直接式胎压监测系统的设计

美国汽车工程师协会的调查统计表明,美国每年有26万起交通事故是由于汽车轮胎气压低或渗漏造成的,美国运输部国家公路交通安全管理委员会(NHTSA)制定的法规中规定:2003年11月到2006年10月31日期间,美国新出厂的轻型汽车将逐步引入胎压监测系统(TirePressureMonitoringSystem,TPMS)。可见,TPMS的研究和投产势在必行。

一、胎压的常用测试方法

目前,胎压监测系统主要分为两种类型:一种是Wheel-SpeedBasedTPMS(WSBTPMS,简称间接式TPMS),另一种是Pressure-SensorBasedTPMS(PSBTPMS,简称直接式TPMS)

1、WSBTPMS

间接式气压监测的工作原理是:当某轮胎的气压降低时,该轮的滚动半径将变小,导致其转速比其他车轮快。通过比较轮胎之间的转速差别,以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。
a)数据采集发送模块
b)数据接收、控制模块

图1系统结构图

2、PSBTPMS

直接式气压检测装置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监视及显示,当轮胎气压太低或有渗漏时,系统会自动报警。本系统采用直接式气压检测方式。

依据上述工作原理,本系统包括5个模块:4个用于轮胎内的监视模块和一个用于车内的接收模块。监视模块又包括传感器和发射模块。

二、TPMS的硬件电路设计

1、系统整体设计

TPMS采用了无线双向通信方式对汽车轮胎的压力和温度进行实时监测。系统的结构框图如图1所示。TPMS模块通常在一节锂电池下工作,工作时间为5～10年,因此节能是一个十分重要的课题,系统要求所选用的传感器等芯片必须是低功耗的。

轮胎监测模块嵌入到轮胎内部,主要用来监测轮胎内部的气压和温度状况,并通过无线调制方式发送到主机显示模块,故轮胎监测模块主要包含传感器、微控制器、UHF发射器以及供电电池。