摘要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公路交通已經(jīng)成為關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈和社 會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大系統(tǒng)，但隨之而來(lái)的交通事故給人的生命安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造 成了重大損失。爆胎是引起交通事故的主要原因，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛和及 時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)( t p m s ) 主要用于在 汽車行駛時(shí)實(shí)時(shí)地對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警，是 駕車者、乘車人生命安全的保障預(yù)警系統(tǒng)。 汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)主要分為直接式汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)( p s bt p m s ) 和間接式汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)( w s bt p m s ) 。本文介紹了直接式t p m s 和間接 式t p m s 的工作原理，并根據(jù)直接式t p m s 的工作原理從壓力傳感器、單片機(jī)、 無(wú)線射頻( r f ) 收發(fā)器件以及電池、顯示器的設(shè)計(jì)選擇方面做了詳細(xì)的分析比 較，并從保證測(cè)量準(zhǔn)確性、降低功耗和成本方面出發(fā)，提出了一套完整的基于英 飛凌公司的智能傳感器和無(wú)線收發(fā)器的直接式汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)方案，實(shí) 現(xiàn)了對(duì)壓力、溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 本文詳細(xì)設(shè)計(jì)了直接式t p m s 系統(tǒng)的硬件電路和軟件流程。硬件電路主要由 胎壓測(cè)量發(fā)射部分和接收顯示部分組成，其中胎壓測(cè)量發(fā)射部分主要由壓力溫 度傳感器、單片機(jī)以及無(wú)線發(fā)射芯片組成，用于測(cè)量胎壓、溫度并通過(guò)無(wú)線方式 發(fā)射出去；接收顯示部分主要由無(wú)線接收芯片、單片機(jī)和液晶顯示器組成，用于 無(wú)線接收數(shù)據(jù)并通過(guò)液晶顯示出來(lái)。文中對(duì)功耗的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析，分別從 軟件和硬件兩個(gè)方面提出了降低功耗的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)使用喚醒方式降低了電流 消耗，延長(zhǎng)了電池的使用壽命。設(shè)計(jì)了相應(yīng)的軟件編程流程圖，編寫了軟件程序， 通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力、溫度的有效測(cè)量；對(duì)功耗作了實(shí)驗(yàn)，推出了系統(tǒng)的 使用壽命；最后對(duì)本設(shè)計(jì)方案的局限性進(jìn)行了分析和總結(jié)，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措 施和解決方法。 關(guān)鍵詞：t p m s 汽車輪胎壓力監(jiān)視r(shí) f 單片機(jī) a b s t r a c t w i t l lt h ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m ya n dt e c h n o l o g y , r o a dt r a n s p o r t a t i o nh a s b e e np l a y i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l ei no u rl i f e b u tt h et r a f f i ca c c i d e n t sd o ag r e a td a m a g et oo u rl i f ea n dm a k eal o tl o s st oe c o n o m y t i r eb l o w o u ti st h em a i n c a u s e t h ek e y p o i n tt oa v o i dt i r eb l o w o u ti st oh o l ds t a n d a r dp r e s s u r ea n da w a r eo f t h el e a k a g eo ft i r ei nt i m e t i r ep r e s s u r em o n i t o r i n gs y s t e m ( t p m s ) i sm a i n l yu s e dt o m o n i t o rt i r ep r e s s u r ew h i l er u n n i n ga n da l a r mt h el e a k a g ea n d l o w p r e s s u r eo ft i r e ，s o i ti sa s a f e g u a r dt od r i v e r sa n dp a s s e n g e r s t h e r ea r et w od i f f e r e n tk i n d so ft p m s ：p r e s s u r e s e n s o rb a s e dt p m sa n d w h e e l s p e e db a s e dt p m s i nt h i st h e s i s ，t h eo p e r a t i o n a lt h e o r yo fp s bt p m sa n d w s bt p m sa r ei n t r o d u c e di nd e t a i l 。ad e t a i ld e s c r i p t i o ni sg i v e nf r o mp r e s s u r e s e n s o r , s i n g l e - c h i pc o n t r o l l e r , r ft r a n s m i t t e ra n dr e c e i v e r , b a t t e r i e sa sw e l la sl c d ， b a s e do nm e a s u r e m e n tp r e c i s i o n ，l o wp o w e r c o n s u m p t i o na n dc o s t t h e naf u l lt p m s s c h e m eb a s e do nt h ep r e s s u r es e n s o ra n dr ft r a n s m i t t e ra n dr e c e i v e ro fi n f m e o n t e c h n o l o g yi sg i v e na n da tl a s tt h em e a s u r e m e n to ft i r ep r e s s u r e & t e m p e r a t u r ea r e m e a s u r e dt i m e l ya n dc o r r e c t l y i nt h i st h e s i s ，t h eh a r d w a r ec i r c u i ta n ds o f t w a r ep r o g r a ma r ei n t r o d u c e di nd e t a i l t h eh a r d w a r ec o n s i s t so ft w op a r t s t i r ep r e s s u r em e a s u r e m e n t & t r a n s m i t t i n gp a r ta n d r e c e i v i n g & d i s p l a yp a r t t i r ep r e s s u r em e a s u r e m e n t t r a n s m i t t i n gp a r tc o n s i s t so f p r e s s u r es e n s o r ，s i n g l e c h i pc o n t r o l l e ra n dw i f e l e s st r a n s m i t t i n g & r e c e i v i n g c o m p o n e n t s ，a n di su s e dt om e a s u r et h et i r ep r e s s u r ea n dt r a n s m i tt h ei n f o r m a t i o n ； t h er e c e i v i n g & d i s p l a yp a r tc o n s i s t so fw i r e l e s sr e c e i v e r , s i n g l e c h i pc o n t r o l l e ra n d l c d ，a n di su s e dt or e c e i v ea n dd i s p l a yt h et i r ei n f o r m a t i o n t h e r ei sad e t a i ls t u d yo n p o w e rc o n s u m p t i o n ，a n db yt a k i n gt h ew a k e - u pm o d et h ec u r r e n tc o n s u m p t i o ni s r e d u c e d a n dt h eb a t t e r i e sl i f e s p a ni sp r o l o n g e d t h es o f t w a r ef l o wa sw e l la st h e s o f t w a r ep r o g r a mi sg i v e n ，a n da tl a s tt h et i r ep r e s s u r ea n dt e m p e r a t u r ea r em e a s u r e d a c c u r a t e l y ；i nt h ee n d , t h e r ei saa n a l y s ea b o u tr e s t r i c t i o no ft h es c h e m e ，a n dt h e + s o l u t i o n st os o l v et h ep r o b l e m sa l eg i v e n k e y w o r d s ：t p m s ，a u t o m o b i l e ，t i r e ，p r e s s u r e ，m o n i t o r , r f , m c u 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得鑫壅盤堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證 書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中 作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：主3 乞宴 簽字日期： 岬年7 月 石日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解吞疊盤塋有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。 特授權(quán)：苤盜盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢 索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校 向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明) 學(xué)位論文作者簽名：主光扇 新躲旒形 簽字日期：刀中年7 月多日簽字日期：少唧年7 月廠日 第一章緒論 1 1 汽車行駛安全問(wèn)題 第一章緒論 2 0 0 1 年，一則新聞進(jìn)入人們的視線，美國(guó)福特汽車公司宣布，該公司計(jì)劃耗 資2 1 億美元更換福特汽車正在使用的1 3 0 0 萬(wàn)只存在質(zhì)量問(wèn)題的凡世通輪胎，生產(chǎn) 凡世通輪胎的普利司通公司隨后宣布斷絕與福特汽車公司長(zhǎng)達(dá)9 5 年的合作關(guān)系， 老世交變成了新仇人【1 】。而美國(guó)政府部門在當(dāng)年公布了統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，與凡世通輪胎 的胎面突然斷裂有關(guān)的交通事故導(dǎo)致1 7 4 名美國(guó)人死亡，7 0 0 多人受傷【2 】，這些數(shù) 字引起業(yè)界和美國(guó)政府的高度關(guān)注，一時(shí)間汽配市場(chǎng)硝煙滾滾，輪胎安全成了當(dāng) 年最熱門的話題。 當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，輪胎故障是所有司機(jī)最難預(yù)料的，這也是突發(fā)事故出現(xiàn) 的最重要原因。公安部的相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，爆胎已經(jīng)成為繼酒后駕車、超速駕駛之 后的第三個(gè)道路安全殺手，在中國(guó)高速公路上發(fā)生的交通事故有7 0 是由于爆胎 引起的【3 - 4 1 。據(jù)美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)最近的調(diào)查，美國(guó)每年有2 6 萬(wàn)交通事故是由 于輪胎氣壓不足造成的，另外，每年有7 5 的輪胎故障是由于輪胎漏氣或充氣不 足引起的【5 。根據(jù)國(guó)家公安部的通報(bào)，2 0 0 5 年我國(guó)共發(fā)生道路交通事故4 5 0 2 5 4 起，造成9 8 7 3 8 人死亡，4 6 9 9 1 1 人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1 8 8 億元人民幣m j 。 據(jù)國(guó)家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心的專家分析，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛和及時(shí) 發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。因?yàn)檩^低的輪胎壓力將導(dǎo)致制動(dòng)的距離增大， 每年因此而導(dǎo)致的交通事故高達(dá)數(shù)十萬(wàn)起，盡管輪胎是保障汽車性能的最重要的 因素之一，然而許多汽車駕駛員往往忽視了輪胎中的隱患。適當(dāng)充氣的輪胎不僅 可以增強(qiáng)行車安全性，還能節(jié)省燃料并延長(zhǎng)輪胎的使用壽命p 】。 1 2 壓力對(duì)輪胎使用的影響 1 輪胎壓力不正常造成的經(jīng)濟(jì)損失 一輛汽車不論是它的自重，還是乘人或載物，其重量都要通過(guò)車體傳到輪胎， 最后由輪胎肩負(fù)起全部的重?fù)?dān)，所以輪胎是汽車的重要組成部分。它的主要作用 有以下三方面：( 1 ) 汽車上唯一與路面接觸的部位；( 2 ) 與懸架共同吸收汽車行 駛中受到的沖擊，以確保汽車具有良好的乘坐舒適性和行駛平順性：( 3 ) 與路面 有良好的附著性，以提高汽車的牽引性、制動(dòng)性和通過(guò)性( 包括汽車的起動(dòng)、加 第一章緒論 速、減速、停車和轉(zhuǎn)向) f 捌。可見(jiàn)輪胎對(duì)于整個(gè)汽車的作用巨大，但是由于輪胎 氣壓的不恰當(dāng)，偏高或者偏低嚴(yán)重的縮短了輪胎的使用壽命，給汽車使用者帶來(lái) 經(jīng)濟(jì)上的損失。 根據(jù)英國(guó)的個(gè)調(diào)查機(jī)構(gòu)研究結(jié)果：由于車主對(duì)輪胎壓力普遍重視不足，僅 英國(guó)每年就多浪費(fèi)1 0 億英鎊，還直接增加了車禍發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。這家名為a v o nt y r e s 的調(diào)查機(jī)構(gòu)的研究顯示，英國(guó)大約9 0 的車輛都至少有一個(gè)輪胎壓力不足，低于 最佳胎壓1 0 左右，加快了輪胎的老化速度，使輪胎的正常使用壽命減少了1 5 ，這就意味著車主每年為此要額外花費(fèi)2 3 億英鎊來(lái)購(gòu)買新輪胎【1 1 1 。同時(shí)油耗 也會(huì)增加，一輛油耗為3 0 m p g 的車如果按每年行駛1 萬(wàn)英里來(lái)算，那么整個(gè)英國(guó)就 會(huì)白白浪費(fèi)7 9 億英鎊的燃油費(fèi)用。輪胎壓力不適當(dāng)帶來(lái)的安全問(wèn)題，也同樣達(dá) 到令人吃驚的地步。英國(guó)交通部的數(shù)據(jù)顯示，每年因?yàn)檩喬ダ匣?、爆胎而發(fā)生嚴(yán) 重車禍次數(shù)高達(dá)2 6 0 0 次，占每年車禍總數(shù)的7 。 根據(jù)德國(guó)輪胎制造商大陸公司( c o n t i n e n t a l ) 的調(diào)查報(bào)告，三分之一的德國(guó)司 機(jī)駕駛的車輛的輪胎壓力小于標(biāo)準(zhǔn)值約2 0 7 0 k p a ，而如果輪胎壓力長(zhǎng)期小于額 定值約2 0 k p a 、4 0 k p a 、6 0 k p a ，其使用壽命將分別會(huì)降低1 0 、2 5 、5 0 ，同 時(shí)油耗也會(huì)相應(yīng)有5 1 0 、1 0 一2 0 、2 0 3 0 的增加。如果汽車輪胎壓力都 滿足技術(shù)規(guī)范，那么這就意味著每年僅在德國(guó)就可節(jié)省2 億升燃油，同時(shí)也因減 少了輪胎的磨損而降低了輪胎橡膠碎沫對(duì)空氣和土壤的污染。對(duì)于轎車，其輪胎 氣壓每下降5 0 k p a 那么他的承載能力就減少l o o k g 。當(dāng)輪胎壓力高于額定值2 5 時(shí)，其壽命將會(huì)降低1 5 2 0 【1 2 j 。 2 氣壓不足對(duì)輪胎使用性能的影響 氣壓不足，輪胎接地面積增大，胎側(cè)屈撓點(diǎn)改變，外層伸張，內(nèi)層壓縮，產(chǎn) 生壓縮應(yīng)力，隨著胎溫升高，膠料的物理性能受到破壞，導(dǎo)致以下影響： ( i ) 輪胎在負(fù)荷下變形加大，胎肩與地面接觸部分的磨耗增大，胎面磨耗不 均，輪胎生熱快，造成脫層。 ( 2 ) 輪胎碰到障礙物時(shí)，由于沖擊力大，胎體簾線易斷裂，致使輪胎爆破。 ( 3 ) 輪胎生熱高，加速內(nèi)胎損壞。 ( 4 ) 并裝雙胎氣壓過(guò)低，相鄰的兩胎胎側(cè)互相擠壓、摩擦而損壞。如一胎氣 壓過(guò)低，則加大另一胎的負(fù)荷而促使輪胎早期損壞。 ( 5 ) 外胎在輪輞上有時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，易引起氣門嘴脫落，而且驅(qū)動(dòng)輪上的輪胎 易損壞。 ( 6 ) 輪胎滾動(dòng)阻力增大，燃料消耗增加，轉(zhuǎn)向性能差。 ( 7 ) 在壞路面上高速行駛，造成胎冠損傷、花紋掉塊。 ( 8 ) 在氣壓過(guò)低的情況下繼續(xù)行駛，造成胎側(cè)內(nèi)壁簾布損壞、胎肩和胎體脫 2 第一章緒論 離、胎里和胎體碾傷。 ( 9 ) 輪胎內(nèi)壓長(zhǎng)期低于標(biāo)準(zhǔn)氣壓，胎體變形，屈撓變形次數(shù)增加或移位導(dǎo)致 過(guò)度疲勞生熱，兩胎側(cè)簾線脫層松散。 此外，在輪胎理賠檢查中發(fā)現(xiàn)大量使用至后期的載重輪胎發(fā)生肩空、肩裂現(xiàn) 象，其中大部分為低氣壓超負(fù)荷下肩部磨損嚴(yán)重所致【l 列； 需要特別強(qiáng)調(diào)的是，輪胎氣壓的損失是不可避免的，它是一個(gè)自然的過(guò)程， 隨著行駛路程的增加，輪胎的氣壓會(huì)自動(dòng)地減小。為了使輪胎氣壓盡量保持在額 定值，避免輪胎故障的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)定時(shí)對(duì)輪胎壓力進(jìn)行測(cè)量以決定是否對(duì)輪胎進(jìn) 行充氣，以保證輪胎壓力不會(huì)偏低。 圖i 1 輪胎胎壓過(guò)低，易導(dǎo)致胎肩異常磨損 3 氣壓過(guò)高對(duì)輪胎使用性能的影響 當(dāng)輪胎氣壓明顯高于其額定值時(shí)，輪胎變硬，剛度增大，會(huì)導(dǎo)致以下后果： ( 1 ) 胎體簾線所受原始應(yīng)力增大，胎體強(qiáng)度相對(duì)下降1 4 j 。 ( 2 ) 胎冠凸出，磨耗不均勻，容易造成嚴(yán)重的胎冠磨損。 ( 3 ) 胎體硬，彈性差，汽車行駛時(shí)，輪胎冠部受沖擊應(yīng)力大，容易產(chǎn)生冠部 簾線損傷，嚴(yán)重時(shí)引起輪胎爆破。 ( 4 ) 汽車在同樣的使用條件下，輪胎緩沖性能差，沖擊振動(dòng)大，操縱性能差， 特別是在壞路面上行駛時(shí)，輪胎容易產(chǎn)生機(jī)械損傷【1 5 】。 ( 5 ) 與路面接觸的只是輪胎面的中部區(qū)域，輪胎與路面接觸面積明顯減少， 這將使緊急剎車距離增加，彎道行駛穩(wěn)定性減小。 ( 6 ) 輪胎胎面中部承受的壓力增高，磨損加劇，又因此時(shí)輪胎剛度增大。起 不到應(yīng)有的緩沖作用，導(dǎo)致輪胎使用壽命縮短，汽車乘坐舒適性變壞。 ( 7 ) 輪胎剛度增大，導(dǎo)致輪胎與路面之間的動(dòng)載荷變化范圍也增大，這意味 著輪胎與路面之間的最小正壓力減小，從而降低車輪的地面附著性指數(shù)，影響汽 車的行駛安全性【1 引。 3 第一章緒論 下面圖1 2 、1 3 所示為胎壓過(guò)高和正常狀態(tài)下輪胎示意圖。 圖1 2 輪胎胎縫過(guò)高圖1 3 輪胎胎壓正常 4 氣壓對(duì)輪胎行駛里程及油耗的影響 氣壓過(guò)低或過(guò)高都會(huì)縮短輪胎行駛里程。氣壓過(guò)低，輪胎變形為外張內(nèi)縮， 導(dǎo)致生熱增加，加速橡膠老化、，疲勞，出現(xiàn)脫層現(xiàn)象等；氣壓過(guò)高，輪胎接地面 積小，磨耗量增大。內(nèi)壓低于標(biāo)準(zhǔn)氣壓對(duì)輪胎行駛里程的影響見(jiàn)表1 一l 。 表1 1 ：氣壓對(duì)輪胎行駛里程的影響【1 7 】單位是 氣壓1 0 09 59 08 58 07 57 06 56 05 5 5 0 行駛里程1 0 09 78 88 07 06 05 04 03 33 0 2 7 注：標(biāo)準(zhǔn)氣壓及標(biāo)準(zhǔn)氣壓下的行駛里程為1 0 0 從上面的數(shù)據(jù)可以看出來(lái)，輪胎行駛里程隨著輪胎氣壓的不足而逐漸減少， 在輪胎壓力比標(biāo)準(zhǔn)輪胎壓力減少2 0 時(shí)，輪胎行駛里程比標(biāo)準(zhǔn)胎壓下輪胎行駛里 程要減少3 0 ，在輪胎氣壓比標(biāo)準(zhǔn)輪胎氣壓減少3 0 時(shí)，輪胎行駛里程減少為標(biāo) 準(zhǔn)胎壓下行駛里程的一半。當(dāng)汽車輪胎氣壓高于標(biāo)準(zhǔn)胎壓時(shí)，由于輪胎跟地面的 接觸面減少，導(dǎo)致輪胎胎冠磨損嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致輪胎過(guò)早壞掉，也嚴(yán)重影響輪胎 的行駛里程。 氣壓不足不但影響汽車輪胎的使用壽命，同時(shí)還會(huì)影響到汽車的使用油耗， 給使用者帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，所以一定要使汽車在規(guī)定的輪胎標(biāo)準(zhǔn)氣壓狀態(tài) 下行駛，減少油耗，減輕汽車使用的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。 下表1 - 2 是輪胎氣壓不足對(duì)汽車使用油耗的影響。 表卜2 氣壓不足對(duì)使用油耗的影響 l 氣壓2 0 k l h 不足 氣壓4 0 k p a 不足 氣壓6 0 k p a 不足 l 燃汕費(fèi)燃油費(fèi)增加5 0 o - 1 0 燃油費(fèi)增加1 0 , - - 2 0 燃油費(fèi)增加2 0 - 3 0 從表1 - 2 可以看出，當(dāng)輪胎氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)輪胎氣壓2 0 k l ： a 時(shí)，汽車燃油費(fèi)增加 4 第一章緒論 5 。1 0 ，當(dāng)輪胎氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)輪胎氣壓4 0 k p a 時(shí)，汽車燃油費(fèi)增) j f l l o o 曠2 0 ， 當(dāng)輪胎氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)輪胎氣壓6 0 k p a 時(shí)，汽車燃油費(fèi)增加2 0 0 曠3 0 。所以一定要 保持輪胎氣壓為標(biāo)準(zhǔn)胎壓，這樣才能減少不必要的油耗。 由表1 - 1 和表卜2 可以看出，輪胎氣壓不足不但會(huì)造成輪胎使用壽命的嚴(yán)重縮 短，同時(shí)還會(huì)使汽車使用油耗增加。所以，一定要使汽車在標(biāo)準(zhǔn)的胎壓情況下行 駛，這樣不僅可以減少輪胎磨損，增加輪胎壽命以及行駛里程，同時(shí)還可以減少 油耗，減輕汽車使用的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，更重要的是可以減少由于輪胎壓力不正常造成 的事故發(fā)生，減少生命和財(cái)產(chǎn)的損失。 1 3t p m s 概述 1 3 1t p m s 的由來(lái) 輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)簡(jiǎn)稱t p m s ( t i r ep r e s s u r em o n i t o r i n gs y s t e m ) ，又稱輪胎失 壓預(yù)警裝置或者輪胎泄氣報(bào)警裝置。主要用于自動(dòng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車在行駛過(guò)程中 輪胎氣壓的狀態(tài)，并對(duì)輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警，以保障行車安全，是駕車者、 乘車人的生命安全保障預(yù)警系統(tǒng)。當(dāng)車輛在高速公路上行駛時(shí)，輪胎壓力不足是 最難預(yù)測(cè)的，也最有可能導(dǎo)致一些致命的突發(fā)交通事故。怎樣防止爆胎己成為安 全駕駛的一個(gè)重要課題，據(jù)有關(guān)專家的分析，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛和及時(shí)發(fā) 現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。而t p m s 毫無(wú)疑問(wèn)將是最理想的工具【1 引。 一 2 0 0 0 年1 1 月1 日，美國(guó)總統(tǒng)克林頓簽署批準(zhǔn)了國(guó)會(huì)關(guān)于修改聯(lián)邦運(yùn)輸法的提 案( t r e a d 法案) 【i 9 1 ，要求2 0 0 3 年1 1 月至s j 2 0 0 6 年l o 月3 1 日期間美國(guó)新出廠的輕型 汽車逐步引入t p m s ( 輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)) ?；貞?yīng)t r e a d 法案，美國(guó)公路交通安全 局( n t h t s a ) 要求至u 2 0 0 7 年，所有在美國(guó)銷售的汽車都必須安裝輪胎壓力監(jiān)視系 統(tǒng)，并提出了汽車生產(chǎn)商的執(zhí)行時(shí)間表：美國(guó)市場(chǎng)出售的汽車，2 0 0 4 年占1 0 ， 2 0 0 5 年占3 5 ，2 0 0 6 年占6 5 ，2 0 0 7 年將達(dá)10 0 。 根據(jù)我國(guó)各地安全交通管理部門的資料統(tǒng)計(jì)，高速公路4 6 的交通事故是由 于輪胎發(fā)生故障引起的，其中爆胎一項(xiàng)就占事故總量的7 0 【2 0 1 。由此可見(jiàn)，防止 爆胎對(duì)于汽車安全行駛的重要性。 中國(guó)正在成為全球最大的新興汽車市場(chǎng)，中國(guó)汽車需求量和保有量出現(xiàn)了加 速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，汽車保有量己突破2 6 0 0 萬(wàn)輛，年銷售汽車將突破6 0 0 萬(wàn)輛，未來(lái)5 年將成為僅次于美國(guó)的全球第二大汽車銷售國(guó) 2 1 - 2 3 1 。汽車安全產(chǎn)品將成為中國(guó)生 機(jī)勃勃的新興市場(chǎng)熱點(diǎn)。其中，僅t p m s 技術(shù)產(chǎn)品2 0 0 5 年底的市場(chǎng)容量就達(dá)2 0 萬(wàn) 套，近7 億元人民幣：2 0 0 6 達(dá)n 5 0 萬(wàn)套，近1 7 億元【2 4 1 ?？v觀國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)不難看 出，t p m s 的市場(chǎng)容量是巨大的，尤其國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，幾近空白，在這樣的市場(chǎng)需求 5 第一章緒論 背景下，開(kāi)發(fā)研究節(jié)能省電、靈敏度高、可靠性好的t p m s 無(wú)疑具有十分重要的 現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義。 1 3 。2t p m s 的功能 t p m s 主要有以下幾項(xiàng)功能： ( 1 ) 事前主動(dòng)型安保 汽車現(xiàn)有安全措施，如a b s 、e d s 、e p s 、安全氣囊等，均是“事后被動(dòng)” 型安保，即在事故發(fā)生后才起到保護(hù)人身安全的作用【2 5 1 。而t p m s 屬于“事前主 動(dòng)”型安保，即在輪胎出現(xiàn)危險(xiǎn)征兆時(shí)及時(shí)報(bào)警，駕駛員可立即采取措施，將事 故消滅在萌芽狀態(tài)，保護(hù)乘車人員的生命和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)。 ( 2 ) 延長(zhǎng)輪胎使用壽命 統(tǒng)計(jì)表明【2 6 】：輪胎氣壓不足行駛，車輪氣壓比正常值下降2 5 ，輪胎壽命減 少3 0 。如果輪胎氣壓過(guò)高，抓地力就會(huì)下降，輪胎磨損加快，一般認(rèn)為提高氣 壓2 5 ，輪胎壽命將會(huì)降低1 5 - 2 0 。汽車輪胎溫度越高，輪胎的強(qiáng)度越低，變形 越大( 一般溫度不能超過(guò)8 0 度，當(dāng)溫度達(dá)到9 5 度時(shí)，輪胎的情況非常危險(xiǎn)) ，每 升高l 度，輪胎磨損就增加2 。t m p s 系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)輪胎的動(dòng)態(tài)瞬時(shí)氣 壓，當(dāng)輪胎氣壓出現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)自動(dòng)報(bào)警，從而減少車胎的損毀，延長(zhǎng)輪胎使 用壽命。 ( 3 ) 減少燃油消耗，利于環(huán)保 實(shí)驗(yàn)顯示，輪胎氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)氣壓值3 0 ，油耗將上升1 0 。油耗上升不僅 增加車輛運(yùn)行費(fèi)用，而且增加廢氣排放，對(duì)環(huán)境的污染加大。車輛安裝了t p m s 系統(tǒng)，就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎氣壓異常，有效避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，不僅降低油耗， 而且還可減輕對(duì)環(huán)境的污染。 ( 4 ) 避免車輛部件不正常的磨損 若汽車在輪胎氣壓過(guò)高的狀態(tài)下行駛，日積月累對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)底盤、及懸掛系統(tǒng) 將造成很大的傷害；如果輪胎氣壓不均勻，則會(huì)造成剎車跑偏，從而增加懸掛系 統(tǒng)的磨損【2 7 之8 1 。如果安裝了t p m s 系統(tǒng)，可以使輪胎保持在標(biāo)準(zhǔn)的胎壓下行駛， 有效地避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。 。 1 3 3t p m s 的分類 當(dāng)前市場(chǎng)上的t p m s 產(chǎn)品主要有二類：直接式t p m s 和間接式t p m s 。直接 式t p m s 是依靠安裝在輪胎內(nèi)的壓力和溫度傳感器直接測(cè)量輪胎內(nèi)的壓力、溫度 數(shù)據(jù)并以無(wú)線電波方式傳送到無(wú)線接收器上，再由駕駛室安裝的顯示器顯示，使 6 第一章緒論 駕車者能隨時(shí)知道輪胎的壓力和溫度變化情況。而間接式t p m s 沒(méi)有壓力傳感 器，在輪胎壓力、溫度的測(cè)量過(guò)程中，壓力、溫度并非由傳感器直接測(cè)量得到， 而是依靠其他的元器件或者裝置間接得到。 1 間接式t p m s 間接式t p m s ( w h e e l s p e e db a s e dt p m s ，簡(jiǎn)稱w s bt p m s ) i 作原理的本質(zhì) 在于：在輪胎壓力監(jiān)測(cè)的過(guò)程中壓力信號(hào)由輪胎至車體是非接觸性傳輸或者氣壓 值并非由傳感器直接給出，而是通過(guò)非接觸方式由其他元器件或裝置測(cè)得氣壓信 號(hào)，通過(guò)計(jì)算處理得到汽車輪胎的壓力的一種胎壓監(jiān)測(cè)方式。 間接式t p m s 可以通過(guò)汽車a b s 系統(tǒng)的輪速傳感器來(lái)比較車輪之問(wèn)的轉(zhuǎn)速差 別，以達(dá)到監(jiān)視胎壓的目的。工作的基本原理是【2 9 ：由于壓力流失，輪胎的有效 半徑會(huì)變小。這樣當(dāng)前進(jìn)速度相同時(shí)，氣壓不足的輪胎的轉(zhuǎn)速要高于正常充氣輪 胎的轉(zhuǎn)速。這個(gè)現(xiàn)象可以通過(guò)a b s 中的輪速傳感器來(lái)捕獲，并在a b s 控制單元中 實(shí)現(xiàn)對(duì)這個(gè)信號(hào)分析的算法。然后通過(guò)顯示單元顯示壓力數(shù)據(jù)，駕駛員就可以得 到相應(yīng)的報(bào)警燈或報(bào)警聲提示。 間接式t p m s 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖1 - 4 所示。 a b sa b s 速度 卜、 控制 卜、 顯示 報(bào)警 傳感器單元 圖卜4 間接式t p m s 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 ( 1 ) 算法【3 0 】 這個(gè)算法的核心是如下輪速率方程式 。一打= 二- 上 ( - o p r l 式中，緲：輪胎轉(zhuǎn)速；f r ：前后；r l ：左右。 根據(jù)汽車運(yùn)動(dòng)學(xué) o j = 蘭姐1 一灶o s l f l 式中，：輪胎在汽車前進(jìn)方向上的速度；：輪胎的有效轉(zhuǎn)動(dòng)半徑； 嘞：輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)系數(shù)：滑動(dòng)角度。 假設(shè)滑動(dòng)角度很小( c o s a f l 1 ) ，且同一軸上的輪胎滑動(dòng)角度相等，滑動(dòng)系 數(shù)相等，假設(shè)各輪胎轉(zhuǎn)速相等，所以這個(gè)輪速率表達(dá)式就可反映各輪胎有效半徑 的關(guān)系，從而反映各輪胎壓力的關(guān)系 刀：壘生：紐魚：魚 j ( - o f r 旺r n j r r r 7 第一章緒論 ( 2 ) 測(cè)量范圍 由上式可見(jiàn)，當(dāng)輪速率不為l 時(shí)，輪胎就出現(xiàn)如下問(wèn)題【3 1 】：( 1 ) 只有1 個(gè)輪 胎漏氣；( 2 ) 有3 個(gè)輪胎漏氣；( 3 ) 2 個(gè)對(duì)角位置的輪胎漏氣。但這種方法不能 監(jiān)測(cè)出如下的情況：( 1 ) 同軸的2 個(gè)輪胎漏氣；( 2 ) 同側(cè)的2 個(gè)輪胎漏氣：( 3 ) 4 個(gè)輪胎同時(shí)漏氣；( 4 ) 速度超過(guò)1 0 0 公里，j 、時(shí)的情況 2 直接式t p m s 直接式t p m s ( p r e s s u r e s e n s o rb a s e dt p m s ，簡(jiǎn)稱：p s bt p m s ) ，工作原理的 本質(zhì)在于它是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器和溫度傳感器來(lái)直接測(cè)量 輪胎的壓力和溫度，并對(duì)各輪胎氣壓進(jìn)行顯示及監(jiān)控【3 2 1 。它的優(yōu)點(diǎn)是在輪胎壓力 過(guò)高、過(guò)低、輪胎緩慢漏氣或溫度異常變化時(shí)可以及時(shí)向車載無(wú)線接收器報(bào)警， 有效防止爆胎；可以同時(shí)監(jiān)測(cè)所有輪胎的狀況，并且系統(tǒng)對(duì)汽車的行駛速度沒(méi)有 要求。缺點(diǎn)在于無(wú)線電波容易受到干擾，測(cè)量發(fā)射模塊需要的電池存在使用壽命 短的問(wèn)題。 下圖卜5 是直接式t p m s 的結(jié)構(gòu)框圖。 壓 數(shù)無(wú) 無(wú) 由 顯i 力 據(jù)線線央不 傳 處發(fā)接h處 報(bào) 感 理 射收 一 理 墼 苴 單單 單裝 器 7 6兀 兀兀置 圖1 - 5 直接式t p m s 的結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)傳感器安裝不同將t p m s 分為內(nèi)置式t p m s 和外置式t p m s 。內(nèi)置式 t p m s 是將壓力傳感器和信號(hào)發(fā)射部分直接固定在輪胎內(nèi)部輪輞上，主要用于真 空胎，需根據(jù)各廠商的不同車型或輪胎胎壓要求進(jìn)行訂制，可解決汽車廠商一體 化要求【3 7 1 。外置式t p m s 安裝在氣門嘴外部，安裝簡(jiǎn)單，適用于各種輪胎，但安 裝后需對(duì)輪胎的平衡性等指標(biāo)進(jìn)行調(diào)校，以達(dá)到安全目的。 目前，許多歐洲的汽車廠商已將p s bt p m s 配裝于自己的車型之中【3 3 1 ，其中 包括德國(guó)寶馬的z 8 、法國(guó)雪鐵龍的c 5 、林肯大陸、克萊斯勒等。 3 基于s a w 的無(wú)源t p m s 基于s a w 的無(wú)源t p m s 仍然屬于直接式t p m s ，但是它與一般的直接式t p m s 的區(qū)別在于該系統(tǒng)在胎壓測(cè)量發(fā)射模塊不需要電池，因此將它作為一種特殊的系 統(tǒng)列出來(lái)進(jìn)行介紹。 表面聲波【3 卅( s u r f a c ea c o u s t i cw a v e ，s a w ) 是由英國(guó)物理學(xué)家瑞利在1 8 8 5 年 發(fā)現(xiàn)的，沿物體表面?zhèn)鞑サ囊环N彈性波，稱為表面聲波，并以波動(dòng)數(shù)學(xué)理論證明 8 第一章緒論 其現(xiàn)象，故表面聲波亦稱為瑞利波。 由于s a w 組件可由不同的電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)產(chǎn)生不同的頻率響應(yīng)，故此后的 3 0 年，s a w 組件被廣泛的運(yùn)用在各類通訊領(lǐng)域的振蕩器、諧振器及濾波器等電 路中。另外一方面，s a w 在感測(cè)技術(shù)的發(fā)展上，也具有相當(dāng)?shù)臐摿?，因?yàn)閟 a w 組件的敏感度高，當(dāng)晶體受到擾動(dòng)影響，所產(chǎn)生的頻率漂移都在數(shù)百k h z 間，利 用目前的量測(cè)儀器，可精確偵測(cè)到1 h z 的微小變化量。m e l e x i s 的t p m s 方案1 3 引， 正是利用了s a w 的這些特性。它們的方案是在每個(gè)輪胎內(nèi)放置3 個(gè)s a w ，然后 發(fā)射機(jī)發(fā)射r f 信號(hào)給這些s a w ，由于輪胎內(nèi)的壓力或溫度都有變化，所以s a w 發(fā)射回的信號(hào)頻率就有了變化，天線接收到變化的r f 信號(hào)后，再送到d s p 進(jìn)行處 理，根據(jù)特定的算法就可以知道輪胎內(nèi)的壓力、溫度情況。由于s a w 是無(wú)源器 件，所以無(wú)需電池供電。目前t r a n s e n s et e c h n o l o g i e s 公司、e p c o s 公司等都提供這 種元件。 4 三種形式t p m s 的比較 間接式t p m s 的優(yōu)點(diǎn)是只要具備a b s 系統(tǒng)，就可以增加t p m s 的功能，另外 所需的只是軟件，因此成本比較低。但是問(wèn)接式t p m s 不能處理以下幾種情況： 同軸兩輪胎、同側(cè)兩輪胎以及四個(gè)輪胎全部漏氣時(shí)；同時(shí)間接式t p m s 監(jiān)測(cè)能力 還與汽車負(fù)載有關(guān)系，一般負(fù)載越大監(jiān)測(cè)效果越好；受速度影響較大，一般不能 超過(guò)1 0 0 k m h ；不能對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，輪胎重新安裝或者t p m s 復(fù)位后，t p m s 傳 感器標(biāo)定比較麻煩。 相比于間接式t p m s ，直接式t p m s 有著很多優(yōu)點(diǎn)，如能在任意瞬時(shí)監(jiān)n - n 4 個(gè)輪胎內(nèi)的溫度和壓力大小，可以根據(jù)測(cè)量到的壓力數(shù)據(jù)對(duì)輪胎進(jìn)行隨時(shí)的充 放氣，使輪胎氣壓保持在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)胎壓下，減少輪胎磨損，延長(zhǎng)輪胎使用壽命， 并減少油耗，同時(shí)直接式t p m s 測(cè)量精度和準(zhǔn)確度都要比間接式的要高。但它也 存在一些弊端，比如，安裝在4 個(gè)輪胎內(nèi)壓力、溫度傳感器，信號(hào)處理和發(fā)射模 塊會(huì)打破原先的動(dòng)平衡，而且成本比較高，在惡劣潮濕的環(huán)境下，輪胎內(nèi)的電池 會(huì)出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，使得系統(tǒng)使用年限縮短。 基于s a w 的無(wú)源t p m s 主要優(yōu)點(diǎn)是傳感器部分不需要電池供電，而且質(zhì)量較 小，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的實(shí)驗(yàn)傳感器只有5 9 左右，同時(shí)可在高低溫等惡劣環(huán)境下工 作。s a w 型傳感器基本工作原理是在輪胎的表面嵌入薄石英片，通過(guò)石英壓電 晶體將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的響應(yīng)頻率信號(hào)，并在詢問(wèn)頻率的誘發(fā)下，返回響應(yīng) 頻率，從而測(cè)量行使中汽車輪胎的壓力和溫度等。 綜上所述，由于直接式t p m s 的技術(shù)相對(duì)比較成熟，并且市場(chǎng)上已經(jīng)開(kāi)發(fā)出 了相應(yīng)的產(chǎn)品，加上其監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確性都比較高，所以在以后相當(dāng)一段時(shí) 間內(nèi)，市場(chǎng)占有率將會(huì)處于絕對(duì)的領(lǐng)先地位，但是由于基于s a w 的無(wú)源t p m s 9 第一章緒論 不需要電池，所以不會(huì)受到電池使用壽命的影響，將是以后研究的重點(diǎn)。 1 3 4t p m s 發(fā)展?fàn)顩r 由于國(guó)外立法較早，所以開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的t p m s 較為成熟，主要生產(chǎn)商有加拿大 斯馬輪胎設(shè)備公司、固特異輪胎橡膠公司、米其林集團(tuán)公司、日本橫濱公司等【3 ”。 迄今為止，國(guó)外已有許多車型裝配了t p m s ，從2 0 0 2 年以后發(fā)布的世界新車資料 中可以看到，美國(guó)福特公司的林肯大陸、戴姆勒一克萊斯勒公司等知名汽車廠商 在多種新車中都預(yù)裝了t p m s ，許多歐洲的汽車廠商也己將t p m s 配裝于其高檔 車型，包括寶馬公司的z 8 、歐寶公司2 0 0 2 年版威達(dá)、旁蒂亞克的旗艦產(chǎn)品b o n n e v i l l es e 等【3 6 1 。 在中國(guó)，t p m s 剛剛起步。早在2 0 0 3 年1 1 月2 4 日頒布的中華人民共和國(guó)國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件( 征求意見(jiàn)稿) 【3 9 】中，也對(duì)安裝輪胎壓力監(jiān) 測(cè)裝置作出了說(shuō)明：“車長(zhǎng)大于6 米的長(zhǎng)途客車和旅游客車、最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量大于 1 2 噸的載貨汽車和載貨牽引車應(yīng)安裝輪胎壓力報(bào)警裝置”，“有關(guān)部分機(jī)動(dòng)車應(yīng) 安裝輪胎壓力報(bào)警裝置的要求，自本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之日起第2 5 個(gè)月開(kāi)始對(duì)新注冊(cè)車實(shí) 施”。 由于目前國(guó)家沒(méi)有強(qiáng)制性規(guī)定必須安裝t p m s 裝置，而載貨汽車的所有權(quán)大 多屬于貨運(yùn)公司，載貨汽車輪胎數(shù)量多，安裝t p m s 裝置費(fèi)用高昂，一般貨運(yùn)公 司不愿意承擔(dān)如此高的費(fèi)用。而家用轎車輪胎使用環(huán)境遠(yuǎn)比載貨汽車好，且城市 路面質(zhì)量高，輪胎可能造成的威脅比較小，也引不起私家車主足夠重視。 但是著眼未來(lái)，國(guó)家遲早會(huì)頒布強(qiáng)制性t p m s 安裝規(guī)定，尤其大型載貨汽車， 安裝t p m s 是非常必要的。目前中國(guó)胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)市場(chǎng)還處于產(chǎn)品完善和市場(chǎng)起 步階段，整套系統(tǒng)價(jià)格還比較高，而且產(chǎn)業(yè)化配套的市場(chǎng)也沒(méi)有大規(guī)模啟動(dòng)?，F(xiàn) 在國(guó)內(nèi)有許多汽車配件商開(kāi)始代理銷售國(guó)外的t p m s 系統(tǒng)，上海和重慶及廣東等 地有幾家公司開(kāi)始投入生產(chǎn)并銷售t p m s ，主要生產(chǎn)商有上海泰好電子科技有限 公司、棋港電子有限公司、佛山市朗杰電子科技有限公司、深圳市瑞電通信電子 有限公司等。市場(chǎng)主要集中在后裝市場(chǎng)，不過(guò)其價(jià)格決定其市場(chǎng)規(guī)模很小。而且， t p m s 零組件主要靠進(jìn)口，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，大多數(shù)廠家只是買來(lái)飛思 卡爾、英飛凌、通用的零組件組裝起來(lái)做成成品，缺乏核心技術(shù)。最近，浙江大 學(xué)、吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、江蘇大學(xué)等高校都有學(xué)者對(duì)t p m s 相關(guān)技術(shù)進(jìn)行 理論研究p ”。 t p m s 的大規(guī)模應(yīng)用基本上是在美國(guó)修改的聯(lián)邦運(yùn)輸法實(shí)施以后，但因?yàn)榫?有深厚的技術(shù)積累，加以法律提出的時(shí)間的緊迫性，使得t p m s 發(fā)展迅速，其發(fā) 展主要可分為以下幾個(gè)階段： 1 0 第一章緒論 第一代產(chǎn)品是通用汽車公司開(kāi)始使用的間接式t p m s 。這種產(chǎn)品成本低，但 是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)結(jié)果不精確，對(duì)車速有限制等原因，將會(huì)逐漸被直接式t p m s 取代。 第二代產(chǎn)品于2 0 0 0 年5 月在美國(guó)上市，屬于直接式t p m s ，基于嵌入式傳 感器和r f 單向t r a n s m i t t e r r e c e i v e r 系統(tǒng)。它剛出現(xiàn)時(shí)在幾款汽車上作為可選部件， 最近成為市場(chǎng)的主宰。 傳感器是整個(gè)直接式t p m s 的核心，它不僅決定了整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度，同 時(shí)也決定了系統(tǒng)的功能、功耗等?；谒脗鞲衅鞴δ懿煌?，第二代產(chǎn)品的發(fā)展 又可以分成以下兩個(gè)階段： l - 基本實(shí)現(xiàn)階段( 初級(jí)階段) 。此階段的t p m s 的傳感器只集成了壓力與溫度 傳感器，以及電源管理和補(bǔ)償電路，它可以實(shí)現(xiàn)t p m s 的基本功能，但是其溫度 與壓力監(jiān)測(cè)電路一直工作而不論汽車停止與否，很多能量浪費(fèi)在車子靜止階段， 因此功耗很大，不能有效地延長(zhǎng)t p m s 系統(tǒng)電池的壽命，總體上使用成本很高。 這個(gè)階段的典型傳感器是f r e e s c a l e 的m p x y 8 0 2 0 系列?；诖藗鞲衅鞯姆桨副?較成熟，目前市面上可見(jiàn)的t p m s 大都使用這類傳感器。 2 按需使用階段。此階段的傳感器除了集成基本實(shí)現(xiàn)階段時(shí)的一些功能模塊 外，還增加了加速度傳感器和低頻喚醒功能。加速度傳感器和低頻喚醒功能都能 夠使t p m s 系統(tǒng)只在汽車運(yùn)行期間工作，從而避免了靜車時(shí)的能量浪費(fèi)，延長(zhǎng)了 電池使用時(shí)間?；诔杀究紤]可以只使用其中的加速度傳感器，但是t p m s 系統(tǒng) 的操作性會(huì)差些，因?yàn)橛行┯脩粢笤谌魏涡枰臅r(shí)候監(jiān)測(cè)輪胎壓力，而加速度 傳感器只有在汽車運(yùn)行時(shí)間才能運(yùn)行。為了滿足各種用戶的多方面的需求，可以 使用低頻喚醒功能，但是這會(huì)增加系統(tǒng)成本，因?yàn)檫@必須在中央控制室增加低頻 發(fā)射芯片，從而使t p m s 從u h f 單向傳輸升級(jí)到了雙向傳輸。同時(shí)集成加速度 傳感器和低頻喚醒功能的這種配置可以使產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有更大的自由度。此階段國(guó) 外成熟的產(chǎn)品正陸續(xù)推出，典型的芯片是i n f m e o n 的s p l 2 和g e 的n p x u 。 未來(lái)的t p m s 模塊將向高度集成化、單一化、無(wú)源化方向發(fā)展。高集成度芯 片可以降低功耗，提高系統(tǒng)的可靠性，并且具有良好的經(jīng)濟(jì)性。目前己經(jīng)有了如 g e 的n p x i i 那樣的將所需測(cè)試各物理量的傳感器與m c u 合二為一的智能傳感 器模塊，在未來(lái)幾年內(nèi)還會(huì)開(kāi)發(fā)出包含r f 發(fā)射芯片三合一的模塊，包含利用運(yùn) 動(dòng)的機(jī)械能自供電的四合一的模塊( 例如g e 準(zhǔn)備推出的n p x i i i ) 。上海交大正在 開(kāi)發(fā)基于s a w 技術(shù)的無(wú)線、無(wú)源t p m s 新方案，目前己有初樣。這將是現(xiàn)有t p m s 技術(shù)的新的技術(shù)革命，不僅實(shí)現(xiàn)智能輪胎信息的無(wú)源測(cè)量和無(wú)線發(fā)送，而且將擁 有中國(guó)人自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 其他形式的t p m s 也在蓬勃發(fā)展。米其林集團(tuán)公司、固特異輪胎橡膠公司已 開(kāi)發(fā)出可在輪胎制造的成形工序中將壓力、溫度監(jiān)測(cè)和信號(hào)發(fā)射裝置埋入輪胎胎 第一章緒論 壁內(nèi)的模塊，它在輪胎的整個(gè)壽命期間( 一般為卜7 年) 發(fā)揮作用：作為信號(hào)接收 裝置做成如手機(jī)的手握式解碼讀出器，可方便駕駛者出車時(shí)插裝在車上，下車后 隨身攜帶?；趓 f i d 的t p m s 新方案也在設(shè)計(jì)之中，美國(guó)固特異輪胎橡膠公司 和德國(guó)西門子v d o 汽車配件公司合作，成功研發(fā)出一種紐扣電池般大小的帶 r f i d 卡的傳感器。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(hào)外，還具有標(biāo)識(shí)輪胎的功能。 1 4 本文的意義, n - r 作 1 4 1 本文的意義 汽車作為當(dāng)今以及以后最主要的交通和運(yùn)輸工具，在日常生活與社會(huì)發(fā)展各 方面的作用越來(lái)越突出，對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們社會(huì)生活的重要性越來(lái)越 大。隨著汽車擁有量的不斷增大，汽車交通事故越來(lái)越多，嚴(yán)重影響了人們的生 命財(cái)產(chǎn)安全，如何解決汽車安全行駛問(wèn)題，對(duì)于減少人們生命財(cái)產(chǎn)損失以及提高 汽車運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展都具有非常重要的意義。 本文的意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：( 1 ) 安全方面：t p m s 可以及時(shí)發(fā) 現(xiàn)輪胎氣壓?jiǎn)栴}，指導(dǎo)駕駛員進(jìn)行沖放氣，避免車禍的發(fā)生，保障行車安全；( 2 ) 用戶方面：給用戶帶來(lái)有效、方便、快捷的胎壓監(jiān)測(cè)方法，使用戶可以坐在駕駛 室里面就可以隨時(shí)獲得輪胎的氣壓信息；( 3 ) 經(jīng)濟(jì)方面：t p m s 可以提醒駕駛 員經(jīng)常保持輪胎氣壓處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，不僅可以延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，還可以減少 油耗，節(jié)約能源，減少行車費(fèi)用，同時(shí)減輕汽車廢氣對(duì)環(huán)境的污染；( 4 ) 社會(huì) 效益方面：t p m s 系統(tǒng)可以很好的保障行車安全，將來(lái)會(huì)越來(lái)越多的被汽車生產(chǎn) 廠家以及車主采用，社會(huì)需求也會(huì)越來(lái)越大，經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)隨之增加。 隨著中國(guó)加入w t o ，中國(guó)與外國(guó)之問(wèn)的汽車貿(mào)易量也會(huì)越來(lái)越大，國(guó)外一 些國(guó)家，如美國(guó)已經(jīng)立法將t p m s 作為汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，中國(guó)汽車想要出口到這 些國(guó)家也許要遵守規(guī)定裝備t p m s ，隨著t p m s 成本的進(jìn)一步降低，t p m s 在汽 車市場(chǎng)上的擁有量將會(huì)越來(lái)越大，特別是中國(guó)t p m s 剛剛起步，市場(chǎng)前景將會(huì)非 常的龐大。本課題正是順應(yīng)市場(chǎng)需求，在研究了當(dāng)前主要開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)的。 1 4 2 本文的工作 ( 1 ) 研究了汽車行駛安全問(wèn)題，研究了壓力不足以及過(guò)高對(duì)輪胎使用性能、 使用壽命、汽車油耗以及環(huán)境造成的影響，探討了t p m s 產(chǎn)生的背景原因、功能 1 2 第一章緒論 作用、分類以及國(guó)內(nèi)外t p m s 的發(fā)展?fàn)顩r。 ( 2 ) 設(shè)計(jì)了t p m s 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案以及胎壓測(cè)量發(fā)射模塊和接收顯示模 塊結(jié)構(gòu)，對(duì)t p m s 系統(tǒng)的總體安裝和胎壓測(cè)量發(fā)射模塊的安裝進(jìn)行了設(shè)計(jì)，根據(jù) 實(shí)際情況對(duì)t p m s 系統(tǒng)提出了設(shè)計(jì)要求。 ( 3 ) 詳細(xì)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件接口電路以及軟件編程流程。詳細(xì)設(shè)計(jì)了胎壓測(cè) 量發(fā)射模塊硬件電路，設(shè)計(jì)了單片機(jī)與傳感器s p l 2 以及無(wú)線發(fā)射器t d a 5 1 0 1 之間的接口電路，編寫了相應(yīng)的數(shù)據(jù)編碼格式以及傳輸格式，編寫了軟件流程圖 以及控制軟件程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輪胎壓力的實(shí)時(shí)測(cè)量、無(wú)線發(fā)射；研究了小環(huán)天線 特性，設(shè)計(jì)了用于無(wú)線發(fā)射的t p m s 小環(huán)天線，增