摘要
轮胎是舒适、安全和节油驾驭的根底 – 条件是充气适度。这看似简略，但没有胎压监测体系(TPMS)，驾驭员只能想当然地估测，一般无法取得适宜的胎压。咱们来看一下国际各地政府的规则。根本上每个区域都选用经实践验证的技能高效地监测胎压，提示驾驭员或许呈现的风险，出台了相应的法规，要求轿车制作商在许多类别的车辆中装备TPMS。
导言
根据TPMS所需的压力传感、微操控器(MCU)、射频
(RF)和接口技能，飞思卡尔半导体积极参与胎压监测已逾15年。2007年，飞思卡尔已不只仅能继续供给别离的组件，还将其技能整合到单一封装解决计划中。最近，飞思卡尔的技能又取得了新的开展，可以供给一个更新的单一封装解决计划 ，运用微机电体系(MEMS)和MCU技能的前进，扩展该集成解决计划的功用。本文介绍了胎压监测体系的要求和施行该体系的改动，以及体系级封装解决计划的最新技能，还评论了在不久的将来或许呈现的技能前进。
足气驾驭
胎压适宜不只是触及使轮胎气压到达制作商引荐的规模。有些状况还或许会给驾驭员带来费事。
首要，制作商引荐的气压是一种“冷”气压。在车辆停驶一个多小时后丈量胎压，所测胎压由轮胎的承载才能决议，并且在驾驭时胎压会有所上升。当轮胎因驾驭而变热时，不应该下调胎压丈量效果来估量冷胎压，即便在驾驭时大多数轮胎胎压每平方英寸一般都会添加大约3-5psi(20 kPa- 35 kPa)。
胎压计一般丈量外部环境压力和轮胎内部压力之间的差异(称为表压)。可是，胎压受海拔高度改动的影响。例如，在高海拔区域(如亚利桑那州弗拉格斯塔夫)冷胎压适宜的轿车驾驭到较低海拔区域(如亚利桑那州凤凰城)时， 将会气压缺乏，大约少3 psi (20 kPa)。相同，在凤凰城冷胎压适宜的轮胎驾驭到弗拉格斯塔夫时气压会过高，大约高3 psi (20 kPa)。
季节性的温度改动也是影响胎压是否适宜的要素。即便不考虑轮胎因长期未作业而气压丢失(拜见《安全考虑要素》)，在夏天(比方90°F度时，约32 ℃)设置冷气压，也将比在气温为0°F(约-18 ℃)的冬季早晨设置削减大约16%。
没有TPMS，那些不查看轮胎的驾驭员常常或在某些状况下有或许运用气压不正常的轮胎，因而有驾驭风险。
前史回忆
据美国国家公路交通安全办理局(NHTSA)估量，没有TPMS时， 每年有2.3万起触及轮胎漏气或爆胎的交通事故，其间535人逝世。这两个问题或许都是胎压不适宜形成的。因为安全原因，美国政府公布了《运输设备召回、改善、职责确认和文档记载法案》(TREAD)。作为TREAD法案的一部分，联邦机动车辆安全规范(FMVSS 138)要求一切总分量等级达1万磅或小批量制作的轿车、货车和公共轿车自2008年后都有必要装置TPMS。
国际其他区域也知道到了胎压不正常所带来的安全问题。在法国，Sécurité Routière估量交通逝世事故中有9%是因为胎压缺乏引起的。德国DEKRA估量与轮胎相关的问题占一切交通伤亡事故的份额大约为41%，并指出，没有TPMS，路途上75%的车辆至少有一条轮胎亏气达3 psi (20 kPa)或以上。
气压适宜的轮胎除了可以前进安全性以外，还可以前进车辆的燃油经济性。因而，许多区域都已要求或将要求装置TPMS。表1给出了不同区域的要求和施行时刻。
表1. 各区域的TPMS法规要求
法规的公布驱动着TPMS的显着添加。商场调研公司Frost and Sullivan猜测，到2014年1北美将近38%的车辆将装置TPMS。该公司估量，到2018年欧洲装置TPMS的在用轿车数量将添加到3670万辆。
施行TPMS的规则使胎压成为轿车压力测验(包含歧管必定压力(MAP)、大气必定压力(BAP)、气囊压力、制动压力、HVAC压力等)的一个重要部分。据IHS iSuppli估量(图1)，到 2015年2TPMS将占轿车传感器整个压力丈量商场的25%以上。
图1. TPMS与轿车压力传感器总添加。来历：IHS iSuppli轿车MEMS商场盯梢
安全考虑要素
气压适宜的轮胎可削减爆胎、缩短刹车距离，削减湿滑路面的打滑状况、前进车辆的全体可操控性。关于TPMS来说，检测的首要任务是预防爆胎。气压缺乏的轮胎发热更快，不能承载其所规则的负荷。这会形成轮胎过度屈挠，导致胎面别离和爆胎。假如不计轮胎遭到路途损坏的影响，则其每月天然漏气为1 psi (6.9 kPa)，85%的胎压损耗是经过缓慢漏气形成的。
气压缺乏加上高速和/或超载状况添加了轮胎爆胎的风险。这种灾难性事情或许使车辆忽然冲向迎面而来的车辆或失掉操控。即便驾驭员操控了车辆，仍是需求紧迫替换轮胎。在车道上替换轮胎一般使驾驭员处于车流急驶的风险中，尤其在夜间或在气候恶劣的状况下愈加风险。
在轮胎压力超越额定最大值的极点状况才需求忧虑气压过高。气压过高或许是轮胎充气过多以及随后因驾驭和阳光照耀而发热等归纳要素形成的。因为这些状况比较稀有，因而大多数TPMS并不会对气压过高的状况宣布告警。可是，有些体系仍是会对气压过高的状况宣布告警。
燃油经济性考虑要素
胎压正常除了有利于安全外，必定还有经济上的考量。欧洲规范考虑了正常胎压所供给的燃油经济性。可是，轮胎磨损添加和气压不适宜形成的轮胎非正常磨损也添加了驾驭员的具有本钱。
商业货运职业依托高燃油经济性下降本钱，证明胎压正常具有经济效益。固特异轮胎与橡胶公司进行的测验标明，15%的轿车和拖车轮胎气压缺乏，会形成轮胎比预期寿数缩短8%，燃料功率削减2.5%MPG。
因为重型牵引车/拖车或许有18条以上的轮胎，假如坚持适宜胎压，每辆车在其几十万英里的寿数期内可以节约数千美元的燃油费和轮胎修理本钱。乘用车也能因胎压正常而取得这两方面的收益。
直接式和直接式胎压监测体系
机动车运用两种胎压监测技能 — 直接监测和直接监测。直接式TPMS运用在防抱死制动体系(ABS)中的速度传感器，比较轮胎之间的转速差别来确认气压缺乏的状况。因为当某轮胎的气压缺乏时，其半径将稍小于气压正常的轮胎，因而在轿车行进时其转速与气压正常的轮胎转速不同。当体系检测到气压缺乏的状况时，会向驾驭员告警。
直接体系的首要缺陷是，它无法检测到因为空气穿透橡胶形成一切轮胎均呈现缓慢漏气或侧壁钢圈边际或气门呈现细小漏气的状况。假如一切轮胎漏气速度根本相同，轮胎之间的转速就不会有显着的改动。因而，直接体系关于 “监测”胎压就没有用。可是，关于穿孔和爆胎等意想不到的漏气，它的监测作用仍是相当好的。
除了要求车辆处于行进状况外，直接体系一般无法供给直接体系那样的效果。并且，假如替换、互换轮胎或给轮胎从头充压，用户有必要每次重置体系。
与直接体系相反，直接式TPMS选用装置在气嘴或轮辋上或轮胎内的压力传感器，为每个轮胎供给独立的、频频的气压丈量。这些丈量数据被传输到轿车仪表盘，以告诉驾驭员。
因为FMVSS 138答应轮胎亏气25%时提示时刻最长可以推迟20分钟，因而胎压缺乏时有些体系或许会推迟几分钟陈述。TPMS体系规划师运用这个规则尽或许削减数据传输，以延伸电池运用时刻。
要经过欧洲和其他规范，直接式TPMS有一些困难，商场调研公司Strategy Analytics3修订的商场展望陈述中就反映出了这种困难。Strategy Analytics轿车电子服务总监Ian Riches表明，全球立法过严一向是直接体系面对的应战，吞噬了其本钱优势。“咱们现在看到的是直接办法和直接办法的商场占有率约七三开。”他说，“到2020年，咱们估量全球出产的轻型轿车中80%以上装有TPMS。直接体系的全球占有率将为57%左右，直接体系约为24%。”
飞思卡尔的直接式胎压监测体系
2007年，飞思卡尔首先开发了MPXY8300直接式胎压监测单芯片解决计划，削减了多器材的处理、印刷电路板的尺度，TPMS供货商无需添加额定器材本钱。小尺度使供货商有时机让各种选用不同轮辋尺度的车型运用一个解决计划。
FXTH87 TPMS系列是高度集成的传感解决计划Xtrinsic组合的一部分，并将这种规划办法提升到新水平。最新的单一封装规划包含：
● 压力传感器
● 温度传感器
● 加速度传感器
● MCU
● 射频(RF)发射器
● 低频接纳器(LFR)
● 软件
FXTH87 TPMS的传感才能来自：
● 带一个校准压力量程(共两个)的电容式压力传感器
● 温度传感器
● 可选X轴和Z轴加速度传感器
图2显现了FXTH87 TPMS 中CMOS外表微型机械压力传感压力单元l和XZ，双轴加速度传感器或加速度单元。
图3显现了封装级TPMS解决计划的根本方面。
图3. TPMS解决计划的根本方面包含感应、处理、数据传输和电源办理技能
TPMS的功耗为434 MHz @ 5 dBm (dBmW)时7 mA，@ 5dBm时最大7 mA，Stop形式时只要900 nA。多种中止形式使程序员有多种挑选，可以完成功用与功耗的最佳平衡。
0.25微米的MCU集成了低频(LF)和射频(RF)通讯技能。在TPMS中接纳短距离通讯的低频信号时，LFR的功耗极低。
FXTH87 TPMS的内置315/434 MHz射频发射器包含带晶体振荡电路、压控振荡器(VCO)的射频模块(RFM)，fractal-n锁相环(PLL)和用于天线的射频输出放大器(PA)。它还包含一个小型状况机操控器，随机时刻发生器和用于主动输出或由MCU直接操控的硬件数据缓冲区。
图4所示的整个体系框图确认了其他体系方面，包含模数转化(ADC)，传感器接口，射频放大和各种定时器和存储模块。
低功耗外表微机械电容式压力传感器的压力单元供给准确的压力丈量，量程最大可到1500 kPa(最高217 psi)。FXTH87 TPMS现在可运用的压力量程为100–450 kPa(最高65 psi)和100-900 kPa(最高130 psi)，包含从小型乘用车到高功用车和大型运动多功用车(SUV)的要求。
图4. FXTH87框图显现了TPMS的各种体系级模块。
电容式压力传感器每次读取只需求0.14μA的电流(3 V，30 KHz)和0.9 nAs的最低电荷。如表2所示，FXTH87与加速度传感器选项结合，供给相当大的TPMS规划灵活性。
表2. 可订货的TPMS部件，含加速度传感器轴和压力量程
如图5所示，24引脚的1孔7×7 QFN(四方扁平无引线)封装常用于FXTH87 TPMS产品。这种体系级封装解决计划可削减电路板尺度、灌胶资料和分量。
图5. 规范TPMS封装包含7×7 mm QFN标准
TPMS的继续前进/改动
活泼的职业研讨和其他技能前进以及新法规有望改动未来TPMS体系的功用要求。显现有关车辆健康的更多信息，特别是触及到轮胎时，将要求轿车制作商更频频地获取和传输数据。能量搜集运用、双轴加速度传感器、无气轮胎和法规修正，如扩展频率规模正在被评论中。
一级体系制作商现已推出了将TPMS与其他车辆体系集成的产品。车辆安稳操控体系可以运用TPMS供给的额定信息。
安稳操控需求传感器交融，然后将TPMS数据与其他车辆传感器的数据结合。飞思卡尔的传感器交融功用能以恰当的格局供给原始数据，供其他车辆体系运用。
能量搜集技能从轮胎的振荡中提取电能，可以不需求替换向每条轮胎的TPMS节点供电的电池，或显着延伸电池的运用寿数。能量搜集可以支撑其他TPMS的前进。
今日，TPMS数据以十分缓慢，长期距离进行传输，只用来确认胎压是否下降。将胎压数据集成到安稳操控中需求的数据量更大、传输更频频，会大大下降现有规划的电池寿数。凭借能量搜集，将完成更高的数据速率，而无需频频替换电池。飞思卡尔正在探究TPMS中新式能量搜集技能的完成。
双轴加速度传感器和三轴加速度传感器一般用于消费电子品中进行运动检测。可是，今日大多数胎压监测体系运用单个加速度单元。选用双轴加速度传感器，TPMS制作商可以辨认轮胎方位，这一进程称为定位。有些TPMS制作商或许需求三轴功用。
例如，我国的TPMS法规或许要求熄火时轮胎可以被盯梢，以确认轮胎因为互换或某个问题从一个方位换到另一个方位时是否发生了改动。如今，进行特定的轮胎定位时，车辆需求处于驾驭状况，使体系可以查询每个轮胎的数据，然后确认每个轮胎的方位。
双轴加速度传感器的运用简直可满意了一切定位计划，而单轴加速度传感器则受其运用的约束。
无气轮胎或许会极大地搅扰TPMS的装置。轮胎制作商正在尽力开发无气轮胎，在接下来的五到十年中，这些轮胎或许开端呈现在出产车辆中。可是，在无气轮胎遍及前，轿车制作商仍将不得不依托TPMS技能来坚持充气轮胎的正常气压。无气轮胎也需求轮胎监测体系，需求检测施加给轮胎的压力和负荷。
法规正在修正，如现在有人提议在工业、科学和医疗(ISM)中运用比拥堵的434 MHz更高的频率。我国大陆或台湾有或许更改为835-875 MHz。新频率建立时，飞思卡尔会有运用新的频段的发射器。
飞思卡尔一向与轿车商场的领导者协作，共同开发TPMS运用，不断探究更充沛地运用体系级封装技能，使TPMS供货商可以有用操控本钱，缩短规划时刻。
驾驭更安全、更高效
胎压监测体系已证明有助前进轿车的安全性，前进的燃油经济性，然后削减二氧化碳排放量。这些体系还可以削减轮胎磨损，使轮胎寿数更长，安稳的驾驭质量，因为优点很多，政府无需法规为购车者供给价值。可是，法规的存在，并且在全球各地不断添加。法规的出台带来了额定的开展动力，供给了可预见的商场的添加，并促进TPMS供货商之间的剧烈竞赛。
2003年，飞思卡尔首先创始了开始的TPMS体系级单芯片计划。Xtrinsic FXTH87近来取得了最新效果，使TPMS规划进入了新的阶段。压力规模、加速度传感器轴、封装和其他可选项，使FXTH87 TPMS是个易于规划的计划，乃至可满意当时国际各地最杂乱的TPMS要求。
轿车商场是飞思卡尔的一个要害事务范畴，TPMS特长现已不只限于与客户进行体系级专家评论，而是可以将一切相关技能集成到单一封装中。这不只充沛运用了在多个范畴的芯片范畴的经历优势，以及咱们在其它几个范畴(包含传感器交融)的研制和探究取得的软件方面的经历优势。终究结论是，高度集成的Xtrinsic体系解决计划在胎压监测体系中充沛得到了验证。
