TPMS提高汽車安全性

1、.：.；TPMS提高汽車平安性 上網(wǎng)時間：2006-11-07 HYPERLINK ed-china/SEARCH/ART/TPMS.HTM TPMS對于提高 HYPERLINK ed-china/SEARCH/ART/%C6%FB%B3%B5%B0%B2%C8%AB%D0%D4.HTM 汽車平安性帶有舉足輕重的影響。輪胎是汽車和路面唯不斷接接觸的部分。 輪胎過于膨脹或處于充氣缺乏形狀都會影響汽車平安性。有很多車禍都因輪胎出現(xiàn)情況而導致的。美國高速公路平安協(xié)會NHTSA也因此立法強迫實施TPMS。本文將討論TPMS的主要要求和設(shè)計挑戰(zhàn)。 HYPERLINK ed-china/SEARCH/AR

2、T/%CC%A5%D1%B9%BC%E0%B2%E2%CF%B5%CD%B3.HTM 胎壓監(jiān)測系統(tǒng)TPMS的要求和設(shè)計挑戰(zhàn) TPMS系統(tǒng)的要求有：低功耗、在惡劣環(huán)境下高度運轉(zhuǎn)的可靠性、較小的壓力傳感器誤差容限以及更長的任務壽命等。為實現(xiàn)10年運用壽命這一目的，必需運用低功耗集成化部件。 HYPERLINK ed-china/ART_8800015110_400012_500008_HN_00bddf10.HTM o 奇夢達將于下半年公開募股，英飛凌仍為大股東 英飛凌曾經(jīng)推出了諸如SP30和SP35的集成化產(chǎn)品，以滿足這些要求。 TPMS 的設(shè)計挑戰(zhàn) 一旦安裝好車輪模塊，就不能改換電池，由于它們

3、將與電子設(shè)備一同鑄在同一個模塊中。有了這一限制，在設(shè)計TPMS系統(tǒng)時，電源管理就成為一大挑戰(zhàn)。 1) 軟件算法在設(shè)計一個運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、效果高的系統(tǒng)時，需求思索的第一個要素就是軟件。由于車輪模塊通常是用微控制器來執(zhí)行命令的，所以應采用一種智能化算法實現(xiàn)預期的效果。例如，每次都要將一個完好的 8-bit參數(shù)傳輸?shù)浇蛹{器嗎？或者，傳輸一個 1-bit參數(shù)低壓報警信號能否更加有效？多長時間丈量一次胎壓？系統(tǒng)總是丈量一切參數(shù)，還是對一個參數(shù)的丈量次數(shù)比其它參數(shù)多？應由車輪模塊執(zhí)行參數(shù)計算還是接納器來執(zhí)行？軟件工程師在設(shè)計TPMS系統(tǒng)時必需思索這些問題。 2) 低頻LF接口運用低頻功能是控制TPMS的非常有效

4、的方法。在運用低頻接口時，感應模塊可以一直處于電源封鎖方式，這樣功耗最低。只需在收到喚醒信號后，傳感器才會進展丈量和數(shù)據(jù)傳輸。 除了降低功耗以外，低頻接口還具備設(shè)計靈敏性和其他一些優(yōu)勢。例如，低頻通訊可使系統(tǒng)經(jīng)過低頻接口向微控制器發(fā)送特定命令，以對輪胎進展重新校準和定位。 3) 加速度計/滾動開關(guān)另一種降低功耗的方法是運用滾動開關(guān)來檢測輪胎是靜止的還是運轉(zhuǎn)的。因此，運算可經(jīng)過如下方式進展?只需當車輛運轉(zhuǎn)時，才進展相應的檢測和/或傳輸。 一些TPMS傳感器比如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，運用軟件可以用這種方法編寫?即當加速度計的讀數(shù)低于某一程度時，闡明

5、車輛是靜止的或者非常緩慢地行駛著，此時，TPMS可停頓運轉(zhuǎn)或以很低的頻率運轉(zhuǎn)。普通的車輛在公路上行駛的平均時間大約為15%。思索到這一點，這種設(shè)計方案可以大幅度降低TPMS的功耗。 4) 最后，經(jīng)過選擇低功耗元件并經(jīng)過使器具有集勝利能的元件來盡能夠減少元件數(shù)量，可獲得更高功率效率并降低系統(tǒng)總本錢。 設(shè)計挑戰(zhàn)?無線控制第一代TPMS發(fā)送器的設(shè)計采用SAW共振器的ASK調(diào)制技術(shù)來產(chǎn)生適當?shù)陌l(fā)射頻率。該ASK系統(tǒng)雖然非常廉價，但卻容易遭到由于車輪發(fā)送器安裝在其上旋轉(zhuǎn)所導致的接納場強變化的影響。 出于這一緣由，如今的TPMS都采用基于晶體振蕩器的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

6、許多OEM運用中，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(shù) 多年來，TPMS技術(shù)開展迅速，有多種實現(xiàn)方式。有兩種極具知名度的系統(tǒng)：直接TPMS系統(tǒng)和間接TPMS系統(tǒng)。正在推出的混合TPMS系統(tǒng)結(jié)合了直接系統(tǒng)和間接系統(tǒng)的優(yōu)勢，是一種價錢更低的替代方案。 間接TPMS如今的間接TPMS是與車輛的防抱死系統(tǒng)ABS一同運用的。ABS采用車輪轉(zhuǎn)速傳感器丈量每個車輪的轉(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。 這個比率可用以下等式來表達： 假設(shè)這個比率偏離設(shè)定的公差，一個或更多輪胎就會過于膨脹或處于充氣缺乏形狀。然后，指示燈會提示司機，

7、有一個輪胎處于低壓形狀。但是，指示燈無法識別是哪個輪胎處于低壓形狀。這個系統(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形狀時，它無法檢測出終究是哪個輪胎充氣缺乏。還有，假設(shè)一切四個輪胎都處于低壓形狀，該系統(tǒng)不會發(fā)現(xiàn)這一缺點。輪胎直徑的減少和氣壓的降低非常微小。對于薄胎來說，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斷定規(guī)那么Final Ruling所規(guī)定的25%原那么。采用間接方法進展檢測在很大程度上依賴于輪胎和負載因子。 直接TPMS直接TPMS采用固定在每個車輪中的壓力傳感器直接丈量每個輪胎的氣壓。然后，這些傳感器會經(jīng)過發(fā)送器將胎壓數(shù)據(jù)發(fā)

8、送到中央接納器，然后進展分析，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，它可以顯示每個輪胎的實踐氣壓，甚至還包括備用輪胎的氣壓。因此，直接TPMS可以鏈接至顯示器，通知司機哪個輪胎充氣缺乏。 由于直接TPMS可直接丈量每個輪胎的氣壓，因此當任何一個或幾個輪胎處于低壓形狀時，它們就會檢測出這種形狀。當車輛的一切四個輪胎都處于低壓形狀時也可以檢測到。直接TPMS也可檢測到較小的壓降。有些系統(tǒng)甚至可以檢測到7 kPa (1.0 psi)的壓降。 混合TPMS為滿足多輪壓力檢測要求，常規(guī)的間接TPMS需求在系統(tǒng)中安裝兩個額外的胎壓傳感器和一個射

9、頻接納器。胎壓傳感器要安裝在車輪上，兩個傳感器呈對角安裝?；旌蟃PMS可以抑制常規(guī)直接TPMS的局限性，這闡明它們可以檢測到在同一個車軸或車輛同一側(cè)的兩個處于低壓形狀的輪胎，這些輪胎中有一個帶有直接氣壓傳感器。和間接系統(tǒng)類似，當兩個呈對角的輪胎不帶直接氣壓傳感器都處于低壓形狀時，系統(tǒng)只能檢測到一個輪胎充氣缺乏。當一切4個輪胎都處于低壓形狀時，系統(tǒng)也可以檢測到缺點，由于系統(tǒng)安裝了直接氣壓傳感器。 這種方法可以降低系統(tǒng)本錢。但就系統(tǒng)可靠性和靈敏性而言，還是不夠理想，并且不能全部定位欠壓輪胎。 隨著技術(shù)的開展，直接TPMS系統(tǒng)已逐漸演化為3個主要系統(tǒng)類型，即主流型低/中端、帶有自動定位功能的高端TP

10、MS和結(jié)合ESP/ABS的TPMS系統(tǒng)。下表對各種系統(tǒng)類型進展概述： 情景1：TPMS配ABS/ESP?間接系統(tǒng)許多OEM都從間接系統(tǒng)轉(zhuǎn)向了直接系統(tǒng)，由于直接系統(tǒng)的總體本錢降低了。間接系統(tǒng)有太多的技術(shù)局限性，并且要求非常嚴厲的場地測試。由于間接系統(tǒng)在美國市場蒙受了太多的索賠，所以通常僅限于歐洲運用。因此，其市場份額缺乏10%。 情景2：主流低/中端TPMS?直接系統(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2021年將超越50%。主流TPMS的市場規(guī)模，主要受美國立法的推進。我們估計，TPMS在歐洲、亞太地域和日本市場規(guī)模會很小，這是由于額外的系統(tǒng)本錢和公眾對TPMS認知缺

11、乏呵斥的。TPMS系統(tǒng)通常是作為高端車型的選件提供的。增裝的需求依然很低，由于普通的車主對TPMS還不熟習。 主流系統(tǒng)的主要推進要素是價錢。OEM需求一個可以滿足美國高速公路平安協(xié)會NHTSA的各項要求，并且不至導致低/中端車型的價錢添加太多的TPMS的系統(tǒng)。主流系統(tǒng)的根本功能可以滿足NHTSA的各項要求。但是，要知道，每個OEM都有本人的TPMS系統(tǒng)。TPMS并不是一個商品市場！ 情景3：高端TPMS自動定位?直接系統(tǒng)高端TPMS是指將輪胎的自動定位功能集成于直接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。在這種情況下，比如，右前輪的氣壓，無需任何人為操作，即可被正確識

12、別并顯示出來。 如今的系統(tǒng)主要是在翼板中安裝低頻發(fā)射器天線來進展定位。有四個低頻發(fā)射器模塊用電線銜接中央接納器模塊至翼板。中央接納器模塊將信號發(fā)送至這些低頻模塊以觸發(fā)特定的車輪模塊，比如右前輪。在這種情況下，只需右前輪的車輪模塊而不是其他的車輪模塊會反響信息。未來，兩軸G傳感器將被用于實現(xiàn)輪胎的自動定位功能。 估計到2021年，高端TPMS系統(tǒng)的市場份額將到達30%。該系統(tǒng)也將成為未來TPMS/ESP集成的根底見情景4的描畫。 情景4：ESP/ABS和TPMS的結(jié)合?直接系統(tǒng)該系統(tǒng)是未來的開展方向。在該系統(tǒng)中，TPMS系統(tǒng)將輪胎的附加信息提供應ESP系統(tǒng)，如重力、輪胎氣壓和溫度、路況和輪胎類型

13、等。這是未來高級ESP系統(tǒng)的開展趨勢。這種系統(tǒng)需求具備多軸重力丈量和自動定位功能，此外還需求采用低頻或“能量獲得技術(shù)的無電池式系統(tǒng)。該類系統(tǒng)將于2021年初次引入高端汽車基于低頻系統(tǒng)。估計到2021年，其市場份額將到達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消費，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。隨著市場不斷要求更高的集成度和更低的系統(tǒng)本錢，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

14、一同。與現(xiàn)有的SP30加外部射頻發(fā)射器集成電路IC處理方案相比，SP35系統(tǒng)處理方案將減少一個組件。 SP35集成了氣壓傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、搭載片上閃存的8051微處置器、低頻接納器接口以及315/433/868/915MHz射頻發(fā)射器。除減少組件數(shù)量外，它還可以降低系統(tǒng)總體本錢，由于板卡設(shè)計更加簡單，尺寸更小。 英飛凌SP30的獨特優(yōu)勢 TPMS系統(tǒng)設(shè)計中非常重要的一個方面是傳感器的介質(zhì)兼容性。傳感器的準確性和可靠性在很大程度上受外部介質(zhì)的影響，如潮濕、灰塵和其它物質(zhì)如制動液等。英飛凌的TPMS傳感器采用夾層工藝，由夾在兩個玻璃層之間的單硅晶組成。傳感器元件具備杰出的介質(zhì)兼容性

15、，由于氣壓入口朝向硅膜片的反面。 芯片封裝對于產(chǎn)品化和批量消費來說是關(guān)鍵要素。封裝方式會大大影響傳感器的性能。每個傳感器都是獨一無二的，并且需求單獨進展整定和校準。英飛凌一切的TPMS傳感器在消費過程中都進展了全面整定和校準，因此可節(jié)省客戶大量的時間和本錢。 英飛凌的無線控制芯片的獨特優(yōu)勢 英飛凌的超高頻UHF發(fā)射器TDK51xxF系列，是用于此類TPMS的最正確處理方案。TDK51xxF系列設(shè)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)品系列具備一個完選集成的鎖相環(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7

16、mA當電阻為50Ohm，射頻輸出功率為5dBm時，堪稱同類最正確。該設(shè)備可在-40C到+125C的汽車運轉(zhuǎn)溫度范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)，并且采用非常小巧的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納器芯片。由于具備出色的靈敏度，英飛凌的射頻接納器的運用范圍不斷擴展，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，這樣系統(tǒng)設(shè)計人員就可運用最少的元件，從而降低系統(tǒng)本錢。在FSK調(diào)制方式下當接納頻率為434MHz時，低達3.9-7.5mA的任務電流，以及高達-100dBm的敏感度測定條件：FSK頻偏為+/-50kHz，誤碼率為2xE-3比特誤差率，

17、曼徹斯特編碼方式，數(shù)據(jù)率為4KHz，中頻帶寬為280KHz，也是英飛凌超越其競爭對手的主要優(yōu)勢。 英飛凌的TDA5210超高頻UHF接納器的框圖無線控制設(shè)計思索要素 英飛凌TDK51xxF發(fā)射器 天線選擇和匹配網(wǎng)絡模擬和測試曾經(jīng)證明，與常規(guī)的接地天線相比，環(huán)路天線更加有效并且?guī)捀鼘?。環(huán)路天線通常被印刷在電路板上，并且要適當匹配才干獲得最正確效率。 但是，有幾個常見的外界要素會影響天線的性能和阻抗，如手效應?會改動自在空間(0)和金屬物體附近的介電常數(shù)，而且這些要素對于獲得準確的丈量結(jié)果來說是至關(guān)重要的，并且必需被思索在內(nèi)。 這被證明是TPMS系統(tǒng)設(shè)計者所面臨的一大挑戰(zhàn)，由于天線必需在盡能夠多

18、的實時影響要素同時出現(xiàn)的情況下進展丈量，即要同時調(diào)整天線電阻網(wǎng)以及安裝在邊框上或接近底部的發(fā)射器模塊。 功率方式在電源封鎖方式下，整個芯片是不通電的，電流耗費普通為0.3nA。經(jīng)過將FSKDTA切換到HIGH由于未銜接PWDWN可以進入PLL激活方式。在這期間，PLL接通電源，但功率放大器封鎖，以便在PLL需求穩(wěn)定時防止不用要的功率輻射。 采用FSKDTA和ASKDTA進展FSK調(diào)制的功率方式例如沒有銜接PDWNPLL的導通時間主要由晶體振蕩器的導通時間決議，當運用規(guī)定的晶體時，導通時間小于1 msec。PLL本身需求大約10s的時間鎖定。在PLL啟用期間，電流耗費普通為3.5 mA。 TDK

19、51xxF上的功率放大器由ASKDTA接通至HIGH位置。在此期間，F(xiàn)SKDTA可以發(fā)送。當將適當?shù)淖儞Q網(wǎng)絡運用于PAOUT時，集成電路的電流耗費普通為7mA。 環(huán)路天線PCB設(shè)計指南其他一些TPMS發(fā)射器設(shè)計指南，通常為系統(tǒng)設(shè)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，并且遠離天線，以防止功率輸出的干擾。同樣的原理，發(fā)射時鐘輸出應遠離晶體輸入，并且一切晶體跡線長度應盡能夠短。 電路板接地在電路下面進展結(jié)實的接地是很重要的，射頻和集成電路IC接地應彼此分開。 匹配元件布置一切匹配的元件彼此應盡量正交放置在接地平面上，假設(shè)能夠的話，它們的并聯(lián)匹配元件都應彼此分別。 天線設(shè)計部分天線應總是放置在“自在空間無交流電源接地內(nèi)并且應使天線與接地層的間隔 至少為5mm。假設(shè)運用環(huán)路天線，必需進展對稱設(shè)計。 去耦合電容布置去耦合電容必需盡能夠接近Vs和地。 英飛凌TDA52xx接納器 英飛凌的TDA52xx是一種專門用于短程遙控的單片接納器。超外差接納器SHR的根本構(gòu)造由低噪聲放大器LNA和前端的混頻器構(gòu)成。IC進展了高度集成并且只需很少的外部元件。該器件包括一個低噪放大器LAN、雙平衡混頻器、完選集成的壓控振蕩器VCO、PLL合成器、晶體振蕩器、帶RSSI