TPMS提高汽車安全性

1、TPMS提高汽車安全性上網(wǎng)時刻：2006-11-07輪胎過于膨脹或處于充氣不足狀態(tài)都會阻礙汽車安全性。有專門多車禍都因輪胎顯現(xiàn)狀況而導致的。美國 高速公路安全協(xié)會（NHTSA ）也因此立法強制實施 TPMS。本文將探討TPMS的要緊要求和設計挑戰(zhàn)。TPMS的設計挑戰(zhàn)一旦安裝好車輪模塊，就不能更換電池，因為它們將與電子設備一起鑄在同一個模塊中。有了這一限制，在設計TPMS系統(tǒng)時，電源治理就成為一大挑戰(zhàn)。1）軟件算法在設計一個運行穩(wěn)固、功效高的系統(tǒng)時，需要考慮的第一個因素確實是軟件。因為車輪模塊通常是用微操縱器來執(zhí)行命令的，因此應采納一種智能化算法實現(xiàn)預期的功效。例如，每次都要將一個完整的8-bi

2、t參數(shù)傳輸?shù)浇邮掌鲉?？或者，傳輸一個1-bit參數(shù)低壓報警信號是否更加有效？多長時刻測量一次胎壓？系統(tǒng)總是測量所有參數(shù)，依舊對一個參數(shù)的測量次數(shù)比其它參數(shù)多？應由車輪模塊執(zhí)行參數(shù)運算依舊接收器 來執(zhí)行？軟件工程師在設計 TPMS系統(tǒng)時必須考慮這些咨詢題。2）低頻（LF）接口使用低頻功能是操縱TPMS的專門有效的方法。在使用低頻接口時，感應模塊能夠始終處于電源關閉模式， 如此功耗最低。只有在收到喚醒信號后，傳感器才會進行測量和數(shù)據(jù)傳輸。除了降低功耗以外，低頻接口還具備設計靈活性和其他一些優(yōu)勢。例如，低頻通訊可使系統(tǒng)通過低頻接口向微操縱器發(fā)送特定命令，以對輪胎進行重新校準和定位。3）加速度計/滾動

3、開關另一種降低功耗的方法是使用滾動開關來檢測輪胎是靜止的依舊運行的。因此，運算可通過如下方式進行 ？?只有當車輛運行時，才進行相應的檢測和/或傳輸。一些TPMS傳感器（例如SP30）集成了加速度計，該加速度計是一種檢測車輪旋轉(zhuǎn)的高G傳感器。因此，應用軟件能夠用這種方法編寫 ？即當加速度計的讀數(shù)低于某一水平常，表明車輛是靜止的或者專門緩慢地 行駛著，現(xiàn)在，TPMS可停止運行或以專門低的頻率運行。 一樣的車輛在公路上行駛的平均時刻大約為15%。考慮到這一點，這種設計方案能夠大幅度降低TPMS的功耗。4）最后，通過選擇低功耗元件并通過使用具有集成功能的元件來盡可能減少元件數(shù)量，可獲得更高功率效 率并

4、降低系統(tǒng)總成本。設計挑戰(zhàn)？無線操縱第一代TPMS發(fā)送器的設計采納 SAW共振器的ASK調(diào)制技術來產(chǎn)生適當?shù)陌l(fā)射頻率。該ASK系統(tǒng)盡管專門廉價，但卻容易受到由于車輪（發(fā)送器安裝在其上）旋轉(zhuǎn)所導致的接收場強變化的阻礙。出于這一緣故，現(xiàn)在的 TPMS都采納基于晶體振蕩器的 FSK調(diào)制方法和PLL合成器來產(chǎn)生中心頻率和頻 率牽引。在許多OEM應用中，即使是在車輪高速旋轉(zhuǎn)時，F(xiàn)SK都具備可靠的射頻通訊功能。TPMS系統(tǒng)技術多年來，TPMS技術進展迅速，有多種實現(xiàn)方式。有兩種極具知名度的系統(tǒng)：直截了當TPMS系統(tǒng)和間接TPMS系統(tǒng)。正在推出的混合 TPMS系統(tǒng)結(jié)合了直截了當系統(tǒng)和間接系統(tǒng)的優(yōu)勢，是一種價格

5、更低的替代 方案。間接TPMS現(xiàn)在的間接TPMS是與車輛的防抱死系統(tǒng) （ABS）一起使用的。ABS采納車輪轉(zhuǎn)速傳感器測量每個車輪的 轉(zhuǎn)速。當一個輪胎的氣壓減小時，滾動半徑就減小，而車輪的旋轉(zhuǎn)速度就相應地加快。那個比率可用下列等式來表達:如果那個比率偏離設定的公差，一個或更多輪胎就會過于膨脹或處于充氣不足狀態(tài)。然后，指示燈會提示 司機，有一個輪胎處于低壓狀態(tài)。然而，指示燈無法識別是哪個輪胎處于低壓狀態(tài)。那個系統(tǒng)還有其它局 限性，即當同一車軸或同一側(cè)的兩個輪胎都處于低壓狀態(tài)時，它無法檢測岀怎么講是哪個輪胎充氣不足。還有，如果所有四個輪胎都處于低壓狀態(tài)，該系統(tǒng)可不能發(fā)覺這一故障。輪胎直徑的減少和氣壓

6、的降低專 門微小。關于薄胎來講，69kPa （10 psi）的壓降只會使直徑減小 1mm。這種壓降不符合美國的最終判定規(guī) 則（Final Ruling ）所規(guī)定的25%原則。采納間接方法進行檢測在專門大程度上依靠于輪胎和負載因子。直截了當TPMS直截了當TPMS采納固定在每個車輪中的壓力傳感器直截了當測量每個輪胎的氣壓。然后，這些傳感器會 通過發(fā)送器將胎壓數(shù)據(jù)發(fā)送到中央接收器，然后進行分析，分析結(jié)果將被傳送至安裝在車內(nèi)的顯示器上。顯示器的類型和當今大多數(shù)車輛上裝配的簡單的胎壓指示器不同，它能夠顯示每個輪胎的實際氣壓，甚至 還包括備用輪胎的氣壓。因此，直截了當TPMS能夠鏈接至顯示器，告訴司機哪

7、個輪胎充氣不足。由于直截了當TPMS可直截了當測量每個輪胎的氣壓，因此當任何一個或幾個輪胎處于低壓狀態(tài)時，它們就會檢測岀這種狀態(tài)。當車輛的所有四個輪胎都處于低壓狀態(tài)時也能夠檢測到。直截了當TPMS也可檢測到較小的壓降。有些系統(tǒng)甚至能夠檢測到7 kPa （1.0 psi）的壓降。AM+響應時閭+-多種故障樓測按輪胎位置發(fā)出圧力告警十在不同行獲條件下島強韌性+外力口 $且件的軟童-系貌成本（帶A日引-4娶球司機交互i-額外的爵適持征-混合TPMS為滿足多輪壓力檢測要求，常規(guī)的間接TPMS需要在系統(tǒng)中安裝兩個額外的胎壓傳感器和一個射頻接收器。胎壓傳感器要安裝在車輪上， 兩個傳感器呈對角安裝。混合TP

8、MS能夠克服常規(guī)直截了當 TPMS的局限性, 這講明它們能夠檢測到在同一個車軸或車輛同一側(cè)的兩個處于低壓狀態(tài)的輪胎，這些輪胎中有一個帶有直 截了當氣壓傳感器。和間接系統(tǒng)相似，當兩個呈對角的輪胎（不帶直截了當氣壓傳感器）都處于低壓狀態(tài) 時，系統(tǒng)只能檢測到一個輪胎充氣不足。當所有4個輪胎都處于低壓狀態(tài)時，系統(tǒng)也能夠檢測到故障，因為系統(tǒng)安裝了直截了當氣壓傳感器。這種方法能夠降低系統(tǒng)成本。但就系統(tǒng)可靠性和靈活性而言，依舊不夠理想，同時不能全部定位欠壓輪胎。隨著技術的進展，直截了當 TPMS系統(tǒng)已逐步演變?yōu)?3個要緊系統(tǒng)類型，即主流型（低 仲端）、帶有自動 定位功能的高端TPMS和結(jié)合ESP/ABS的T

9、PMS系統(tǒng)。下表對各種系統(tǒng)類型進行概述：TPMS配A日引ESP；ESPABSTPMS旬樓系統(tǒng)=軟件測fiift速度和振朗并計算胎內(nèi)氣玉(fWftn=直接系統(tǒng)=直踐瞪測輪胎內(nèi)壓.A ESP提供補充戳曙嘆褪衽華輔植迄性和制動敷第蘭a需矍無電胞衣集統(tǒng)if#景4主貳（低中端）7FMS：芾有白動定柚話蠱的高端TPMIS：亠自接票貌=倩懇器在輪胎里，愉格昱關鍵因壺（&2）=輪胎內(nèi)發(fā)隹感軀，道過LF觸笈豔自動定位，軟件或祈釉至力感應低端STPMS功槌情形1 : TPMS配ABS/ESP?間接系統(tǒng)許多OEM都從間接系統(tǒng)轉(zhuǎn)向了直截了當系統(tǒng)，因為直截了當系統(tǒng)的總體成本降低了。間接系統(tǒng)有太多的技術局限性，同時要求專

10、門嚴格的場地測試。由于間接系統(tǒng)在美國市場遭受了太多的索賠，因此通常僅限 于歐洲使用。因此，其市場份額不足10%。情形2 :主流（低/中端）TPMS?直截了當系統(tǒng)正如其名字一樣，覆蓋低/中端細分市場的主流 TPMS的市場份額到2011年將超過50%。主流TPMS的 市場規(guī)模，要緊受美國立法的推動。我們估量，TPMS在歐洲、亞太地區(qū)和日本市場規(guī)模會專門小，這是由于額外的系統(tǒng)成本和公眾對 TPMS認知不足造成的。TPMS系統(tǒng)通常是作為高端車型的選件提供的。增 裝的需求仍舊專門低，因為一樣的車主對TPMS還不熟悉。主流系統(tǒng)的要緊推動因素是價格。OEM需要一個能夠滿足美國高速公路安全協(xié)會（NHTSA ）

11、的各項要求，同時不至導致低/中端車型的價格增加太多的 TPMS的系統(tǒng)。主流系統(tǒng)的差不多功能能夠滿足NHTSA的各項要求。然而，要明白，每個 OEM都有自己的TPMS系統(tǒng)。TPMS并不是一個商品市場！情形3 :高端TPMS （自動定位）?直截了當系統(tǒng)高端TPMS是指將輪胎的自動定位功能集成于直截了當TPMS系統(tǒng)。輪胎的自動定位功能是指識別和區(qū)別4個輪胎發(fā)送的信息。在這種情形下，例如，右前輪的氣壓，無需任何人為操作，即可被正確識別并顯示 岀來。現(xiàn)在的系統(tǒng)要緊是在翼板中安裝低頻發(fā)射器天線來進行定位。有四個低頻發(fā)射器模塊用電線連接中央接收 器模塊至翼板。中央接收器模塊將信號發(fā)送至這些低頻模塊以觸發(fā)特定

12、的車輪模塊，例如右前輪。在這種情形下，只有右前輪的車輪模塊（而不是其余的車輪模塊）會反饋信息。今后，兩軸G傳感器將被用于實現(xiàn)輪胎的自動定位功能。估量到2011年，高端TPMS系統(tǒng)的市場份額將達到 30%。該系統(tǒng)也將成為以后 TPMS/ESP集成的基礎 （見情形4的描述）。情形4 : ESP/ABS和TPMS的結(jié)合?直截了當系統(tǒng)該系統(tǒng)是以后的進展方向。在該系統(tǒng)中，TPMS系統(tǒng)將輪胎的附加信息提供給ESP系統(tǒng)，如重力、輪胎氣壓和溫度、路況和輪胎類型等。這是以后高級ESP系統(tǒng)的進展趨勢。這種系統(tǒng)需要具備多軸重力測量和自 動定位功能，此外還需要采納低頻或 能量獲得”技術的無電池式系統(tǒng)。該類系統(tǒng)將于 2

13、008年首次引入高端 汽車（基于低頻系統(tǒng)）。估量到 2011年，其市場份額將達到 10%。下一代產(chǎn)品？?SP35英飛凌的SP30 TPMS傳感器幾年之前已進入批量生產(chǎn)，迄今為止已銷售了數(shù)百萬套。英飛凌的傳感器，作為用于TPMS系統(tǒng)的主導產(chǎn)品，在市場上獲得廣泛的認可。隨著市場持續(xù)要求更高的集成度和更低的系 統(tǒng)成本，英飛凌將在 2007年向亞太市場推出下一代產(chǎn)品SP35。SP35將集成車輪模塊所需的感應功能和發(fā)射功能。這就意味著，MCU、傳感器和射頻發(fā)射器都被封裝在一起。與現(xiàn)有的SP30加外部射頻發(fā)射器集成電路（IC）解決方案相比，SP35系統(tǒng)解決方案將減少一個組件。SP35集成了氣壓傳感器、加速

14、度傳感器、溫度傳感器、搭載片上閃存的8051微處理器、低頻接收器接口以及315/433/868/915MHZ 射頻發(fā)射器。除減少組件數(shù)量外，它還能夠降低系統(tǒng)總體成本，因為板卡設計 更加簡單，尺寸更小。英飛凌SP30的專門優(yōu)勢TPMS系統(tǒng)設計中專門重要的一個方面是傳感器的介質(zhì)兼容性。傳感器的精確性和可靠性在專門大程度上 受外部介質(zhì)的阻礙，如潮濕、灰塵和其它物質(zhì)如制動液等。英飛凌的TPMS傳感器采納夾層工藝，由夾在 兩個玻璃層之間的單硅晶組成。傳感器元件具備杰岀的介質(zhì)兼容性，因為氣壓入口朝向硅膜片的背面。芯片封裝關于產(chǎn)品化和批量生產(chǎn)來講是關鍵因素。封裝方式會大大阻礙傳感器的性能。每個傳感器差不多上

15、獨一無二的，同時需要單獨進行整定和校準。英飛凌所有的TPMS傳感器在生產(chǎn)過程中都進行了全面整定和校準，因此可節(jié)約客戶大量的時刻和成本。英飛凌的無線操縱芯片的專門優(yōu)勢英飛凌的超高頻（UHF ）發(fā)射器TDK51xxF系列，是用于此類 TPMS的最佳解決方案。TDK51xxF系列設 計用于315MHz、434MHz、868MHz和915 MHz等頻段，可同時支持 ASK調(diào)制和FSK調(diào)制。該產(chǎn)品系列具備一個完全集成的鎖相環(huán)（PLL ）合成器和一個高效功率放大器以驅(qū)動環(huán)路天線。其典型功耗為7mA（當電阻為50Ohm，射頻輸出功率為 5dBm時），堪稱同類最佳。該設備可在 -40C到+125 C的汽車運行

16、溫度范疇內(nèi)運行，同時采納專門小巧的P-TSSOP-10封裝。除發(fā)射器系列產(chǎn)品外，英飛凌還提供用于不同頻段的各種接收器芯片。由于具備杰岀的靈敏度，英飛凌的射頻接收器的應用范疇持續(xù)擴大，如TPMS等。與競爭對手的無線芯片不同的是，英飛凌的無線芯片集成了各種功能，如此系統(tǒng)設計人員就可使用最少的元件，從而降低系統(tǒng)成本。在FSK調(diào)制模式下當接收頻率為434MHz時，低達3.9-7.5mA的工作電流，以及高達-100dBm的敏銳度（測定條件：FSK頻偏為+/-50kHz， 誤碼率為2xE-3比特誤差率，曼徹斯特編碼方式，數(shù)據(jù)率為4KHz，中頻帶寬為280KHz ），也是英飛凌超過其競爭對手的要緊優(yōu)勢。英飛

17、凌的TDA5210超高頻（UHF ）接收器的框圖無線操縱設計考慮因素英飛凌TDK51xxF發(fā)射器天線選擇和匹配網(wǎng)絡模擬和測試差不多證明，與常規(guī)的接地天線相比，環(huán)路天線更加有效同時帶寬更寬。環(huán)路天線通常被印刷 在電路板上，同時要適當匹配才能獲得最佳效率。然而，有幾個常見的外界因素會阻礙天線的性能和阻抗，如手效應？會改變自由空間（ 0）和金屬物體鄰近的介電常數(shù)，而且這些因素關于獲得準確的測量結(jié)果來講是至關重要的，同時必須被考慮在內(nèi)。這被證明是TPMS系統(tǒng)設計者所面臨的一大挑戰(zhàn)，因為天線必須在盡可能多的實時阻礙因素同時顯現(xiàn)的情形下進行測量，即要同時調(diào)整天線電阻網(wǎng)以及安裝在邊框上或靠近底部的發(fā)射器模塊

18、。功率模式在電源關閉模式下，整個芯片是不通電的，電流消耗一樣為0.3nA。通過將FSKDTA切換到HIGH （因為未連接PWDWN ）能夠進入PLL激活模式。在這期間，PLL接通電源，但功率放大器關閉，以便在 PLL 需要穩(wěn)固時幸免不必要的功率輻射。PATAMods:Down PLL Enable和電TransiTHtnim聞hFSKDTALCnv *lliqhn)in I mecASKDTA采納FSKDTA和ASKDTA進行FSK調(diào)制的功率模式示例（沒有連接PDWN ）PLL的導通時刻要緊由晶體振蕩器的導通時刻決定，當使用規(guī)定的晶體時，導通時刻小于1 msec。PLL本身需要大約10gs的時

19、刻鎖定。在PLL啟用期間，電流消耗一樣為 3.5 mA。TDK51xxF上的功率放大器由 ASKDTA接通至HIGH位置。在此期間，F(xiàn)SKDTA能夠發(fā)送。當將適當?shù)淖儞Q網(wǎng)絡應用于PAOUT時，集成電路的電流消耗一樣為 7mA。環(huán)路天線PCB設計指南其他一些TPMS發(fā)射器設計指南，通常為系統(tǒng)設計人員帶來了挑戰(zhàn)。晶體部分發(fā)射器晶體板應被屏蔽和接地，同時遠離天線，以幸免來自功率輸岀的干擾。同樣的原理，發(fā)射時鐘輸岀應遠離晶體輸入，同時所有晶體跡線長度應盡可能短。電路板接地在電路下面進行牢固的接地是專門重要的，射頻和集成電路（IC）接地應彼此分開。匹配元件布置所有匹配的元件彼此應盡量正交放置在接地平面上

20、，如果可能的話，它們的并聯(lián)匹配元件都應彼此分離。天線設計部分天線應總是放置在 自由空間”（無交流電源接地）內(nèi)同時應使天線與接地層的距離至少為 5mm。如果使用 環(huán)路天線，必須進行對稱設計。去耦合電容布置去耦合電容必須盡可能靠近 Vs和地。英飛凌TDA52XX接收器英飛凌的TDA52XX是一種專門用于短程遙控的單片接收器。超外差接收器（SHR ）的差不多結(jié)構由低噪聲放大器（LNA ）和前端的混頻器構成。IC進行了高度集成同時只需專門少的外部元件。該器件包括一個 低噪放大器（LAN ）、雙平穩(wěn)混頻器、完全集成的壓控振蕩器 （VCO ）、PLL合成器、晶體振蕩器、帶RSSI 發(fā)生器的限幅器、 PLL FSK 解調(diào)器、數(shù)據(jù)濾波器、數(shù)據(jù)比較器（分割器）和峰值檢波器等。