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

[摘 要] 敘述了汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展，包括間接式輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)、直接式輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)和下一代無電池輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（被動式TPMS）。介紹了各種汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。重點介紹了國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)測技術(shù)的發(fā)展趨勢。
[關(guān)鍵詞] 輪胎  輪胎氣壓  TPMS  氣壓監(jiān)測

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，在國內(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，這一比例更高達８０％[1]。爆胎造成的經(jīng)濟損失巨大，怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題，研究表明，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛和及時發(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)測系統(tǒng)TPMS（Tire Pressure Monitoring System）應(yīng)運而生。

2000年11月1日，美國總統(tǒng)克林頓簽署批準(zhǔn)了國會關(guān)于修改聯(lián)邦運輸法的提案，要求2003年11月以后的新車把輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)配置[2]。而最新的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)"機動車運行安全技術(shù)條件"（征求意見稿2003年11月24日）中的安全防護裝置條款中有一條："車長大于6m的長途客車和旅游客車、最大設(shè)計總質(zhì)量大于12000kg的載貨汽車和載貨牽引車應(yīng)安裝輪胎壓力報警裝置"，"有關(guān)部分機動車應(yīng)安裝輪胎壓力報警裝置的要求，自本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之日起第25個月開始對新注冊車實施。"可見我國政府也開始重視汽車輪胎氣壓監(jiān)測設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用。

2  輪胎氣壓監(jiān)測系統(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，美國運輸部和國家高速公路安全管理局聯(lián)合對現(xiàn)有的兩種TPMS系統(tǒng)進行了評價，評價報告認為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。
 
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)測系統(tǒng)（TIMS）為例。該系統(tǒng)由以下幾個部件組成：①4個車輪轉(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，輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)接收4個車輪轉(zhuǎn)速傳感器的車輪轉(zhuǎn)速信號，進行綜合分析。當(dāng)某一個輪胎的氣壓太高或不足時，輪胎的直徑就會變大或變小，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，從而點亮LOW TIRE報警燈。該類型系統(tǒng)的主要缺點是無法對兩個以上的輪胎同時缺氣的狀況和速度超過100公里/小時的情況進行判斷。

2.2 直接式TPMS

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

2.2.1主動式TPMS

主動式TPMS是利用安裝在每一個輪胎里的以鋰離子電池為電源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監(jiān)視器上。監(jiān)視器隨時顯示各輪胎氣壓，駕駛者可以直觀地了解各個輪胎的氣壓狀況，當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時，系統(tǒng)就會自動報警。以加拿大Smartire輪胎智能監(jiān)測系統(tǒng)為例。系統(tǒng)主要由傳感發(fā)射器、接收器和顯示器組成。
 
主動式技術(shù)的優(yōu)點是，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，但主動式TPMS傳感器/發(fā)射器需要電池提供動力，因此不可避免的帶來一些弊端，如電池的壽命有限；當(dāng)氣溫嚴重降低時，電池的容量就會受到影響而減少；這使得它的可靠性不夠穩(wěn)定。此外，電池的化學(xué)物質(zhì)也會導(dǎo)致環(huán)境問題，同時由于電池的存在很難降低發(fā)射器的重量。

2.2.2被動式TPMS

被動式TPMS，也叫無電池TPMS，用一個中央收發(fā)器（central transceiver）代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。這個收發(fā)器不但要接收信號而且要發(fā)射信號，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，同時使用這個信號的能量來發(fā)射一個反饋信號到中央收發(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)測系統(tǒng)開發(fā)研究現(xiàn)狀分析

迄今，國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)；保時捷系列：Cayenne、Boxster、911 Series Schmitz-Cargobull；大眾的Pheaton、Touareg，雪鐵龍的 C5，英國阿斯頓