汽车轮胎压力监视技术

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。

（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）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）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。

二、TPMS系统的组成

TPMS系统主要由（压力/温度/加速度）传感器、发射模块、接收模块三部分组成。

其中，TPMS发射模块由五个部分组成∶具有压力/温度/加速度/电压检测和信号处理ASIC 芯片组合的智能传感器模块、单片机（MCU）、RF射频发射芯片、锂电池、天线，发射器外壳选用高强度ABS塑料，所有器件、材料都要满足-40℃到+125℃的使用温度范围。

TPMS接收模块由六个部分组成∶天线、RF接收器、MCU、键盘、LCD/LED、DC电源。

传感器模块是TPMS的关键器件，它是一个集成了半导体压力传感器、半导体温度传感器、数字信号处理单元和电源管理器的片上系统模块。为了强化胎压检测功能，有不少TPMS传感器模块内还增加了加速度传感器、电压检测、内部时钟、看门狗，以及带12bit ADC、4k Byte Flash、2k ROM、128 Byte RAM、128 Byte EEPROM及其它功能的ASIC数字信号处理单元或MCU。这些功能芯片使得TPMS传感器不仅能实时检测汽车开动中的轮胎压力和胎内温度的变化，而且还能实现汽车移动即时开机、自动唤醒、节省电能等功能。电源管理器确保系统实现低功耗，使一节锂电池可以使用3-5年。

TPMS的压力传感器都基于MEMS技术，主要有矽集成电容式压力传感器（如飞思卡尔的MPXY8020、MPXY8040）和矽压阻式压力传感器（如通用NovaSensor的NPX1、NPX2，英飞　SensoNor的SP12、SP12T、SP30）。矽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。

1、英飞　科技SPXX传感器
英飞　科技（Infineon）的SPXX传感器是旗下专业胎压传感器制造商SensoNor的产品，主要型号有SP12、SP12T、SP30。它们采用了基于MEMS技术的矽压阻式压力传感器作为胎压监测单元，其中SP12和SP12T可以同时传输四组不同的数据（温度、压力、加速度和供电），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。

科技SP12胎压检测传感器

英飞　SP12和SP12T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补偿值，有效地保证了测量可靠性。SP12传感器采用了LF唤醒瞬态工作模式，并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。另外，LF方式还具有自动轮胎定位功能。

2、GE公司NPX系列TPMS智能传感器
从1995年开始，GE NovaSensor就开始为TPMS提供压力传感器(NPP301)。至今以及有超过1500万片的压力传感器在汽车轮胎中使用，其失效率仅为1ppm。

NPXI集成了矽压力传感器、温度、电压以及一个8位RISC微处理器4k字节的用户可编程空间，4k字节的定制ROM，以及一个2D的LF输入级。各类传感器的信号经12位ADC转换後，提供给用户和系统进行进一步的处理。在4k字节的定制ROM中，固化了GE特有的压力、温度和电压测量、补偿和校准程序，以及其他实用的子程序，用户可省去繁复的运算编程而只需简单调用，即可获得需要的状态值。在开发阶段，GE可以提供可编程版本的传感器，用户可以通过仿真器/编程器将程序下载到器件的4k用户可编程空间中。下载程序之後的传感器可以直接运行使用，或者通过仿真器进行实时仿真单步调试。调试环境与一般的单片机非常相似。

在2005年4月，GE在中国和全球同步推出最新一代TPMS智能传感器NPXII。NPXII传感器集成了一个矽压力传感器、加速度传感器、温度传感器、电压传感器和低功耗8位RISC处理器，以及一个2D的LF输入级，最新优化後固化在ROM中的系统程序(ROM3版本)，运行速度更快，能耗更低；同时提供给用户功能更完善、更加灵便的系统子程序。当然，NPXII同样采用了GE先进的经久验证的MEMS技术工艺加工而成，比加速度开关具有更高的可靠性和稳定性(GE独有的多晶矽稳定性专利，可连续承受5000g的加速度冲击而无损伤)，可输出连续的加速度值，用户可根据实际需要在程序中灵活设置速度比较阈值。

据介绍，GE还将在今年推出NPXIII。NPXIII具有NPXII的所有功能，同时将RF发射控制电路集成到同一个芯片中去。随後，GE将推出无需电池自供电方式的TPMS传感器NPXIV，该传感器内部将集成GE美国研发中心开发的集电装置(GE专利，完全区别于目前的无电概念)，可为RTPM模块中传感器自身和周边器件提供源源不断的电能。这将简化RTPM模块的电路设计，软件设计，提高TPMS系统的测量频次，并且将RTPM模块的重量降至最低，最终达到降低系统成本的要求。同时，由于摒弃了电池，必将能满足世界各国对电子设备越来越严厉的环保要求。?

3、飞思卡尔MPXY80X0系列胎压监测系统开发平台

飞思卡尔公司的MPXY80X0系列胎压监测系统开发平台包括∶MPXY80X0压力传感器、MC68HC908RF2 MCU、MC33594接收器、MC68HC908KX8 MCU。其中，MPXY8020能够兼容使用远程射频传感方法的轮胎压力监控系统，完美地与现有的遥控车锁（RKE）系统集成。此外，飞思卡尔提供了适用于TPMS-RKE系统的完整芯片组，而无需其它的TPM专用接收器。该芯片组由下列产品组成∶

·MPXY80X0，称为Daytona，这是一种表面微机械加工的电容性微机电系统（micro electromechanical system MEMS）压力传感器。Daytona包括压力变换器、正温度系数扩散电阻温度传感器及其他所有必需的电路。使之能输出经过校准的8位数字压力和温度数据。所有这些都在一个芯片上。

·MC68HC908RF2，也称RF2，它包括两个部分，第一个是2KB的闪速HC08微控制单元（与MC68HC908RK2相同），第二部分是一个可以发射UHF频段数字数据的RF发射器，其发射距离可达数百米（与MC33493相同，又称Tango 3）。

·MC33594/MC33591射频接收器，称为Romeo2，是用以接收 RF2发射信号的接收器。Romeo2可以接收和解调曼彻斯特编码的数据并通过普通串行外设接口（SPI）输出。

·MC68HC908KX8/MC9S12DP256，简称KX8，作为接受器微控制器，也可以使用MC9S12DP256替代KX8。
借助该芯片组的功能，系统能够识别轮胎（包括备用胎），检测压力过大或压力不足的情况。该系统还能够补偿货物重量的变化，监控轮胎温度。模块级的能量管理可以延长电池的使用寿命，并在电池电量过低时发出信号。此外，该系统还兼容各种汽车平台和轮胎技术（如run-flat轮胎）。

4、飞利浦P2SC信号调整芯片系列
飞利浦的P2SC信号调整芯片系列提供精确的直接胎压测量功能，结合汽车自动化RFID技术，可带来与轮胎上传感器的远端无线通信功能。P2SC芯片相当适合TPMS应用，可以在引擎启动时就监测每个轮胎，不论汽车是在移动或静止状态，都会持续将轮胎信息告知驾驶人，驾驶人通过汽车仪表板上简单的指示器，可以事先知道可能的危险情况。

P2SC系列的第一个成员为单芯片PCH7970，它是一个能够使用内嵌的高精确12bit模拟数字转换器读取两个多功传感器的低功耗RISC器件，可以使用独立的单体电池运作，而且拥有数个输出入引脚、可编程存储器以及备用模式以便将静态电流降到最低。主要功能包括∶拥有两个具备可选择增幅大小的高精确传感器输入；通过连接端口或3D-LF接口提供唤醒功能的智能型电源管理；128bytes EEPROM、28bytes RAM、4Kbytes EROM、4Kbytes ROM；32bit独一无二的识别码；数字式传感器信号处理；芯片内嵌温度传感器与备用功能等。
此外，提供TPMS系统方案的商家还有Atmel等公司。Atmel公司的TPMS方案包括∶ATAR862传感器模块、ATA5756/ATA5757发射器IC、T5743接收器IC、ATA5283 LF接收器IC、用于TPMS/PKE接收站的ATA5811/12收发器IC、ATA5275 LF天线驱动器IC。

最近，美国固特异轮胎橡胶公司以RFID技术作为研发智能轮胎的基础，该公司和西门子VDO汽车配件公司合作，成功研发出一种钮扣电池般大小的带RFID卡传感器。该传感器除了能够感知轮胎内的气压、胎体温度的变化并发射反映这种变化的信号外，还具有标识轮胎的功能，也就是说，它既可用于轮胎气压监测，还可以用于轮胎历程可追溯性记录。

三、TPMS技术趋势

汽车轮胎压力监视系统是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统，是汽车安全保障系统之一。目前，直接式TPMS正逐步取代间接式TPMS而成为轮胎气压监测系统的主流，从长远来看，无电池的TPMS以其无可比拟的优点将成为未来TPMS发展的趋势。随著TPMS产品市场对IC高整合度和高可靠性的要求，目前已经有了如InfineonSP12/SP30、GE NPX那样的将所需测试各物理量的传感器与MCU合二为一的智能传感器模块，在未来几年内还会开发出包含RF发射芯片三合一的模块，包含利用运动的机械能自供电的四合一的模块，届时胎压力监测发射器只有一个模块和一个天线组成，客户的二次设计变得十分简便。