具体的胎压监测节点安装过程为:把胎压监测节点的A部位旋入到轮胎的气门嘴上,空心柱顶开气嘴的心轴,气体溢出,通过空心柱中心孔传到密封垫上部的气室中,再由气室中的压力传感器芯片检测胎压;胎压监测节点的外壳和底盖密闭,保证传感器芯片、线路板、电池和天线的防尘防水和节点模块的防盗功能。设计中采用可更换电池的方法和外置式的安装第9期杨 旸,闵云龙等:基于MEMS压力传感器的外置式数字胎压监测系统技术,即使电池电量耗尽或者更换轮胎,节点模块也能反复使用,与同类TPMS产品相比,极大提高了产品的使用寿命,也大大降低了成本。
5 系统测试结果
5.1 操作台模拟测试
在数字TPMS系统的软硬件设计完成以后,在操作台上进行发射和接收系统的模拟测试,从示波器上读取发射和解调数据帧,如图10所示,其中图10 (a)、10(b)是经过调制的发射数据帧, 10(c)是接收到的相应解调数据。
图10
5.2 TPMS车载测试
TPMS车载测试为高速路面,汽车行驶速度为60~120 km/h,环境温度为25~28e,胎压监测节点
每次发送两帧数据,每次时间间隔为2 min,在6 h内,气压和温度数据接收数在330帧以上,信号接收可靠度超过91%,已完全达到了设计的预定要求。
5.3 可靠性测试
数字TPMS系统安装在台架上,并接入TPMS专用数据测试系统进行可靠性测试。环境温度为22~30e,4个轮胎的充气气压值分别为左前胎32.4 ps,i右前胎34. 1 ps,i左后轮34. 7 ps,i右后轮33. 6 psi。胎压监测节点发射无线数据的时间间隔为5 min,轮胎正常状况下无线传感器每次发送一帧数据,台架旋转速度为60~180 km/h,在4 h内,气压和温度数据接收数分别在44帧以上,信号接收可靠度为92%以上,TPMS专用数据测试系统气压和胎压监测节点检测气压基本一致,实时反映气压信息。可靠性试验反复20次,20次无明显差异,整套数字TPMS系统稳定可靠。
6 结论
本文设计了一种基于MEMS压力传感器的胎压监测系统,给出了总体方案、详细的硬件设计、软件控制策略和通信协议,并对该系统进行了台架试验、车载测试和可靠性试验。测试结果表明:在接入TPMS系统的车辆中,胎压监测节点没有错误帧,无线发射帧的刷新时间间隔准确,胎压监测节点和接收器信息交互正常,性能稳定;该系统在车辆行驶过程中实时监测轮胎气压和温度,精确度高,无线传输数据无丢包,
无线链路通讯可靠。而且该系统能够准确地识别4个不同轮胎位置的无线传感器监测的轮胎压力和温度数据。TPMS是目前汽车安全中的热点,随着美国和欧盟陆续推出了相关法案(美国的TREAD法规[14]等),在汽车上加装TPMS系统,是必然的发展趋势。由于成本的因素,已有车辆不可能回到汽车生产原厂补装TPMS系统,本设计实现的基于SP30的外置直接式数字胎压监测系统,从根本上解决了这个亟待解决的加装TPMS困难的问题。随着硬件成本不断降低和无线网络通信性能越来越好,外置直接式数字胎压监测系统必将以其先进的性能替代目前汽车上大量使用的间接式TPMS,并成为加装TPMS的首选。