TPMS的安全应用和经济优势分析

在欧盟销售的所有新车现在必须由制造商安装轮胎压力监测系统（TPMS）。还提供售后系统，利用成熟的传感和无线技术，为旧车辆以及卡车，大篷车和摩托车的车主带来TPMS的安全和经济优势。

TPMS安全和节省

汽车轮胎每月可能损失多达6％的压力。如果所有者没有注意到或检查，这可能导致不可预测或危险的缺陷处理。它还会损害燃油经济性并增加轮胎磨损，这会对环境造成不利影响并增加车辆拥有成本。

轮胎充气不足的安全影响已成为立法强制要求的主要因素。轮胎压力监测系统的装配。在美国进行的车辆检查显示，该国道路上每十辆汽车中就有七辆可能会有充气不足的轮胎。为了减少因错误充气的轮胎造成的事故数量，美国立法者实施了TREAD（运输召回增强责任和文件）法案，该法案要求装配TPMS。自2007年9月以来，这已适用于美国的所有新车。

在欧洲，基于美国法律的立法要求自2012年11月起为所有新型车辆安装TPMS，以及所有新车辆自TPMS的经济和环境效益以来，欧盟委员会2008年关于车辆类型批准的报告中的数字表明，充气不足的轮胎可使燃油消耗增加4％，轮胎使用寿命缩短45％。/p>

欧洲管理TPMS的技术法规要求系统在任何轮胎的压力偏离建议压力20％以上时提醒驾驶员。允许对测量额外的5％容差。 TPMS还必须能够进行自检以检测任何内部故障。

操作原则

TPMS可以通过两种方式工作。如果仅在一个车轮上检测到过快的旋转，则控制器可以比较来自车辆的车轮速度传感器的信息并产生充气不足警报。这种方法相对便宜，但如果轮胎磨损不均匀或者车主改变为更大或更小的轮胎，则可能变得不准确。这有时被称为间接TPMS。

另一种方法是在车轮内安装电池供电的压力传感器/变送器单元。这可以直接连接到阀杆上，也可以连接到车轮中心。传感器模块包括管理传感器致动的无线接收器，以及将内部压力，轮胎ID和其他数据发送到控制器的发送器。这种方法有时称为直接TPMS，可提供更高的精度，但在电池电量不足时必须更换传感器。精心的电源管理可以使传感器持续使用大约10年，这比常规使用的轮胎的使用寿命要长得多。

售后机会？

OEM TPMS可以与车辆的电子和仪表完全集成。常用的仪表板警告包括一个黄色照明符号，显示轮胎的横截面，中间有一个感叹号，如图1所示。尽管在欧洲，自2012年以来引入的所有车型都有OEM TPMS，售后市场TPMS可以允许老车的驾驶员可以从这些系统带来的安全和经济优势中受益。

图1：TPMS仪表板警示灯。

内置机械压力指示器的更换阀已有一段时间了。这些使用阀盖上的颜色编码指示器提供视觉上的好/坏压力读数（图2）。这种系统的一个缺点是必须在视觉上检查指示器，但不能从车内看到。驾驶员必须单独检查每个车轮以评估指示器的状态。

图2：用于轮胎压力监测的机械阀内系统。

现已推出售后电子TPMS，包括无线更换阀和可安装在仪表板上的控制器/用户界面单元（图3）。这些可以安装在汽车和其他车辆上，如房车，大篷车和拖车，而无需修改现有的布线。类似的系统也适用于摩托车。

图3：售后TPMS包括压力感应阀帽，无线基站和用户界面单元。

TPMS参考设计和传感器

无论TPMS是OEM还是售后配件，都适用类似的功能模块和操作原理。图4显示了Microchip的TPMS参考设计的主要功能模块。中央控制器通过LIN连接到低频（LF）执行器，并依次向每个执行器发出命令以唤醒相关的压力传感器/变送器单元。 125 kHz低频无线连接具有大约一米的短距离，这使得执行器能够在其附近与传感器单元连接。在发送唤醒传感器的命令后，控制器等待接收来自包含检测到的轮胎压力，温度和传感器电池状况的传感器的无线传输。

图4：主要TPMS功能块。

传感器/变送器模块的主要功能包括压力传感器，微控制器，LF接收器和RF发射器。无线微控制器（如Microchip RFPIC12F675F）将PIC12F微控制器和UHF ASK/FSK发送器集成在一个封装中。该器件的其他重要集成功能有助于进一步减少元件数量，包括内部RC振荡器，能够在芯片上执行LF解码的比较器，以及10位ADC，使设计人员可以自由选择模拟压力传感器具有合适的感应范围，例如100-450 kPa（15-65 psi），无需设计外部A/D转换器。参考设计采用独立的模拟前端IC来检测125 kHz LF信号。

或者，可以使用完全集成的TPMS压力传感器构建传感器/变送器单元，该传感器结合了传感元件，微控制器，LF接收器，RF发射器和其他功能在一个封装中。完成系统只需要最少的外部组件。一个很好的例子是飞思卡尔FXTH870511DT1，如图5所示。该器件是专用的TPMS传感器，集成了8位S08内核，125 kHz LF接收器和315-434 MHz无线电发射器，还具有MEMS加速度计和温度传感器除压力传感器外。加速度计可以是仅用于测量径向加速度的单轴传感器，也可以是也能够支持轮胎定位能力的双轴传感器。

图5：飞思卡尔FXTH87集成了TPMS传感器模块所需的所有主要功能。

结论

TPMS现已成为所有在美国和欧洲销售的新车的强制性要求。随着安全和环境效益得到更广泛的认可和运营原则的理解，更多种车辆的车主可以利用可靠，及时的轮胎压力信息。