汽车轮胎气压监测系统开发现状与展望

[摘 要] 叙述了汽车轮胎气压监测系统的发展，包括间接式轮胎气压监测系统、直接式轮胎气压监测系统和下一代无电池轮胎气压监测系统（被动式TPMS）。介绍了各种汽车轮胎气压监测系统的结构组成和工作原理。重点介绍了国外三种主流的直接式TPMS开发系统，展望了未来轮胎气压监测技术的发展趋势。
[关键词] 轮胎  轮胎气压  TPMS  气压监测

1  概述

在汽车的高速行驶中，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，在国内的高速公路上，由爆胎引发的交通事故占事故总数的７０％。在美国，这一比例更高达８０％[1]。爆胎造成的经济损失巨大，怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题，研究表明，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。于是汽车轮胎气压监测系统TPMS（Tire Pressure Monitoring System）应运而生。

2000年11月1日，美国总统克林顿签署批准了国会关于修改联邦运输法的提案，要求2003年11月以后的新车把轮胎气压监测系统作为标准配置[2]。而最新的中华人民共和国国家标准"机动车运行安全技术条件"（征求意见稿2003年11月24日）中的安全防护装置条款中有一条："车长大于6m的长途客车和旅游客车、最大设计总质量大于12000kg的载货汽车和载货牵引车应安装轮胎压力报警装置"，"有关部分机动车应安装轮胎压力报警装置的要求，自本标准发布之日起第25个月开始对新注册车实施。"可见我国政府也开始重视汽车轮胎气压监测设备的发展和应用。

2  轮胎气压监测系统的组成及工作原理

目前，TPMS主要分为两种类型，一种是Wheel-Speed Based TPMS（间接式TPMS）。另一种是Pressure-Sensor Based TPMS（直接式TPMS）。2001年7月，美国运输部和国家高速公路安全管理局联合对现有的两种TPMS系统进行了评价，评价报告认为PSB TPMS从功能和性能上均优于WSB TPMS，从而使研制直接式TPMS成为流行趋势。
 
2.1 间接式TPMS

间接式TPMS是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较车轮之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。以上海通用别克轿车安装的轮胎气压监测系统（TIMS）为例。该系统由以下几个部件组成：①4个车轮转速传感器；②车身控制模块(BCM)；③复位开关；④轮胎压力过低〔LOWTIRE)报警灯；⑤数据诊断接头(DLC)；⑥线束和连接器[2]。

当汽车行驶时，轮胎气压监视系统接收4个车轮转速传感器的车轮转速信号，进行综合分析。当某一个轮胎的气压太高或不足时，轮胎的直径就会变大或变小，车轮的转速也相应产生变化。监视系统将车轮转速的变化情况同预先储存的标准值比较，就可得出轮胎气压太高或不足，从而点亮LOW TIRE报警灯。该类型系统的主要缺点是无法对两个以上的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。

2.2 直接式TPMS

直接式TPMS技术又分为主动式(Active)和被动式(Passive)两种。主要区别是主动式TPMS中的轮胎模块需要电池提供能量，而被动式无须电池。

2.2.1主动式TPMS

主动式TPMS是利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上。监视器随时显示各轮胎气压，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统就会自动报警。以加拿大Smartire轮胎智能监测系统为例。系统主要由传感发射器、接收器和显示器组成。
 
主动式技术的优点是，它是一成熟的技术，开发出来的模块可适用于各厂牌的轮胎，但主动式TPMS传感器/发射器需要电池提供动力，因此不可避免的带来一些弊端，如电池的寿命有限；当气温严重降低时，电池的容量就会受到影响而减少；这使得它的可靠性不够稳定。此外，电池的化学物质也会导致环境问题，同时由于电池的存在很难降低发射器的重量。

2.2.2被动式TPMS

被动式TPMS，也叫无电池TPMS，用一个中央收发器（central transceiver）代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。这个收发器不但要接收信号而且要发射信号，安装在轮胎中的转发器（transponder）（代替了发射器）接收来自中央收发器的信号，同时使用这个信号的能量来发射一个反馈信号到中央收发器上。这就使得安装在轮胎内部的气压监测器发送数据不需要电池，从而解决了上述因电池所带来的问题。虽然此技术不用电池供电，但是它需要将转发器(Transponder)整合至轮胎中，这牵涉到各轮胎制造商需建立共同的标准才有可能。因此，无电池TPMS短期内还难以流行。

3  轮胎气压监测系统开发研究现状分析

迄今，国外已有许多车型装配了TPMS，这些车型有：奥迪系列：A8、A6 Allroad、A8 Nachfolger (D3)、RS 6 Bentley Mid Size Bentley (MSB) ；宝马系列：7系列、5系列、3系列、X 5、Series 7 (新)、Series 5（新)、X 3； 奔驰系列：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)；保时捷系列：Cayenne、Boxster、911 Series Schmitz-Cargobull；大众的Pheaton、Touareg，雪铁龙的 C5，英国阿斯顿