车机技术之胎压监测系统TPMS

TPMS是汽车轮胎压力实时监视系统"Tire Pressure Monitoring System"的英文缩写，主要用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车安全，是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。

TPMS的重要性

在所有的交通事故中，因轮胎爆胎引发的交通事故占20%；而根据统计，高速公路46%的交通事故是由于轮胎发生故障引起的，其中爆胎一项就占事故总量的70%；而时速超过160km/h的情况下发生爆胎，死亡率是100%，因此，轮胎安全是必须被重视起来。

因为轮胎压力而导致的爆胎主要分为两种：

胎压不足： 在胎压不足的情况下，轮胎与地面接触的部分会由于车身自重而受到挤压，导致轮胎侧壁发生变形，而转到离开与地面接触的位置时，会因为胎内气压发生变化而重新被拉伸。轮胎转动的时候，整个轮胎侧壁都在随转动不停的重复挤压、拉伸的过程，很容易发生爆胎。

胎压过高： 当胎压过高时，会减小轮胎与地面的接触面积，而此时轮胎所承受的压力相对提高，轮胎的抓地力会受到影响。另外，当车辆经过沟坎或颠簸路面时，轮胎内没有足够空间吸收震动，除了影响行驶的稳定性和乘坐舒适性外，还会造成对悬挂系统的冲击力度加大，由此也会带来危害。同时，在高温时爆胎的隐患也会相应的增加。

TPMS原理

当前的轮胎压力监测系统主要分为三种类型，下面逐一介绍：

1. 直接式（Pressure-Sensor Based TPMS，简称PSB）

利用直接安装在每个轮胎里测量轮胎压力和温度模块，将测量得到的信号调制后通过高频无线电波(RF)发射出去。一辆轿车或面包车TPMS系统有4个或5个(包括备用胎)TPMS监测模块，一辆卡车有8~36个TPMS监测模块。中央监视器接收TPMS监测模块发射的信号，将各个轮胎的压力和温度数据显示在屏幕上，供驾驶者参考。如果轮胎的压力或温度出现异常，中央监视器根据异常情况，发出报警信号，提醒驾驶者采取必要的措施。

轮胎压力监测模块由五个部分组成：

具有压力、温度、加速度、电压检测和后信号处理ASIC芯片组合的智能传感器MCM。

8-16位单片机(MCU)。

RF射频发射芯片。

锂亚电池。

天线，外壳选用高强度ABS塑料。

所有器件、材料都要满足-40℃ ~ +125℃的使用温度范围。轮胎压力监测模块做成的TPMS发射器分成车胎内内置和车胎外外置两种。TPMS智能传感器是整合了硅显微机械加工(MEMS)技术制作的压力传感器、温度传感器、加速度计、电池电压检测、内部时钟和一个包含模数转换器(ADC)、取样/保持(S/H)、SPI口、校准(Calibration)、数据管理(Data)、ID码的数字信号处理ASIC单元或MCU的SoC，模块具有掩膜可编程性，即可以利用客户专用软件进行配置。它是由MEMS传感器和ASIC/MCU电路二块芯片，用集成电路工艺做在一个封装里的。

2. 间接式（Wheel-Speed Based TPMS，简称WSB）

间接式胎压监测的工作原理是:当某个轮胎的气压降低时，车辆的重量会使该轮的滚动半径将变小，导致其转速比其他车轮快，这样就可以通过比较轮胎之间的转速差，达到监视胎压的目的。间接式轮胎报警系统实际上是依靠计算轮胎滚动半径来对气压进行监测。 间接式胎压监测装置成本要比直接式低的多，它实际上是利用汽车ABS刹车系统上的速度传感器来比较四只轮胎的转动次数，如果其中一只轮胎胎压较低，这只轮胎的转动次数会和其它轮胎不同，如此采用ABS系统同样的传感器和感测信号，只要车内计算机在软件上作调整，便可以在行车计算机建立新功能，警告驾驶人一只轮胎和其它三只相比胎压较低的信息。当然，带来的缺点也是很明显的，需要校准、需要路面平整不打滑、高速转弯不准、所有轮胎同时减压监测不到等等。

3. 复合式

它兼有上述两个系统的优点，它在两个互相成对角的轮胎内装备直接传感器，并装备一个4轮间接系统。与全部使用直接系统相比，这种复合式系统可以降低本钱，克服间接系统不能检测出多个轮胎同时出现气压过低的缺点。但是，它仍然不能像直接系统那样提供所有4个轮胎内实际压力的实时数据。

TPMS主要作用

预防事故发生： 胎压监测系统属于主动安全设备的一种，它可以在轮胎出现危险征兆时及时报警，提醒驾驶员采取相应措施，从而避免了严重事故的发生。

延长轮胎使用寿命： 有了胎压监测系统，我们就可以随时让轮胎都保持在规定的压力、温度范围内工作，从而减少车胎的损毁，延长轮胎使用寿命。有资料显示在轮胎气压不足时行驶，当车轮气压比正常值下降10% ，轮胎寿命就减少15%

使行车更为经济： 当轮胎内的气压过低时，就会增大轮胎与地面的接触面积，从而增大摩擦阻力，当轮胎气压低于标准气压值30% ，油耗将上升10% 。

可减少悬架系统的磨损： 轮胎内气压过足时，就会导致轮胎本身减震效果减低，从而增加车辆减震系统的负担，长期使用对发动机底盘及悬挂系统都将造成很大的伤害；如果轮胎气压不均匀，还容易造成刹车跑偏，从而增加悬挂系统的磨损。

总结

TPMS现在还属于比较高端的产品，离大众化和普及化还有很长的时间。在高度重视汽车安全性的未来，轮胎压力监测系统早晚会成为所有汽车上的标准配置，就像ABS从出现到普及一样，需要一个过程，而在标配前，可以通过目前车机支持方式体验胎压监测的好处。

当然现在的轮胎压力监测系统还是存在着不少需要完善改进的地方。对于间接系统来说，同轴或2个以上轮胎缺气的情况无法显示；车速100 km/h以上时监测可能失效。而对于直接系统，无线信号传输的稳定性和可靠性、传感器的使用寿命、报警提示的准确性（有无误报、错报）以及传感器的耐压性等都是亟待提高的，期待的是国内已经有相关部门准备对胎压监测系统制定行业标准。