关于胎压监测系统的一体化解决方案

　　引言

　　基于TPMS所需的压力传感、微控制器（MCU）、射频（RF）和接口技术，飞思卡尔半导体积极参与胎压监测已逾15年。2007年，飞思卡尔已不仅仅能继续提供分离的组件，还将其技术整合到单一封装解决方案中。最近，飞思卡尔的技术又取得了新的进展，可以提供一个更新的单一封装解决方案 ，利用微机电系统（MEMS）和MCU技术的进步，扩展该集成解决方案的性能。本文介绍了胎压监测系统的要求和实施该系统的变化，以及系统级封装解决方案的最新技术，还讨论了在不久的将来可能出现的技术进步。

　　足气驾驶

　　胎压合适不只是涉及使轮胎气压达到制造商推荐的范围。有些情况还可能会给驾驶员带来麻烦。

　　首先，制造商推荐的气压是一种"冷"气压。在车辆停驶一个多小时后测量胎压，所测胎压由轮胎的承载能力决定，而且在驾驶时胎压会有所上升。当轮胎因驾驶而变热时，不应该下调胎压测量结果来估计冷胎压，即使在驾驶时大多数轮胎胎压每平方英寸通常都会增加大约3-5psi（20 kPa- 35 kPa）。

　　胎压计通常测量外部环境压力和轮胎内部压力之间的差异（称为表压）。然而，胎压受海拔高度变化的影响。例如，在高海拔地区（如亚利桑那州弗拉格斯塔夫）冷胎压合适的汽车驾驶到较低海拔地区（如亚利桑那州凤凰城）时， 将会气压不足，大约少3 psi （20 kPa）。同样，在凤凰城冷胎压合适的轮胎驾驶到弗拉格斯塔夫时气压会过高，大约高3 psi （20 kPa）。

　　季节性的温度变化也是影响胎压是否合适的因素。即使不考虑轮胎因长时间未工作而气压损失（参见《安全考虑因素》），在夏天（比如90°F度时，约32 ℃）设置冷气压，也将比在气温为0°F（约-18 ℃）的冬天早晨设置减少大约16%。

　　没有TPMS，那些不检查轮胎的驾驶员经常或在某些情况下有可能使用气压不正常的轮胎，因而有驾驶危险。

　　历史回顾

　　据美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）估计，没有TPMS时， 每年有2.3万起涉及轮胎漏气或爆胎的交通事故，其中535人死亡。这两个问题可能都是胎压不合适造成的。由于安全原因，美国政府颁布了《运输设备召回、改进、责任认定和文档记录法案》（TREAD）。作为TREAD法案的一部分，联邦机动车辆安全标准（FMVSS 138）要求所有总重量等级达1万磅或小批量制造的汽车、卡车和公共汽车自2008年后都必须安装TPMS。

　　世界其他地区也认识到了胎压不正常所带来的安全问题。在法国，Sécurité Routière估计交通死亡事故中有9%是由于胎压不足引起的。德国DEKRA估计与轮胎相关的问题占所有交通伤亡事故的比例大约为41%，并指出，没有TPMS，道路上75%的车辆至少有一条轮胎亏气达3 psi （20 kPa）或以上。

　　气压合适的轮胎除了可以提高安全性以外，还可以提高车辆的燃油经济性。因此，许多地区都已要求或将要求安装TPMS。表1给出了不同地区的要求和实施时间。

　　表1. 各地区的TPMS法规要求

　　法规的颁布驱动着TPMS的显著增长。市场调研公司Frost and Sullivan预测，到2014年1北美将近38%的车辆将安装TPMS。该公司预计，到2018年欧洲安装TPMS的在用汽车数量将增加到3670万辆。

　　实施TPMS的规定使胎压成为汽车压力测试（包括歧管绝对压力（MAP）、大气绝对压力（BAP）、气囊压力、制动压力、HVAC压力等）的一个重要部分。据IHS iSuppli估计（图1），到 2015年2TPMS将占汽车传感器整个压力测量市场的25%以上。

　　图1. TPMS与汽车压力传感器总增长。来源：IHS iSuppli汽车MEMS市场跟踪

　　
图1

　　安全考虑因素

　　气压合适的轮胎可减少爆胎、缩短刹车距离，减少湿滑路面的打滑情况、提高车辆的整体可操控性。对于TPMS来说，检测的首要任务是预防爆胎。气压不足的轮胎发热更快，不能承载其所规定的负荷。这会造成轮胎过度屈挠，导致胎面分离和爆胎。如果不计轮胎受到道路损坏的影响，则其每月自然漏气为1 psi （6.9 kPa），85%的胎压损耗是通过缓慢漏气造成的。

　　气压不足加上高速和/或超载情况增加了轮胎爆胎的风险。这种灾难性事件可能使车辆突然冲向迎面而来的车辆或失去控制。即使驾驶员控制了车辆，还是需要紧急更换轮胎。在车道上更换轮胎通常使驾驶员处于车流急驶的危险中，尤其在夜间或在天气恶劣的情况下更加危险。

在轮胎压力超过额定最大值的极端情况才需要担心气压过高。气压过高可能是轮胎充气过多以及随后因驾驶和阳光照射而发热等综合因素造成的。由于这些情况比较罕见，因此大多数TPMS并不会对气压过高的情况发出告警。然而，有些系统还是会