精选优质文档-----倾情为你奉上目 录专心---专注---专业1 绪论汽车时代的到来，改变的不仅仅是人们的代步方式，更有人们的生活方式乃至整个社会文化同样，一个时代的典型核心技术产品也带动着整个产业的技术发展趋势随着家用汽车对现代家庭日常生活的冲击，汽车的安全与环保，已不仅仅是汽车产品性能的体现，更代表着未来汽车工程科学与相关学科的发展方向智能化系统无处不在地发挥着它们的效能，为人类社会文明进步、经济发展保驾护航，同样也被大量地应用到汽车产品上把现代电子技术的发展成果应用到汽车产品上的汽车电子技术，必将有力地推动安全、环保的汽车时代的到来1.1 课题的提出背景及研究意义 轮胎气压实时检测系统是一种新型的主动直接式轮胎压力监测装置，在汽车行驶时对轮胎气压进行实时自动监测一种先进主动式安全装置，国际上通常又被叫做轮胎压力监测系统，英文通称 Tire Pressure Monitoring System，简称 TPMS[1]轮胎压力监测技术是当前汽车工业领域汽车电子技术发展的热点，符合未来汽车的智能安全及环保节能的发展方向，将成为未来汽车必备的安全驾驶配备之一，具有极佳的市场前景和巨大的潜在效益。
1.1.1 课题的提出背景 轮胎是汽车行驶系统的重要部件之一，其性能的优劣，将直接影响汽车的行车安全和运行效率保持合适的轮胎压力是每个汽车驾驶员都应时刻关注的问题，轮胎充气压力超过或低于标准压力值，轻则增加车辆油耗，缩短轮胎使用寿命，重则威胁行车安全轮胎气压不足，容易导致轮胎内壁帘线的松散断裂；轮胎气压高于标准值时，磨损加剧，花纹底部开裂，汽车的平顺性变坏，导致汽车操纵性能降低行驶中如遇到障碍物的冲击，则易发生轮胎破裂，缩短轮胎的使用寿命，影响汽车的行驶安全性统计数据表明，当轮胎压力低于其额定值 0.03MPa时，轮胎的正常使用寿命将会减少约 25%；当轮胎压力高于标准值 25%时，其寿命将会降低 15%~20%；对于轿车，其轮胎压力每下降 0.05MPa，其承载力就减少 100N[1]根据德国联邦统计局的车辆事故统计数据，约 80%的轮胎漏气是由于轮胎气压不足造成的可见，标准的轮胎压力对汽车的正常行驶极其重要，这在汽车高速行驶时显得更为突出 当汽车高速行驶时，如果轮胎压力低于标准值，轮胎会急剧升温而脱层，最后导致轮胎破裂漏气另外，如果前轮左右轮胎的气压不同，其后果是汽车的行驶方向不稳定；如果后轮左右轮胎的气压不同，会造成局部超载而加剧轮胎的磨损；由于气压不同的双轮胎并装，使气压高的轮胎负荷过重而出现早期磨损或爆胎。
安全专家指出：时速超过 160 公里以上，爆胎而造成的死亡率几乎接近 100%在中国高速公路上发生的交通事故有 70%是由于爆胎引起的，而在美国这一比例高达 80%，每年有 26 万起交通事故是由于轮胎压力偏低、偏高或渗漏引起的，造成巨大的经济损失和生命危害 综上所述，本文的研究意义主要体现在以下几方面：首先，随着我国汽车工业的发展和人民生活水平的提高，汽车越来越多地进入普通家庭，汽车行驶的安全性也越来越为人们所重视潜在的巨大市场需求和系统实现上的技术可行性条件成熟，使得研究轮胎压力和温度监测系统已刻不容缓 最后，随着美国政府出台对汽车轮胎压力监测产品强制性安装的法规，欧洲和日本也处于建议安装阶段，使得这一技术的应用前景极为看好良好的应用前景和巨大的市场规模将有力地推动该技术的推广，并取得巨大的经济效益和社会效益1.2 当前国内外相关技术的应用现状及发展趋势轮胎压力监测系统（TPMS）技术早在上世纪 80 年代就已提出，但由于当时缺乏有效的技术条件和成熟的市场环境，而仅停留在设想层面上随着近几年来汽车工业和交通事业的发展，汽车的速度越来越高，拥有汽车的家庭越来越多，由轮胎爆胎引发的大量交通安全事故使这一课题成为研究热点。
结合新的无线射频应用技术和集成电路工艺，研制 TPMS 已经提到日程上来1.2.1 TPMS 的应用现状 在 TPMS 及相关技术的研究发面，西方汽车工业发达国家在近几年都取得了相应的进展，出现了一批新产品早在 1996 年丰田就有一种系统产品应用于当时生产的 MarkⅡ型车上但该系统不能直接测量轮胎压力，并存在容易产生误差的因素，数据的时效性与准确性也存在不足2002 年，约翰逊公司的轮胎压力实时监测系统被国际汽车工程（AEl）评为当年 20 个最有价值的汽车产品之首这个系统包括一个特殊设计的车内后视镜、四个胎压传感器和发射、接收设备系统工作时胎压数据是通过集成在轮胎气门阀内的发射机传送给风挡内的集成接收机，然后在后视镜上利用射频技术显示出来这个系统在工作时可以将每个轮胎的压力数据实时显示，有较高的实用性和可行性此外，还有一些同类相关产品问世，如西门子 VDO 汽车配件公司自主开发的轮胎哨兵（Tire Guard）监测装置，英国 A.I.R.汽车配件公司生产和销售的轮胎守护神（Tire Shield）监测装置；法国米其林集团公司与威柏可（Wabco）公司合作开发的一种轮胎充气内压监测装置，是专供商用车使用的监测装置；德国 BEAU 公司与美国 Lear 公司联合推出的轮胎压力实时监测系统，将电子门锁装置与系统集成在一起，是近期推出的一种极具价格竞争力的整体解决方案。
从最近发布的世界新车资料中得知，林肯大陆、奔驰、宝马、标志、道奇等中高档车均安装了 TPMS从以上这些目前国际市场上的汽车轮胎压力监测技术产品来看，通过对轮胎压力的监测来实现预防轮胎行车故障进而提升汽车安全性能，已成为当前汽车安全技术的新发展方向，也揭示了一种新的行车安全防范理念美国及欧洲一些技术先进国家开展轮胎压力监测装置技术的研究很早，而轮胎压力监测装置技术在中国的发展还很滞后目前，国内轮胎压力监测装置的相关产品虽然推出较多，但据对相关市场的调查了解，都是技术性能不甚完善、可靠性较差的简易系统产品，要么系统工作寿命极短，要么系统在低温或高温环境下失效，要么工作可靠性较差，在这方面的技术成熟产品基本还是空白性能可靠、功能完善、技术成熟的均是一些国外公司品牌产品的代理，如来自日本的汽车轮胎压力监测装置“汽管严”，但价格高昂因此，研制性能可靠、技术完善且价格能为当前多数国内消费者所接受的轮胎压力监测技术产品很有必要1.2.2 当前国内外相关技术的发展趋势当今的汽车轮胎压力监测系统在实现方式上可以归类为直接轮胎压力监测装置和间接轮胎压力监测装置[2]直接轮胎压力监测装置，要求在每个轮胎内使用压力传感器，并安装无线发射器，用于将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的主机系统。
间接轮胎压力监测装置，要求使用车辆防抱死制动系统（ABS）来确定轮胎压力变化ABS 是通过车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对于在 4 个轮子上都装有车轮速度传感器的系统来说，此类软件的升级可以用于监测车速的变化，轮胎压力变低也会导致车速发生变化当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，这反过来会导致车速发生变化经过正确计算，这种车速变化可用于轮胎压力判别，并触发警报系统来向司机发出警告每个系统都有自己的优点直接系统可以提供更高级的功能，使用中可以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相对便宜，使用间接系统，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根据美国交通部门的统计，在2000年时，安装了ABS系统的车辆已占总车辆数的67%但是，目前这类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此外，在某些情况下此类系统会无法正常工作：例如同一车轴的2个轮胎气压都低 2 汽车轮胎气压实时监测系统工作原理轮胎是汽车行驶系统的重要部件，其性能的优劣，将直接影响汽车的驱动性、通过性、平顺性、稳定性、安全性和舒适性等。
在汽车高速行驶过程中，轮胎爆胎是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因因此，汽车轮胎气压实时监测系统的研制在提高行车安全、延长轮胎寿命等方面都有着重大的现实意义本章主要来介绍汽车轮胎气压实时监测系统的工作原理2.1 系统工作原理2.1.1 轮胎爆胎机理目前，国内由轮胎故障引起的突发交通事故的直接原因主要是轮胎充气压力的不足或过高同时，国内的轮胎爆裂突发交通事故中也存在着其它人为因素影响由于技术解决方案是有针对性地解决技术领域内的问题，所以，对汽车高速行驶状态下存在的轮胎结构选用不当、实际行驶速度高于轮胎规定速度、轮胎花纹过度磨耗、胎体意外损伤及违规超载等因素，这里不作讨论范围1）充气压力对轮胎爆胎的影响气压是轮胎的生命，掌握轮胎的标准充气压力，并按标准充气压力对轮胎充气是非常重要的轮胎制造商在设计制造各种规格的轮胎时，已确定了它的最大负荷和相应的标准充气压力，充气压力过高和过低都会缩短轮胎的使用寿命试验数据表明，当轮胎压力低于其额定值 0.03MPa 时，轮胎的正常使用寿命将会减少约 25%；当轮胎压力高于标准值 25%时，其寿命将会降低 15%～20%充气压力过低，轮胎胎体变形过大，会产生过度屈挠运动，使内层受到的压缩力与外层受到的伸张力远远超过允许屈挠极限，造成轮胎过度生热，从而导致橡胶老化加速和帘布层脱层，严重时甚至会致使帘线折断，轮胎瞬间爆破。
同时充气压力过低，轮胎的接地面积增大，胎肩的磨损加剧如果双胎并装中有一条轮胎气压不足，行驶中大部分负荷将集中到另一条轮胎上，常常会造成这条轮胎严重超载就车辆来说，轮胎充气压力过低，会造成轮胎侧偏刚度下降，拖矩增大，车辆的制动性能变坏，在高速行驶的条件下遇到紧急情况会非常危险[3]气压过高，轮胎帘线受到过度的伸张变形，胎体弹性降低，车辆高速行驶时受到的动载荷（震动、应力来不及分散）增大，如再受到冲击，轮胎会产生内裂或爆破气压过高，轮胎的接地面积还会相对减小，以致胎冠中部在加快磨损的同时温度急剧上升，使胎冠容易爆破气压过高还会致使轮胎减震性能变劣，导致车辆底盘部件损坏，使轮胎接地附着力下降，车辆的制动效果降低，成为高速行车的安全隐患在汽车高速行驶过程中，轮胎气压低于标准值时，将加大胎侧的弯曲变形，轮胎会急剧升温而脱层，削弱轮胎的强度及承载能力，导致轮胎内壁帘线的松散断裂，最后导致轮胎的漏气或爆胎；轮胎气压高于标准值时，轮胎与路面接触面积减小，轮胎胎面中部区域承受的压力增大，使轮胎磨损加剧，形成花纹底部开裂又由于此时轮胎刚度增大，起不到应有的缓冲作用，增大了轮胎与路面间的动载荷，使汽车的平顺性变差，导致汽车操纵性能降低[4]。
另外，如果汽车前轮左右轮胎的气压不同，其后果是汽车的行驶方向不稳定；如果汽车后轮左右轮胎的气压不同，会使气压高的轮胎负载过重而出现磨损或爆胎保持适合的轮胎气压不但可以保证轮胎的工作寿命，减少不必要的燃油消耗，更对汽车的安全行驶起着关键作用2）温度对轮胎爆胎的影响 轮胎在行驶过程中会因生热而出现温度大幅度升高现象轮胎温度的升高除会使橡胶强度降低外，还会导致帘线强力降低当轮胎温度从 0℃升高到100℃时，对尼龙轮胎来说，帘线强力会降低 20%左右，橡胶强度则下降 50%左右；轮胎温度高于临界温度（100℃以内是正常温度，100～121℃是临界温度，121℃以上是危险温度）时，橡胶强度和帘线强力降低更多，因此轮胎的温升对其使用寿命的影响很大汽车在行驶过程中，特别是在高速公路上高速行驶时，驾驶员即使没有操作失误，轮胎也会突然爆破究其原因，主要是与轮胎温升的影响有关。