汽車安全系統(tǒng)—TPMS淺要解析
在汽車的高速行駛過(guò)程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔(dān)心和最難預(yù)防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國(guó)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(guó)這一比例則高達(dá)80%。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個(gè)重要課題。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。而TPMS——汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)毫無(wú)疑問(wèn)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(shí)實(shí)時(shí)的對(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，以保障行車安全。
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26萬(wàn)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(jīng)濟(jì)損失巨大，美國(guó)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(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，要求在2003年11月以前，汽車制造商需在10%于美國(guó)登記的新車中，裝置胎壓監(jiān)控系統(tǒng)，到2004年，此比例將會(huì)增加到35%，到2005年，則增加到65%，到2006年底前則是全面實(shí)施。
工作原理：
在輪胎的胎骰上安裝一個(gè)內(nèi)置傳感器，傳感器中包括感應(yīng)氣壓的電橋式電子氣壓感應(yīng)裝置，它將氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)無(wú)線發(fā)射裝置將信號(hào)發(fā)射出來(lái)。
傳感器發(fā)射出來(lái)的氣壓信息由接收機(jī)接收處理后，再安裝在駕駛臺(tái)上的顯示器中顯示出來(lái)，在行駛過(guò)程中實(shí)時(shí)地進(jìn)行監(jiān)視。接收機(jī)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(gè)輪胎的氣壓值，但輪胎的氣壓低于設(shè)定的氣壓下限時(shí)，監(jiān)視器將自動(dòng)報(bào)警。
駕駛者可以根據(jù)顯示數(shù)據(jù)及時(shí)地對(duì)輪胎進(jìn)行加氣或放氣，發(fā)現(xiàn)滲漏可以及時(shí)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(jiǎn)稱：WSB TPMS，或稱為間接式TPMS），要求使用車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)來(lái)確定輪胎壓力變化的系統(tǒng)。ABS通過(guò)車速傳感器來(lái)確定車輪是否抱死，從而決定是否啟動(dòng)防抱死系統(tǒng)。對(duì)于在4個(gè)輪子上都裝有車輪速度傳感器的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，此類軟件的升級(jí)可以用于監(jiān)測(cè)車速的變化，輪胎壓力變低也會(huì)導(dǎo)致車速發(fā)生變化。當(dāng)輪胎壓力降低時(shí)，車輛的重量會(huì)使輪胎直徑變小，這反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致車速發(fā)生變化。經(jīng)過(guò)正確計(jì)算，這種車速變化可用于觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)來(lái)向司機(jī)發(fā)出警告。
另一種是Pressure-Sensor Based TPMS（簡(jiǎn)稱：PSB TPMS，或稱為直接式TPMS），這種系統(tǒng)是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎的氣壓，并對(duì)各輪胎氣壓進(jìn)行顯示及監(jiān)視，當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。報(bào)告認(rèn)為PSB TPMS從功能和性能上均優(yōu)于WSB TPMS。
目前直接式TPMS技術(shù)又分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種，主動(dòng)式系統(tǒng)是將壓力傳感器安裝在每個(gè)輪圈上，而車子既有的各種遙控開(kāi)關(guān)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(cè)的接收器，進(jìn)而整合為一完整的胎壓監(jiān)控系統(tǒng)。主動(dòng)式技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，它是一成熟的技術(shù)，開(kāi)發(fā)出來(lái)的模塊可適用于各廠牌的輪胎，但唯一的缺點(diǎn)，其感應(yīng)模塊需要電池供電，因此有使用壽命的問(wèn)題。
至于被動(dòng)式技術(shù)，雖然此技術(shù)不用電池供電，但是它需要將轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)才有可能。因此，雖然目前西門子與米其林正在開(kāi)發(fā)此一技術(shù)，但尚沒(méi)有成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。
還有一種復(fù)合式TPMS，它兼有每個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合式系統(tǒng)在兩個(gè)互相成對(duì)角的輪胎內(nèi)裝備直接傳感器，并裝備一個(gè)4輪間接系統(tǒng)。與全部使用直接系統(tǒng)相比，這種復(fù)合式系統(tǒng)可以降低成本，克服間接系統(tǒng)不能檢測(cè)出多個(gè)輪胎同時(shí)出現(xiàn)氣壓過(guò)低的缺點(diǎn)。但是，它仍然不能提供所有4個(gè)輪胎內(nèi)實(shí)際壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，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(jīng)濟(jì)，容易普及的優(yōu)勢(shì)。有TRW/Michelin，Johnson Control，Schrader。
2間接式TPMS：有Delphi-Delco，Toyota，TRW。
每個(gè)系統(tǒng)都有自己的優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，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(jí)的功能，使用直接系統(tǒng)，可以隨時(shí)測(cè)定每個(gè)輪胎內(nèi)部的實(shí)際瞬壓，很容易確定故障輪胎。間接系統(tǒng)相對(duì)便宜，使用間接系統(tǒng)，已經(jīng)裝備了4輪ABS(每個(gè)輪胎裝備1個(gè)輪速傳感器)的汽車只需對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)。但是，目前這類系統(tǒng)沒(méi)有直接系統(tǒng)準(zhǔn)確率高，它根本不能確定故障輪胎，而且系統(tǒng)校準(zhǔn)極其復(fù)雜。此外，在某些情況下此類系統(tǒng)會(huì)無(wú)法正常工作：例如同一車軸的2個(gè)輪胎氣壓都低。
直接輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組件
一個(gè)直接TPMS系統(tǒng)包括4個(gè)或5個(gè)(取決于備胎是否裝備傳感器)輪胎模塊和一個(gè)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(dòng)發(fā)射的低頻(LF)探測(cè)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(kāi)關(guān)，或無(wú)內(nèi)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(gè)簡(jiǎn)單的接收器模塊由一根中央天線、一個(gè)接收器IC和一個(gè)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(wǎng)絡(luò)(CAN)接口，該接口通常裝備在車輛的車身控制器內(nèi)。數(shù)據(jù)由車身控制器處理，當(dāng)輪胎壓力低時(shí)，它可以用來(lái)向司機(jī)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(hào)啟動(dòng)格式向每個(gè)輪胎提供自動(dòng)輪胎定位(它可以在系統(tǒng)不進(jìn)行重新校準(zhǔn)的前提下檢測(cè)到輪胎是否轉(zhuǎn)動(dòng))、分布式天線等類功能，以使自己從市場(chǎng)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(jī)可以通過(guò)集成到儀表盤顯示器上的簡(jiǎn)單“指示器”、集成了顯示器的后視鏡，或單獨(dú)安裝在儀表板上的屏幕等來(lái)了解各種數(shù)據(jù)。只要能夠向司機(jī)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(duì)直接TPMS提出的要求。
TPMS的作用
汽車現(xiàn)有安全措施，如ABS、EDS、EPS、安全氣囊等，均是“事后被動(dòng)”型安保，即在事故已經(jīng)發(fā)生時(shí)才起到保護(hù)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(dòng)”型安保，即在輪胎出現(xiàn)危險(xiǎn)征兆時(shí)及時(shí)報(bào)警，采取措施，將事故消滅在萌芽狀態(tài)，確保汽車行駛過(guò)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(xiàn)在它可以有效防止爆胎事故的發(fā)生。
科學(xué)統(tǒng)計(jì)表明，缺氣行駛時(shí)，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(huì)發(fā)生，從而能夠保護(hù)胎面，延長(zhǎng)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(zhǎng)輪胎的使用壽命，能有效減少汽車的燃油消耗，能更好地對(duì)汽車各重要部件進(jìn)行保養(yǎng)以及能減輕對(duì)環(huán)境的污染。由于安裝了TPMS，駕駛者隨時(shí)知道輪胎的氣壓狀況，使汽車長(zhǎng)期行駛于正常氣壓狀態(tài)下，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及底盤尤其是對(duì)懸掛系統(tǒng)的保養(yǎng)和維護(hù)有突出的貢獻(xiàn)。因?yàn)榧偃羝囋谳喬鈮哼^(guò)高狀態(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。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(shí)可確保行車的安全與舒適并避免不正常的磨損。
市場(chǎng)與發(fā)展前景
在美國(guó)原來(lái)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(zhǔn)確度也較差，因此美國(guó)消費(fèi)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(cè)系統(tǒng)。雖然因此造成法案實(shí)施的延宕，但此修改后的法案可望在最近通過(guò)，將ABS-based的方式從規(guī)范中剔除。若此法案正式通過(guò)，英飛凌預(yù)計(jì)，全球直接式TPMS的市場(chǎng)將從今年的540萬(wàn)套，快速成長(zhǎng)至到2008年的2130萬(wàn)套。不過(guò)還有一種可能是，美國(guó)NHTSA要求要么全部使用直接系統(tǒng)，要么使用復(fù)合系統(tǒng)，全部淘汰間接系統(tǒng)。不論采用哪一種方式，都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)大的直接TPMS市場(chǎng)。
市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Strategy Analytics的汽車部分析師Simon Schofield說(shuō)：“在今后幾年內(nèi)，輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將成為發(fā)展最快的汽車電子系統(tǒng)。我們預(yù)計(jì)到2006年，全球汽車OEM市場(chǎng)對(duì)直接輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求量將達(dá)到1500萬(wàn)，到2010年將超過(guò)2200萬(wàn)。”
TPMS的發(fā)展前景除了美國(guó)市場(chǎng)外，雖然其它地區(qū)并沒(méi)有強(qiáng)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(kāi)始陸續(xù)采用，雖然僅限某些高階車款，不過(guò)，隨著市場(chǎng)擴(kuò)大，感應(yīng)系統(tǒng)成本的進(jìn)一步降低和對(duì)安全措施的重視度的提高，TPMS將會(huì)有更大的市場(chǎng)。
在輪胎氣壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制方面，日本、美國(guó)、德國(guó)在近年都取得了相應(yīng)的進(jìn)展，出現(xiàn)了一批成熟的產(chǎn)品。目前主要以無(wú)線傳輸電子測(cè)量為主要的工作方式進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。
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