摩托车TPMS系统简介

TPMS(Tire Pressure Monitoring System)，即轮胎气压监测系统，主要用于对轮胎气压和温度进行自动监测，对轮胎漏气、胎温过高、胎压过低或过高报警。更为先进的TPMS还可自动充气，确保摩托车始终处于标准气压下安全行驶，是保障骑乘者生命安全的主动安全系统。本文就TPMS的重要作用、组成及关键技术做一简单介绍，供广大读者参考。

1 TPMS的重要作用

车轮既要承受车辆和骑乘者的质量引起的高速交变压缩变形；又要承受路面不平产生的冲击负荷与高频振动；转向时轮胎的周向和侧向还要承受扭曲变形。反复变形，必然产生大量的热。由4~6层橡胶帘布层压制而成的现代摩托车轮胎都是热的不良导体，胎体内部热量难以散发，胎体内部温度短时间内急剧上升，气压迅速升高，帘线应力急剧增大，如受到障碍物的猛烈冲击，轮胎必然断层爆破，导致爆胎的原因大致有3方面：

a)气压不足，使轮胎径向变形增大，接地面积增加，帘线伸张变形大，胎体温度迅速升高，不仅导致滚动阻力迅速加大费油，而且易于导致胎肩异常磨损，使轮胎侧壁弯曲折断发生爆裂。如果充气时，因气门嘴有磨损或者存有灰尘导致轮胎慢速泄漏，使轮胎气压慢慢降低，也容易引发爆胎。

b)胎压过高，使轮胎失去弹性，减振性能差，大幅度降低骑乘舒适性；而且只有胎面中间部分与路面接触，抓地力随之减小，极易导致胎冠异常磨损而爆裂。而且，还可使轮胎潜伏的缺陷在天气炎热的夏天或长时间行驶时暴露出来，发生爆裂，这样的情形较为多见。

c)轮胎自然漏气。据报导，正常情况下，摩托车轮胎平均每月自然流失8kPa左右，虽然不算很多，但对大多数没有检查轮胎气压习惯的骑乘者而言，3个月后便损失了24kPa之多，相当于绝大多数摩托车轮胎规定气压的10%左右，可见充气轮胎气压的慢速漏气，潜伏极大的爆胎危险。

TPMS可以实时监测轮胎压力和温度等指标，对轮胎漏气、胎温过高、气压过低或过高报警，以便骑乘者及时采取有效防范措施，将各种爆胎事故消灭在潜伏期，确保摩托车在行驶过程中始终处于安全状态。此外，TPMS还可延长轮胎的使用寿命和节省燃料。实验表明，车轮气压比正常值下降10%，将导致胎肩异常磨损，轮胎使用寿命缩短15%，油耗增加3%以上；如果轮胎气压低于标准气压值30%，导致胎肩急剧磨损，轮胎使用寿命将大幅度缩短50%，油耗将大幅度上升10%。反之，如果轮胎气压过高，不仅抓地力下降，而且将导致胎冠异常磨损，轮胎寿命将减少，油耗也会随之上升。油耗上升不仅增加使用费用，而且增大废气排放量，对环境的污染加大。

2 TPMS的组成及工作原理

目前，摩托车用TPMS主要分为：主动直接式（Active TPMS）和被动直接式（Passive TPMS）2种类型。主要区别是主动式TPMS中的轮胎发射模块需要电池提供能量，而被动式无需电池。

2．1 主动直接式TPMS的组成

主动直接式TPMS主要由安装在轮胎内的压力传感器、温度传感器、信号处理单元、RF发射器组成的TPMS发射模块，以及安装在仪表盘附近的RF接收器、数字信号处理单元、液晶显示器（LCD）组成的TPMS接收模块2大部分组成。

2．1．1 TPMS发射模块

其主要由4部分组成：具有压力、温度、加速度电压检测和后处理芯片组合的智能传感器；由4-8位单片机组成的数字式微处理器；高性能、长寿命的锂电池；发射天线。

整个发射模块通过封装处理后固定在高强度ABS塑料外壳内，不仅防水、防潮、防振；而且体积小（外形尺寸为：83mm×29mm×25mm）、质量小(40g)，使用温度范围广（满足-40℃~125℃的汽车级使用温度范围），工作湿度100%，发射频率为433.92MHz，电池使用寿命为7年。封装好的发射模块通过外壳可以非常方便地安装至无内胎轮胎的轮辋上，从外表上看整个车轮与普通轮胎完全一样，所不同的是装有发射模块的车轮必须重新做平衡试验（包括动平衡和静平衡），以确保摩托车的行驶平顺性。除此之外，这种发射模块目前还暂时无法安装到普通型有内胎轮胎中。

a)智能传感器

智能传感器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。轮胎压力与温度密切相关，据专家试验分析：轮胎温度每升高1℃，磨损增加2%，一般情况下，温度不能超过80℃，当温度达95℃，轮胎情况就非常危险，这就是智能传感器通常都把温度传感器也包含进来的道理。为了强化轮胎气压检测功能，智能传感器模块内还增加了加速度传感器、电压检测、内部时钟、看门狗及其它功能的ASIC数字信号处理单元。这些功能芯片使得TPMS智能传感器不仅能实时检测摩托车行驶中的轮胎压力和温度的变化，而且还能实现摩托车一旦行驶，便立即启动、自动唤醒、节省电能等功能。

例如，K-PRESSURE中的发射模块智能传感器是一个片上系统模块，其内部架构包括整合了硅显微机械加工的压力传感器、温度传感器、加速度计、电池电压检测、内部时钟，以及一个包含模数转换器（ADC），取样/保持（S/H）、SPI口、校准、数据管理、ID码的数字信号处理单元，模块具有掩膜可编程性，即可以利用客户专用软件进行配置。整个发射模块智能传感器采用集成电路工艺将压力传感器、加速度传感器和数字微处理器3个分别独立的裸芯片做在一个封装里。在封装的上方留有一个压力/温度导入孔，将轮胎的压力直接输入压力传感器的应力薄膜上，周边固定的圆形应力薄膜由半导体应变片组成高精密惠斯顿测量电桥，其测量精度能达0.01%~0.03%FS。与此同时，压力/温度导入孔，还将轮胎的温度直接导入半导体温度传感器上，以达到同时检测轮胎压力和温度参数的变化情况。

b)压力/温度信号的处理与发射

压力/温度信号经智能传感器模块内的电路处理，通过其SPI口传输给安装在发射模块内的信号处理单元，综合成数据流，进入同一封装内的RF发射器。数据流经放大器调制在指定频率，交由天线发射。天线采用印制在印刷电路板上的环状天线，RF发射频率北美标准为315MHz，欧洲标准为433.92MHz，韩国为448MHz，意大利倍耐力的发射频率为433.92MHz。发射功率要求在9.5mA时能输出7~10dBm。