汽车轮胎压力监视系统TPMS

汽车轮胎压力监视系统汽车轮胎压力监视系统TPMS “Tire Pressure Monitoring System”的英文缩写形式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。

在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。

据统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70%是由于爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80%。

怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。

据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。

而TPMS——汽车胎压监视系统毫无疑问将是理想的工具。

分类一种是Wheel-Speed Based TPMS（简称：WSB TPMS，或称为间接式TPMS ），这种系统是通过汽车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，该类型系统的主要缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的状况和速度超过100公里/小时的情况进行判断。

另一种是Pressure-Sensor Based TPMS（简称：PSB TPMS，或称为直接式TPMS），这种系统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，并对各轮胎气压进行显示及监视，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统会自动报警。

PSB TPMS 从功能和性能上均优于WSB TPMSTPMS系统开发上，多数方案组成分为5部分，它们是整合了具有压力、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SoC、4-8位单片机(MCU)、RF射频发射芯片、锂亚电池和天线等其中智能传感器还采用了硅显微机械加工(MEMS)技术有源TPMSFreescaleinfineonGE等公司是世界上TPMS的MCU微控制处理器无源TPMS表面声波技术技术的TPMS SAW SURFACE acoustic WAVESAW温度/压力传感器英国Transense Technologies 德国EPCOS等有源MEMS TPMS英飞凌科技(Infineon Technologies AG)拟借收购SensoNor成为了汽车轮胎压力传感器市场中的领先供应商。

为英飞凌科技收购的著名传感器厂商挪威的SensoNor公司是TPMS系统的积极开发者，它采用了基于MEMS技术的硅压阻式压力传感器作为胎压监测单元，这种传感器被一些轮胎压力监测系统供应商采用，取得主要汽车制造商的认可，并与这些厂商签署了长期供货协议，包括TRW Automotive公司、SmarTire系统公司以及其他一些公司。

SmarTire不久前宣布与SensoNor公司签署一份协议，由SensoNor为它的RF发射器供应传感器，而SmarTire的RF发射器已经被西门子VDO 汽车配件公司和美国固特异轮胎公司(Goodyear)采用。

英飞凌面向TPMS应用的SP12传感器整合了硅显微机械加工的压力与加速度传感器、温度传感器和一个电池电压监测器，提供四合一传感功能，并配有一个能完成测量、信号补偿与调整及SPI串行通信接口CMOS大规模集成电路。

压力范围:SP12: 100 到450KpaSP12T: 50 到1400Kpa (大型车辆用)加速度范围:-12 g 到115 g温度范围：-40度到+125度传感器供电电压：1.8V 到 3.6V检测精度方面:硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，其测量精度能达0.01-0.03%FS。

测量可靠性方面: 由于传感器的工作环境比较恶劣,在不同温度和不同信号供电电压等等的情况下会出现漂移, SP12设有补偿功能，可以对压力, 加速度,温度,供电电压信号进行检测和补偿,准确提供不同型号轮胎在不同环境时的正确补偿值，有效地保证了测量可靠性。

低功耗方面:由于传感器电池不能更换，为了保证TPMS发射模块在一节锂电池下能工作10年，系统低功耗节电是一个十分重要的课题，因此只有在大多数时间让系统进入睡眠状态，才能省电与延长电池寿命。

英飞凌的SP12传感器首先是采用了唤醒瞬态工作模式，当它工作在睡眠工作模式时其功耗仅0.6微安秒，二是在传感器模块中增加了加速度传感器，利用其质量块对运动的敏感性，可以实现汽车启动自动开机，才进入系统自检，而如果检测到加速度很小时(表示汽车没有运动)让系统进入睡眠状态，大大地降低系统功耗。

英飞凌提供一整套解决方案来保证系统的稳定性和可靠性轮胎压力监测系统主要由传感器、发射模块和接收模块组成。

传感器用来检测轮胎的压力与温度，传感器与发射模块连接在一起，固定在气门芯、轮胎轮毂或放置在轮胎胎面里，它将测量到的压力与温度信号转换为电信号，通过无线发射装置将信号发射出来。

传感器发射出来的气压信息由接收机接收处理后，再由安装在驾驶台上的显示器中显示出来，在行驶过程中实时地进行监视。

显示方式如LED、LCD或语音提示等都可依客户要求来设计。

这使得系统设计人员更加具有灵活性，可以在多种系统中利用这个产品系列，满足市场的多元化需求和客户的特殊要求，同时降低了系统的整体成本l无线信号传输直接式TPMS需要着力解决的关键技术是无线信号传输的稳定性和可靠性问题，特别是高速行驶时的信号传输的稳定性，由于在高速行驶及工作环境比较恶劣，而且存在着屏蔽、干扰性等问题，信号会出现漂移及时有时无的情况，并且在使用手机、汽车音响等产品时，相互会有干扰，会影响信号的稳定性；英飞凌在无线信号传输技术方面有着特别领先地位，利用它的无线信号传输收发模块可以解决这些问题TDK510XF系列是工作在433-435MHZ(TDK5100F)和311-317MHZ(TDK5101F)频带内的单片FSK/ASK发射器，该器件含有一个完全集成其中的PLL(锁相环)合成器，以及一个高效率功放以驱动环形天线。

同时，为了降低功耗，延长电池寿命，采取了特殊的电路布局和独创的功放。

除此以外，它还具有很多的特点，比如工作温度范围-40°C to +125°C，50-ohms时达5dbm 的输出，低功耗模式，低压检测，可选择性晶振频率和分频输出等等。

它的集成度很高，只需要非常少的外部元件。

而小封装PG-SSOP10的采用使得设计变得简洁明了。

对于轮胎压力监控系统(TPMS)来说，它是非常理想的选择。

RF的信号接收可用TDA5200(ASK) TDA5210(FSK/ASK)接收器,为提高数据抗干扰能力，最好利用FSK(Frequency-Shift Keying频移键控)进行无线传输方式，再加上利用循环冗余校验(CRC CCITT) 对无线信号传输质量进行检查控制，进一步保证了无线信号传输的稳定性和可靠性。

LF（低频）唤醒方式TPMS系统可以通过LF触发信号，在任何需要的时候主动唤醒RTPM（Remote Tire Pressure Monitoring远程轮胎压力监视模块）模块发送数据，而在不需要的时候，特别是产品生产出来以后,还在包装里没有使用之前,可以让RTPM模块一直处于停机状态，从而最大限度地降低RTPM模块的电量消耗，延长电池的使用寿命。

英飞凌公司的TPMS传感器的多种优势造就了其市场领袖地位，其中包括：数字接口(SPI)为独立TPMS传感器(SP12/SP12T)带来了灵活设计；针对各种OEM运用实现了大规模部署；卓越的介质兼容性和可靠性；生产过程中进行全面补偿和校准；低功耗；独特传感器ID，可实现轻松识别；超宽工作温度范围(－40°C到125°C)；片上加速计监测车轮转动(可选)；片上微控器降低印刷电路板尺寸和系统成本(SP30)；片上温度和电压传感器；片上LF(低频)输入接口实现双向通信；准确气压测量(±7kPa)；利用EROM进行量产，降低成本；异常温度下关闭，避免不准确的数据测量；与RF无线芯片一起使用可构成完整TPMS解决方案；集成RF发射器、耗电更小的未来解决方案；无源TPMS表面声波(Surface Acoustic Wave,SAW)是由英国物理学家瑞利在1885年发现的，他指出，在弹性晶体的表面上尚存在一种形式的波动，称为表面声波。

并以波动数学理论证明其现象，故此表面声波亦称为瑞利波。

只是当时他的研究结果，并没有引起任何在实务发展上的回响。

直到1965年，加州大学柏克莱分校的R. M. White与F. M. Voltmer两位教授，将指状电极(Interdigital Transducers：IDT)结构制作在压晶体管的表面，并成功的产生了表面声波讯号后，才正式开启了表面声波组件的应用。

由于SAW组件可由不同的电极结构设计来产生不同的频率响应，故此后的30年，SAW组件被广泛的运用在各类通讯领域的振荡器、谐振器及滤波器等电路中。

另外一方面，SAW在感测技术的发展上，也具有相当的潜力，因为SAW组件的敏感度高，当晶体受到扰动影响，所产生的频率漂移都在数百KH间，利用目前的量测仪器，可精确侦测到1Hz的微小变化量。

Melexis的TPMS方案，正是利用了SAW的这些特性。

Melexis无线通信商务部经理ANDRES LAUTE博士指出：“我们的方案在每个轮胎内放置3个SAW，然后，以发信机发射RF信号给这些SAW，由于轮胎内的压力或温度都有变化，所以SAW发射回的信号频率就有了变化，天线接收到变化的RF信号后，再送到DSP进行处理，根据特定的算法就可以知道轮胎内的压力、温度情况。

由于SAW是无源器件，所以无需电池。

”。