輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的可靠性研究

摘要：介紹了輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)的原理、發(fā)展及應(yīng)用，重點(diǎn)分析了在爆胎預(yù)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)：一是通過(guò)改進(jìn)電池設(shè)計(jì)以及LF低頻喚醒技術(shù)來(lái)延長(zhǎng)系統(tǒng)總的工作時(shí)間，二是通過(guò)檢測(cè)端天線的設(shè)計(jì)來(lái)加強(qiáng)數(shù)據(jù)的傳輸效率。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這些改進(jìn)在系統(tǒng)功能、實(shí)物尺寸和運(yùn)行成本上都有所改善，具有一定的實(shí)用價(jià)值，為爆胎預(yù)警系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用打下一定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)；硬件設(shè)計(jì)；系統(tǒng)工作時(shí)間；天線設(shè)計(jì)

據(jù)美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)的調(diào)查，美國(guó)每年有26萬(wàn)交通事故是由于輪胎氣壓低或滲漏造車(chē)的，另外，每年75％的輪胎故障是由于輪胎滲漏或充氣不足引起的。根據(jù)我國(guó)有關(guān)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，高速公路46％的交通事故是由于輪胎發(fā)生故障引起的，其中爆胎一項(xiàng)就占事故總量的70％。同時(shí)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平和汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量正逐年提高。根據(jù)中國(guó)汽車(chē)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2010年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量達(dá)到18 264 667輛，同比增加32．44％，而且我國(guó)的汽車(chē)總量在下個(gè)10年還會(huì)保持高速增長(zhǎng)。因此怎樣減少交通事故，最大限度地減少由于輪胎爆胎而引發(fā)的交通事故，尤其是防范由此引發(fā)的群死群傷事故，已成為社會(huì)各界共同關(guān)心的課題。輪胎爆胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)輪胎的壓力和溫度等數(shù)據(jù)，對(duì)輪胎漏氣、氣壓過(guò)高、過(guò)低或溫度過(guò)高進(jìn)行報(bào)警。其工作可有效減少汽車(chē)爆胎事故的發(fā)生，是汽車(chē)安全行駛的有效保證。

1 系統(tǒng)介紹
目前已經(jīng)面世的輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)可分為兩大類(lèi)型：一種是間接式，另一種是直接式。間接式主要通過(guò)汽車(chē)ABS系統(tǒng)的輪速傳感器來(lái)比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別，從而間接測(cè)量輪胎氣壓，因準(zhǔn)確性較差，現(xiàn)在已逐步淡出市場(chǎng)。直接式主要利用安裝在每一個(gè)輪胎里面的壓力、溫度傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎氣壓和溫度，然后通過(guò)射頻無(wú)線通信的方式與裝在駕駛室的控制主機(jī)通信，主機(jī)顯示各個(gè)輪胎相關(guān)信息或進(jìn)行壓力、溫度報(bào)警，其工作原理如圖1所示。

目前，大多數(shù)的汽車(chē)輪胎都取消了內(nèi)胎，這為輪胎內(nèi)置感應(yīng)傳感器的安裝帶來(lái)極大的方便，其產(chǎn)品占有應(yīng)用市場(chǎng)的絕大多數(shù)份額，且發(fā)展速度較快，但是在直接式輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中，由于其所處環(huán)境的復(fù)雜性決定其需要更加可靠的硬件設(shè)計(jì)來(lái)維持系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，這其中有2個(gè)突出的問(wèn)題嚴(yán)重制約輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展，一是如何延長(zhǎng)系統(tǒng)總的工作時(shí)間，二是如何通過(guò)檢測(cè)端射頻天線設(shè)計(jì)來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)的有效發(fā)射。本文以這兩個(gè)突出問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，在輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)，從而有效地延長(zhǎng)系統(tǒng)工作時(shí)間和天線射頻信號(hào)發(fā)射可靠性。

2 延長(zhǎng)系統(tǒng)工作時(shí)間
傳統(tǒng)的輪胎氣壓溫度檢測(cè)端通常將傳感器、微控制器、射頻天線和電池集中密封在一個(gè)電路板上，用鋁制螺桿通過(guò)輪胎氣門(mén)嘴固定在輪轂上，檢測(cè)端電池?zé)o法更新，其總工作時(shí)間取決于系統(tǒng)功耗大小和電池容量，一旦電池沒(méi)電，就必須更換新的檢測(cè)端。這種一次性的做法不僅費(fèi)工而且運(yùn)行成本較高，給大范圍普及輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)造成很大困難。本文通過(guò)設(shè)計(jì)可更換的輪胎監(jiān)測(cè)端電池結(jié)構(gòu)和采用LF低頻喚醒技術(shù)降低功耗兩種方法來(lái)有效延長(zhǎng)系統(tǒng)工作時(shí)間。
2．1 檢測(cè)端內(nèi)置傳感器外置電池設(shè)計(jì)
文中設(shè)計(jì)一種應(yīng)用在輪胎檢測(cè)端的內(nèi)置傳感器外置電池的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)方法最大的不同之處在于鋰電池外置并固定在輪胎氣門(mén)嘴上，在可靠為測(cè)量端提供電源的基礎(chǔ)上能確保電池更換方便，可無(wú)限延長(zhǎng)檢測(cè)端的工作時(shí)間，其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。電池的正負(fù)極通過(guò)特制墊片向傳感器供電且彼此用絕緣橡膠墊隔離。當(dāng)需要為輪胎充氣時(shí)，只需擰下電池倉(cāng)，即可直接向輪胎充氣。需要強(qiáng)調(diào)，由于電池和和傳感器等裝置的安裝，造成輪胎的質(zhì)量分布不均，在輪胎高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，不平衡的離心力作用會(huì)引起車(chē)體振動(dòng)，影響汽車(chē)的操控性能和安全性能。所以使用之前，必須對(duì)4個(gè)輪胎做靜平衡、力偶平衡和動(dòng)平衡等相關(guān)測(cè)試。同時(shí)還應(yīng)保證電池耗盡時(shí)更換同一廠家同一型號(hào)的電池，保證輪胎的各項(xiàng)平衡參數(shù)。