胎壓監(jiān)測論文

本科畢業(yè)論文現(xiàn)代汽車胎壓監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用研究學(xué)生姓名：施小龍學(xué)號：3120230456專業(yè)名稱：機(jī)械工程及自動化指導(dǎo)教師：王冬良河海大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院2023年4月中國·南京摘要文章介紹了現(xiàn)代汽車胎壓監(jiān)視技術(shù)的組成、原理、重要性及未來的發(fā)展。在汽車的高速行駛過程中，輪胎故障是殺傷力最大也是最難預(yù)防的事故隱患，是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。如何排除輪胎故障、防止爆胎，已成為全球關(guān)注的首要問題。汽車輪胎爆胎告警系統(tǒng)是一種新型的主動直接式輪胎壓力監(jiān)測裝置，國際上通常又被叫做輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)，英文通稱TirePressureMonitoringSystem，簡稱TPMS。汽車輪胎爆胎告警系統(tǒng)是目前汽車適用的一種先進(jìn)主動式安全裝置，用于在汽車行駛時(shí)對輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)自動監(jiān)測，對輪胎壓力異常和漏氣進(jìn)行報(bào)警，以保障行車安全。輪胎壓力監(jiān)測技術(shù)是當(dāng)前汽車工業(yè)領(lǐng)域汽車電子技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，符合未來汽車的智能安全及環(huán)保節(jié)能的發(fā)展方向，將成為未來汽車必備的安全駕駛配備之一，具有極佳的市場前景和巨大的潛在效益。關(guān)鍵詞：現(xiàn)代汽車胎壓監(jiān)測技術(shù)目錄第一章緒論-------------------------------------------------------11.1汽車的基本介紹--------------------------------------------11.1.1汽車的發(fā)展史簡介----------------------------------------11.1.2汽車的構(gòu)造簡介-----------------------------------------11.2汽車輪胎的基本知識-------------------------------------11.3爆胎帶來的危害及預(yù)防方法-------------------------------2第二章胎壓監(jiān)測技術(shù)的基本介紹---------------------------------32.1胎壓的基本概念-----------------------------------------32.2胎壓監(jiān)測技術(shù)的背景--------------------------------------32.3什么是胎壓監(jiān)測技術(shù)--------------------------------------32.4國內(nèi)外胎壓監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r-----------------------------4第三章現(xiàn)代汽車胎壓監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用研究--------------------53.1現(xiàn)代汽車胎壓監(jiān)測技術(shù)功能及性能要求----------------------------53.1.1功能要求----------------------------------------------------53.1.2性能要求---------------------------------------------------53.2胎壓監(jiān)測技術(shù)的種類探究--------------------------------------63.2.1直接胎壓監(jiān)測技術(shù)------------------------------------------63.2.2間接胎壓監(jiān)測技術(shù)--------------------------------------73.3胎壓監(jiān)測技術(shù)的作用--------------------------------------73.4現(xiàn)代汽車胎壓監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)的研究--------------------------83.4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求-----------------------------------------83.4.2胎壓監(jiān)測模塊研究-------------------------------------93.4.3中央監(jiān)視模塊研究-------------------------------------93.4.4天線技術(shù)研究------------------------------------------93.4.5軟件技術(shù)研究-----------------------------------------103.4.6低功耗技術(shù)研究--------------------------------------10第四章淺談未來胎壓監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展----------------------------11第五章總結(jié)------------------------------------------------------12參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------13第一章緒論1.1汽車的基本介紹下面簡單的從汽車發(fā)展的歷史和汽車的基本結(jié)構(gòu)介紹一下汽車。1.1.1汽車的發(fā)展史簡介1769年，法國人N·J·居紐(Cugnot)制造了世界上第一輛蒸汽驅(qū)動三輪汽車。1879年，德國工程師卡爾·本茨(Karl

Benz)，首次試驗(yàn)成功一臺二沖程試驗(yàn)性發(fā)動機(jī)。1883年10月，他創(chuàng)立了“本茨公司和萊茵煤氣發(fā)動機(jī)廠”，1885年，他在曼海姆制成了第一輛本茨專利機(jī)動車，該車為三輪汽車，采用一臺兩沖程單缸0.9馬力的汽油機(jī)，此車具備了現(xiàn)代汽車的一些基本特點(diǎn)，如火花點(diǎn)火、水冷循環(huán)、鋼管車架、鋼板彈簧懸架、后輪驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向和制動手把等。1886年的1月29日，德國工程師卡爾·本茨為其機(jī)動車申請了專利。同年10月，卡爾·本茨的三輪機(jī)動車獲得了德意志專利權(quán)（專利號：37435a）。這就是公認(rèn)的世界上第一輛現(xiàn)代汽車。由于上述原因，人們一般都把1886年作為汽車元年，也有些學(xué)者把卡爾·本茨制成第一輛三輪汽車之年(1885年)，視為汽車誕生年。汽車的構(gòu)造簡介(1)汽車通常由發(fā)動機(jī)、底盤、車身、電氣設(shè)備四個(gè)部分組成。(2)發(fā)動機(jī)的作用是使供入其中的燃料燃燒而發(fā)出動力。(3)底盤接受發(fā)動機(jī)的動力，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動，并保證汽車按照駕駛員的操縱正常行駛。(4)車身是駕駛員工作的場所，也是裝載乘客和貨物的場所。車身應(yīng)為駕駛員提供方便的操作條件，以及為乘客提供舒適安全的環(huán)境或保證貨物完好無損。(5)電氣設(shè)備由電源組、發(fā)動機(jī)起動系和點(diǎn)火系、汽車照明和信號裝置等組成。1.2汽車輪胎的基本知識這里講解的是目前最常用的無內(nèi)胎輪胎，即通常所謂的真空胎為對象。輪胎的結(jié)構(gòu)分為三部分：胎體、簾布、外胎面；胎體較柔軟，外胎面剛性較大，中間的簾線起到加強(qiáng)胎體強(qiáng)度和定型的作用，多加以金屬絲提高輪胎的彈力性能。轎車輪胎大致分為子午線輪胎和斜線輪胎。斜線輪胎的簾線按斜線交叉排列，故而得名。胎體構(gòu)成了輪胎的基本骨架，從外胎面到胎側(cè)的柔軟度是一致的。子午線輪胎的簾布層相當(dāng)于輪胎的基本骨架，其排列方向與輪胎子午斷面一致，由于行駛時(shí)輪胎要承受較大的切向作用力，為保證簾線的穩(wěn)固，在其外部又有若干層由高強(qiáng)度、不易拉伸的材料制成的帶束層(又稱箍緊層)，其簾線方向與子午斷面呈較大的交角(70-75度)，材料多選用玻璃纖維、聚酰胺纖維或鋼絲等高強(qiáng)度材料，既起到固定簾線的作用，同時(shí)利用束帶來提高胎面的剛性。輪胎側(cè)面的剛性小于胎面的剛性，所以在轉(zhuǎn)彎時(shí)輪胎側(cè)面因受地面橫向力作用發(fā)生變形，從而保證了外胎面的觸地面積基本保持不變。子午線輪胎與普通斜線胎相比，彈性大，耐磨性好，滾動阻力小，附著性能好，緩沖性能好，承載能力大，不易刺穿；缺點(diǎn)是胎側(cè)易裂口，由于側(cè)向變形大，導(dǎo)致汽車側(cè)向穩(wěn)定性稍差，制造技術(shù)要求高，成本高。下圖1-1說明了子午線輪胎與斜線輪胎在輪胎承受橫向力時(shí)的變形區(qū)別；下圖1-2說明了子午線輪胎與斜線輪胎在輪胎結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。圖1-1兩種輪胎承受橫向力時(shí)的變形圖1-2兩種輪胎的結(jié)構(gòu)1.3爆胎帶來的危害及預(yù)防方法汽車爆胎,危害極大,尤其在重載和高速行駛條件下,會產(chǎn)生惡性交通事故。前輪爆胎：車輛會立即跑偏或嚴(yán)重飄擺。后輪爆胎：車輪失去轉(zhuǎn)向力，車子會出現(xiàn)“轉(zhuǎn)向過度”，也就是俗稱的“擺尾”或“甩尾”，嚴(yán)重時(shí)汽車會在彎中打轉(zhuǎn)。如果試圖反向打轉(zhuǎn)向盤來挽救轉(zhuǎn)向過度，很可能徒勞無功。因?yàn)楸ズ?，輪胎已失去抓地力，汽車也已失去控制，反打轉(zhuǎn)向盤頂多是減緩汽車“甩尾”程度、增加平衡而已。據(jù)統(tǒng)計(jì),在各種爆胎原因中,輪胎氣壓過高占20%,輪胎氣壓不足占57%,其他占23%。因此,防止輪胎氣壓異常行駛是減少爆胎產(chǎn)生的重要手段之一。第二章胎壓監(jiān)測技術(shù)的基本介紹2.1胎壓的基本概念如果說發(fā)動機(jī)是汽車的“心臟”，那么輪胎胎壓則是汽車的“血壓”。其實(shí)人們都知道，血壓偏高或偏低，會影響人體健康。胎壓也一樣，不正常的胎壓，對汽車也有諸多影響。胎壓太高，會導(dǎo)致輪胎抓地力下降以及非正常磨損，而胎壓太低，就可能會出現(xiàn)爆胎等不安全情況。汽車的廠家對于車輛輪胎的壓力值都有一個(gè)胎壓參考值,因?yàn)檐囍胤植疾煌?、輪胎使用?guī)格不同，前胎、后胎、空載、滿載的胎壓推薦值都會有所不同。此外，有一點(diǎn)不可忽視的是車廠胎壓推薦值指的是“冷卻胎壓”，即停車后至少三小時(shí)后或輪胎行駛不超過2公里。在熱胎時(shí)測量胎壓，將測得的胎壓數(shù)值減去大約0.3bar(=4psi)就是輪胎冷卻充氣壓力。2.2胎壓監(jiān)測技術(shù)的背景輪胎壓力監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在汽車行駛過程中對輪胎胎壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測，對輪胎漏氣等胎壓不足癥狀進(jìn)行報(bào)警，防止交通事故的發(fā)生，提高了汽車行車安全性，胎壓監(jiān)測技術(shù)是目前飛速發(fā)展的汽車主動安全技術(shù)之一。美國是全球最早立法將TPMS列為標(biāo)準(zhǔn)配置的國家，2003年11月，美國公路交通安全管理局（NTHTSA）制定了新版汽車安全技術(shù)法規(guī)，要求2007年9月以后，所有在美國銷售的最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過4536kg的四輪乘用車和商用車都必須安裝輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)。2023年11月歐盟也將通過新法案，硬性規(guī)定新汽車平臺加裝TPMS。目前中國TPMS整體市場容量較小，普及率較低，尚處于起步階段。2.3什么是胎壓監(jiān)測技術(shù)胎壓監(jiān)測技術(shù)是一種能對汽車輪胎氣壓、溫度進(jìn)行自動檢測，并對輪胎異常情況進(jìn)行報(bào)警的預(yù)警系統(tǒng)。這種技術(shù)可分為間接式和直接式兩種。間接式是通過汽車ABS系統(tǒng)的輪速傳感器來比較車輪之間的轉(zhuǎn)速差別，以達(dá)到監(jiān)視胎壓的目的。直接式利用安裝在每一輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并通過無線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺的接收器上。2.4國內(nèi)外胎壓監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r胎壓監(jiān)測技術(shù)的研究在發(fā)達(dá)國家開展的較早，加上強(qiáng)制法規(guī)的推廣，已經(jīng)得到了普遍的認(rèn)可和較大范圍的應(yīng)用。日本、美國、德國、法國、英國在近幾年都取得了相應(yīng)的進(jìn)展，出現(xiàn)了一批新產(chǎn)品。早在1996年豐田就有一種系統(tǒng)應(yīng)用于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的MarklI型車上。但該系統(tǒng)不能直接測量輪胎壓力，容易產(chǎn)生誤差，數(shù)據(jù)的時(shí)效性與準(zhǔn)確性也存在不足。約翰遜公司的胎壓實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)被國際汽車工程(AEl)評為2002年度20個(gè)最有價(jià)值的汽車產(chǎn)品之首。這個(gè)系統(tǒng)包括一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的車內(nèi)后視鏡、四個(gè)胎壓傳感器和發(fā)射、接收設(shè)備。系統(tǒng)工作時(shí)胎壓數(shù)據(jù)是通過集成在輪胎氣門閥內(nèi)的發(fā)射機(jī)傳送給風(fēng)擋內(nèi)的集成接收機(jī)，然后在后視鏡上利用射頻技術(shù)顯示出來。這個(gè)系統(tǒng)在工作時(shí)可以將每個(gè)輪胎的壓力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，有較高的實(shí)用性和可行性。此外，還有一些同類相關(guān)產(chǎn)品問世．如西門子VDO汽車配件公司自主開發(fā)的輪胎哨兵(TireGuard)監(jiān)測裝置，英國A．I．R．汽車配件公司生產(chǎn)和銷售的輪胎守護(hù)神(Tireshield)監(jiān)測裝置；法國米其林集團(tuán)公司與威柏可(Wabco)公司合作開發(fā)的一種輪胎充氣內(nèi)壓監(jiān)測裝置，是專供商用車使用的監(jiān)測裝置。從最近發(fā)布的世界新車資料中得知，許多美國及歐洲的汽車廠商已將直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)配裝于中高檔車之中。而在國內(nèi)，輪胎壓力監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展還很滯后。在市場方面。由予目前國家沒有強(qiáng)制性規(guī)定必須安裝胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，而載貨汽車的所有權(quán)大多屬于貨運(yùn)公司，載貨汽車輪胎數(shù)量多，安裝胎壓監(jiān)測系統(tǒng)費(fèi)用高昂，一般貨運(yùn)公司不愿意承擔(dān)如此高的費(fèi)用。而家用轎車輪胎使用環(huán)境遠(yuǎn)比載貨汽車好，且城市路面質(zhì)量高，輪胎可能造成的威脅比較小，私家車主通常不夠重視。因此無論前裝市場還是后裝市場，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)都處于尷尬的地位。在技術(shù)方面，國內(nèi)輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品推出較多，但都是屬于零售安裝的簡易系統(tǒng)，這方面的技術(shù)成熟產(chǎn)品還很少、性能可靠、功能完善、技術(shù)成熟的都是代理國外大公司的品牌產(chǎn)品。胎壓監(jiān)測系統(tǒng)零部件主要靠進(jìn)口，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。然而，由于胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品正成為新的汽車電子技術(shù)熱點(diǎn)，巨大的市場容量，良好的發(fā)展前景，使國內(nèi)在產(chǎn)品的研發(fā)和市場的推廣上仍然保持著極大的熱情和投入。第三章現(xiàn)代汽車胎壓監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用研究3.1現(xiàn)代汽車胎壓監(jiān)測技術(shù)功能及性能要求經(jīng)過上述對汽車、輪胎以及胎壓監(jiān)測技術(shù)的基本介紹，我們對汽車胎壓監(jiān)測技術(shù)有了初步的認(rèn)識。下面我們著重講解一下現(xiàn)代汽車胎壓監(jiān)測技術(shù)的功能及性能要求。功能要求欠壓報(bào)警、故障報(bào)警和開機(jī)自檢三個(gè)功能是胎壓監(jiān)測技術(shù)的核心功能，氣壓異常輪胎定位、胎壓數(shù)值顯示是胎壓監(jiān)測技術(shù)的附加功能。(1)欠壓報(bào)警要求：當(dāng)輪胎被異物扎刺、輪輞被撞擊變形、胎壓日常維護(hù)時(shí)充氣不足以及長時(shí)間自然發(fā)生的慢漏氣等都可能造成輪胎欠壓，此時(shí)胎壓監(jiān)測系統(tǒng)需要提供報(bào)警信號。(2)故障報(bào)警要求：胎壓監(jiān)測作為一個(gè)汽車電子產(chǎn)品，應(yīng)跟其它電子產(chǎn)品一樣具有“故障報(bào)警”功能，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)提醒駕駛員。(3)開機(jī)檢查要求：與ABS、ESC等類似，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)開機(jī)檢查應(yīng)包括信號裝置檢查與相關(guān)傳感器檢查。(4)氣壓異常輪胎定位要求：雙向直接式、單向直接式和間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)對發(fā)生欠壓輪胎的定位。(5)胎壓數(shù)值顯示要求：與“氣壓異常輪胎定位”功能類似，“胎壓數(shù)值顯示”只是為駕駛者提供具體胎壓數(shù)值的輔助功能，在車輛具有欠壓報(bào)警功能的情況下，增加該功能對改善安全、節(jié)能并無實(shí)質(zhì)性作用。(6)信號裝置要求：光學(xué)報(bào)警信號是必須的，同時(shí)，可根據(jù)需要采用文字或聲學(xué)輔助報(bào)警方式。性能要求(1)對胎壓異常時(shí)其報(bào)警性能要求：胎壓監(jiān)測系統(tǒng)需要在車輛單個(gè)胎壓異常或多個(gè)胎壓同時(shí)異常時(shí)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)做出報(bào)警反應(yīng)，根據(jù)市場調(diào)研的情況分析國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其反應(yīng)時(shí)間應(yīng)在10分鐘以內(nèi)。報(bào)警燈點(diǎn)亮后到胎壓恢復(fù)正常前，胎壓異常報(bào)警信號裝置不應(yīng)熄滅；胎壓恢復(fù)正常后，胎壓異常報(bào)警信號裝置應(yīng)熄滅。胎壓異常時(shí)報(bào)警性能測試方法如下圖3-1所示：圖3-1胎壓異常報(bào)警測試流程圖(2)對故障報(bào)警的主要性能要求有：胎壓監(jiān)測裝置本身發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)在10分鐘內(nèi)點(diǎn)亮故障報(bào)警信號裝置；故障燈點(diǎn)亮后到故障排除恢復(fù)前，胎壓監(jiān)測裝置故障報(bào)警信號裝置不應(yīng)熄滅；故障排除并恢復(fù)后，胎壓監(jiān)測裝置故障報(bào)警信號裝置應(yīng)熄滅。3.2胎壓監(jiān)測技術(shù)種類探究綜合上述對胎壓監(jiān)測技術(shù)的講解，我們已對胎壓監(jiān)測技術(shù)有了一定的認(rèn)知，胎壓監(jiān)測技術(shù)，目前市場上最常見的是直接式胎壓監(jiān)測技術(shù)和間接式胎壓監(jiān)測技術(shù)，下面我們著重對兩種胎壓監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行分析。直接胎壓監(jiān)測技術(shù)直接式胎壓監(jiān)測技術(shù)，便是在汽車輪胎上直接加入壓力傳感器和傳輸器，車上則有一支接收器接收信號，如果任何一個(gè)輪胎胎壓低于駕駛員手冊上推薦的冷胎胎壓25%時(shí)，便會警示駕駛?cè)恕Ｖ苯邮教罕O(jiān)測系統(tǒng)在每一只輪胎中裝了壓力傳感器，所以其警示信號會比較精確，而且如果輪胎被扎破，胎壓快速降低時(shí)，直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)也能提供立即的警示。除了失效時(shí)的警示之外，車胎緩慢的氣壓流失還不到警示限時(shí)，許多直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)也能透過行車計(jì)算機(jī)，直接讓駕駛?cè)藦鸟{駛座上檢視目前四只輪胎胎壓數(shù)字。間接胎壓監(jiān)測技術(shù)非直接式胎壓監(jiān)測技術(shù)是用汽車ABS剎車系統(tǒng)上的速度傳感器來比較四只輪胎的轉(zhuǎn)動次數(shù)，如果其中一只輪胎胎壓較低，這只輪胎的轉(zhuǎn)動次數(shù)會和其它輪胎不同。如此采用ABS系統(tǒng)同樣的傳感器和感測信號，只要車內(nèi)計(jì)算機(jī)在軟件上作調(diào)整，便可以在行車計(jì)算機(jī)建立新功能，警告駕駛?cè)艘恢惠喬ズ推渌幌啾忍狠^低的信息。然而非直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)有幾項(xiàng)嚴(yán)重的缺點(diǎn)：首先，非直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)不會告訴駕駛?cè)四囊恢惠喬ヌ翰蛔?，秋天冬天氣溫下降時(shí)，也不會警告駕駛?cè)巳绻闹惠喬サ奶和瑫r(shí)在下降。此外，非直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)在比較四只輪胎轉(zhuǎn)動次數(shù)的不同，然而輪胎轉(zhuǎn)動次數(shù)不同除了胎壓不足外，還有其它許多可能的原因，像是當(dāng)車子行駛過彎路時(shí)，外側(cè)輪轉(zhuǎn)動次數(shù)會大于內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)動次數(shù)，或者輪胎在沙地或冰雪路面打滑，特定輪胎旋轉(zhuǎn)數(shù)會特別高。根據(jù)使用者的經(jīng)驗(yàn)顯示，非直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)出錯誤的警告信息，這種錯誤警告信息發(fā)生次數(shù)一多，就像放羊的孩子一樣讓駕駛?cè)俗詣雍雎粤朔侵苯邮教罕O(jiān)測系統(tǒng)傳來的警告信息，系統(tǒng)反而完全沒有用了。3.3胎壓監(jiān)測技術(shù)的作用有數(shù)據(jù)表明，由爆胎引起的車禍在惡性交通事故中所占的比例非常高，而所有會造成爆胎的因素中胎壓不足當(dāng)為首要原因。當(dāng)胎壓過高時(shí)，會減小輪胎與地面的接觸面積，而此時(shí)輪胎所承受的壓力相對提高，輪胎的抓地力會受到影響。另外，當(dāng)車輛經(jīng)過溝坎或顛簸路面時(shí)，輪胎內(nèi)沒有足夠空間吸收震動，除了影響行駛的穩(wěn)定性和乘坐舒適性外，還會造成對懸掛系統(tǒng)的沖擊力度加大，由此也會帶來危害。同時(shí)，在高溫時(shí)爆胎的隱患也會相應(yīng)的增加。有資料顯示在輪胎氣壓不足時(shí)行駛，當(dāng)車輪氣壓比正常值下降10%

，輪胎壽命就減少15%

當(dāng)輪胎內(nèi)的氣壓過低時(shí)，就會增大輪胎與地面的接觸面積，從而增大摩擦阻力，當(dāng)輪胎氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)氣壓值30%

，油耗將上升10%

。輪胎內(nèi)氣壓過足時(shí)，就會導(dǎo)致輪胎本身減震效果減低，從而增加車輛減震系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，長期使用對發(fā)動機(jī)底盤及懸掛系統(tǒng)都將造成很大的傷害；如果輪胎氣壓不均勻，還容易造成剎車跑偏，從而增加懸掛系統(tǒng)的磨損。有了胎壓監(jiān)測技術(shù)，我們就可以隨時(shí)讓輪胎都保持在規(guī)定的壓力、溫度范圍內(nèi)工作，從而減少車胎的損毀，延長輪胎使用壽命，確保行車安全。3.4現(xiàn)代汽車胎壓監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)的研究胎壓監(jiān)測系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分組成:安裝在汽車輪胎里的輪胎壓力檢測模塊和安裝在汽車駕駛臺上的中央監(jiān)視模塊。輪胎壓力檢測模塊直接安裝在每個(gè)輪胎里測量輪胎壓力、溫度和電壓,將測量得到的信號調(diào)制后通過RF發(fā)射出去,一個(gè)胎壓監(jiān)測系統(tǒng)有4個(gè)或5個(gè)輪胎壓力檢測模塊。中央監(jiān)視模塊接收到胎壓檢測模塊發(fā)送的信號,將接收的輪胎壓力、溫度和電壓數(shù)據(jù)顯示在屏幕上,供駕駛者參考。如果輪胎的壓力、溫度或者電壓出現(xiàn)異常,中央監(jiān)視模塊根據(jù)異常情況,發(fā)出不同的報(bào)警信號,提醒駕駛者采取必要的措施;同時(shí)駕駛者可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定溫度、壓力、電壓的報(bào)警上下限。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求輪胎壓力傳感器安裝在輪胎內(nèi)部，由氣門嘴、殼體和防塵帽組成。汽車的行駛速度最高可達(dá)250KM/H，而且輪胎內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜且異常惡劣，長期處于高壓、高溫、溫度交變、油污、顛簸震動等環(huán)境中，溫度高低變化容易使殼體脆化并使機(jī)械強(qiáng)度降低，高濕情況下也會使殼體膨脹，強(qiáng)度降低并產(chǎn)生腐蝕等化學(xué)反應(yīng)，輪胎行駛在各種路面上，顛簸震動頻率幅度各不相同，這些情況都可能導(dǎo)致零部件松脫。這就要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮以下幾點(diǎn)：系統(tǒng)總重量要輕（小于40g）、耐速旋轉(zhuǎn)加速度性能高、結(jié)構(gòu)斷裂強(qiáng)度高、密封性能搞（IP6防護(hù)等級）、結(jié)構(gòu)和氣門嘴材料選擇耐高溫耐腐蝕材料、氣門嘴和輪轂接合處有防松動設(shè)計(jì)。胎壓監(jiān)測模塊研究胎壓檢測模塊被嵌入安裝在輪轂上，胎壓監(jiān)測模塊是胎壓監(jiān)測系統(tǒng)最核心的組成部分,也是胎壓監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。胎壓監(jiān)測模塊由傳感器模塊、微控制單元、射頻模塊、天線和鋰亞電池五部分組成。傳感器模塊內(nèi)部集成了氣壓傳感器、溫度傳感器和接口電路,能承受的最大氣壓為1400Mpa。傳感器由兩部分電路組成,第一部是壓力和溫度傳感器；第二部分是具有數(shù)字輸入和模擬輸出的混合電路。中央監(jiān)視模塊研究中央監(jiān)視模塊主要負(fù)責(zé)接收壓力檢測模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù),對其進(jìn)行分析、處理,并根據(jù)具體情況啟動相應(yīng)報(bào)警。從功能上中央監(jiān)視模塊包括射頻接收、數(shù)據(jù)處理、顯示報(bào)警和人機(jī)接口幾部分。顯示報(bào)警主要由液晶顯示屏和聲光器件構(gòu)成。微處理器將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,在液晶顯示器上顯示壓力、溫度的數(shù)值以及一些狀態(tài)信息,必要時(shí)使報(bào)警器動作發(fā)出報(bào)警聲音。此外,通過設(shè)定按鈕,可以切換顯示狀態(tài),設(shè)定報(bào)警參數(shù)。天線技術(shù)研究胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中天線是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng),因?yàn)樘罕O(jiān)測模塊安裝于輪胎內(nèi)部,輪胎的輪轂、胎面、子午胎的鋼絲層都會影響天線的工作狀況。輪轂、鋼絲層對天線的方向圖、極化形式、增益都有影響。天線是決定直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)性能的關(guān)鍵之一。在設(shè)計(jì)中,采用了法向螺旋天線,螺旋線能大大減少電磁波沿螺旋線軸向傳播的相速,作為一級近似,電磁波沿螺旋線軸向傳播的相速和電磁波在自由空間的相速之比等于螺旋線的螺距和每匝周長之比。另一方面,螺旋線增加了感抗,在軸線方向上天線的長度遠(yuǎn)小于普通諧振單極天線或偶極子天線。同時(shí)它具有小尺寸、有助于提高天線效率和改善天線極化等特性,減少了因收發(fā)天線極化失配而產(chǎn)生的接收盲點(diǎn)。軟件技術(shù)研究胎壓監(jiān)測技術(shù)的軟件設(shè)計(jì)主要是設(shè)置胎壓監(jiān)測模塊對輪胎氣壓、溫度及檢測模塊電壓進(jìn)行測量,然后將數(shù)據(jù)處理后生成完整的數(shù)據(jù)幀通過微處理器發(fā)送給胎壓監(jiān)測中央監(jiān)視模塊,接收到數(shù)據(jù)幀后,經(jīng)過校驗(yàn)正確再送液晶顯示,并與報(bào)警閾值比較判斷是否需要報(bào)警。程序模塊包括胎壓檢測模塊和中央監(jiān)視模塊兩大部分,胎壓檢測模塊程序平時(shí)處于空閑模式,傳感器每隔3秒發(fā)出一個(gè)喚醒脈沖,喚醒脈沖連接到微處理器的鍵盤中斷輸入管腳,把微處理器從停止模式中喚醒。被喚醒后它測量壓力值,如果這個(gè)值與上次測量的數(shù)值不同,則存儲到隨機(jī)儲存中,否則計(jì)數(shù)器加1然后回到停止模式。經(jīng)過10次喚醒后(約30秒),胎壓監(jiān)測模塊把數(shù)據(jù)發(fā)射到接收模塊。中央監(jiān)視模塊是基于單片機(jī)開發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng),輸入為三個(gè)按鍵,分別是輪胎切換按鈕、模式按鈕和設(shè)置按鈕,通過這三個(gè)按鈕可以完成一切功能操作。輸出為液晶顯示器,顯示參數(shù)信息和設(shè)定功能提示符號。上電復(fù)位后,程序分別對單片機(jī)進(jìn)行初始化,初始化成功后進(jìn)入功能處理模塊,否則顯示出錯代碼。低功耗技術(shù)研究胎壓監(jiān)測模塊是嵌入到輪胎中,更換電池是不現(xiàn)實(shí)的,低功耗設(shè)計(jì)是延長胎壓監(jiān)測模塊使用壽命的關(guān)鍵,低功耗設(shè)計(jì)從硬件和軟件兩方面著手。硬件設(shè)計(jì)部分,要選擇低功耗組件,使用具有集成功能的組件來減少組件數(shù)量。當(dāng)汽車處于停車狀態(tài)時(shí),TPM模塊停止運(yùn)行,取消發(fā)送以節(jié)省電量;當(dāng)汽車運(yùn)行時(shí),由中央監(jiān)視模塊喚醒。第四章淺談未來胎壓監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展胎壓監(jiān)測產(chǎn)品是一種安全產(chǎn)品，所以有必要制定胎壓監(jiān)測國家標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范和引導(dǎo)胎壓監(jiān)測產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展?？紤]該產(chǎn)品是一種較新的技術(shù)，先從鼓勵先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用為目的，制定推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)，待技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)一步成熟后，可考慮制定為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)。在這方面，我們可以參考美國公路交通安全管理局、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織、美國汽車工程師學(xué)會、歐洲的、日本的汽車標(biāo)準(zhǔn)化組織等汽車發(fā)達(dá)國家或地區(qū)制定的各種胎壓監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。參考的目的在于制定胎壓監(jiān)測國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)要適用于我國的國情，既要規(guī)范市場的管理，又要引導(dǎo)產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展。胎壓監(jiān)測產(chǎn)品有四大核心技術(shù)：1)無線信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性(特別是高速行使時(shí)的信號傳輸)；2)傳感器的使用壽命(免維護(hù)使用)；3)報(bào)警提示的準(zhǔn)確性(無誤報(bào)警、錯報(bào)警)；4)傳感器的耐壓性。這四點(diǎn)都集中于在高溫100℃、低溫一40℃、水汽低溫冷凝水結(jié)冰、旋轉(zhuǎn)加速度(可達(dá)2000g)、振動沖擊等工作條件下胎壓監(jiān)測產(chǎn)品的傳感器的穩(wěn)定性問題，再加上在高速行駛的車輛上無線電接收效率下降的特性，從“壽命設(shè)計(jì)原理”看，傳感器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)是瓶頸中的瓶頸。顯然，傳感器的微型化(減少離心力)和無電池化(使用微型超大容量電容)是一個(gè)方向，不過，從我國目前車用的壓力和溫度傳感器的設(shè)計(jì)水平來看，從這個(gè)方向突破，還有很大的努力空間。目前胎壓監(jiān)測產(chǎn)品功能的最高水平也只是“報(bào)警”，能否突破這點(diǎn)，把報(bào)警升級為“處理”?其中一個(gè)思路是：能否像R級奔馳的預(yù)防性安全系統(tǒng)PRE—SAFE一樣，能夠在事故發(fā)生前片刻內(nèi)(幾毫秒)被激活并自動做出響應(yīng)，最大程度地降低對車內(nèi)乘客的傷害?以目前軟件設(shè)計(jì)的水平，名副其實(shí)的汽車“主動安全”并不是那么遙不可及，至少可以在主動安全和被動安全之間建立一座橋梁。一個(gè)設(shè)想是把胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的中央監(jiān)