智能轮胎监测技术及其发展

杨月春/牡丹江市交通职业中等专业学校

智能轮胎监测技术及其发展

杨月春/牡丹江市交通职业中等专业学校

阐述了智能轮胎监测技术的概念，介绍了智能轮胎监测系统（TPMS）的种类，主要包括间接式、直接式和混合式，分析了智能轮胎监视系统的发展趋势，主要包括高精度无源检测、自动控制、信号并入车载局域网（CAN）、智能轮胎、与其它技术的融合等。

轮胎；监测；技术；发展

引言：车辆轮胎既起到承载全车质量的作用，又起到避震和缓冲的作用。它是全车重要的部件之一，对车辆的行驶性、通过性、环保性、舒适性和安全性有直接的影响，尤其在安全性方面，一旦行驶中轮胎出现故障，轻则不能行驶，重则发生事故。据美国汽车工程师学会最近的调查，每年75%的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引起的。据公安部统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70%是由于爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80%，如何防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。

21世纪汽车/轮胎的发展主题将是人性化，其内涵包括智能便利、绿色安全。如何提高轮胎的主动安全性并使轮胎智能化是轮胎、汽车制造商努力追求的目标，为此世界各大轮胎制造商纷纷加大了智能轮胎监测技术的开发力度。轮胎监测系统主要用于在车辆行驶时实时地自动监测轮胎压力，并对轮胎漏气、低气压、高气压进行预警，然后还要根据测量结果自动调整轮胎的压力，且调整过程无需驾驶员干预，所以智能轮胎监测技术对促进轮胎、汽车、交通等行业的发展，对节能环保、提高行驶安全性都具有重大意义。

一、智能轮胎监测技术的概念

智能轮胎监测技术能够收集、记录、传输与轮胎所处环境相关的信息，并对这些信息作出正确的判断和处理。它使未来的轮胎将不再是车辆上的被动橡胶复合体，而是影响车辆驾驶安全性和舒适性的车辆控制系统的重要组成部分，能为车内和车外用户的控制系统提供所关心的数据信息。目前的智能轮胎监测技术主要是TPMS （Tire Pressure Monitoring System，轮胎气压监测系统），它可以监测轮胎的气压，而直接型TPMS同时也能监测胎内气体的温度。国际上许多汽车公司正积极开发新型智能轮胎监测技术，试图在实现轮胎压力与温度监测的同时，完成对诸如轮胎道路摩擦、胎面磨耗和道路表面质量等功能的监测，并将其与智能驾驶、导航和电子安全系统等其它汽车控制预警结合起来，共同组成一个完整的智能汽车电子监控系统。

二、智能轮胎监测系统的种类

目前，国外研究开发的轮胎气压监测系统有三种：间接式、直接式和混合式。

1.间接式智能轮胎监测系统。在装有ABS的汽车上，通过对轮胎振动或轮胎半径分析，间接检测出轮胎的充气压力是否超过报警极限值，从而决定是否需要报警。该系统的优点是简单且费用低，但其局限性很大：

（1）不能显示出各条轮胎准确的瞬时气压值；

（2）同一车轴或同一侧车轮或4条轮胎气压同时下降时，不能报警；

（3）不能同时兼顾车速、监测精度及发动机的布置和驱动方式；

（4）反应时间长且不能判断出故障轮胎轮位。

2.直接式智能轮胎监测系统。直接式系统是在每条轮胎上安装压力传感器，经无线发射器将气压信息从轮胎内部传至中央接收模块，各轮胎的瞬时压力值可以准确地显示在驾驶室内的监视器上，易确定故障轮胎轮位。此类系统的优点是显而易见的，市场前景也十分看好，但技术较为复杂，成本较高，故需简化结构，降低成本，以扩大其应用范围。

3.混合式智能轮胎监测系统。混合式系统即前两种系统的综合。在一个四轮间接式系统的两条相互成对角的轮胎上各装一个压力传感器，它兼有以上两个系统的优点。该系统可以降低成本，克服间接系统不能检测出多条轮胎同时出现充气压力异常的缺点，但它仍不能提供4条轮胎内实际压力的实时数据。

三、TPMS的技术指标与技术参数

1.技术指标。

（1）系统成本。直接式TPMS系统需采用性价比高的电子产品以降低系统成本。

（2）系统功耗。系统要求锂离子电池的寿命达到3～5年，因此必须采用低功耗器件。另外，器件还要提供休眠和待机模式。

（3）通信质量。系统需在汽车高速行驶过程中保证射频信号接收的灵敏度，抑制噪声，从而提高通信质量。

（4）介质兼容性。轮胎监测传感器置于轮胎内部，经常在灰尘、刹车油环境条件下工作，传感器特别容易被腐蚀。因此，传感器必须具有良好的介质兼容性和可靠性。

2.技术参数。

轮胎压力监测范围为100～450kPa，监测精度为17kPa；温度监测范围为－40～125°C，监测精度为±5°C；电池电压监测范围为2.1～3.6V，监测精度为100mV；供电电压为3～12V；工作环境温度，轮胎监测模块为-40～125°C，中央监测模块为-40～80° C。

四、发展趋势

轮胎气压实时监测与报警系统目前还没有统一的标准，但竞争的序幕早已拉开，各公司都在努力开发具有竞争力的产品，以期在未来的竞争中立于不败之地。具有以下特征的产品将是未来的发展趋势。

（1）分辨率高、无源且体积小。轮胎气压监测系统要检测出轮胎气压异常的状况，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。为提高系统的可靠性，传感器最好能进行无源检测。轮胎能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，未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。许多研究表明，利用轮胎气压传感器收集到的信息，可对车辆悬挂系统进行故障监测并校正导航系统。因此，未来的传感器应该是集各种功能于一身的无源智能型传感器。

（2）能进行自动控制的高性价比系统。随着检测技术向自动化方向发展，人们对轮胎气压监测系统的要求也在不断提高，人们需要性能优良、体积小、安装简单且价格低廉的系统，因此需要集成现有系统的部分功能模块，缩减部件，以降低成本，提高性价比，使其成为现有车辆亦能选装且成本较适中的系统。

（3）可并入车载局域网中共享信息。轮胎气压实时监测与报警系统是智能交通的子系统——智能汽车中智能轮胎的一部分，轮胎气压信号会并入车载局域网（CAN）中以共享信息。轮胎气压信号不仅是一个安全信号，而且可在汽车稳定性、通过性、行驶里程、速度和舒适性等方面发挥作用。

（4）智能轮胎的开发。集成所有电子部件在轮胎内。轮胎制造过程中的高压和高温环境对电子部件的抗高压和抗高温能力将是一个严峻的考验，因此必须具有合理的轮胎制造、维护工艺。

（5）电磁干扰和电磁兼容问题。汽车上的电子系统很多，因此必须解决监测系统和车内其它电子系统之间、车辆与车辆之间相互的电磁干扰和电磁兼容问题。

（6）与其它先进技术的融合。与全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS））、智能运输系统（ITS）及蓝牙（Bluetooth）技术等结合，可进一步提高汽车的智能化，因此在开发智能轮胎监测技术时，可考虑留有与以上技术相融合的软硬件接口。

[1]中国汽车轮胎市场分析[J].中国汽车界. 2010（08）.

[2]季雅静.汽车轮胎压力监测系统的设计与实现[J].中国水运（下半月）.2009（01）.

[3]徐文琴，李洪山，谢峰，许春雷.新型汽车轮胎低压超标报警系统的设计[J].液压与气动.2009（02）.

[4]杨燕，何小敏，林励平.汽车胎压及温度检测系统TPMS设计 [J].科技资讯.2008 （32）.

[5]秦拯，胡建国，姚丽娜等.胎压监测系统研究与应用[J].微处理机.2009（1）.