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TPMS行业简介及技术原理分析

来源: 时间:2018-07-30 14:44:44 次数:

TPMS简介:继ABS、安全气囊后的第三大汽车安全系统

    TPMS,即TirePressureMonitoringSystem,胎压监测系统,是指安装在汽车轮胎上用于实时监测轮胎气压的辅助系统。通过在每个车轮上安装包含高灵敏度的传感器芯片的发射器,在行车或静止状态下,实时监测轮胎的压力、温度等数据,并通过无线射频方式发射到控制器,当轮胎出现漏气或者低气压时进行报警,以确保行车安全并降低油耗和对车辆的损坏。

    TPMS与ABS、EBD、EPS等汽车安全系统产品对比,具有―事前主动性‖,随着近年来业界对于汽车主被动安全的重视,TPMS的装配率呈现直线上升的趋势,成为了继ABS、安全气囊之后的第三大安全系统。

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图:TPMS胎压监测系统示意图
 
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表:TPMS对油耗和轮胎寿命的帮助

PMS技术原理:直接式TPMS是大势所趋

直接式TPMS与间接式TPMS对比

    从TPMS的产品分类来看,主要分为间接式TPMS与直接式TPMS两种分类,而在其中直接式TPMS又分为主动式与被动式两大产品形式。间接式TPMS:间接式TPMS(Wheel-SpeedBasedTPMS)是指通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别,以达到监视胎压的目的。

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图:直接式TPMS一般标配四个安装在轮胎里的压力传感器

    直接式TPMS:直接式TPMS(Pressure-SensorBasedTPMS)则是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压,并传输有关数据。直接式中的主动式TPMS需要每一个轮胎中独立供电的压力传感器来测量轮胎的气压,并通过无线调制发射器将数据传输到到控制器模块,再将控制器模块的数据投射到驾驶室LCD并在胎压过低时进行报警。被动式的控制器模块是一个中央收发器,而不是主动式的接收器。

    轮胎中的转发器模块接收控制器的信号,再用这个信号的能量发射一个反馈信号给控制器。被动式的优势在于轮胎中不需要电池,从而增加了使用寿命和极端情况下的性能,但是由于要在轮胎中集成转发器,各家厂商尚未达成统一标准,所以目前拥有成熟标准的主动式将会占据主导地位,因此本篇报告中我们讨论的直接式TPMS主要指的是主动式TPMS。

    尽管目前行业中TPMS产品分为直接式与间接式两大类,但事实上间接式TPMS产品与直接式TPMS产品相比起来,仍具备比较大的不足。首先是间接式TPMS没有检测用的传感器,而是通过ABS监测缺气轮胎在车身重力下压造成形变所导致的转速差别来判断,在多个轮胎同时缺气和车辆高速行驶的情况下监测效果均不理想,单其主要优点来自于ABS高普及度带来的成本优势。

    而直接式在精度、反应速度、安全性及满足法规方面均优于间接式TPMS,直接式TPMS可以直接显示出轮胎气压的绝对数值,这从产品性能上直接式TPMS要优于间接式TPMS,另外随着时间推进直接式TPMS的价格也下降到了具备竞争力的层面;另一方面,从法规执行层面间接式TPMS也无法满足各大标准的需求:

    美国道路安全管理局NHTSA提出的轮胎气压偏离正常25%报警的要求间接式TPMS无法满足,后续无法满足法规要求,而中国汽标委通常给出了轮胎气压小于或等于车辆推荐轮胎气压的75%时报警的要求。因此从产品性能、成本优势及法规政策三大层面直接式TPMS均要优于间接式TPMS,我们认为,直接式TPMS将成为未来TPMS行业发展的唯一必然趋势。


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表:直接式与间接式TPMS对比

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表:汽标委对于TPMS系统相关性能要求

TPMS关键设计技术指标

    从直接式TPMS的技术原理来看,直接式TPMS分为发射端及接收端两大块。其中发射端由压力传感器、MCU芯片、RF发射天线等模块所组成,接收端由RF接收天线、MCU芯片及LCD显示屏部分所组成。TPMS的运行原理如下图显示:

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图:TPMS(直接式)运行原理

    从技术角度出发,衡量TPMS设计质量的关键指标主要有以下几点,而值得注意的是,LF唤醒技术作为高端TPMS产品的标配技术,通常成为衡量高质量TPMS产品的关键指标之一:

(一)恶劣环境下可靠性:TPMS发射器模组直接装配于汽车轮胎,工作状态会面临转动、震动、高温、高压、潮湿等恶劣环境,作为安全系统,可靠性至关重要。

(二)气门嘴关联设计:TPMS主流技术采取和气门嘴集成的方案,让TPMS模组和气门嘴整体指标最佳是重要目标。

(三)RF抗干扰能力及稳定性:RF作为电磁波会受到其他设备的电磁干扰,同时在车辆金属部件和速度的共同作用下会导致信号收发不稳定,保证模块间即时无干扰的通讯是设计关键。

(四)LF(LowFrequency)唤醒技术:汽车开动后,驾驶室内的中央控制模块上电,发射低频信号,轮胎发射模块里的LF天线接收到低频信号后产生感应电压,转换为唤醒信号,唤醒MCU开始工作,这样起到节省电池的效果。

    目前TPMS工作频率北美标准为315MHz,欧洲标准为434MHz。

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图:LF唤醒技术运行原理

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