汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀與展望

[摘 要] 敘述了汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，包括間接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、直接式輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和下一代無電池輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（被動(dòng)式TPMS）。介紹了各種汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。重點(diǎn)介紹了國(guó)外三種主流的直接式TPMS開發(fā)系統(tǒng)，展望了未來輪胎氣壓監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
[關(guān)鍵詞] 輪胎  輪胎氣壓  TPMS  氣壓監(jiān)測(cè)

1  概述

在汽車的高速行駛中，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)，在國(guó)內(nèi)的高速公路上，由爆胎引發(fā)的交通事故占事故總數(shù)的７０％。在美國(guó)，這一比例更高達(dá)８０％[1]。爆胎造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個(gè)重要課題，研究表明，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。于是汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TPMS（Tire Pressure Monitoring System）應(yīng)運(yùn)而生。

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2003年11月以后的新車把輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)配置[2]。而最新的中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)"機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件"（征求意見稿2003年11月24日）中的安全防護(hù)裝置條款中有一條："車長(zhǎng)大于6m的長(zhǎng)途客車和旅游客車、最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量大于12000kg的載貨汽車和載貨牽引車應(yīng)安裝輪胎壓力報(bào)警裝置"，"有關(guān)部分機(jī)動(dòng)車應(yīng)安裝輪胎壓力報(bào)警裝置的要求，自本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之日起第25個(gè)月開始對(duì)新注冊(cè)車實(shí)施。"可見我國(guó)政府也開始重視汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用。

2  輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及工作原理

目前，TPMS主要分為兩種類型，一種是Wheel-Speed Based TPMS（間接式TPMS）。另一種是Pressure-Sensor Based TPMS（直接式TPMS）。2001年7月，美國(guó)運(yùn)輸部和國(guó)家高速公路安全管理局聯(lián)合對(duì)現(xiàn)有的兩種TPMS系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)報(bào)告認(rèn)為PSB TPMS從功能和性能上均優(yōu)于WSB TPMS，從而使研制直接式TPMS成為流行趨勢(shì)。
 
2.1 間接式TPMS

間接式TPMS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。以上海通用別克轎車安裝的輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TIMS）為例。該系統(tǒng)由以下幾個(gè)部件組成：①4個(gè)車輪轉(zhuǎn)速傳感器；②車身控制模塊(BCM)；③復(fù)位開關(guān)；④輪胎壓力過低〔LOWTIRE)報(bào)警燈；⑤數(shù)據(jù)診斷接頭(DLC)；⑥線束和連接器[2]。

當(dāng)汽車行駛時(shí)，輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)接收4個(gè)車輪轉(zhuǎn)速傳感器的車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)，進(jìn)行綜合分析。當(dāng)某一個(gè)輪胎的氣壓太高或不足時(shí)，輪胎的直徑就會(huì)變大或變小，車輪的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)產(chǎn)生變化。監(jiān)視系統(tǒng)將車輪轉(zhuǎn)速的變化情況同預(yù)先儲(chǔ)存的標(biāo)準(zhǔn)值比較，就可得出輪胎氣壓太高或不足，從而點(diǎn)亮LOW TIRE報(bào)警燈。該類型系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是無法對(duì)兩個(gè)以上的輪胎同時(shí)缺氣的狀況和速度超過100公里/小時(shí)的情況進(jìn)行判斷。

2.2 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。

2.2.1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。

2.2.2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）（代替了發(fā)射器）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。

3  輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)研究現(xiàn)狀分析

迄今，國(guó)外已有許多車型裝配了TPMS，這些車型有：奧迪系列：A8、A6 Allroad、A8 Nachfolger (D3)、RS 6 Bentley Mid Size Bentley (MSB) ；寶馬系列：7系列、5系列、3系列、X 5、Series 7 (新)、Series 5（新)、X 3； 奔馳系列：E-Class AMG、CL、S-Class、SL-Roadster、E-Class、Maybach、S-Class (新)、SL-Class、SLR；法拉利系列： 575 Maranello、Enzo、F 137、Modena Maserati M 139 (Projektname)；保時(shí)捷系列：Cayenne、Boxster、911 Series Schmitz-Cargobull；大眾的Pheaton、Touareg，雪鐵龍的 C5，英國(guó)阿斯頓