标题：TPMS
简 介
释义轮胎压力监测系统（Tire Pressure Monitoring 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。用途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
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。
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
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(中国的发明）
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。
tpms无源化技术方案(中国的发明）
无源化的原因目前，在现有已实用化的汽车直接式轮胎压力监测系统中，轮胎压力检测传感器电路都是由小容量的电池提供电量，受电池电容量小因素的限制以及电池材料因素的限制，已实用化的汽车直接式轮胎压力监测系统在实际应用中存在种种不足之处，例如，轮胎压力检测传感器的使用寿命、工作期间的检测频次受到限制；轮胎压力检测传感器的设计、生产和制造以及汽车轮胎压力监测系统的应用调试复杂化；还存在在进行无线电信号传输过程中受使用环境因素的限制而造成无线电信号传输质量不稳定、存在无法报警的安全隐患；电池的存在，增加了轮胎压力检测传感器的质量，增大了破坏汽车车轮动平衡的因素，也带来电池报废后产生的环境保护问题。
如果汽车直接式轮胎压力监测系统采用相对旋转体间电量(电信号)传输电路，则上述不足之处可以得到解决，安装在车轮中的轮胎压力检测传感器可以获得充足的电量，传输稳定的信号。一种具体的技术方案举例说明：  
上图为本电路的直流电源形式的向轮胎压力检测传感器电路提供电量实施例结构示意图。
图中直流电源正极通过导线搭铁，负极通过导线和刹车钳顶端端面位置上导体导通。
图中安装在刹车钳顶端端面位置上的导体和安装在轮辋上具有一定形状的气门嘴可以构成一个电容结构。
安装在刹车钳顶端端面位置上的导体是静导体，构成电容结构的一个电极，可以通过导线和直流电源负极导通。安装在轮辋上具有一定形状的气门嘴构成电容结构的另一个电极，同时，与安置在由轮辋与轮胎构成的密闭空腔里的基本整流电路单元中的二极管导通。
图中D1为安置在由轮辋与轮胎构成的密闭空腔里的整流电路中的二极管（负极和气门嘴导通，正极搭铁） 。
图中D2为安置在由轮辋与轮胎构成的密闭空腔里的整流电路中的二极管（正极和气门嘴导通，负极作为整流电路的电量（电信号）输出端通过导线和轮胎压力检测传感器电路导通）。
图中轮胎压力检测传感器电路安置在由轮辋与轮胎构成的密闭空腔里。
电路工作结构是：在正常情况下，直流电源正极是通过导线搭铁，负极是通过导线和安装在刹车钳顶端端面位置上的导体导通; 气门嘴和二极管（D1）的负极导通，同时，和二极管(D2)的正极导通; 二极管（D1）的正极搭铁;二极管(D2)的负极和轮胎压力检测传感器电路导通。
电路工作过程可简述为：在正常情况下，直流电源负极通过导线和安装在刹车钳顶端端面位置上的导体导通，使安装在刹车钳顶端端面位置上的导体（也可以说是刹车钳）周围产生电场；气门嘴随着车轮的旋转可以周期性的逐渐接近安装在刹车钳顶端端面位置上的导体后再逐渐远离安装在刹车钳顶端端面位置上的导体，在车轮旋转的过程中，气门嘴和安装在刹车钳顶端端面位置上的导体构成的电容结构，其电容值是经历从小到大再到小的循环过程，在气门嘴逐渐接近安装在刹车钳顶端端面位置上的导体阶段中，电容结构的电容值逐渐变大，在电场的作用下，二极管（D1）中产生充电电流，电流流向气门嘴；在气门嘴逐渐远离安装在刹车钳顶端端面位置上的导体阶段中，电容结构的电容值逐渐变小，在电场的作用下，二极管（D2）中产生放电电流，电流流向轮胎压力检测传感器电路；因此，在这个阶段中，轮胎压力检测传感器电路获得电量（电信号）。技术方案的理论分析因此在理论和实践上，相对旋转体间电量(电信号)传输电路是由静导体、气门嘴、整流电路三部分组成。静导体和气门嘴能够呈现具有电容参数的电容结构；气门嘴可以围绕静导体作旋转运动或者说作周期性的逐渐接近静导体后再逐渐远离静导体的运动；静导体与气门嘴两者上的电量在一定条件下可以根据两者之间电场的变化而相应地分别同时增大或者同时减小；静导体例如可以是安装在刹车钳顶端位置上的具有一定形状的导体；具有一定形状的气门嘴是固定在轮辋上。整流电路是由两个二极管构成，在某个整流电路中，第一个二极管的正极和轮辋相导通，第一个二极管的负极和具有一定形状的气门嘴相导通，同时，第二个二极管的正极和第一个二极管的负极相导通，第二个二极管的负极作为这个整流电路电量(电信号)输出端。
相对旋转体间电量(电信号)传输电路的工作原理可以描述如下：所述的静导体和所述的具有一定形状的气门嘴可以构成一个具有电容参数的电容结构，两导体分别成为一个电容结构的两个电极，根据气门嘴不同的运动状态位置，静导体和气门嘴所构成电容结构的电容值存在一定规律性的变化，在一定条件下，当气门嘴处在最接近静导体位置时，电容结构的电容值最大；当气门嘴处在最远离静导体位置时，电容结构的电容值最小；如果电容结构接上电源，则该电容结构就会在一定条件下随着电容值的变大而充电，随着电容值的变小放电，在这个过程中，再配合有整流电路控制充放电流的方向，就可以使构成的相对旋转体间电量(电信号)传输电路表现出其中一个导体上的电量（电信号）向另一个导体传输过去的现象，或者说，相对旋转体间电量(电信号)传输电路中的一个导体上具有一定电量后，一定条件下，非直接接触该导体的另一个导体可以表现出具有可输出一定电量（电信号）能力的现象。
本电路应用于汽车直接式轮胎压力监测系统中，可以为安装在车轮内部的轮胎压力检测传感器电路提供电量和传输质量稳定的电信号，相比较说，同时可以减小轮胎压力检测传感器的质量。
产品特色
  TPMS产品特色车载电压即时监测，提早发现电瓶或发电机异常，避免抛锚。
独家配备快速漏气指示功能，掌握安全更即时。
可设定接收器系统显示模式（胎压、胎温或轮流显示）。
接收器采用磁铁吸附支架，方便车主安装收纳。
发射器电源采用军规电池。
模组规格
发射器规格表：
电池使用寿命 Battery life
约 7 年
电池电压
6 V
储存温度范围
-40 ℃ to 125 ℃
工作温度范围
-40 ℃ to 115 ℃
发射功率
最高 5 dBm
工作频率
92 MHz
压力检测范围
0 ~ 13 bar ( 或 0 ~ 188 psi )
压力检测误差范围
±0.3 bar (or ±4 psi )
温度检测范围
-40 ℃ to 115 ℃
温度检测误差范围
±6 ℃ 在一般环境温度下
模组重量
2g ± 1g
模组外观尺寸
61 x 34 x 19 (mm)

模组规格
接收器规格表：
工作电压
DC 9V ~ 36V
正常工作电流
≦ 100mA
储存温度范围
-40 ℃ to 90 ℃
工作温度范围
-30 ℃ to 85 ℃
胎压显示范围
0 ~ 13 bar
温度显示范围
-40 ℃ to 115 ℃
模组外观尺寸
85 x 56 x 17 (mm)

产品图片
如图  TPMS产品图片