汽車輪胎壓力監(jiān)視技術(shù)

2、直接式TPMS
直接式TPMS技術(shù)又分為主動(dòng)式(Active)和被動(dòng)式(Passive)兩種。主要區(qū)別是主動(dòng)式TPMS中的輪胎模塊需要電池提供能量，而被動(dòng)式無須電池。

（1）主動(dòng)式TPMS
主動(dòng)式TPMS是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的以鋰離子電池為電源的壓力傳感器來直接測(cè)量輪胎的氣壓，并通過無線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺(tái)的監(jiān)視器上。監(jiān)視器隨時(shí)顯示各輪胎氣壓，駕駛者可以直觀地了解各個(gè)輪胎的氣壓狀況，當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。以加拿大Smartire輪胎智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例。系統(tǒng)主要由傳感發(fā)射器、接收器和顯示器組成。
主動(dòng)式技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，它是一成熟的技術(shù)，開發(fā)出來的模塊可適用于各廠牌的輪胎，但主動(dòng)式TPMS傳感器/發(fā)射器需要電池提供動(dòng)力，因此不可避免的帶來一些弊端，如電池的壽命有限；當(dāng)氣溫嚴(yán)重降低時(shí)，電池的容量就會(huì)受到影響而減少；這使得它的可靠性不夠穩(wěn)定。此外，電池的化學(xué)物質(zhì)也會(huì)導(dǎo)致環(huán)境問題，同時(shí)由于電池的存在很難降低發(fā)射器的重量。

（2）被動(dòng)式TPMS
被動(dòng)式TPMS，也叫無電池TPMS，用一個(gè)中央收發(fā)器（central transceiver）代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。這個(gè)收發(fā)器不但要接收信號(hào)而且要發(fā)射信號(hào)，安裝在輪胎中的轉(zhuǎn)發(fā)器（transponder）接收來自中央收發(fā)器的信號(hào)，同時(shí)使用這個(gè)信號(hào)的能量來發(fā)射一個(gè)反饋信號(hào)到中央收發(fā)器上。這就使得安裝在輪胎內(nèi)部的氣壓監(jiān)測(cè)器發(fā)送數(shù)據(jù)不需要電池，從而解決了上述因電池所帶來的問題。雖然此技術(shù)不用電池供電，但是它需要將轉(zhuǎn)發(fā)器(Transponder)整合至輪胎中，這牽涉到各輪胎制造商需建立共同的標(biāo)準(zhǔn)才有可能。因此，無電池TPMS短期內(nèi)還難以流行。

二、TPMS系統(tǒng)的組成

TPMS系統(tǒng)主要由（壓力/溫度/加速度）傳感器、發(fā)射模塊、接收模塊三部分組成。

其中，TPMS發(fā)射模塊由五個(gè)部分組成∶具有壓力/溫度/加速度/電壓檢測(cè)和信號(hào)處理ASIC 芯片組合的智能傳感器模塊、單片機(jī)（MCU）、RF射頻發(fā)射芯片、鋰電池、天線，發(fā)射器外殼選用高強(qiáng)度ABS塑料，所有器件、材料都要滿足-40℃到+125℃的使用溫度范圍。

TPMS接收模塊由六個(gè)部分組成∶天線、RF接收器、MCU、鍵盤、LCD/LED、DC電源。

傳感器模塊是TPMS的關(guān)鍵器件，它是一個(gè)集成了半導(dǎo)體壓力傳感器、半導(dǎo)體溫度傳感器、數(shù)字信號(hào)處理單元和電源管理器的片上系統(tǒng)模塊。為了強(qiáng)化胎壓檢測(cè)功能，有不少TPMS傳感器模塊內(nèi)還增加了加速度傳感器、電壓檢測(cè)、內(nèi)部時(shí)鐘、看門狗，以及帶12bit ADC、4k Byte Flash、2k ROM、128 Byte RAM、128 Byte EEPROM及其它功能的ASIC數(shù)字信號(hào)處理單元或MCU。這些功能芯片使得TPMS傳感器不僅能實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車開動(dòng)中的輪胎壓力和胎內(nèi)溫度的變化，而且還能實(shí)現(xiàn)汽車移動(dòng)即時(shí)開機(jī)、自動(dòng)喚醒、節(jié)省電能等功能。電源管理器確保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低功耗，使一節(jié)鋰電池可以使用3-5年。

TPMS的壓力傳感器都基于MEMS技術(shù)，主要有矽集成電容式壓力傳感器（如飛思卡爾的MPXY8020、MPXY8040）和矽壓阻式壓力傳感器（如通用NovaSensor的NPX1、NPX2，英飛　SensoNor的SP12、SP12T、SP30）。矽壓阻式壓力傳感器是采用高精密半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測(cè)量電路的，其測(cè)量精度能達(dá)0.01-0.03%FS。

1、英飛　科技SPXX傳感器
英飛　科技（Infineon）的SPXX傳感器是旗下專業(yè)胎壓傳感器制造商SensoNor的產(chǎn)品，主要型號(hào)有SP12、SP12T、SP30。它們采用了基于MEMS技術(shù)的矽壓阻式壓力傳感器作為胎壓監(jiān)測(cè)單元，其中SP12和SP12T可以同時(shí)傳輸四組不同的數(shù)據(jù)（溫度、壓力、加速度和供電），并配有一個(gè)能完成測(cè)量、信號(hào)補(bǔ)償與調(diào)整及SPI串行通信接口CMOS大規(guī)模集成電路。

科技SP12胎壓檢測(cè)傳感器

英飛　SP12和SP12T設(shè)有補(bǔ)償功能，可以對(duì)壓力、加速度、溫度供電電壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償，準(zhǔn)確提供不同型號(hào)輪胎在不同環(huán)境時(shí)的補(bǔ)償值，有效地保證了測(cè)量可靠性。SP12傳感器采用了LF喚醒瞬態(tài)工作模式，并在傳感器模塊中增加了加速度傳感器，利用其質(zhì)量塊對(duì)運(yùn)動(dòng)的敏感性，可以實(shí)現(xiàn)汽車啟動(dòng)自動(dòng)開機(jī)才進(jìn)入系統(tǒng)自檢，而如果檢測(cè)到加速度很小時(shí)(表示汽車沒有運(yùn)動(dòng))讓系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，大大地降低系統(tǒng)功耗。另外，LF方式還具有自動(dòng)輪胎定位功能。

2、GE公司NPX系列TPMS智能傳感器
從1995年開始，GE NovaSensor就開始為TPMS提供壓力傳感器(NPP301)。至今以及有超過1500萬片的壓力傳感器在汽車輪胎中使用，其失效率僅為1ppm。

NPXI集成了矽壓力傳感器、溫度、電壓以及一個(gè)8位RISC微處理器4k字節(jié)的用戶可編程空間，4k字節(jié)的定制ROM，以及一個(gè)2D的LF輸入級(jí)。各類傳感器的信號(hào)經(jīng)12位ADC轉(zhuǎn)換後，提供給用戶和系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。在4k字節(jié)的定制ROM中，固化了GE特有的壓力、溫度和電壓測(cè)量、補(bǔ)償和校準(zhǔn)程序，以及其他實(shí)用的子程序，用戶可省去繁復(fù)的運(yùn)算編程而只需簡(jiǎn)單調(diào)用，即可獲得需要的狀態(tài)值。在開發(fā)階段，GE可以提供可編程版本的傳感器，用戶可以通過仿真器/編程器將程序下載到器件的4k用戶可編程空間中。下載程序之後的傳感器可以直接運(yùn)行使用，或者通過仿真器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真單步調(diào)試。調(diào)試環(huán)境與一般的單片機(jī)非常相似。

在2005年4月，GE在中國和全球同步推出最新一代TPMS智能傳感器NPXII。NPXII傳感器集成了一個(gè)矽壓力傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、電壓傳感器和低功耗8位RISC處理器，以及一個(gè)2D的LF輸入級(jí)，最新優(yōu)化後固化在ROM中的系統(tǒng)程序(ROM3版本)，運(yùn)行速度更快，能耗更低；同時(shí)提供給用戶功能更完善、更加靈便的系統(tǒng)子程序。當(dāng)然，NPXII同樣采用了GE先進(jìn)的經(jīng)久驗(yàn)證的MEMS技術(shù)工藝加工而成，比加速度開關(guān)具有更高的可靠性和穩(wěn)定性(GE獨(dú)有的多晶矽穩(wěn)定性專利，可連續(xù)承受5000g的加速度沖擊而無損傷)，可輸出連續(xù)的加速度值，用戶可根據(jù)實(shí)際需要在程序中靈活設(shè)置速度比較閾值。

據(jù)介紹，GE還將在今年推出NPXIII。NPXIII具有NPXII的所有功能，同時(shí)將RF發(fā)射控制電路集成到同一個(gè)芯片中去。隨後，GE將推出無需電池自供電方式的TPMS傳感器NPXIV，該傳感器內(nèi)部將集成GE美國研發(fā)中心開發(fā)的集電裝置(GE專利，完全區(qū)別于目前的無電概念)，可為RTPM模塊中傳感器自身和周邊器件提供源源不斷的電能。這將簡(jiǎn)化RTPM模塊的電路設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，提高TPMS系統(tǒng)的測(cè)量頻次，并且將RTPM模塊的重量降至最低，最終達(dá)到降低系統(tǒng)成本的要求。同時(shí)，由于摒棄了電池，必將能滿足世界各國對(duì)電子設(shè)備越來越嚴(yán)厲的環(huán)保要求。?

3、飛思卡爾MPXY80X0系列胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)

飛思卡爾公司的MPXY80X0系列胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)包括∶MPXY80X0壓力傳感器、MC68HC908RF2 MCU、MC33594接收器、MC68HC908KX8 MCU。其中，MPXY8020能夠兼容使用遠(yuǎn)程射頻傳感方法的輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)，完美地與現(xiàn)有的遙控車鎖（RKE）系統(tǒng)集成。此外，飛思卡爾提供了適用于TPMS-RKE系統(tǒng)的完整芯片組，而無需其它的TPM專用接收器。該芯片組由下列產(chǎn)品組成∶

·MPXY80X0，稱為Daytona，這是一種表面微機(jī)械加工的電容性微機(jī)電系統(tǒng)（micro electromechanical system MEMS）壓力傳感器。Daytona包括壓力變換器、正溫度系數(shù)擴(kuò)散電阻溫度傳感器及其他所有必需的電路。使之能輸出經(jīng)過校準(zhǔn)的8位數(shù)字壓力和溫度數(shù)據(jù)。所有這些都在一個(gè)芯片上。

·MC68HC908RF2，也稱RF2，它包括兩個(gè)部分，第一個(gè)是2KB的閃速HC08微控制單元（與MC68HC908RK2相同），第二部分是一個(gè)可以發(fā)射UHF頻段數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的RF發(fā)射器，其發(fā)射距離可達(dá)數(shù)百米（與MC33493相同，又稱Tango 3）。

·MC33594/MC33591射頻接收器，稱為Romeo2，是用以接收 RF2發(fā)射信號(hào)的接收器。Romeo2可以接收和解調(diào)曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)并通過普通串行外設(shè)接口（SPI）輸出。

·MC68HC908KX8/MC9S12DP256，簡(jiǎn)稱KX8，作為接受器微控制器，也可以使用MC9S12DP256替代KX8。
借助該芯片組的功能，系統(tǒng)能夠識(shí)別輪胎（包括備用胎），檢測(cè)壓力過大或壓力不足的情況。該系統(tǒng)還能夠補(bǔ)償貨物重量的變化，監(jiān)控輪胎溫度。模塊級(jí)的能量管理可以延長(zhǎng)電池的使用壽命，并在電池電量過低時(shí)發(fā)出信號(hào)。此外，該系統(tǒng)還兼容各種汽車平臺(tái)和輪胎技術(shù)（如run-flat輪胎）。

4、飛利浦P2SC信號(hào)調(diào)整芯片系列
飛利浦的P2SC信號(hào)調(diào)整芯片系列提供精確的直接胎壓測(cè)量功能，結(jié)合汽車自動(dòng)化RFID技術(shù)，可帶來與輪胎上傳感器的遠(yuǎn)端無線通信功能。P2SC芯片相當(dāng)適合TPMS應(yīng)用，可以在引擎啟動(dòng)時(shí)就監(jiān)測(cè)每個(gè)輪胎，不論汽車是在移動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，都會(huì)持續(xù)將輪胎信息告知駕駛?cè)�，駕駛?cè)送ㄟ^汽車儀表板上簡(jiǎn)單的指示器，可以事先知道可能的危險(xiǎn)情況。

P2SC系列的第一個(gè)成員為單芯片PCH7970，它是一個(gè)能夠使用內(nèi)嵌的高精確12bit模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器讀取兩個(gè)多功傳感器的低功耗RISC器件，可以使用獨(dú)立的單體電池運(yùn)作，而且擁有數(shù)個(gè)輸出入引腳、可編程存儲(chǔ)器以及備用模式以便將靜態(tài)電流降到最低。主要功能包括∶擁有兩個(gè)具備可選擇增幅大小的高精確傳感器輸入；通過連接端口或3D-LF接口提供喚醒功能的智能型電源管理；128bytes EEPROM、28bytes RAM、4Kbytes EROM、4Kbytes ROM；32bit獨(dú)一無二的識(shí)別碼；數(shù)字式傳感器信號(hào)處理；芯片內(nèi)嵌溫度傳感器與備用功能等。
此外，提供TPMS系統(tǒng)方案的商家還有Atmel等公司。Atmel公司的TPMS方案包括∶ATAR862傳感器模塊、ATA5756/ATA5757發(fā)射器IC、T5743接收器IC、ATA5283 LF接收器IC、用于TPMS/PKE接收站的ATA5811/12收發(fā)器IC、ATA5275 LF天線驅(qū)動(dòng)器IC。

最近，美國固特異輪胎橡膠公司以RFID技術(shù)作為研發(fā)智能輪胎的基礎(chǔ)，該公司和西門子VDO汽車配件公司合作，成功研發(fā)出一種鈕扣電池般大小的帶RFID卡傳感器。該傳感器除了能夠感知輪胎內(nèi)的氣壓、胎體溫度的變化并發(fā)射反映這種變化的信號(hào)外，還具有標(biāo)識(shí)輪胎的功能，也就是說，它既可用于輪胎氣壓監(jiān)測(cè)，還可以用于輪胎歷程可追溯性記錄。

三、TPMS技術(shù)趨勢(shì)

汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)是駕車者、乘車人的生命安全保障預(yù)警系統(tǒng)，是汽車安全保障系統(tǒng)之一。目前，直接式TPMS正逐步取代間接式TPMS而成為輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主流，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，無電池的TPMS以其無可比擬的優(yōu)點(diǎn)將成為未來TPMS發(fā)展的趨勢(shì)。隨著TPMS產(chǎn)品市場(chǎng)對(duì)IC高整合度和高可靠性的要求，目前已經(jīng)有了如InfineonSP12/SP30、GE NPX那樣的將所需測(cè)試各物理量的傳感器與MCU合二為一的智能傳感器模塊，在未來幾年內(nèi)還會(huì)開發(fā)出包含RF發(fā)射芯片三合一的模塊，包含利用運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能自供電的四合一的模塊，屆時(shí)胎壓力監(jiān)測(cè)發(fā)射器只有一個(gè)模塊和一個(gè)天線組成，客戶的二次設(shè)計(jì)變得十分簡(jiǎn)便。