TPMS中的轮胎定位技术

　　摘要：轮胎定位技术是TPMS(汽车轮胎压力监测系统)中的一项核心技术，本文阐述了当前TPMS中的几种轮胎识别技术，并提出了一种新型的轮胎定位技术—外置编码储存器式定位技术。

　　关键词：TPMS、轮胎定位、外置编码储存器

　　一、TPMS技术及其轮胎定位原理

　　TPMS原理及功能简介：TPMS是汽车轮胎压力检测系统，即“Tire Pressure Monitoring System”的英文缩写。主要用于在汽车行驶时，适时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气造成低胎压和高温高胎压防爆胎进行预警，确保行车安全。

　　目前，TPMS由发射检测模块(每个轮胎一个)和接收显示模块(一个)组成：发射检测模块电路上由温度压力传感器，MCU(单片机)和发射机和电池组成;结构由一个用于保护电路的外壳，和将外壳固定在轮胎的轮辋上的装置组成。接收器电路上由电源模块，接收机，MCU，显示模块组成;结构上包括机壳、设在机壳面板的功能开关和显示屏。

　　TPMS中的轮胎定位是指系统接受轮胎发射模块发出的信号并识别、判定是哪个轮胎发出的信号的过程。发射检测模块中的传感器把胎压的变化通过电子元件感应转换成相应变化的电气参数，然后由MCU处理为数字编码信号，加上该模块的识别ID编码(即用于区分别的模块的身份编码)，由发射机调制到载频上发射出去。无线电信号由接收机天线接收到后，解调后得到原始数据，其中包含发射检测模块的ID码，接收显示模块的MCU接收到原始数据后，根据预先存储在MCU的存储器中的ID码与轮胎对应定位关系信息，来判定该信息是属于车的哪个轮胎的信息，处理后将对应的气压和温度信息显示在显示器用户界面上的对应地的轮胎的数据区。这样驾驶人员从显示器上就可以清楚地知道每个轮胎内的气压大小，当接收到的信息中的轮胎内气压值低于或超过已设置的安全上、下限时，MCU将控制显示器显示报警图标，驾驶员可以根据显示的对应方位的胎压数据，便可及时地对那个轮胎进行相应处理，确保汽车行驶安全。

　　二、轮胎换位及调换轮胎与轮胎重新定位问题的提出汽车因为前后左右车轮负荷不均、前轮负责转向、前后轴悬挂角度不同等原因，通常各轮胎磨损程度和位置也不同。前驱动前转向车为了提高过弯中的稳定性，多数后轮外倾角比前轮大很多，像外“八”字型(也有少数车做成内“八”字型，这是悬挂设计决定的)，因此后轮容易内外偏磨，就是轮胎截面成梯形;后轮驱动也会出现相应的轮胎偏磨现象。为了延长轮胎的使用寿命，达到四个轮胎同步均匀磨损的效果，这就需要定期进行轮胎换位。

　　在轮胎换位的过程中，相应的发射检测模块也会换位。这就导致了原先存储在接收显示模块中MCU的存储器中的ID码与轮胎对应识别关系信息不再适用于换胎后的轮胎位置，也就是显示在显示屏上的轮胎压力和温度信息和轮胎的对应关系错误。

　　如果调换新的轮胎，或者某一轮胎的发射检测模块损坏，用户需要更换该模块时。新模块的ID码与损坏的发射检测模块不同。原先存储在接收显示模块中MCU的存储器中的ID码与轮胎对应身份识别关系信息不再适用于更换模块后的ID码，接收显示模块会将更换的模块的信息丢弃，显示屏上将无法显示新模块的发出的压力温度信息。

　　这样在轮胎换位或调换轮胎时就存在一个轮胎重新识别的问题。

　　三、现有TPMS采用的轮胎定位技术

　　目前，为了解决TPMS轮胎换位和轮胎更换时的定位问题，国内外采用了四种方式，以下是四种定位技术和各自的特点： 定编码形式。如图1，接收显示模块中MCU的存储器中的ID码与轮胎对应定位关系信息在出厂时是固化的;在TPMS发射检测模块的外壳上有标记，在安装是按照标记将发射检测模块安装在对应的轮胎上，在使用中不可更改。不足之处是：使用中不能安装错位，否则定位混乱，同时若一发射模块损坏后，用户不能方便地从市场上购买到相同码组的模块更换，必须到厂商购买与前一损坏模块编码一致的模块。轮胎换位时，发射检测模块必须按照其标记位置重新安装一次。

图1

　　界面输入式。该定位技术是将每个发射模块的识别ID码打印在外包装或产品上，但当轮胎换位或发射模块损坏后，就必须将识别ID码用按键输入到接收端进行重新正确定位。界面输入式的识别ID码长为16位或是32位，输入流程复杂，用户很易出现码组输入错误问题。而且按键多，在本来就仪表众多的车上，显得十分突兀。

　　低频唤醒式。该定位技术是利用LF(低频)信号(125KHz)的近场效应。如图2所示，在该方案中，在每个轮胎附近有个LF天线;TPMS系统可以通过对应轮胎附近的LF天线发出LF信号，单独触发对应轮胎的发射检测模块，然后由被触发的发射检测模块将身份识别码通过RF发射出来，接收模块通过RF信号得到相应轮胎RTPM模块的身份识别码，从而自动确定轮胎位置。该定位方式的不足之处：1.需要四个LF天线安装在对应的轮胎附近，安装及布线工作量大;2.LF信号可能会误触发相邻的发射检测模块;3.由于汽车上电磁环境复杂，存在各种干扰，会对低频信号造成干扰，导致身份识别失效。

图2

　　天线接收近发射场式。如图3所示，该定位技术是接收显示模块的接收天线有四个，分别延伸到每个轮20-30cm的近场内，接收天线由数控微波开关控制。当需接收某个轮胎发射检测模块的信息时，此时只有靠该轮胎的接收天线的微波开关是导通的，其它分支接收天线的微波开关都处于关闭状态，接收显示器上显示该RTPM模块所在轮胎的气压和温度。该定位技术的不足之处是1.天线布线复杂，微波开关成本高，目前技术水平下RF开关隔离度不够，有串码(即接收到了别的轮胎的信息)的可能。2.由于汽车上电磁环境复杂，存在各种干扰，会对低频信号造成干扰，导致定位失效。3.射频开关的导通时序是按一定规则的，而4个轮胎发射检测模块的发射是随机的，故会存在某个轮胎附近的射频开关导通时，该轮胎的发射检测模块正好没有发射信号，所以存在漏帧的可能性.

图3

　　四、外置编码储存器式轮胎定位技术

　　外置编码储存器轮胎定位技术是一种新型的TPMS轮胎定位技术。如图4，采用外置编码储存器的TPMS同样由发射检测模块和接收显示模块组成;发射检测模块每个轮胎设置一个，包括传感器、发射机和发射天线;接收显示模块包括接收模块、MCU和显示模块，其特征在于，在接收显示模块接插有插入式编码存储器，每个发射检测模块均有一个固定的ID码，该固定的ID码与所述的编码存储器的ID码一致。

图4

　　在每次开机时，接收显示模块读取插在显示模块各插座上的编码模块插头电路中的ID码，然后重新设置存储在接收显示模块中MCU的存储器中的ID码与轮胎对应定位关系信息，并保存起来。发射模块发射来的对应信息后，接收模块读取其中的ID码后，根据在接收显示模块中MCU的存储器中的ID码与轮胎对应定位关系信息来判断是那一个轮胎中的发射检测模块发出的信号，并将压力和温度信息显示在对应区域。

　　用户在使用时，如需轮胎换位，只需相应的将对应的编码插头换位便可。当下一次开机后，接受显示模块重新设置存储在接收显示模块中MCU的存储器中的ID码与轮胎对应定位关系信息，保证将信息显示在正确的位置。

　　若用户发现某一发射机损坏，用户只需到市场上购买一只发射机即行，因为发射机中随附一只轮胎定位编码插头，只须将损坏发射模块的插头拔下，重新插上随机新的编码模块插头即可。当下一次开机后，接受显示模块重新设置存储在接收显示模块中MCU的存储器中的ID码与轮胎对应定位关系信息，保证将新发射检测模块发出的信号显示在正确的位置。

　　外置编码储存器式轮胎定位技术将轮胎的更换与换位时的重新身份识别问题，转换成ID码的重新换位设置问题，为轮胎的重新身份识别提供一套简单、有效的技术方案，采用插头插入的方式，操作简单可靠。通过I/O(输入输出口)读入插入式编码存储器电路中的编码，避免了用无线方式读入ID编码，回避了LF低频唤醒中低频信号在传输过程中被车上的电磁噪声干扰的问题，从根本上解决了干扰的问题。

来源：汽车电子世界