2002年，因为凡世通(Firestone)轮胎的质量问题，造成了跨越100人逝世亡和400人受伤的事宜，引起了汽车业和美国当局的高度看重，普利斯通/凡世通公司被迫收回650万只轮胎。据美国汽车工程师学会比来的查询拜访，每年75%的轮胎故障是因为轮胎渗漏或充气不足引起的。据公安部统计，在中国高速公路上产生的交通变乱有70%是因为爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80%。若何防止爆胎已成为安然驾驶的一个重要课题。

据国度橡胶轮胎质量监督中间分析，保持标准的车胎气压和及时发明车胎漏气是防止爆胎的关键，而汽车轮胎压力监督体系将是预防爆胎的幻想对象。因为轮胎压力变更平日是一个渐变的过程，即使因为异物刺破轮胎而导致的轮胎泄气也有一个持续过程，是以经由过程及时｀测轮胎压力，并在轮胎压力出现异常后的第一时光报警，可以或许为驾驶员精确处理突发情况争夺宝贵时光，大年夜而包管行车的安然。为此，美国运输部和美国国度高速公路安然治理局制订了相干政策，规定大年夜2003年11月到2006年10月31日时代新出厂的轻型汽车将慢慢惹人轮胎压力监督体系。

胎压监控的基来源基本理
该体系至少包含轮胎内测量模块和浏览器两部分。


今朝，轮胎压力监测体系重要有两种解决筹划，直接体系和借居体系。直接式轮胎压力监测体系是应用安装在每一个轮胎里的压力传感器直接测量轮胎的气压，并对各轮胎气压进行显示及监控，当轮胎气压太低或有渗漏时，体系会主动报警。借居式轮胎压力监测体系是经由过程汽车ABS体系的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监控胎压的目标，该类型体系的重要缺点是：①不克不及显示出各条轮胎精确的瞬时气压值;②同一车轴或者同一侧车轮或者所有轮胎气压同时降低时不克不及报警;③不克不及同时兼顾车速、检测精度等身分。很明显，直接传感体系更有效。

直接式轮胎压力监控体系又分为主动式(active)和被动式(passive)两种。

主动式体系是采取在硅基上应用MEMS工艺制造电容式或者压阻式压力传感器，将压力传感器安装在每个轮圈上，经由过程无线射频的方法将旌旗灯号传送出去，安装在驾驶室狼９依υ线接收装配接收到钙揭捉力敏感旌旗灯号，经由必定的旌旗灯号处理，显示出当前的轮胎压力。主动式技巧的长处是，技巧比较成熟，开辟出来的模块可实用于各厂牌的轮胎，但缺点同样比较凸起，其感应模块须要电池供电，是以存在体系应用寿命的问题。
轮胎气压及时｀测与报警体系今朝还没有同一的标准，各公司都在尽力开辟具有竞争力的产品，以期在将来的竞争中立于不败之地。具有分辨率高、无源、体积小三个特点的胎压监控体系将是将来的成长趋势。



轮胎气压监测体系要检测出轮胎气压的异常状况，只有具有高分辨率才能有高的精度。电池寿命是有限的，且容量也受温度影响。为进步体系的靠得住性，传感器最好能进行无源检测。轮胎可否正常工作不仅与气压有关，还与温度、车轮转速及载质量等有关，将来的压力传感器在测量轮胎气压的同时，还应能测量轮胎内温度和载质量。很多研究注解，应用轮胎气压传感器收集到的信息，可对车辆吊挂体系进行故障监测并校订导航体系。是以，将来的传感器应当是集各类功能于一身的无源智能型传感器。

无源TPMS磁场电磁耦合设计筹划
a.道理
电感耦合是一种变压器模型，经由过程空间高频交变磁场实现耦合。根据的是电磁感应定律，实际上是经由过程交变磁场在轮胎内测量发射模块的线圈中感应出电压和电流，给轮胎内测量发射模块供给能量。电感耦合方法一般合适于中、低频工作的近距离射频辨认体系。


b.筹划设计


一般情况下，胎内测量模块由低频耦合天线(大年夜面积的线圈)、专用微型芯片和高频发射天线构成。低频耦合天线大年夜交变磁场中获得工作所需的能量，专用芯片负责测量压力和将压力信息转化为RF旌旗灯号，高频发射天线将RF旌旗灯号发射到空间。
浏览器包含有接收器、控制器以及低频驱动电路、低频天线、高频接收天线。控制器经由过程低频天线向空间发射出供胎内测量电路应用的电磁波，发射磁场的一小部分磁力线穿过距浏览器天线线圈必定距离的轮胎内测量模块低频耦合天线线圈，经由过程感应，在低频耦合天线线圈上产生一个电压Ui，将颇┞符流后作为胎内测量接收模块的电源。



胎内测量模块的低频耦合天线线圈和电容器构成振荡回路，调谐到浏览器的发射频率。经由过程该回路的谐振，应答器线圈上的电压达到最大年夜值。这两个线圈上的构造也可以解释作变压器(变压器的耦合)，变压器的两个线圈之间只存在很弱的耦合，浏览器的天线线圈与胎内测量模块的低频耦合天线线圈之间的功率传输效力与工作频率f、应答器线圈的匝数n，被应答器线圈包抄的面积A、两个线圈的相对角度以及它们之间的距离成比例。胎内测量模块获得能量工作后，将压力信息调制到RF旌旗灯号发射出来，浏览器的高频接收天线接收到RF旌旗灯号后，接收器将RF旌旗灯号解调后将压力旌旗灯号传给控制器，控制器将压力旌旗灯号经由过程人机界面告诉车主。

c.可贵和解决思路
被动式轮胎压力监控体系的传感器是采取声外面波(SAW)来设计的，这种传感器经由过程射频电场产生一个声外面波，当这个声外面波经由过程压电衬底材料的外面时，就会产生变更，经由过程检测声外面波的┞封种变更，就可以知道轮胎压力的情况。固然此技巧不消电池供电，然则它须要将转发器整合到轮胎中，需各轮胎制造商建立共通的标准才有可能实施。

电感耦合体系的效力不高，所以一氨善于低电流电路，感化距离短，一般只有几十厘米。供给能量有限，所以模块中的传感器电路的设计就很重要。其关键是：①芯片的设计要效力高，能在低电流的情况下完成测量打针的义务;②微型芯片工作所须要的全部能量必须由浏览器供给。高频的强电磁场由浏览器的天线线圈产生，所以浏览器的设计要供给足够的磁场强度。

本体系请羌咀用距离大年夜约30～40 cm，能供给大年夜约20 mA的大年夜电流，是以设计上具有挑衅性。为实现预期目标，可以大年夜两方面做出尽力：一方面是尽可能供给较大年夜的电流和能量供芯片正常工作;另一方面则应当对测量芯片采取低功耗设计，尽量降低胎内测量模块正常工作所需的电流。

将一个电容与浏览器的天线线圈并联，电容器电容的选择根据是：它与天线线圈的电感一路，形成谐振频率与浏览器沃森WSEN发射频率相符的并联振荡回路。该回路的谐振使得浏览器的天线线圈产生异常大年夜的电流，这种办法也可用于产生供远距离应答器工作所须要的场强。
直接胎压监控体系设计与分析

本文设计了一种直接式TPMS，该体系由两部分构成，轮胎模块和车袈湄接收模块。该体系的根本工作道理如下，把脉胎模块装配在轮胎内，压力和温度传感器检测轮胎内部当前的应力和温度信息，获得的模仿旌旗灯号经由A/D变换器转换成数字旌旗灯号，然后经由过程射频发射器发送出去。车袈湄接收模块装配在驾驶室内，射频接收器接收来自轮胎模块的应力和温度信息，当轮胎压力过高或者过低时，经由过程显示和报警装配发出报警信息。

在轮胎模块，设计了一种新型的压力温度集成传感器作为轮胎压力监控传感器。该传感器集成了压力和温度两种传感器，具有体积小、成本低、测量精度高等特点。采取低噪声四通道放大年夜器，可以便利实现对压力和温度两种旌旗灯号的放大年夜。控制器采取摩托罗拉的MC6S08QG8芯片，该单片机的工作电压为3 V，与传感器的工作电压一致。射频发射芯片采取摩托罗拉的MC33493芯片，该芯片具有3 V供电以及功耗低等特点。

在车袈湄接收模块，射频接收解码芯片采取摩托罗拉的MC33594芯片，该芯片是和射频发射芯片MC33493芯片配套的射频接收芯片，其工作电压是5 V。控制器采取摩托罗拉的MC9S08AW16单片机，该芯片的内核为S08，可以与轮胎模块的单片机MC6S08QG8采取同样的开辟情况，别的该芯片为5 V供电，与射频接收芯片以及LCD显示芯片电平兼容。

新型的胎压监控传感器分析

压力传感器和温度传感器是轮胎压力监控体系的关键部件，设计并制造了一种新型传感器，它包含压阻式压力传感器和温度传感器两部分。

个中，压阻式压力传感器主如果应用半导体的压阻效应，把一个惠斯通电桥做在一个硅杯上。当硅杯受到压力后产生形变，惠斯通电桥的四个桥臂电阻就会产生变更，打破了电桥的电均衡，大年夜而会有一个电旌旗灯号的输出。

温度传感器采取单电阻构造，在n型硅衬底上制造一个p型电阻。囚为p型注入电阻有一个正的温度系数，当温度产生变更时，电阻的阻值就会产生响应的变更。经由过程给电阻以电流源供电，就可以经由过程测量电阻上的电压来检测温度的变更。

初步的测试结不雅注解集成传感器具有优胜的机能。压力传感器的满量程输出为150 mV，压力测量范围为0～500 kPa，灵敏度为0.3 mV/kPa。温度传感器的灵敏度为1.24 mV/℃，非线性为1.6%。压力温度集成传感器完全实用于胎压监控体系的请求。

结 论

在分析了轮胎压力监摔体系的道理及各类不合解决筹划的基本上，设计了一种新型的轮胎压力监控体系解决筹划。根据TPMS的请求，设计制造了一种压力温度集成传感器，该器件工艺简单，成品率高，与标准IC工艺兼容。(end)