席卷未来的行车安全方案-轮胎气压监测系统(TPMS)15097.docx

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1、席卷未来来的行车车安全方方案轮轮胎气压压监测系系统（TTPMSS）林居敬TPMSS发展历历史轮胎胎是保障障汽车性性能的最最重要因因素之一一，许多多驾驶朋朋友往往往还是忽忽略了轮轮胎中的的问题，适适当充气气的轮胎胎不仅可可增强安安全性和和性能，还还能节省省燃料并并延长轮轮胎寿命命。根据据固特异异(Gooodyyearr)公司司的数据据，未充充饱状态态下每下下降3个PSII将使燃燃料增加加1%。但但统计显显示，有有超过220%的的轮胎仍仍处于未未充饱状状态。这这不仅仅仅地降低低了轮胎胎寿命，还还增加了了燃料消消耗。更更重要的的是，这这代表着着许多的的驾驶朋朋友正处处于不安安全的驾驾驶环境境底下，安

2、安全堪忧忧。20002年年由于凡凡世通（Firestone）出现品质问题，导致超过100人死亡和400人受伤的惨剧。此事引起各界注意，凡世通（Firestone）并于同年八月回收近650万只轮胎。保持胎压于安全标准内及实时发现胎压不足是防止爆胎的关键，所以TPMS毫无疑问是最理想的行车安全方案与工具。根据统计，爆胎引发的交通事故占总数70左右。在时速160以上时发生爆胎，死亡率几乎是100。目前许多国家的保险公司对爆胎事故的态度是不做理赔。根据中国公安交管部门交通事故数据显示，2005年1至11月交通事故389670起中，80989人死亡，因爆胎引发的事故就占了将近20%。而在高速公路46%的

3、交通事故是由于轮胎发生故障引起的，爆胎就占了70%。目前估计将近91%的汽车胎压不符合标准。在不符标准的情况下紧急煞车，车辆方向会偏，严重时就会爆胎。美国已制订法规要求自2003年下半年起，所有新组装的汽车都必须装备TPMS。这主要是因为2000年夏天发生的一系列交通事故的起因都是由于未充饱的轮胎在行驶中从车体分离而导致相撞。新颁布的法令要求使用更先进的直接TPMS，即对每个轮胎中都进行压力监控。直接TPMS不仅有助于预防交通事故，而且每年节约的燃料消耗和汽车维护费用可达17亿美元，因为未充饱轮胎将缩短轮胎的寿命并增加燃料消耗。由于出现多起轮胎故障引起的交通事故，美国国会于2000年11月通过

4、了TREAD法案（Transportation Recall Enhancement Accountability Documentation）。按照该法案和美国国家公路交通安全协会(NHTSA)的规定，新出厂轻型汽车TPMS装配率（整车毛重不超过4,536，即10,000磅）阶段计画如下：目前已有有许多欧欧洲的车车厂将TTPMSS配装于于自己的的车型，包包括:宝马Z88、雪铁铁龙 CC5、林林肯大陆陆、克莱莱斯勒迷迷你箱型型车、CConccordde LLimiitedd 客车车、庞帝帝克Boonneevillle SE等等。应用用的趋势势及庞大大的商机机由此可可见一般般。TPMSS类型与与

5、结构TTPMSS主要分分为两种种类型，一一种是采采用车轮轮速度的的WSBBS TTPMSS(间接接式TPPMS)，另一一种式采采用压力力感应器器的PSSB TTPMSS(直接接式TPPMS)。其中中，PSSB TTPMSS在功能能和性能能上均占占优势，主主要由安安装在汽汽车轮胎胎内的压压力、温温度感应应器和讯讯号处理理单元、RF发射器组成的TPMS发射模块，以及安装在汽车驾驶台上包括数字讯号处理单元的RF接收器、液晶显示器组成。而WSBS TPMS则是透过 ABS 轮速传感器来比较轮胎间的转速差别,以达监视胎压的目的,主要缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气和速度超过 100km/hr 的情况进行

6、判断。盖括而言，直接式TPMS在功能及性能上均优于间接式TPMS。所以接下来介绍的重点将着重于直接式TPMS。其结构可分为两大部分，Know how各有不同：1. 发射模块： (1) 感测单元 (2) 讯号处理 (3) RF 模块2. 接收模块： (1) 接收单元 (2) 讯号处理 (3) 显示由于发射射模块工工作在剧剧烈振动动、温差差变化大大和不便便随时检检修的环环境下，所所挑选的的组件必必须具备备高标准准的可靠靠度和稳稳定性，能能工作在在车规 -400到+1225温度范范围内。且且为了缩缩小发射射模块的的体积、节节省功耗耗和增强强功能，建建议尽可可能选用用整合型型SoCC。此外外，TPPM

7、S 是一个个按产业业标准设设计生产产及检验验，按消消费性产产品价格格销售的的物品，因因此成本本也是另另一重要要考量。接接下来，针针对TPPMS的的结构会会做更详详尽的介介绍。发射模块块感测测单元现现行的方方案多为为芯片整整合模块块，同步步整合压压力和温温度感应应，以及及电源管管理。且且为强化化功能，也也可增加加惯性感感应器 (Innerttiall seensoor)、电电压检测测、内部部cloock等等，可实实现汽车车激活实实时开机机、自动动唤醒、确确保低功功耗。此此外为了了便于识识别个别别TPMSS发射器器，每个个感测单单元都会会有一组组 6至8 bbit 独特的的ID码。此此颣感测测芯片

8、整整合模块块大都基基于MEEMS技技术来设设计发展展，目前前车厂主主要考虑虑以下列列三个品品牌为主主 :(11) 电电容式: Frreesscalle MMPXYY80220、MPXXY80040 (2) 压阻阻式: GE NovvaSeensoor NNPX11/NPPXC0017446，Inffineeon SennsoNNor SP112/330压阻阻式传感感器是采采用高精精密半导导体电阻阻组成惠惠斯顿电电桥作为为变换测测量电路路，其测测量精密密度0.01-0.003% FS。TPMMS发射射模块是是安装于于轮胎之之内，基基于不可可能经常常更换轮轮胎的考考量下，必必须保证证在一节节锂电池

9、池下工作作至少 3-55 年，故故低功耗耗及省电电是非常常重要的的考量，让让系统于于大多数数时间进进入休眠眠模式,才能达达到省电电与延长长电池寿寿命的目目的。汽汽车激活活和进入入高速行行驶时，唤唤醒TPPMS系系统的方方法一般般有二种种 : (1) 利用用软件设设定定时时检测。在在发射模模块上要要安置WWakee-upp芯片，由由接收器器发出WWakee-upp讯号。(2) 在传感感器模块块中增加加惯性传传感器(Ineertiial sennsorr)，利利用对物物体移动动的感应应性，自自动进入入系统自自检，行行驶时可可依照行行驶速度度自动调调整检测测周期。胎压与温度也是密切相关，这也是为什么

10、一般感测单元会把温度感测也包含进来。就数据分析结果，每升高1，轮胎磨损就增加 2%，一般温度不能超过 80，当温度达 95，轮胎情况就非常危险。发射模块块讯号号处理与与RF模块块压力及及温度的的讯号经经TPMMS感测测单元内内的ASSIC电电路处理理，透过过SPII传输给给讯号处处理单元元(MCCU)，综综合成数数据串行行再送入入RF模块块，按设设定的 UHFF 调变变发射给给安装在在驾驶座座里的接接收模块块。讯号号处理单单元(MMCU)将已编编码的数数据串行行经功率率放大器器调变在在UHFF指定的的频率，由由天线端端发射出出去。以以TPMMS安装装在轮胎胎里的工工作状况况，天线线采用印印制在

11、PPCB板板上的环环状天线线，发射射功率要要求功率率放大器器在9.5mAA时能输输出8-10ddBm。为缩小小发射模模块的体体积，也也有组件件供货商商推出整整合讯号号处理与与发射的的SoCC，如FrreesscalleMCC68HHC9008RFF2 和和ATMMEL ATAAR8662。至至于RFF的发射射频率，一一般常见见的标准准如下 :发射模块块讯号号处理与与RF模块块压力及及温度的的讯号经经TPMMS感测测单元内内的ASSIC电电路处理理，透过过SPII传输给给讯号处处理单元元(MCCU)，综综合成数数据串行行再送入入RF模块块，按设设定的 UHFF 调变变发射给给安装在在驾驶座座里的

12、接接收模块块。讯号号处理单单元(MMCU)将已编编码的数数据串行行经功率率放大器器调变在在UHFF指定的的频率，由由天线端端发射出出去。以以TPMMS安装装在轮胎胎里的工工作状况况，天线线采用印印制在PPCB板板上的环环状天线线，发射射功率要要求功率率放大器器在9.5mAA时能输输出8-10ddBm。为缩小小发射模模块的体体积，也也有组件件供货商商推出整整合讯号号处理与与发射的的SoCC，如FrreesscalleMCC68HHC9008RFF2 和和ATMMEL ATAAR8662。至至于RFF的发射射频率，一一般常见见的标准准如下 :接收模块块接收收单元与与讯号处处理一般般的做法法是将RR

13、F接收收单元和和讯号处处理MCCU安装装在汽车车仪表内内，有些些厂商也也将带有有键盘的的 LCCD 显显示器安安装在驾驾驶台上上，能实实时显示示每个轮轮胎的压压力、温温度和每每一个轮轮胎的IID识别别码，以以及警报报。接收收模块不不像发射射模块安安装于较较为严苛苛的工作作环境，故故其设计计较为容容易。较较须注意意MCUU至少需需要有88K FFlassh 和和 322 I/O pportt，才能能适应系系统的需需要。实实际需求求还是得得依照当当时设计计而定。TPMSS发展蓝蓝图发展展TPMMS主要要考量有有：低低功耗、配配重(牵涉使使用组件件数量的的多寡及及体积)、成成本。功功耗跟电电池使用用

14、寿命有有绝对关关系；而而配重则则牵涉到到TPMMS发射射模块的的安装。故故TPMMS设计计方案的的发展也也依此考考量为蓝蓝图（请请参考下下图）。为为降低功功耗，设设计趋势势第一步步走向内内建惯性性传感器器，侦测测到车辆辆移动才才唤醒发发射模块块藉以节节省电能能，最终终目标走走向无电电源模块块，即内内建MEEMS电电源以提提供电能能。至于于配重及及成本，整整合型芯芯片为设设计趋势势。整合合胎压传传感器与与MCUU，再将将RF发射射也包含含进来，至至最后将将MEMMS也设设计在一一起，不不但可减减小模块块体积，也也节省成成本提高高市场竞竞争性。市场上既既有TPPMS方方案介绍绍提供TPPMS配配套

15、的方方案很多多，芯片片厂商包包括Frreesscalle飞思思卡尔、英英飞凌(SennsoNNor)、GE(NovvaSeensoor)、Atmmel、Maxxim、东东芝、飞飞利埔、Omron、Melxis、RF Monilithic等公司。飞思卡尔和英飞凌目前具有从胎压传感器、RF发射及接收器、到MCU的完整产品线，其它半导体公司主要提供从胎压传感器、RF、到MCU的若干配套方案。市场上TPMS方案能见度较高的主要由三家芯片供货商主导: Freescale，Infineon，GE。下面针对其方案做详细介绍 :Freescale 飞思卡尔发射模块由胎压传感器 MPXY80xx 及内含射频发射

16、的微控制器MC68HC908RF2组成，MPXY80xx 工作在2.1-3.6V，具有低功耗的效能以延长电池寿命。并整合MCU wake-up timer与自身的低频震荡器。此外，其输出为8bit 数字输出，并已经与MC68HC908RF2完成接口最佳化。接收模块主要由射频接收芯片MC33594及微控制器MC68HC908GT8及相关的外围线路组成。接收灵敏度为90dBm，因为讯号发射时间很短，加上每个发射单元都有其独特ID，就由此可减少汽车EMI的干扰影响。Infiineoon 英英飞凌（SensoNor）TPMS系统工作在315MHZ频率FSK模式下。亦可与其现行遥控车门开关(Remote

17、 Keyless Entry，RKE)方案整合，由于RKE已广泛应用在现代汽车市场，因此TPMS RF可与RKE系统共享资源将可节省系统成本。Infineon英飞凌推出三系列胎压传感器 : SP12，SP12T，SP30。传感器上整合了压力，温度，惯性传感器，以及一个电源控制监测器。SP12的压力范围从100到450Kpa;SP12T从50到1400Kpa适用于大型车辆。SP300整合了了RISSC MMCU，可可减少发发射模块块所使用用的组件件，且耗耗电流仅仅0.44uA。进进一步达达到成本本节省，提提高稳定定度，降降低功耗耗；目前前出货量量已超过过1,0000万万，可靠靠性被广广泛验证证。

18、Innfinneonn英飞凌凌还将推推出SPP34、SP335、SP336和SP44x等产产型号，其其中SPP35预预计将在在20006年年年中量产产。此外外，英飞飞凌TPPMS感感应器最最大的一一个优势势是有SSPI接接口，设设计上将将更有弹弹性。而而且内建建惯性感感应器，可可侦测车车轮运转转，多数数时间车车子处于于静止状状态，藉藉由惯性性感应器器的辅助助，可大大幅度节节省电量量。GE通用用（NoovaSSenssor）19995年开开始，GGE通用用NovvaSeensoor就提提供压力力传感器器给TPPMS系系统。迄迄今出货货量超过过10000万片片，统计计其不良良率仅为为百万分分之一（

19、1ppm）。其出货的客户如Schrader，Smartire，TRW，Lear等均为一线大厂。从2004年初开始，GE通用二代胎压传感器NPX开始供货。整合了压力、温度传感器,及一8位RISC MCU。同年亦推出NPX II，与NPX I相比，NPX II除了具有NPXI的所有功能外，另整合了惯性感应器，可承受5000g的加速度。2006年，GE通用将推出NPX III。NPX III具有NPX II的所有功能，也把RF发射电路整合一起成为单芯片方案。将为现行TPMS方案带来突破。GE通用用并有计计画地发发展不需需要电池池的TPPMS感感应器NNPX IV。NPXX IVV内部整整合一个个由G

20、EE通用自自行研发发的集电电装置，可可简化发发射模块块的设计计，也可可提高系系统的量量测频率率，达到到降低系系统成本本的要求求。TPMMS商机机庞大在在汽车电电子市场场，TPPMS未未来5年内年年增长率率超过225%的的市场。且且在TRREADD法案和和NHTTSA的的规定驱驱动下，2005年全球6,730万部出厂轻型汽车中将有580万部装配TPMS，装配率达9%；而Strategy Analytics更预测到2010年，7,940万部新出厂汽车中，装配率将升到近34%。下图为各类型TPMS 200305年的表现，以及到2007年的需求预测。如此庞大的商机，势必会吸引许多芯片厂商投入战场。（本文作者现任新加坡商立先国际电子Future Electronics OEM Sales Manager）。