TPMS的產品分類及技術
1、輪胎壓力監測系統分為間接式TPMS和直接式TPMS。間接式TPMS是在汽車的ABS上進行軟件修改，通過比較輪胎的轉速（缺氣的輪胎轉速比正常輪胎轉速要快），來實現。間接式TPMS產品缺陷：A、同軸或2個以上輪胎缺氣無法顯示。B、時速100km/h以上時失效。
2、直接式（輪胎智能監測系統）有4大核心(瓶頸）技術：
A、無線信號傳輸的穩定性和可靠性（特別是高速行使時的信號傳輸）
B、傳感器的使用壽命（免維護使用）
C、報警提示的準確性（無誤報警、錯報警）
D、傳感器的耐壓性
3、從汽車發展的100年歷史來看，爆胎一直是一個世界性的難題。輪胎智能監測系統做為有效預防汽車爆胎的安全產品，也和安全氣囊、ABS一樣被汽車作為標準安全配置，廣泛使用。
隨著高速公路的發展、汽車速度的加快及美聯邦立法的推動，輪胎智能監測系統日益被重視。從目前來看輪胎智能監測系統因為價格因素，在中低檔車輛上的使用還不廣泛。隨著新技術的應用、量產化提高、競爭加劇，輪胎智能監測系統會像電腦和手機一樣從“貴族”走向“尋常百姓”。
對輪胎進行正確充氣十分必要。這一問題引起了人們的極度重視。所有人都還記得2000年曾出現過美國廠商收回輪胎和汽車的現象，回收的原因是出現了大量的爆胎和翻車事故。大量數據表明，對輪胎正確充氣會大大降低爆胎的可能性。正是由于這樣一個事實，美國前總統克林頓當年簽署了有關加強運輸設備收回、責任確定和文件記錄(TREAD)法案。在此法案基礎上，不久又出臺了美國運輸部 (DOT) 國家公路交通安全管理委員會 (NHTSA) 法規。
根據NHTSA官方網站上公布的"最后法規"，2003年11月到2006年10月31日期間美國新出廠的輕型汽車將逐步引入TPMS。在引入系統的過渡階段，NHTSA批準了2種"標準備用系統"。這兩種備用系統分別稱為直接系統和間接系統。
直接TPMS：要求在每個輪胎內使用壓力傳感器，并安裝無線發射器，用于將壓力信息從輪胎內部發送到中央接收器模塊上的系統。
間接TPMS：要求使用車輛防抱死制動系統(ABS)來確定輪胎壓力變化的系統。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。對于在4個輪子上都裝有車輪速度傳感器的系統來說，此類軟件的升級可以用于監測車速的變化，輪胎壓力變低也會導致車速發生變化。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生變化。經過正確計算，這種車速變化可用于觸發警報系統來向司機發出警告。
每個系統都有自己的優點。直接系統可以提供更高級的功能，使用直接系統，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。間接系統相對便宜，使用間接系統，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，目前這類系統沒有直接系統準確率高，它根本不能確定故障輪胎，而且系統校準極其復雜。此外，在某些情況下此類系統會無法正常工作：例如同一車軸的2個輪胎氣壓都低。
還有一種復合式TPMS，它兼有每個系統的優點。復合式系統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。與全部使用直接系統相比，這種復合式系統可以降低成本，克服間接系統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，只有直接系統才具備這種功能。
很明顯，直接傳感系統更有效。基于這樣一種觀點，有人可能預測當NHTSA在2005年修改TPMS法規時，會使用直接傳感系統全部取代過渡期間的間接系統。如果情況屬實，將會出現一個巨大的TPMS硬件市場。另一種可能性是，NHTSA要求要么全部使用直接系統，要么使用復合系統，全部淘汰間接系統。不論采用哪一種方式，都會出現一個大的直接TPMS市場。
直接輪胎壓力監測系統組件
鑒于如此大的市場潛力，許多公司加緊推出直接TPMS解決方案。因為NHTSA的要求目前只適用于輕型車輛，而不包括雙后橋車輛，所以客車和輕型卡車的發展空間最多。這樣一個系統包括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 (需要考慮理想氣體定律 PV = nRT)、控制模塊(如ASIC或MCU)、發射器和天線、以及電池組成。也可以包括更多的外部系統， 如啟動發射的低頻(LF)探測器(使模塊不僅僅作為發射器，還可以作為收發器使用)、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。如果使用正確的發射載波頻率和通信協議，接收器系統可以和遙控門鎖系統相集成。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。只要能夠向司機發出輪胎氣壓比正常壓力降低25%的警告，這些系統就都可以滿足NHTSA對直接TPMS提出的要求。
TPMS投產勢在必行，但考慮到投產前的時間太短，因此，許多公司都著手生產一種簡單的系統，它可以滿足NHTSA的要求。這一市場目前很窄，但在不久的將來會發展成為一個大規模市場。為了促進快速的產品開發，我們提出了如下直接TPMS系統，雖然該系統簡單且組件成本也低，但卻符合NHTSA法規中的所有要求。最簡單的系統包括一個裝備在4個輪胎中的傳感器/發射器模塊和一個中央接收器。
輪胎模塊 ：硬件 傳感器是電容型MEMS壓力傳感器，專用于滿足TPMS在溫度和媒介兼容方面的要求。這是一個單體壓力和溫度傳感器，并具備電源管理和數字輸出功能。套件內的媒介保護過濾器可以使其硅片免受環境影響。該系統有4種操作模式：待機模式 (耗電600 nA)、測定氣壓模式、測定溫度模式和輸出數據讀取模式。該設備要求控制器至少提供5個引腳：2個引腳用于控制其操作模式，2個引腳用于數據串行交換，另外1個引腳用于接收數據。8020型還具有復位針，該針作為一個輸出端子，此端子大約每小時向控制器發送復位信號。控制器是在一個32針QFP封裝中結合8位Flash單片機和UHF發射器的器件。單片機連接傳感器，定期檢索氣壓和溫度數據。它還連接與其在一起的發射器，并根據所使用晶振的不同，用315或434MHz發送數據。
輪胎模塊：軟件 許多TPMS供應商所采用的行業標準是輪胎模塊為7-10年的使用壽命。因為輪胎模塊是由一塊鋰電池(鋰電池電容通常為200 - 300 mA-h)供電，因此需要高效率的算法。TPMS的軟件很簡單，只有3種主要功能：測量、處理數據和傳輸。算法的效率與時間相關，系統設計員必須弄清以下問題：接收器是否顯示每個輪胎的氣壓，還是只顯示告警的低氣壓？輪胎模塊可以檢查出低氣壓閾值，其使用的能量要少于獲得完整的8位值所需的能量。 氣壓和溫度的測量頻率是多少？
是否需要對氣壓和溫度兩個參數都進行測量，還是其中一個參數的測量頻率要高于另外一個？
是否需要溫度補償功能 (即，改變低壓告警閾值作為溫度的一個函數)？若需要，是在輪胎端還是在接收器端部署？輪胎模塊執行計算的次數越多，電池壽命越短。
數據發送的頻率是多少?每個數據幀中有多少位?發射器要比其他任何部分更快地消耗電池能量，因此經常傳輸較短的數據幀通常有助于延長電池壽命。氣壓降低會出現什么現象？為確保在任何惡劣的環境下都能使數據到達接收器，輪胎模塊應可多次發送告警信號。 在回答這些標準問題的基礎上，一種智能算法可以盡可能地避免多個輪胎模塊同時發送數據時發生的數據沖突。為了避免由沖突造成的數據丟失，模塊應在每個數據幀之間，在隨機時間間隔內發送多個數據幀，而不是一個數據幀。這將大大降低數據丟失的可能性，但也將縮短電池的使用壽命，并增加接收器軟件的復雜性。理想的折衷辦法是在雙方之間，每隔10 - 100 ms的間隔發送3-4個數據幀。除了這些標準問題外，供應商還想提供其他更多功能以使自己從市場中脫穎而出，這些功能包括：自動檢測、LF啟動、包含備件的自動輪胎定位，取消電池和其他功能。
接收器模塊 ：硬件 最簡單的接收機模塊含有一個 UHF 接收器、一個中央天線、和一個與汽車其他部分連接的接口。這種 IC能夠接收并解調 OOK或FSK調制的 Manchester編碼數據，同時通過一條串行外圍接口(SPI)總線將其發送出去。采用FSK調制，并支持數據管理器(Manchester數據解碼器)(這是在TPMS中采用這種IC的最佳方法)，如果有匹配的天線，它的靈敏度是 -103 dBm 。 接收器所選的控制器與TPMS無關。接收機將它所接收的數據按順序發送，這樣任何控制器都可以接收、處理數據，出現異常情況時向司機告警。
接收機模塊：軟件
接收機IC 是高度集成的，通過一個MCU來控制，特別是當MCU含有硬件SPI時，則更簡單。即使沒有硬件SPI，采用三個針可以非常容易地在軟件中實施這種同步協議。由于數據管理器支持，天線接收的Manchester編碼數據被解調、解碼，并轉換到SPI協議，它通過這個協議與控制器通信。數據管理器非常智能，可以去掉叫醒信號、開始碼和結束符(EOM)等數據幀，這樣控制它的軟件大大減少。它還有許多節能選項，即使汽車停很長時間，也不會消耗完一塊電池。由于每個輪胎模塊要發送相同格式的數據，接收機控制器能在收到全部數據幀后中斷，這樣它可以在大部分時間都處于低能耗睡眠狀態。
總結
要使NHTSA規則生效，時間太短促，因此我在此介紹了一種方法，列出了創建符合NHTSA的簡單TPMS的器件清單。這套系統的中心部件是壓力傳感器，它可以承受輪胎內的惡劣環境。
這套系統很容易升級，供應商可以提供更多功能。下面顯示的是一個簡單的演示系統，這個系統顯示的是最小TPMS，LED作為低壓報警器，串行端口接口與PC相連，PC記錄數據。這套系統已經收集了過去幾個月的真實環境數據。
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