汽车胎压监视系统的设计方案与思考

科黼 科I技l论I坛 汽车胎压监视系统的设计与思考 一安 (杭州技师学院汽车商务系。浙江杭州311500) 擒耍：汽车胎压监视系统(仃Ms)主要用于在汽车行驶时实时地对轮胎气压进行自动监洲。对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车安全， 是驾车者和乘车人员的生命安全保障预警系统。本文详细介绍了TPMS系统的组成以及器件选择、节能和安装等设计考虑因素。在汽车的高速行驶 过程中。轮胎故障是所有驾驶者曩为担心和最难预防的。也是突发性交通事故发生的重要原因。括统计，在高速公路上发生的交通事故有70％一80％ 是由于爆胎引起的，怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。据有关专家的分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎 的关犍．而1狲lS毫无疑问将是理想的工具。 关键词：汽车胎压监视系纯；设计方案；接收嚣；显示器 lTPMS系统组成 送器，巧754内部由PLL、vcO、功率放大器等加1舯．833的标准，即人体模式(HBM)大于 PsBlPMs主要由安装在汽车轮胎内的压组成，外部晶振源经串口谐振器供给VC0，PLL4KV。 力、温度传感器和信号处理单元、RF发射器组 向McU提供时钟，McU将已编码的数据流经2．2省电与唤醒 成的11PMs发射模块，以及安装在汽车驾驶台功率放大器调制在uHF指定频率，交由天线发 为了使TPMs发射模块在一节锂电池下能 上包括数字信号处理单元的RF接收器、液晶 射。天线采用印制在PcB板上的环状天线，发工作3—5年，系统节电是—个十分重要的课题， 显示器(LcD)组成。 射功率要求PA在9．5mA时能输出7一l叫Bm。因此只有在大多数时间让系统进入睡眠状态， 1．1TPMS传感器 13TPMS发射模块的安装 才能省电与延长电池寿命。汽车启动时和进人 口Ms传感器是一个集成了半导体压力传 由于现在的汽车大多都已取消了内胎，因 高速行驶时。唤醒即Ms系统的一般有二 感器、半导体温度传感器、数字信号处理单元和 此给TPMs发射模块安装带来了极大的方便。种。一是汽车启动时1PMs自检，进入高速行驶 电源管理器的片上系统模块。为了强化胎压检 目前11PMs发射模块在汽车轮胎内的安装有两时用事先设定软件程序定时巡回检测。为此，需 测功能．有不少Ⅱ'MS传感器模块内还增加了种方式：利用气门咀安装和利用紧箍扣安装在 要TPMs接收器发出呼唤信号，在TPMs发射 加速度传感器、电压检测、内部时钟、看门狗，和 轮毅上。无论采用哪种方式，安装完TPMs发射模块上要安冕唤醒(wake．up)芯片，如A一 带12位ADc、4kBnIsIl、2kBROM、128Bmw、模块都必须对轮胎重新做动平衡检验。TA5283，由于唤醒频率为125kIIz低频，11PMs 128BEEI．ROM及其它功能的ASlc数字信号处1．4TPMs接收器和显示器 接收器要发出具有一定功率的呼唤信号，需要 理单元。这些功能芯片使得11PMs传感器不仅 TPMs接收器由uHFASUFsKRF接收Ic在TPMs接收器上增加一级天线驱动，如A- 能实时检测汽车开动中的轮胎压力和胎内温度 和信号处理Mcu、键盘、IJcD显示器组成。RFTA5275；二是在传感器模块中增加加速度传感 的变化。而且还能实现汽车移动即时开机、自动接收Ic和信号处理Mcu安装在一个盒子里。器，利用其质量块对运动的敏感性，实现汽车启 唤醒、节省电能等功能。电源管理器确保系统实 可安装在汽车仪表箱内，带控制键盘的LcD显动自动开机，进入系统自检，汽车高速行驶时按 现低功耗，使一节锂电池可以使用3—5年。 示器可安装在驾驶台上，LcD显示器能实时显运动速度自动智能确定检测时间周期，用软件 11PMs压力传感器是一个片上系统模块，示每个轮胎的压力、温度和每—个轮胎的ID识设定安全期、敏感期和危险期，以逐渐缩短巡回 其内部典型架构包括整合了硅显微机械加工的 别码，以及声光报警。检测周期和提高预警能力。 压力传感器、温度传感器、加速度计、电池电压 UHFASl(，F．SKRF接收器以髑743为例，该2．3胎压与温度 检测、内部时钟，以及一个包含模数转换器 芯片由低噪音放大器(u州)、低通滤波器 汽车轮胎的压力与温度是密切相关的，也 (ADc)、取样，保持(驯)、sPI口、校准、数据管(LPF)、中频功率放大器、AS材FsK解调器、数是汽车驾乘人员的生命安全所系。汽车轮胎气 理、ID码的数字信号处理单元，模块具有掩膜 据接口．以及PLL、mD、Vc0、混频器组成。天压低于标准值时，变形增大，受力发生变化，易 可编程性，即可以利用客户专用软件进行配置。 线接收到的信号经RF模拟前端的LAN放大、使轮壁帘布层呈环状断裂．胎面磨损不均，胎肩 压阻式传感器是由MEMS压力传感器和半导IJPF滤波、ASI(，]隅K解调，取出的数据流交的磨损急剧增大；同时，各部件胶于帘布层，帘 体soc电路。用集成电路工艺做在—个封装里11PMs接收器的Mcu，经软件处理还原出胎压、布层之间剪切力增大，生热加剧，使胶层与帘线 的。在封装的上方留有一个压力，温度导入孔。 温度、ID码给LcD显示，并智能辨别系统是否的物理性能下降，轮胎使用寿命缩短。若胎压长 将压力直接导入在压力传感器的应力薄膜上， 安全．以及提供声光报警。 期低于正常气压的80％，在高速行使时，轮胎 周边固定的圆形应力薄膜内壁由半导体应变片 211PMS系统方案 会急剧升温而脱层，最后导致爆胎。 组成惠斯顿测量电桥，同时这卟羽．还将环境温 由sPl2传感器模块、ATAR862、倦743、轮胎气压高于标准值时。因轮胎与地面接 度直接导人半导体温度传感器上。 AVRMcu主要芯片可以组成整套硎s系统，触的面积减少，单位压力增高，使轮胎胎面的中 1．2压力，温度信号处理与发射 ．一辆轿车需要4个11PMs发射模块(备胎还需部磨损增加。通过室内试验证明：一般认为提高 压力，温度信号经仰MS传感器模块内的 要1个)、1个什MS接收器。一辆卡车需要气压25％，轮胎寿命将会降低15—20％；降低气 AsIc／s以电路处理，通过其sPI口传输给安装“12个TPMs发射模块。为了提高系统的接收压25％，寿命大约降低30％。(注意：一般轿车 在发射模块内的信号处理单元，综合成数据流 能力和抗干扰能力，系统安装时需要在汽车底 的轮胎正常气压值在210kpa左右 再进人同一封装内的RF发射IC，按设定的超盘安装接收天线。 (1kg％m=98kpa)。多鹰位商务车(7—9座)在 高频率(uHF)调制发射给安装在驾驶台内的接 2．1器件选择 240kpa左右为宜。)汽车轮胎温度越高，轮胎的 收器。 由于TPMs发射模块工作在剧烈振动、环强度越低，变形越大(一般温度不能超过80度， 为了缩小汽车轮胎内的测量、信号处理Ic 境温差变化很大和不便于随时检修的条件下， 当温度达到95度时，轮胎的情况非常危险)，每 所占面积与发射模块的体积，压力，温度信号 因此要求所有的器件要有很好的可靠性和稳定 升高1度，轮胎磨损就增加2％；行使速度每增 处理与发射也采用组合的soc，如A1MEL的性，能适应工作在—0℃到125‘c温度范围。为加一倍。轮胎行使里程降低50％。因此，不允许 ATAR862、飞思卡尔的Mc68Hc908R砣，它们了缩小TPMs发射模块的体积、节省功耗和增超温超速行使。 都是将一片Mcu、一片超高频(uHF)RF发送强功能，需要尽可能的选用片上复合芯片，如包 参考文棘 器整合在同一封装内。 含压力、温度、加速度和AsIc的复合芯片，包【l】颜重光等．新型实用传感嚣应用【M1．北 Mcu一般为4位或8位cPu核，包括时含Mcu和Tx(RF)或R_x(RF)的复合芯片。京：电子工业出版社，1998，4． 钟管理、EEPRoM、RAM、多个计时器、多个I，oTPMs是一个按工业标准设计、生产、检【2】颜重先．关于开发A1MEL轮胎压力篮洲IC 口、内部晶振等。uH腿F发送器以ATAR跖2为验，按消费电子产品价格销售的产品，因此产品 应用市场的报告，2003，12． 例，其内部嵌入的是晒754uHFAs胁sKRF发的生产成本至关重要。产品的EsD保护要符合 万方数据 汽车胎压监视系统的设计方案与思考 作者： 陶安 作者单位： 杭州技师学院汽车商务系,浙江,杭州,311500 刊名： 黑龙江科技信息 英文刊名： HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)： 2011(6) 参考文献(2条) 1.颜重光 关于开发ATMEL轮胎压力监测IC应用市场的报告 2003 2.颜重光 新型实用传感器应用指南 1998 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hljkjxx201106051.aspx