高可靠直接式轮胎压力监测系统方案

中国的轮胎压力监测系统（TPMS）开发至今快八九年了。当前，除了美国已经为乘用车制订相关法规之外，欧盟和韩国第一阶段TPMS强制使用法规分别将于2012年和2013年生效。汽车轮胎压强保持在适当的压力水平，有利于提高车辆安全性、燃油经济性和排放环保性，可以降低二氧化碳排放，同时提升安全性。

目前提供TPMS配套方案的半导体厂商很多，芯片厂商主要包括飞思卡尔(Freescale)、英飞凌(SensoNor)、 GE(NovaSensor)、Atmel、Maxim、东芝、NXP、Omron、MelxiS、RFMonilithi等公司。其中GE、飞思卡尔和英飞凌公司具有从胎压传感器、RF发射及接收器，到MCU的完整产品线，其他半导体公司主要提供从胎压传感器、RF、到MCU的若干配套方案。

根据统计，绝大多数轮胎故障都来自于缓慢而不易察觉的过程，例如慢性漏气；高速公路很多交通事故源于轮胎的爆胎。监测行驶中的汽车轮胎的胎压，是保障行车安全的关键手段。TPMS直接安装在轮胎内，对轮胎内部压力变化进行实时监测，具有压强观测直观性和精确性，因此能够迅速检测到其他设备或肉眼难以发觉的隐患。直接式轮胎压力监测系统（Direct Tire Pressure Monitoring System，DTPMS）将及时向司机发出警告和提醒，以便司机及时采取应对措施，从而保证轮胎压强处于正常水平，不但改善了安全性，同时避免滚转阻力增长导致油耗意外升高，还延长了轮胎的使用寿命。

TPMS经过几代更新，MEMS传感器和专用的信号处理ASIC芯片都不断发展。DTPMS直接式轮胎压力监测系统使传感器模块架构和胎压测量的技术都有创新发展。德国大陆轮胎公司首先开发出了在轮胎胎纹面内侧粘贴使用传感器模块的胎压监测器DTPMS。

 

图1 新一代DTPMS设计理念的改变

新一代DTPMS设计理念有了较大的改变，车胎内的MEMS传感器不再是直接测量胎内压力，而是改用MEMS加速度传感器测量径向加速度，将座标轴固定于车轴，传感器在不接触路面时会描绘出基本为正圆的轨迹，而在接触路面时，由于胎纹变形，与路面紧贴，则会描绘基本为直线的轨迹。这时，正圆与直线的接合处会因传感器“着地”、“离地”而产生加速度。随着这一过程的推进，传感器会出现峰值输出。这样便可根据峰值与峰值的时间间隔和转速来计算做直线运动的长度，也就是接地长度。而通过接地长度可得知轮胎的变形程度，从而获得胎内气压值。与前一代安装在气门上的TPMS模块不同，它检测的是压力本身，因此传感器的精度直接关系到监测器的精度，而新一代DT PMS的检测方法不再对传感器本身有高精度的要求。它的检测精度由峰值的时间间隔决定，只需检测“峰值数值的出现”，即可知胎内压力的实时变化。