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TPMS

简介

释义

轮胎压力监测系统（Tire Pressure Monitor System，TPMS），通过采用无线射频通信的胎压传感单元和胎压监测单元，实现了对轮胎压力的实时监控。

随着工业经济的进步，汽车开始大量使用，公路和高速公路也日渐得到重视，并开始发展起来。美国现有公路总里程和高速公路里程最长，已经形成了约 6.9万公里的州际高速公路网，公路已成为美国人日常生活必不可少的一部分。西欧各国和日本，公路网基础好，高速公路也逐步成网,公路运输一直为内陆运输的主力。作为发展中国家，中国高速公路通车总里程去年跃居世界第二位，目前总里程为2万公里，但因幅员辽阔，高速公路网的平均密度很低,路况相对来说也比较差。

高速公路的速度和便利，改变了人们的时空观念，拉近了地域距离，改善了人们的生活方式。但是随之而来的高速公路恶性交通事故却令人震惊，已经引起世界各国的强烈关注和重视，并开始讨论或采取相应防范措施。

据2002年美国汽车工程师学会调查，全美平均每年有26万起交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的；而在高速公路上发生的交通事故有70%是由于爆胎引起的；此外，每年75%的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引起的。统计表明：交通意外增加的主要原因是高速行驶中因轮胎故障引起的爆胎。

另据统计，在中国，46%的高速公路交通事故是由于轮胎故障引起的，这其中仅爆胎一项就占事故总量的70%，这是多么惊人的数字！

在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是杀伤力最大也是最难预防的事故隐患，是突发性交通事故发生的重要原因。如何解决轮胎故障、怎样防止爆胎，已成为全球关注的首要问题。

2000年11月1日美国总统克林顿签署批准了美国国会关于修改联邦运输法的提案，联邦法案要求2003年以后出产的所有新车都需将轮胎压力监测系统（TPMS）作为标准配置；2006年11月1日起所有需要行驶在高速公路上的汽车都需配置轮胎压力监测系统（TPMS）。

2001年7月，为响应美国国会对车辆安装TPMS 立法的要求，美国运输部和国家高速公路安全管理局（NHTSA）联合对现有的两种轮胎压力监测系统（TPMS）进行了评价，报告第一次将 TPMS 作为专用词汇，并确认直接式TPMS优越的性能和准确的监测能力。由此TPMS汽车轮胎智能监测系统作为汽车三大安全系统之一，与汽车安全气囊、防抱死制动系统（ABS）一起被大众认可并受到应有的重视。

TPMS （轮胎压力监测系统）的作用是在汽车行驶过程中对轮胎气压进行实时自动监测，并对轮胎漏气和低气压进行报警，以确保行车安全。

主要类型

间接式

间接式（Wheel-Speed Based TPMS，简称WSB），这种系统是通过汽车ABS 系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监测胎压的目的。ABS通过轮速传感器来确定车轮是否抱死，从而决定是否启动防抱死系统。当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，这就会导致车速发生变化，这种变化即可用于触发警报系统来向司机发出警告。属于事后被动型。

直接式

直接式（Pressure-Sensor Based TPMS，简称PSB），这种系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的系统，然后对各轮胎气压数据进行显示。当轮胎气压太低或漏气时，系统会自动报警。属于事前主动防御性，如卫驶泰TPMS。

区别

这两种系统各有优劣。直接系统可以提供更高级的功能，随时测定每个轮胎内部的实际瞬压，很容易确定故障轮胎。间接系统造价相对较低，已经装备了4轮ABS (每个轮胎装备1个轮速传感器)的汽车只需对软件进行升级。但是，间接系统没有直接系统准确率高，它根本不能确定故障轮胎，而且系统校准极其复杂，在某些情况下该系统会无法正常工作，例如同一车轴的2个轮胎气压都低时。

还有一种复合式TPMS，它兼有上述两个系统的优点，它在两个互相成对角的轮胎内装备直接传感器，并装备一个4轮间接系统。与全部使用直接系统相比，这种复合式系统可以降低成本，克服间接系统不能检测出多个轮胎同时出现气压过低的缺点。但是，它仍然不能像直接系统那样提供所有4个轮胎内实际压力的实时数据。

现在的轮胎压力监测系统还是存在着不少需要完善改进的地方。对于间接系统来说，同轴或2个以上轮胎缺气的情况无法显示；车速100 km/h以上时监测失效。而对于直接系统，无线信号传输的稳定性和可靠性、传感器的使用寿命、报警提示的准确性（有无误报、错报）以及传感器的耐压性等都是亟待提高的。

目前已安装轮胎压力监测系统的有奥迪、宝马、奔驰、法拉利、保时捷和大众等的部分车型，可以说TPMS现在还属于比较高端的产品，离大众化和普及化还有很长的距离。据统计，在2004年的美国，登记在册的35%的新车都安装了TPMS，预计2005年将达到60%。在高度重视汽车安全性的未来，轮胎压力监测系统早晚会成为所有汽车上的标准配置，就像ABS从出现到普及一样，需要一个过程。

工作原理

轮胎的胎骰上安装一个内置传感器，传感器中包括感应气压的电桥式电子气压感应装置，它将气压信号转换为电信号，通过无线发射装置将信号发射出来。

TPMS通过在每一个轮胎上安装高灵敏度的传感器，在行车或静止的状态下，实时监视轮胎的压力、温度等数据，并通过无线方式发射到接收器，在显示器上显示各种数据变化或以蜂鸣等形式，提醒驾车者。并在轮胎漏气和压力变化超过安全门限（该门限值可通过显示器设定）时进行报警，以保障行车安全。

接收器

接收器也根据供电方式分为两类。一种是通过点烟器或者接汽车电源线的方式供电，大部分的接收器都是这种；另一种是通过OBD插口供电，即插即用，而且接收器是HUD抬头显示器，如台湾s-cat的TPMS就是这种。

驾驶者可以根据显示数据及时地对轮胎进行加气或放气，发现渗漏可以及时处理，让大意外能在小处化解。

主要功能

功能

全时监测轮胎压力；

轮流显示当前轮胎压力及温度；

高压低压报警,高温报警；

快速漏气报警；

主机电池低电量提示；

停车时显示屏自动关闭；

电池供电时主机可自动进入停车省电模式；

可根据车型及轮胎位置设定相应的标准压力值。

安装TPMS的好处

安装汽车胎压监测系统（TPMS）有什么好处：

（1）有效防止爆胎；

（2）有效避免缺气行驶造成的轮胎损毁；

（3）有效避免油耗增加；

（4）确保车辆最佳操控性能；

（5）避免车辆部件非正常磨损。

直接式与间接式区别

直接式TPMS的优势

是通过电桥式电子感应装置实时地感应轮胎的气压与温度，所得数据是精确的测量的结果，是业界主流、正规的、专业的做法。弊端是：制作成本较高，安装维护需要专业人员。

间接式TPMS的优势是

成本低，只需加装一个分析软件即可。

弊端

1）监测的精准度不够，只是一个估测的结果，只有当轮胎气压严重不足时才能侦测出来。2）当系统报警轮胎气压不足时，无法显示具体哪个轮胎出现问题，得将四个轮胎逐一检测才能确定。3）平时无法显示轮胎的气压值，只有在报警时，才有警示符号的出现。且无法对高压及高温做到监测。4）车辆在静止的状态下，和在低速行驶时，或在坑凹不平的路面行驶时系统不起作用。5）当四个轮胎同时气压不足时，例如当发生季节温度变化时，系统无法告知。6）换上备胎时容易引起误报，因为备胎没有磨损，直径比其他轮胎大。7）换雪地轮胎时，容易引起误报，因为雪地轮胎比普通轮胎的直径大。8）在以较快的速度转弯时，容易引起误报，因为外侧轮胎的转速大于内侧轮胎。9）在某些天气或路面状况下，轮胎可能打滑，引起几个轮胎的转速不同，也容易引起误报。

TPMS 主要作用有

1、事前主动型安全保护—预防事故发生汽车现有安全措施如 ABS 、EDS 、EPS 、安全气囊等，均是 “ 事后被动 ” 型安保，即在事故发生后才起到保护人身安全的作用。而 TPMS 属于 “ 事前主动 ” 型安保，即在轮胎出现危险征兆时及时报警，驾驶员可采取措施，将事故消灭在萌芽状态。

2、延长轮胎使用寿命该系统的使用可以确保轮胎在一个安全的压力、温度范围内工作，从而减少车胎的损毁，延长轮胎使用寿命。统计表明：轮胎气压不足行驶，车轮气压比正常值下降 10% ，轮胎寿命减少 15% 3、减少燃油消耗，利于环保，使行车更为经济　实验显示，轮胎气压低于标准气压值 30% ，油耗将上升 10% 。

4、可避免车辆部件不正常的磨损　若汽车在轮胎气压过高的状态下行驶，日积月累对发动机底盘及悬挂系统将造成很大的伤害；如果轮胎气压不均匀，刚会造成刹车跑偏，从而增加悬挂系统的磨损。装了 TPMS 即有效避免上述现象的发生。

一种机电式轮胎压力监测系统

简介

机电式轮胎压力监测系统是一项汽车主动安全技术及节能技术。

产生背景

随着社会的进步和发展，汽车的应用状态发生了极大变化，进入了需要经常性的长途化、高速化应用状态。伴随着车辆的高性能化、高舒适性化的技术进步。车辆的安全、节能就成为了目前阶段一个发展重点，国家在“汽车产业调整和振兴规划”中把汽车轮胎压力监测系统（TPMS）技术列为汽车电子类第一项，可见在目前情况下轮胎压力监测技术被期待着有进一步的突破。

机电式轮胎压力监测系统就是在这个背景下产生的。

自主创新点

首先解决了“压力传感器”的电源的供给和电信号的传输问题。一种直流电流形式的机电式轮胎压力监测系统，即利用车轮刹车系统进行电流、电信号的传输，具体说来就是利用刹车系统中刹车钳上的刹车片和旋转的刹车盘的接触，使检测电路输出的直流电流、电信号由固定在刹车钳上的刹车片传导到旋转的刹车盘上，再经导线由刹车盘传导到旋转的车轮上的车轮电路，这种方法在直流电流、电信号传输过程中与其它方法相比具有成本低，易维护，故障率低的优势。

由于车轮轮胎里的“压力传感器”、“温度传感器”由车体蓄电池或发电机系统提供电流并实现有“线”传输，因此降低了车轮轮胎内部“压力传感器”的复杂程度。推动形成了一个结构简单的，专门针对于轮胎压力监测的轮胎“压力”监测技术，这也是机电式轮胎压力监测系统的第二个自主创新点。

新型式的轮胎压力监测技术

在真空轮胎中，一层导电橡胶覆盖在轮胎胎冠内表面，其和车轮气门嘴相导通，气门嘴在这里的作用就是电导线的作用，即把车轮外的电流传输到车轮内部的导电橡胶上；轮辋上固定一质量很小的钢环链，钢环链的长度略小于轮胎内表面至轮辋的距离。

工作原理

在轮胎气压、负荷正常的情况下，车轮轮胎被压扁的程度很小，车轮轮胎触地部位与轮辋的距离大于钢环链的长度，钢环链受其长度的限制触及不到轮胎内表面上的导电橡胶。这时，钢环链处在搭铁状态，而轮胎内表面上的导电橡胶和气门嘴处在非搭铁状态。

在轮胎气压过小或负荷过大的情况下，车轮轮胎被压扁的程度很大。车轮轮胎触地部位与轮辋的距离会小于钢环链的长度，这样，车轮每旋转一周，必会出现钢环链触及轮胎内表面上的导电橡胶的情况，当钢环链触及轮胎内表面上的导电橡胶的情况发生时，轮胎内表面上的导电橡胶和气门嘴就处在搭铁状态。

当导电橡胶和气门嘴处在搭铁状态下，检测电路输出电流并可根据电流的特征指示出轮胎所处于的状态。

实际上这种测量轮胎压力的方式是监测车轮轮胎半径变化的方式，同间接式TPMS相类似，但优于间接式TPMS，因为间接式TPMS需要车轮转动数十圈后才有可能判断出轮胎的气压情况，而机电式TPMS只需车轮转动一圈就可判断出，甚至于车轮不动都可检测出来。

机电式TPMS同样优于直接式TPMS。

举一例说来，汽车轮胎气压值不足时，这时直接式TPMS有可能报警。但是如果轮胎负荷不大，轮胎的变形不大，在这种情况下轮胎的安全性也不会降低的，相反汽车行驶中的舒适性可能还会提高。

再举一例直接式TPMS的设计隐患来说明：

汽车轮胎的气压不足时，如果轮胎的负荷过大，轮胎被压扁程度过大，这时直接式TPMS有可能显示“气压值正常”而不报警。如果不报警，轮胎安全运行就没有安全隐患吗？

用物理学上的理论来分析直接式TPMS存在的理论缺陷，根据物理学中的气体方程可知轮胎内部气体存在一关系式：PV/T=恒值；轮胎的“压力”物理量是和“气体的量”有关系，轮胎漏气会使轮胎压力减小。但轮胎的压力物理量同时也同轮胎的体积、温度等物理量有关，轮胎是弹性的、是车辆负荷承载体，轮胎负荷增大时，会发生变形，内部的容积就会变小而引起内部压力上升的，所以说轮胎的“压力值”并不是完全和轮胎内的气体的量相对应。

现有一项国家标准《车辆轮胎气压监测系统》（征求意见稿），在该文“6 试验方法”一节中规定：“试验应在整车上且在干燥，平坦，开阔的场地或道路上进行。车辆为空载，试验用轮胎为常规轮胎。试验前将车辆的胎压调至试验所需冷态气压力”。这就回避了一个客观事实，轮胎是一个弹性体，其所包容的气体可因轮胎变形而被压缩。这就造成了试验结果的唯一性，即轮胎气压和轮胎里的“气体的量”是相对应的关系。

每一种车型都有车辆标准负载设计，若试验条件改为“车辆载有标准设计负载”，试验结果又怎样呢？

这或许就是美国立法规范限定最大设计总质量在4536千克下的车辆安装TPMS的根本原因。知道直接式TPMS的不足，并把不足控制在可控范围。

通过这样的分析希望在中国不会产生类似“丰田召回事件”。

以上从理论上分析可知直接式TPMS显示轮胎“气压值”并不可完全正确地反映出轮胎是否存在安全隐患。从结构原理分析可知机电式TPMS能做到如果报警后，那一定是轮胎气压低或是负荷大轮胎被压扁到一定程度；轮胎半径变小；车辆的里程油耗在增大。

中国的一些直接式TPMS生产厂家购买了国外的关键芯片来组装直接式TPMS产品，当然要接受国外关键芯片生产厂家的产品设计思想，直接式TPMS产品固有的设计缺陷是不可克服的。

机电式轮胎压力监测系统目前处于理论基础形成阶段，并在一辆摩托车上进行了实际验证。希望中国的有关专家来解析机电式轮胎压力监测系统的理论基础。

胎压传感器灌封材料要求

1.低粘度。材料具有自流平和自排气性能，使灌封更容易，灌封效果更好。得到良好的器件外观。

2.有理想的强度。能够抵抗一定强度的机械冲击是保障胎压计稳定工作的必要条件。

3.有好的耐高低温性能。能后通过零下40度到150度高低温冲击试验。保证在极端温度条件下，传感器稳定工作。

4.最好为黑色。良好的保密效果。和良好的视觉效果。

5.良好电器性能。保障射频信号的强度和稳定性。

6.EP20能够很好的满足上面要求。并通过国外知名企业的检验。