汽車安全系統(tǒng)—TPMS淺要解析
在汽車的高速行駛過程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據統(tǒng)計，在中國高速公路上發(fā)生的交通事故有70%是由于爆胎引起的，而在美國這一比例則高達80%。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。據國家橡膠輪胎質量監(jiān)督中心的專家分析，保持標準的車胎氣壓行駛和及時發(fā)現車胎漏氣是防止爆胎的關鍵。而TPMS——汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)毫無疑問將是理想的工具。TPMS是汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)“Tire Pressure Monitoring System”的英文縮寫形式，主要用于在汽車行駛時實時的對輪胎氣壓進行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，以保障行車安全。
據美國汽車工程師學會最近的調查，美國每年有26萬交通事故是由于輪胎氣壓低或滲漏造成的，另外，每年80%的輪胎故障是由于輪胎滲漏或充氣不足引起的。由于每年造成的經濟損失巨大，美國政府要求汽車制造商加速發(fā)展TPMS系統(tǒng)，以求減少輪胎事故的發(fā)生。2000年11月1日美國總統(tǒng)克林頓簽署批準了國會關于修改聯(lián)邦運輸法的提案，要求在2003年11月以前，汽車制造商需在10%于美國登記的新車中，裝置胎壓監(jiān)控系統(tǒng)，到2004年，此比例將會增加到35%，到2005年，則增加到65%，到2006年底前則是全面實施。
工作原理：
在輪胎的胎骰上安裝一個內置傳感器，傳感器中包括感應氣壓的電橋式電子氣壓感應裝置，它將氣壓信號轉換為電信號，通過無線發(fā)射裝置將信號發(fā)射出來。
傳感器發(fā)射出來的氣壓信息由接收機接收處理后，再安裝在駕駛臺上的顯示器中顯示出來，在行駛過程中實時地進行監(jiān)視。接收機和顯示器的安裝有分離式安裝和整體式安裝兩種形式。
駕駛者從監(jiān)視器上就可以清楚的知道每個輪胎的氣壓值，但輪胎的氣壓低于設定的氣壓下限時，監(jiān)視器將自動報警。
駕駛者可以根據顯示數據及時地對輪胎進行加氣或放氣，發(fā)現滲漏可以及時處理，讓大意外能在小處化解。
分類：
目前，TPMS主要分為兩種類型，一種是Wheel-Speed Based TPMS（簡稱：WSB TPMS，或稱為間接式TPMS），要求使用車輛防抱死制動系統(tǒng)(ABS)來確定輪胎壓力變化的系統(tǒng)。ABS通過車速傳感器來確定車輪是否抱死，從而決定是否啟動防抱死系統(tǒng)。對于在4個輪子上都裝有車輪速度傳感器的系統(tǒng)來說，此類軟件的升級可以用于監(jiān)測車速的變化，輪胎壓力變低也會導致車速發(fā)生變化。當輪胎壓力降低時，車輛的重量會使輪胎直徑變小，這反過來會導致車速發(fā)生變化。經過正確計算，這種車速變化可用于觸發(fā)警報系統(tǒng)來向司機發(fā)出警告。
另一種是Pressure-Sensor Based TPMS（簡稱：PSB TPMS，或稱為直接式TPMS），這種系統(tǒng)是利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并對各輪胎氣壓進行顯示及監(jiān)視，當輪胎氣壓太低或有滲漏時，系統(tǒng)會自動報警。報告認為PSB TPMS從功能和性能上均優(yōu)于WSB TPMS。
目前直接式TPMS技術又分為主動式和被動式兩種，主動式系統(tǒng)是將壓力傳感器安裝在每個輪圈上，而車子既有的各種遙控開關裝置，包括RKE(Remote Key Entry)、Passive Entry、Passive Start System中的射頻組件可作為胎壓量測的接收器，進而整合為一完整的胎壓監(jiān)控系統(tǒng)。主動式技術的優(yōu)點是，它是一成熟的技術，開發(fā)出來的模塊可適用于各廠牌的輪胎，但唯一的缺點，其感應模塊需要電池供電，因此有使用壽命的問題。
至于被動式技術，雖然此技術不用電池供電，但是它需要將轉發(fā)器整合至輪胎中，這牽涉到各輪胎制造商需建立一共通的標準才有可能。因此，雖然目前西門子與米其林正在開發(fā)此一技術，但尚沒有成熟的產品出現。
還有一種復合式TPMS，它兼有每個系統(tǒng)的優(yōu)點。復合式系統(tǒng)在兩個互相成對角的輪胎內裝備直接傳感器，并裝備一個4輪間接系統(tǒng)。與全部使用直接系統(tǒng)相比，這種復合式系統(tǒng)可以降低成本，克服間接系統(tǒng)不能檢測出多個輪胎同時出現氣壓過低的缺點。但是，它仍然不能提供所有4個輪胎內實際壓力的實時數據，只有直接系統(tǒng)才具備這種功能。
世界上發(fā)展TPMS輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)的企業(yè)，
1.直接式TPMS：有成本較經濟，容易普及的優(yōu)勢。有TRW/Michelin，Johnson Control，Schrader。
2間接式TPMS：有Delphi-Delco，Toyota，TRW。
每個系統(tǒng)都有自己的優(yōu)點。不過，很明顯，直接傳感系統(tǒng)更有效，直接系統(tǒng)可以提供更高級的功能，使用直接系統(tǒng)，可以隨時測定每個輪胎內部的實際瞬壓，很容易確定故障輪胎。間接系統(tǒng)相對便宜，使用間接系統(tǒng)，已經裝備了4輪ABS(每個輪胎裝備1個輪速傳感器)的汽車只需對軟件進行升級。但是，目前這類系統(tǒng)沒有直接系統(tǒng)準確率高，它根本不能確定故障輪胎，而且系統(tǒng)校準極其復雜。此外，在某些情況下此類系統(tǒng)會無法正常工作：例如同一車軸的2個輪胎氣壓都低。
直接輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)組件
一個直接TPMS系統(tǒng)包括4個或5個(取決于備胎是否裝備傳感器)輪胎模塊和一個中央接收器模塊。輪胎模塊由壓力傳感器、溫度傳感器、控制模塊(如ASIC或MCU)、發(fā)射器和天線、以及電池組成。也可以包括更多的外部系統(tǒng)，如啟動發(fā)射的低頻(LF)探測器(使模塊不僅僅作為發(fā)射器，還可以作為收發(fā)器使用)、慣性開關，或無內置電池的電源等裝置。NHTSA并不要求這些功能，但它們可以使系統(tǒng)更加完善。一個簡單的接收器模塊由一根中央天線、一個接收器IC和一個與車輛其余部分相連接的接口組成。通用接口包括控制器局域網絡(CAN)接口，該接口通常裝備在車輛的車身控制器內。數據由車身控制器處理，當輪胎壓力低時，它可以用來向司機提出警告。許多公司正尋求在接收器模塊中提供更多的功能，以及像以LF信號啟動格式向每個輪胎提供自動輪胎定位(它可以在系統(tǒng)不進行重新校準的前提下檢測到輪胎是否轉動)、分布式天線等類功能，以使自己從市場中脫穎而出。如果使用正確的發(fā)射載波頻率和通信協(xié)議，接收器系統(tǒng)可以和遙控門鎖系統(tǒng)相集成。司機可以通過集成到儀表盤顯示器上的簡單“指示器”、集成了顯示器的后視鏡，或單獨安裝在儀表板上的屏幕等來了解各種數據。只要能夠向司機發(fā)出輪胎氣壓比正常壓力降低25%的警告，這些系統(tǒng)就都可以滿足NHTSA對直接TPMS提出的要求。
TPMS的作用
汽車現有安全措施，如ABS、EDS、EPS、安全氣囊等，均是“事后被動”型安保，即在事故已經發(fā)生時才起到保護人身和汽車的安全作用，輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)屬于“事前主動”型安保，即在輪胎出現危險征兆時及時報警，采取措施，將事故消滅在萌芽狀態(tài)，確保汽車行駛過程中始終處于安全狀態(tài)。
TPMS輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)由于可以監(jiān)視輪胎的氣壓，正好可以解決汽車高速行駛發(fā)生爆胎的危害，這尤其成為高速行駛車輛的福音。汽車配裝TPMS的必要性首先體現在它可以有效防止爆胎事故的發(fā)生。
科學統(tǒng)計表明，缺氣行駛時，輪胎氣壓從正常值下降10%，輪胎壽命減少15%，如果氣壓低于正常值0.21Bar（約0.2公斤/平方厘米），油耗將增加1.5%。
有了輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)，缺氣狀況就不會發(fā)生，從而能夠保護胎面，延長輪胎使用壽命，而且能省油，可謂一舉多得。汽車上配裝TPMS還能延長輪胎的使用壽命，能有效減少汽車的燃油消耗，能更好地對汽車各重要部件進行保養(yǎng)以及能減輕對環(huán)境的污染。由于安裝了TPMS，駕駛者隨時知道輪胎的氣壓狀況，使汽車長期行駛于正常氣壓狀態(tài)下，對汽車發(fā)動機及底盤尤其是對懸掛系統(tǒng)的保養(yǎng)和維護有突出的貢獻。因為假若汽車在輪胎氣壓過高狀態(tài)下行駛，日積月累對發(fā)動機底盤及懸掛系統(tǒng)將造成很大的傷害。輪胎的氣壓是輪胎的生命，正確的充氣壓力是各種使用條件下充分發(fā)揮輪胎性能的最佳保證，同時可確保行車的安全與舒適并避免不正常的磨損。
市場與發(fā)展前景
在美國原來的規(guī)范中，有直接和間接兩種TPMS汽車廠商可以自由選用。由于后者的成本較低，但準確度也較差，因此美國消費者正極力要求政府能將法案修改為僅能采用直接式胎壓量測系統(tǒng)。雖然因此造成法案實施的延宕，但此修改后的法案可望在最近通過，將ABS-based的方式從規(guī)范中剔除。若此法案正式通過，英飛凌預計，全球直接式TPMS的市場將從今年的540萬套，快速成長至到2008年的2130萬套。不過還有一種可能是，美國NHTSA要求要么全部使用直接系統(tǒng)，要么使用復合系統(tǒng)，全部淘汰間接系統(tǒng)。不論采用哪一種方式，都會出現一個大的直接TPMS市場。
市場調研機構Strategy Analytics的汽車部分析師Simon Schofield說：“在今后幾年內，輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)將成為發(fā)展最快的汽車電子系統(tǒng)。我們預計到2006年，全球汽車OEM市場對直接輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的需求量將達到1500萬，到2010年將超過2200萬�！�
TPMS的發(fā)展前景除了美國市場外，雖然其它地區(qū)并沒有強制的法律規(guī)定，但以提升汽車子的安全性能為訴求，目前日本、歐洲的主要車廠都已開始陸續(xù)采用，雖然僅限某些高階車款，不過，隨著市場擴大，感應系統(tǒng)成本的進一步降低和對安全措施的重視度的提高，TPMS將會有更大的市場。
在輪胎氣壓實時監(jiān)測系統(tǒng)的研制方面，日本、美國、德國在近年都取得了相應的進展，出現了一批成熟的產品。目前主要以無線傳輸電子測量為主要的工作方式進入產業(yè)化階段。
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