汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)(TPMS)主要用于汽車行駛時實時的對輪胎氣壓進(jìn)行自動監(jiān)測,對輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報警。由于汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)是駕車者、乘車人的生命安全保障預(yù)警系統(tǒng),是汽車安全保障系統(tǒng)之一,TPMS系統(tǒng)已經(jīng)快速成為避免意外發(fā)生的基本配備,而且也有越來越多的車輛安裝了這個系統(tǒng)。
TPMS主要分為兩種類型,一種是間接式TPMS(Wheel-Speed Based TPMS)。另一種是直接式TPMS(Pressure-Sensor Based TPMS)。2001年7月,美國運輸部和國家高速公路安全管理局聯(lián)合對現(xiàn)有的兩種TPMS系統(tǒng)進(jìn)行了評價,評價報告認(rèn)為直接式TPMS從功能和性能上均優(yōu)于間接式TPMS,從而使研制直接式TPMS成為流行趨勢。
1. 間接式TPMS
間接式TPMS是通過汽車ABS系統(tǒng)的輪速傳感器來比較車輪之間的轉(zhuǎn)速差別,以達(dá)到監(jiān)視胎壓的目的。以上海通用別克轎車安裝的輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)(TIMS)為例。該系統(tǒng)由以下幾個部件組成:4個車輪轉(zhuǎn)速傳感器;車身控制模塊(BCM);復(fù)位開關(guān);輪胎壓力過低(LOWTIRE)報警燈;數(shù)據(jù)診斷接頭(DLC);線束和連接器。
當(dāng)汽車行駛時,輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)接收4個車輪轉(zhuǎn)速傳感器的車輪轉(zhuǎn)速信號,進(jìn)行綜合分析。當(dāng)某一個輪胎的氣壓太高或不足時,輪胎的直徑就會變大或變小,車輪的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)產(chǎn)生變化。監(jiān)視系統(tǒng)將車輪轉(zhuǎn)速的變化情況同預(yù)先儲存的標(biāo)準(zhǔn)值比較,就可得出輪胎氣壓太高或不足,從而點亮LOW TIRE報警燈。該類型系統(tǒng)的主要缺點是無法對兩個以上的輪胎同時缺氣的狀況和速度超過100公里/小時的情況進(jìn)行判斷。
2. 直接式TPMS
直接式TPMS技術(shù)又分為主動式(Active)和被動式(Passive)兩種。主要區(qū)別是主動式TPMS中的輪胎模塊需要電池提供能量,而被動式無須電池。
(1)主動式TPMS:主動式TPMS是利用安裝在每一個輪胎里的以鋰離子電池為電源的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓,并通過無線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺的監(jiān)視器上。監(jiān)視器隨時顯示各輪胎氣壓,駕駛者可以直觀地了解各個輪胎的氣壓狀況,當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時,系統(tǒng)就會自動報警。以加拿大Smartire輪胎智能監(jiān)測系統(tǒng)為例。系統(tǒng)主要由傳感發(fā)射器、接收器和顯示器組成。
主動式技術(shù)的優(yōu)點是,它是一成熟的技術(shù),開發(fā)出來的模塊可適用于各廠牌的輪胎,但主動式TPMS傳感器/發(fā)射器需要電池提供動力,因此不可避免的帶來一些弊端,如電池的壽命有限;當(dāng)氣溫嚴(yán)重降低時,電池的容量就會受到影響而減少;這使得它的可靠性不夠穩(wěn)定。此外,電池的化學(xué)物質(zhì)也會導(dǎo)致環(huán)境問題,同時由于電池的存在很難降低發(fā)射器的重量。
(2)被動式TPMS:被動式TPMS,也叫無電池TPMS,用一個中央收發(fā)器(central transceiver)代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。這個收發(fā)器不但要接收信號而且要發(fā)射信號,安裝在輪胎中的轉(zhuǎn)發(fā)器(transponder)接收來自中央收發(fā)器的信號,同時使用這個信號的能量來發(fā)射一個反饋信號到中央收發(fā)器上。這就使得安裝在輪胎內(nèi)部的氣壓監(jiān)測器發(fā)送數(shù)據(jù)不需要電池,從而解決了上述因電池所帶來的問題。雖然此技術(shù)不用電池供電,但是它需要將轉(zhuǎn)發(fā)器(Transponder)整合至輪胎中,這牽涉到各輪胎制造商需建立共同的標(biāo)準(zhǔn)才有可能。因此,無電池TPMS短期內(nèi)還難以流行。
最近,美國固特異輪胎橡膠公司以RFID技術(shù)作為研發(fā)智能輪胎的基礎(chǔ),該公司和西門子VDO汽車配件公司合作,成功研發(fā)出一種鈕扣電池般大小的帶RFID卡傳感器。該傳感器除了能夠感知輪胎內(nèi)的氣壓、胎體溫度的變化并發(fā)射反映這種變化的信號外,還具有標(biāo)識輪胎的功能,也就是說,它既可用於輪胎氣壓監(jiān)測,還可以用於輪胎歷程可追溯性記錄。
目前,直接式TPMS正逐步取代間接式TPMS而成為輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的主流,從長遠(yuǎn)來看,無電池的TPMS以其無可比擬的優(yōu)點將成為未來TPMS發(fā)展的趨勢。隨著TPMS產(chǎn)品市場對IC高整合度和高可靠性的要求,目前已經(jīng)有了如InfineonSP12/SP30、GE NPX那樣的將所需測試各物理量的傳感器與MCU合二為一的智能傳感器模塊,在未來幾年內(nèi)還會開發(fā)出包含RF發(fā)射芯片三合一的模塊,包含利用運動的機械能自供電的四合一的模塊,屆時胎壓力監(jiān)測發(fā)射器只有一個模塊和一個天線組成,客戶的二次設(shè)計變得十分簡便。