TPMS技术开展现状与趋势
摘要：介绍TPMS技术开展现状、趋势、市场。
TPMS的由来及市场
TPMS是汽车轮胎压力监视系统"TirePressureMonitoringSystem"的英文缩写，要紧用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车平安，是驾车者、乘车人的生命平安保障预警系统。
在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担忧和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要缘故。据统计，在高速公路上发生的交通事故有70%-80%是由于爆胎引起的。如何样防止爆胎已成为平安驾驶的一个重要课题。据有关专家的分析，维持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的要害。而TPMS-汽车胎压监视系统毫无疑咨询将是理想的工具。凡世通〔Firestone〕轮胎的质量咨询题，造成了超过千人的伤亡，此事引起了业界和美国政府的高度关注，普利斯通/凡世通公司曾被迫一次收回650万只轮胎。据美国
汽车工程师学会最近的调查，美国每年有26万交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的，另外，每年75%的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气缺乏引起的。由于每年造成的经济损失巨大，美国政府要求汽车制造商加速开展TPMS系统，以求减少轮胎事故的发生。因此，在2000年美国国会通过了TREAD法案。TREAD法案的要求之一是到2007年，所有在美国销售的汽车都必须安装轮胎压力监视系统。2000年11月1日美国总统克林顿签署批准了国会关于修改联邦运输法的提案，要求2003年后所有的新车都需把这种系统作为标准配置。回应TREAD法案，美国公路交通平安局〔NTHTSA〕要求到2007年，所有在美国销售的汽车都必须安装轮胎压力监视系统，并提出了汽车生产商的执行时刻表：美国市场出售的汽车，2004年占10%，2005年占35%，2006年占65%，2007年将达100%。美国每年的汽车销量约为1500万辆〔轿车/卡车〕。全球每年约5000万辆，平均每辆车需要4.2个轮胎〔不包括备用胎〕。
中国正在成为全球最大的新兴汽车市场，中国汽车需求量和保有量出现了加速增长的趋势，汽车保有量已突破2600万辆，年销售汽车将突破600万辆，今后5年将成为仅次于美国的全球第二大汽车销售国。汽车平安产品将成为中国生气勃勃的新兴市场热点，今后每年的增长速度可达50%。其中，仅TPMS技术产品2005年底的市场容量就将达20万套，近7亿
元人民币；2006将到达50万套，近17亿元。依据2003－2021年汽车需求推测：汽车年增长16%－20%；轿车年增长19.2%－24%。综合以上分析，估量，2005－2021年，中国汽车保有量将以16%以上的速度增长。
美国、欧洲已先后立法，要求在今后几年内实现汽车全部安装TPMS，因此，对TPMS的需要量与日俱增，美国的人工每小时起码7.5元美金，差不多是中国工人的日工资，面对量大的产品需要落低生产本钞票，TPMS的生产正在转向中国。今后几年内中国必将成为TPMS的生产大国。
人的生命是最可贵的，因此，为与世界先进国家同步，我国关于汽车安装TPMS如此的生命平安保障预警系统 迟早也会出台。因此，目前我们国内已有数百家设计公司、生产厂家开始开发、设计、生产TPMS。
目前，TPMS要紧分为两种类型：一种是间接式TPMS，它通过汽车ABS的轮速传感器来比立轮胎之间的转速差异，以到达监视胎压的目的，其缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的状况和速度超过100公里／小时的情况进行判定。另一种是直截了当式TPMS，它利用安装在每一个轮胎里的以锂亚电池为电源的压力传感器来直截了当测量轮胎的气压，并通过
无线电频率调制发射到安装在驾驶台的监视器上。监视器随时显示各轮胎气压、温度，驾驶者能够直瞧地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低、渗漏、太高、或温度太高时，系统就会自动报警。直截了当式TPMS从功能和性能上均优于间接式TPMS。许多欧洲的汽车厂商已将直截了当式TPMS配装于自己的车型之中，其中包括：德国宝马的Z8、法国雪铁龙的C5、英国阿斯顿·马汀的超级跑车Vanquish、林肯大陆、克莱斯勒与道奇〔Dodge〕迷你箱型车以及Chrysler300M与ConcordeLimited客车、旁蒂克的旗舰BonnevilleSE等等，梅赛德斯-奔驰S级轿车最新的革新也将TPMS作为选装件。国内多数汽车厂家目前已开始进行这方面的研究，中国参加WTO以后，随着国际化的要求，和国产汽车的出口，相信国内厂家会跟上那个步伐。中国TPMS的前装和后装市场差不多启动，预见前装市场〔汽车生产厂家原装〕将比后装市场〔汽车购置后安装〕跑得更快。
TPMS产品技术
TPMS系统要紧有二个局部组成：安装在汽车轮胎里的远程轮胎压力监测模块〔RemoteTirePressureMonitoring〕和安装在汽车驾驶台上的中心监视器〔LCD显示器〕。直截了当安装在每个轮胎里测量轮胎压力和温度模块，将测量得到的信号调制后通
过高频无线电波〔RF〕发射出往。一个TPMS系统有4个或5个〔包括备用胎〕RTPM模块。中心监视器接收RTPM模块发射的信号，将各个轮胎的压力和温度数据显示在屏幕上，供驾驶者参考。要是轮胎的压力或温度出现异常，中心监视器依据异常情况，发出不同的报警信号，提醒驾驶者采取必要的措施。
由于汽车轮胎现在大多根基上没有内胎的真空子午胎，因此，将TPMS的远程轮胎压力监测模块安装在轮毂上是十分方便和轻易的，然而汽车在高速跑动时轮胎内环境和温度是十分恶劣的，压力、温度、湿度变化特别大，因此该模块的设计要按军级产品的要求来选用元器件，按工业产品的要求来制订生产工艺，然而它是一个量大面广的汽车通用平安产品，要按消费电子产品来定价。
远程轮胎压力监测模块由五个局部组成：〔1〕具有压力、温度、加速度、电压检测和后信号处理ASIC芯片组合的智能传感器SoC；〔2〕4-8位单片机〔MCU〕；〔3〕RF射频发射芯片；〔4〕锂亚电池；〔5〕天线。外壳选用高强度ABS塑料。所有器件、材料都要满足-40℃到+125℃的使用温度范围。
智能传感器是整合了硅显微机械加工〔MEMS〕技术制作的压力传感器、温度传感器、加
速度计、电池电压检测、内部时钟和一个包含模数转换器〔ADC〕、取样/维持〔S/H〕、SPI口、校准〔Calibration〕、数据治理〔Data〕、ID码的数字信号处理ASIC单元，模块具有掩膜可编程性，即能够利用客户专用软件进行配置。它是由MEMS传感器和ASIC电路二块芯片，用集成电路工艺做在一个封装里的。在封装的上方留有一个压力/温度导进孔，将压力直截了当导进在压力传感器的应力薄膜上，周边固定的圆形应力薄膜内壁由半导体应变片组成惠斯顿测量电桥；同时那个孔还将环境温度直截了当导进半导体温度传感器上。为了便于TPMS接收器的识不，每个压力传感器都具有16-32位独特的ID码。
适用于TPMS的智能传感器要紧有硅集成电容式压力传感器，如Freescale的MPXY8020、MPXY8040；和硅压阻式压力传感器，如GENovaSensor的NPX1、NPX2，InfineonSensoNor的SP12、SP12T、SP30。硅压阻式压力传感器是采纳高周密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗。
NPX和SP12系列的智能传感器都包含了加速度计，加速度传感器利用其质量块对运动的敏感性，实现汽车移动即时开机，进进系统自检、自动唤醒，汽车高速行驶时按运动速度自动智能确定检测时刻周期，用软件设定平安期、敏感期和危险期，以逐渐缩短巡回检测周期和提高预警能力、节约电能等功能。NPX还将8位MCU封装在智能传感器中。
随着TPMS产品市场对IC高整合度和高可靠性的要求，目前差不多有了如GENPX那样的将所需测试各物理量的传感器与MCU合二为一的智能传感器模块，在今后几年内还会开发出包含RF发射芯片三合一的模块，包含利用运动的机械能自供电的四合一的模块，届时远程轮胎压力监测模块只有一个模块和一个天线组成，客户的二次设计变得十分简便。
TPMS的工作频率北美标准为315MHz，欧洲标准为433.92MHz，韩国为448MHz，已有人建议新标准为868MHz。其发射功率又不能超过10dBm，否那么要同意无线电管制。工作模式有ASK〔振幅变换调制〕、FSK〔频率变换调制〕，FSK抗干扰较好。因此，对RF芯片选用的要求是：〔1〕发射功率尽可能大；〔2〕芯片外型尺寸尽可能小；〔3〕具有比立好的性能/价格比。ATMEL的T5754、Infineon的TDK5110的标称发射功率都达10dBm。
电池选用锂亚电池，以保证远程轮胎压力监测模块在上下温环境中都能正常工作。传统的锂电池在-40℃低温时丧失电能，在+100℃高温时会自动放电。TADIRANLTH2450锂亚电池能满足TPMS宽温度范围的要求。
天线是远程轮胎压力监测模块发射功率提升的要害，天线技术涉及天线的几何外形、材料、介质等诸多因素。
远程轮胎压力监测模块的整体电源治理是十分重要的，一个锂亚电池要向那个模块提供3-5年的工作能源，做好电源治理和如何省电是要害所在。
发射模块在汽车轮胎内的安装有二种方式，一是利用气门咀安装，这是目前使用最多的；二是利用紧箍扣安装在轮毂上，这是最早的方法，但振动后会移位。不管采纳哪种方式，安装完TPMS发射模块都必须对轮胎重新做动平衡检验。
中心监视器即TPMS接收器要紧由UHFASK/FSKRF接收IC和信号处理MCU、键盘、LCD显示器组成。RF接收IC和信号处理MCU安装在一个盒子里，可安装在汽车仪表箱内，带操纵键盘的LCD显示器可安装在驾驶台上，LCD显示器能实时显示每个轮胎的压力、温度，和每一个轮胎的ID识不码，以及声光报警。由于接收系统是工作在汽车车厢内，其环境温度是常温而且变化不大，电源能够使用汽车的12V或24V电源，因此对器件选用只要是工业级即可，省电的要求也不高。
RF接收IC选用时一般考虑需要较高的接收灵敏度，以提高TPMS的工作效率和落低整个系统的生产本钞票，ATMEL的T5743、Infineon的TDK5210的标称灵敏度都达-100dBm以上。
TPMS技术开展趋势
汽车轮胎压力监视系统是驾车者、乘车人的生命平安保障预警系统，将是一个永恒的主题，因此，TPMS将成为汽车平安保障系统之一。TPMS发射模块将向高度集成化、单一化、无线无源化方向开展。
米其林集团公司、固特异轮胎橡胶公司已开发出在轮胎制造时的成形工序中，将压力、温度监测和信号发射装置被埋进轮胎胎壁内，它在轮胎的整个寿命期间〔一般为1～7年〕发扬作用；作为信号接收装置做成如的手握式解码读出器，可方便驾驶者出车时插装在车内，下车後随身携带。
以RFID技术作为研发智能轮胎的根底，美国固特异轮胎橡胶公司确实是根基其中的一员。该公司和西门子VDO汽车配件公司合作，成功研发出一种钮扣电池般大小的带RFID卡传感器。该传感器除了能够感知轮胎内的气压、胎体温度的变化并发射反映这种变化的信号外，还具有标识轮胎的功能，也确实是根基讲，它既可用於轮胎气压监测，还能够用於轮胎历程可追溯性记录。上海交通大学也开始基于声表波技术的TPMS开发研究，这种能同时测量轮胎内压力、温度和发射数据的SAW传感器，不仅可实现智能轮胎信息的无源测量
和无线发送，同时将拥有中国人自主的知识产权
>轮胎寿命 固特异
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