电子产品世界

c)锂亚电池节电功能的实现

由于带有锂亚电池的TPMS发射模块直接安装于轮胎之内，一旦安装好后，一般情况下电池均不可能更换，因此，必须保证电池与轮胎具有相同的使用寿命，至少能连续工作5~7年，故低功耗及省电是非常重要的设计指标。

为了达到省电与延长电池寿命的目的，设计师们采取了技术措施让系统在大多数时间进入休眠模式，当摩托车行驶或需要激活系统时，唤醒TPMS系统自动进入工作状态。目前，采用唤醒功能的主要技术措施有2种：一种是利用软件设定定时检测。在发射模块上安置开始工作（Wake-up）芯片，由接收器发出开始工作讯号；另一种是在智能传感器模块中增加惯性传感器（Inertial sensor），利用轮胎运转时的转动惯量自动进入系统自检，并可依照行驶速度自动调整检测周期。

2．1．2 TPMS接收模块

TPMS接收模块结构主要由RF接收器、信号微处理器、LCD显示器3部分组成。RF接收天线接收IC无线调制信号后，经RF模拟前端的LAN放大、LPF滤波、ASK/FSK解调，取出的数据流交安装在同一个盒子里的信号微处理器，经软件处理后还原出前后车轮的胎压、温度等数据供LCD液晶显示器显示，并智能辨别系统是否安全，以及提供声光报警等。

2．1．3 主动直接式TPMS的优缺点

主动式技术的优点是，技术已经成熟，开发出来的模块可适用于各厂牌的轮胎，但主动式TPMS发射器模块需要电池提供动力，因此不可避免带来一些弊端。如电池寿命有限；当气温严重降低时，电池容量受到影响而减少；这使得电池可靠性不够稳定。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模块质量，安装了发射模块的车轮必须重新配重，重新做平衡试验。

2．2 被动直接式TPMS组成

被动直接式TPMS与主动直接式TPMS的组成结构几乎相同，所不同的是发射模块内无需电池，故此也叫无电池TPMS。它是用一个中央收发器（central transceiver）代替了一般主动直接式TPMS中的RF发射器。这个收发器不但能接收信号，而且可以发射信号。其显著特点是发射信号是依靠接收信号的能量来发射的。这就使得安装在轮胎内部的TPMS发射模块发送数据不需要电池，从而解决了上述因电池所带来的种种问题。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。

另一种被动直接式TPMS是意大利倍耐力集团和欧洲许多公司正在努力研制的最新技术，系统中采用了一种极为先进的表面声波(Surface Acoustic Wave，简称SAW)组件。据报导，SAW是由英国物理学家瑞利在1885年发现的，即在弹性晶体表面能发出某种频率的表面声波，也称为瑞利波（用发现者的名字命名）。

近年来，科学家们利用SAW研制出各种不同的SAW组件，可产生不同的频率响应，广泛地运用于各类通讯领域的振荡器、谐振器及滤波器等电路中。SAW组件敏感度高，当晶体受到扰动影响时，产生的频率漂移均在数百kHz，利用目前的检测仪器，可精确检测到1Hz的微小变化量，正是利用了SAW的这些特性，研究者们在每个轮胎内放置3个SAW组件，然后，以发射机发射RF信号给SAW。当轮胎内的压力或者温度变化时，于是SAW发射回来的高频信号也相应变化，天线接收到这些变化了的RF信号后，再送到DSP进行处理，根据特定的算法就可以知道轮胎内的压力、温度情况。由于SAW是无源器件，所以无需电池。

2．3 TPMS的工作原理

了解了TPMS的组成结构后，其工作原理便显得较简单。当摩托车开始行驶时，安装在前后车轮内的发射模块，自动唤醒。当系统通过自检，确定无故障后，同时进入工作状态。发射模块内的智能传感器按照预先设定的程序，自动检测轮胎的压力和温度数据，传送至数字式微处理器进行数据处理，再送入RF发射器进行无线调制，最后经发射天线发射到安装在摩托车仪表盘附近的接收模块上。接收模块天线按照预先设定的程序同时接收前后车轮发射过来的IC无线调制信号，取出数据处理还原出前后车轮的胎压、温度值，直接显示在LCD液晶显示屏上，并智能辨别系统是否安全，以及提供声光报警等。

3 TPMS的关键技术

TPMS涉及恶劣环境下工作的传感器、无线通信、电池寿命、数据接收及显示等多方面的高新技术，其中最为重要的关键技术有以下几点：

a)电池。对于主动直接式TPMS而言，高性能长寿命电池是极其关键的技术之一，电池一旦失效，整个TPMS系统便处于瘫痪状态，而失去应有的功能。

由于电池放置在轮胎内部，在非常恶劣的环境下工作，通常处于-40℃~+125℃温度范围，而传统的锂电池在-40℃低温时丧失电能，在+100℃高温时会自动放电，因此，首先必须解决电池的耐候性能，确保电池能在-40℃~+125℃温度范围内正常工作。此外，电池一般情况下不可更换，因而既不能使用体积和重量过大的电池，又必须具有高可靠性和7~10年的长使用寿命。

b)智能传感器。包括压力传感器、温度传感器和数字式微型控制器在内的智能传感器是TPMS的核心，工作在剧烈振动，环境温差、压力、湿度变化特别大和不便于即时检修的条件下，不仅要求体积要小、质量小，而且必须具备高可靠性、高稳定性、高测量精度和低功耗。模块的设计要按军品要求选用元器件，按高档电子产品要求制订严格生产工艺规程，并100%验收。

c)RF发射器。目前TPMS的工作模式有ASK（振幅变换调制）和FSK（频率变换调制）2种。据报导，目前的主要问题集中在RF射频上，由于轮胎对射频的屏蔽作用，再加上轮胎的高速旋转，TPMS产品RF的设计将面临较大的技术挑战。这是因为过去的RF产品设计基本都是处于平面的无线数据传输，因而，不仅要解决RF旋转发射的问题，而且要提升发射功率，使发射功率尽可能大，这是确保TPMS高性能的关键之一。但发射功率又不能超过10dBm，否则要接受无线电管制。除此之外，抗干扰性能要好，外型尺寸要尽可能小。

d)天线。RF发射天线是提升发射功率的关键，RF接收天线是提高接受灵敏度的关键，标称灵敏度要达到-100dBm以上。天线技术涉及天线的几何形状、材料、介质等诸多因素。

e)成本。努力降低成本，提高性能/价格比是用户接受与否的关键。汽车用TPMS只占汽车总成本的很小一部分，如果按照现有汽车用TPMS的价格来制订摩托车用TPMS的价格，显然，摩托车用户是无法接受的，摩托车TPMS技术将在较长一段时间内无法发展起来的。(end)

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关键词： 摩托车 TPMS系统 发射功率