摘要:輪胎定位技術是TPMS(汽車輪胎壓力監測系統)中的一項核心技術,本文闡述了當前TPMS中的幾種輪胎識別技術,并提出了一種新型的輪胎定位技術—外置編碼儲存器式定位技術。
關鍵詞:TPMS、輪胎定位、外置編碼儲存器
一、TPMS技術及其輪胎定位原理
TPMS原理及功能簡介:TPMS是汽車輪胎壓力檢測系統,即“Tire Pressure Monitoring System”的英文縮寫。主要用于在汽車行駛時,適時地對輪胎氣壓進行自動監測,對輪胎漏氣造成低胎壓和高溫高胎壓防爆胎進行預警,確保行車安全。
目前,TPMS由發射檢測模塊(每個輪胎一個)和接收顯示模塊(一個)組成:發射檢測模塊電路上由溫度壓力傳感器,MCU(單片機)和發射機和電池組成;結構由一個用于保護電路的外殼,和將外殼固定在輪胎的輪輞上的裝置組成。接收器電路上由電源模塊,接收機,MCU,顯示模塊組成;結構上包括機殼、設在機殼面板的功能開關和顯示屏。
TPMS中的輪胎定位是指系統接受輪胎發射模塊發出的信號并識別、判定是哪個輪胎發出的信號的過程。發射檢測模塊中的傳感器把胎壓的變化通過電子元件感應轉換成相應變化的電氣參數,然后由MCU處理為數字編碼信號,加上該模塊的識別ID編碼(即用于區分別的模塊的身份編碼),由發射機調制到載頻上發射出去。無線電信號由接收機天線接收到后,解調后得到原始數據,其中包含發射檢測模塊的ID碼,接收顯示模塊的MCU接收到原始數據后,根據預先存儲在MCU的存儲器中的ID碼與輪胎對應定位關系信息,來判定該信息是屬于車的哪個輪胎的信息,處理后將對應的氣壓和溫度信息顯示在顯示器用戶界面上的對應地的輪胎的數據區。這樣駕駛人員從顯示器上就可以清楚地知道每個輪胎內的氣壓大小,當接收到的信息中的輪胎內氣壓值低于或超過已設置的安全上、下限時,MCU將控制顯示器顯示報警圖標,駕駛員可以根據顯示的對應方位的胎壓數據,便可及時地對那個輪胎進行相應處理,確保汽車行駛安全。
二、輪胎換位及調換輪胎與輪胎重新定位問題的提出汽車因為前后左右車輪負荷不均、前輪負責轉向、前后軸懸掛角度不同等原因,通常各輪胎磨損程度和位置也不同。前驅動前轉向車為了提高過彎中的穩定性,多數后輪外傾角比前輪大很多,像外“八”字型(也有少數車做成內“八”字型,這是懸掛設計決定的),因此后輪容易內外偏磨,就是輪胎截面成梯形;后輪驅動也會出現相應的輪胎偏磨現象。為了延長輪胎的使用壽命,達到四個輪胎同步均勻磨損的效果,這就需要定期進行輪胎換位。
在輪胎換位的過程中,相應的發射檢測模塊也會換位。這就導致了原先存儲在接收顯示模塊中MCU的存儲器中的ID碼與輪胎對應識別關系信息不再適用于換胎后的輪胎位置,也就是顯示在顯示屏上的輪胎壓力和溫度信息和輪胎的對應關系錯誤。
如果調換新的輪胎,或者某一輪胎的發射檢測模塊損壞,用戶需要更換該模塊時。新模塊的ID碼與損壞的發射檢測模塊不同。原先存儲在接收顯示模塊中MCU的存儲器中的ID碼與輪胎對應身份識別關系信息不再適用于更換模塊后的ID碼,接收顯示模塊會將更換的模塊的信息丟棄,顯示屏上將無法顯示新模塊的發出的壓力溫度信息。
這樣在輪胎換位或調換輪胎時就存在一個輪胎重新識別的問題。
三、現有TPMS采用的輪胎定位技術
目前,為了解決TPMS輪胎換位和輪胎更換時的定位問題,國內外采用了四種方式,以下是四種定位技術和各自的特點: 定編碼形式。如圖1,接收顯示模塊中MCU的存儲器中的ID碼與輪胎對應定位關系信息在出廠時是固化的;在TPMS發射檢測模塊的外殼上有標記,在安裝是按照標記將發射檢測模塊安裝在對應的輪胎上,在使用中不可更改。不足之處是:使用中不能安裝錯位,否則定位混亂,同時若一發射模塊損壞后,用戶不能方便地從市場上購買到相同碼組的模塊更換,必須到廠商購買與前一損壞模塊編碼一致的模塊。輪胎換位時,發射檢測模塊必須按照其標記位置重新安裝一次。
界面輸入式。該定位技術是將每個發射模塊的識別ID碼打印在外包裝或產品上,但當輪胎換位或發射模塊損壞后,就必須將識別ID碼用按鍵輸入到接收端進行重新正確定位。界面輸入式的識別ID碼長為16位或是32位,輸入流程復雜,用戶很易出現碼組輸入錯誤問題。而且按鍵多,在本來就儀表眾多的車上,顯得十分突兀。
低頻喚醒式。該定位技術是利用LF(低頻)信號(125KHz)的近場效應。如圖2所示,在該方案中,在每個輪胎附近有個LF天線;TPMS系統可以通過對應輪胎附近的LF天線發出LF信號,單獨觸發對應輪胎的發射檢測模塊,然后由被觸發的發射檢測模塊將身份識別碼通過RF發射出來,接收模塊通過RF信號得到相應輪胎RTPM模塊的身份識別碼,從而自動確定輪胎位置。該定位方式的不足之處:1.需要四個LF天線安裝在對應的輪胎附近,安裝及布線工作量大;2.LF信號可能會誤觸發相鄰的發射檢測模塊;3.由于汽車上電磁環境復雜,存在各種干擾,會對低頻信號造成干擾,導致身份識別失效。
天線接收近發射場式。如圖3所示,該定位技術是接收顯示模塊的接收天線有四個,分別延伸到每個輪20-30cm的近場內,接收天線由數控微波開關控制。當需接收某個輪胎發射檢測模塊的信息時,此時只有靠該輪胎的接收天線的微波開關是導通的,其它分支接收天線的微波開關都處于關閉狀態,接收顯示器上顯示該RTPM模塊所在輪胎的氣壓和溫度。該定位技術的不足之處是1.天線布線復雜,微波開關成本高,目前技術水平下RF開關隔離度不夠,有串碼(即接收到了別的輪胎的信息)的可能。2.由于汽車上電磁環境復雜,存在各種干擾,會對低頻信號造成干擾,導致定位失效。3.射頻開關的導通時序是按一定規則的,而4個輪胎發射檢測模塊的發射是隨機的,故會存在某個輪胎附近的射頻開關導通時,該輪胎的發射檢測模塊正好沒有發射信號,所以存在漏幀的可能性.
四、外置編碼儲存器式輪胎定位技術
外置編碼儲存器輪胎定位技術是一種新型的TPMS輪胎定位技術。如圖4,采用外置編碼儲存器的TPMS同樣由發射檢測模塊和接收顯示模塊組成;發射檢測模塊每個輪胎設置一個,包括傳感器、發射機和發射天線;接收顯示模塊包括接收模塊、MCU和顯示模塊,其特征在于,在接收顯示模塊接插有插入式編碼存儲器,每個發射檢測模塊均有一個固定的ID碼,該固定的ID碼與所述的編碼存儲器的ID碼一致。
在每次開機時,接收顯示模塊讀取插在顯示模塊各插座上的編碼模塊插頭電路中的ID碼,然后重新設置存儲在接收顯示模塊中MCU的存儲器中的ID碼與輪胎對應定位關系信息,并保存起來。發射模塊發射來的對應信息后,接收模塊讀取其中的ID碼后,根據在接收顯示模塊中MCU的存儲器中的ID碼與輪胎對應定位關系信息來判斷是那一個輪胎中的發射檢測模塊發出的信號,并將壓力和溫度信息顯示在對應區域。
用戶在使用時,如需輪胎換位,只需相應的將對應的編碼插頭換位便可。當下一次開機后,接受顯示模塊重新設置存儲在接收顯示模塊中MCU的存儲器中的ID碼與輪胎對應定位關系信息,保證將信息顯示在正確的位置。
若用戶發現某一發射機損壞,用戶只需到市場上購買一只發射機即行,因為發射機中隨附一只輪胎定位編碼插頭,只須將損壞發射模塊的插頭拔下,重新插上隨機新的編碼模塊插頭即可。當下一次開機后,接受顯示模塊重新設置存儲在接收顯示模塊中MCU的存儲器中的ID碼與輪胎對應定位關系信息,保證將新發射檢測模塊發出的信號顯示在正確的位置。
外置編碼儲存器式輪胎定位技術將輪胎的更換與換位時的重新身份識別問題,轉換成ID碼的重新換位設置問題,為輪胎的重新身份識別提供一套簡單、有效的技術方案,采用插頭插入的方式,操作簡單可靠。通過I/O(輸入輸出口)讀入插入式編碼存儲器電路中的編碼,避免了用無線方式讀入ID編碼,回避了LF低頻喚醒中低頻信號在傳輸過程中被車上的電磁噪聲干擾的問題,從根本上解決了干擾的問題。
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