。
5.轮胎的辨别
每个轮胎除了发送压力信息之外还将发送一个特有的识别标志给中央接收机，以便根据初