现代汽车轮胎压力检测系统设计
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 课题国内外研究现状 1
2 胎压监测系统的意义 2
2.1 胎压与行车安全关系 2
2.2 胎压与轮胎寿命关系 3
2.3 胎压与车辆油耗关系 4
3 胎压监测系统的总体设计 4
3.1 胎压监测系统的作用 4
3.2 胎压监测系统的分类 5
3.3 典型汽车轮胎压力监测系统的工作原理 5
3.4轮胎压力监测系统的总体结构 7
4 汽车轮胎压力监测系统硬件设计 8
4.1 传感器的选择与设计 8
4.2 MCU 处理器选择和设计 13
4.3 RF无线收发芯片选择和设计 14
4.4 其他零部件的选择 18
5 汽车轮胎压力监测系统软件设计 18
5.1 TPMS轮胎监测模块的软件设计 18
5.2 TPMS流程图 19
5.3 无线通信技术 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 课题研究的背景
在现如今汽车行业发展迅速的时代，交通事故频发是一个让人们不得不重视的问题。在这些交通事故中由于汽车轮胎压力异常所导致的占了一定的比例，所以开始受到人们越来越多的关注。由于胎压不足或充气过足而造成的爆胎等在高速行驶时是致命的，因此轮胎监测系统（TPMS）应运而生并且受到越来越多的关注。
对于大多数人而言，相比较于现有的三大安全系统，胎压监测系统是一个陌生的词汇， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
目前大多数汽车是没有安装胎压监测系统，这是由于人们长时间没有重视到胎压监测系统。
在美国，据有效调查，每年有超过26万起交通事故发生，而其中70%-80%事故产生的原因是胎压或胎面温度异常。汽车工业发达的德国也不可避免，类似的事故发生率也高达41%。
当汽车车速达到160km/h时，如果汽车发生爆胎，那么死亡率是百分之百，这是很严重的，所以轮胎故障，尤其是轮胎压力问题是尤为需要重视的。而所有会造成爆胎的因素中胎压不足当属首要原因。因此为了避免由于轮胎气压不足或过足导致的爆胎等，需要对轮胎压力进行实时监测。
据调查，中国境内发生的交通事故中有46%是在高速公路上产生的，其中甚至有70%是由于爆胎引起的。目前，如何降低交通事故发生率是最重要的事，怎样防止爆胎已经是刻不容缓的了。
1.2 课题国内外研究现状
汽车在行驶时，TPMS实时监测胎压和温度等来确保汽车的行驶安全。在目前，轮胎监测系统（TPMS）是三大安全系统之一，它是继ABS、ESP后又一个主动保护型的安全系统，是汽车电子设备的必然发展。
1.2.1 国外TPMS研究现状
国外较早就已经开始意识到轮胎胎压监测系统的重要，国家对于安全问题的重视而推出了一系列助其发展的政策,于是目前已诞生了相对成熟的产品。1996年，日本丰田公司就提出了一种系统，并应于其MarkⅡ车型上。这种系统根据车速传感器测得的速度与振动波来推测出轮胎刚度下降所引起的弹簧下谐波频降低，将上述信息传输给ECU分析其轮胎压力是否正常，克服了直接测量胎压的成本高、耐久性不足等缺点。但是这种测量系统因为不是直接测量所以可能会有误差产生，但是还是值得借鉴的。在各种标准和法规推动下，众多的汽车电子企业开始意识到TPMS的重要性以及发展空间，所以对TPMS投入了极大的研发资金，众多芯片制造商了解到其发展的空间及势头，开始纷纷试水。到目前为止，已经有许多芯片制造商已经生产出芯片并且已经应用到汽车上，并且技术已经成熟稳定了。在此基础上继续发展，会产生更大的经济和社会影响。
1.2.2 国内TPMS研究现状
在国内，由于经济发展水平不够高，国家对安全问题没有非常注重而没有相应政策，个人的人身安全意识不够等原因，国内的TPMS发展远不如国外。在国内汽车行业，TPMS安装的不多，大多是高端车型上才会安装，但相信随着发展的国际化，TPMS将会像ABS一样必不可少。另外，由于国内TPMS发展还不够，TPMS上的有些零部件还是靠着进口。目前，国内有些大学已经开始对TPMS进行理论研究，虽然也有一些成果，但其研究陈成果还是不够成熟，所以实际应用很少[1]。此外,国内生产TPMS产品的企业也逐渐增多。但是国内公司生产的产品与国外的产品差距很大，生产技术落后，产品的功能、质量等与国外生产的产品不能相提并论，并且价格也不会便宜多少，基本上并没有什么优势。所以，需要政策的支持为TPMS的发展开拓出一条崭新的大道，从而降低交通事故的发生率。
2 胎压监测系统的意义
轮胎是汽车必不可缺的零部件之一，它对汽车的动力性、燃油经济性、制动 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
性、行驶稳定性、平顺性、乘坐舒适性都有相当大的影响。轮胎的气压和汽车所承受的负荷有关系，为了行驶的安全性，必须根据汽车所能承受的最大载荷量来选择适当的轮胎，轮胎在最大负荷状态下，不应超过所允许的最大胎压。
同一规格的轮胎，如果轮胎充气气压越高，轮胎所能承受的负荷越高，但不是说气压越高越好，轮胎气压有一个上限，一旦超过这上限，轮胎有可能会发生爆胎。轮胎气压过低也不行，汽车所能承受的负荷会降低，并且会造成汽车轮胎内胎磨损度增加，动力性下降，制动性受到影响，轮胎的异常磨损也会增加，其使用寿命也会缩短。
2.1 胎压与行车安全关系
随着汽车产业越来越平民化，许多家庭都至少有一辆汽车的情况下，对于安全问题的关注也越来越多，其中就包括轮胎压力监测系统。ABS、安全气囊目前已经是所有车辆的必备品，没有这两样的汽车是不能生产的，相信在不久的将来，TPMS也将成为必需品。正常的轮胎气压是保证汽车在各种情况下发挥出完美性能的前提，并且保证乘车舒适性和避免不正常的磨损。
TPMS是被用于在行驶中，在行驶时实时监测轮胎压力和温度，确保其没有漏气，压力不足等问题，一旦发现这些问题，就会将问题反馈到驾驶室的显示屏上，提醒驾驶员注意这些问题，提早采取相应措施来解决这些问题。轮胎气压不足是导致交通事故的主要原因，由于自然外界等不可抗力等因素，轮胎压力会不断降低，这是必然趋势，这时，TPMS就起到了监督压力的作用，提前发现问题，降低事故率。TPMS在胎压发生问题时通过视觉、听觉、甚至是嗅觉来提醒驾驶员注意。
2.2 胎压与轮胎寿命关系
轮胎寿命与轮胎的使用有直接关系[2]，假如汽车长期在胎压不均衡的状态下行驶，汽车的发动机底盘和悬架系统的磨损会大大增大，以至于在此情况下长时间使用还会造成汽车制动跑偏。图1为轮胎与地面接触。如图所示，无论汽车轮胎的胎压偏高或偏低都会增多磨损量。当胎压过高时，轮胎将会变形，使轮胎与地面的接触面积减少，摩擦阻力减小，影响汽车制动性，轮胎的磨损也会加剧，轮胎的避震性也会降低。当胎压过低时，汽车所能承受的重量减少，而其实原重没有变化，所以造成轮胎与地面的接触面积增大，使得摩擦力变大，导致轮胎磨损变多，会使行驶中轮胎气压所受的温度升高，加快轮胎老化速度，强度降低。胎压大小与轮胎使用寿命关系如表1。如表可知，轮胎的使用寿命和胎压成正比，胎压减小，寿命减短。在行驶过程中，轮胎保持正常胎压是最好的，有一系列好处，比如其可以使用更多时间。
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 课题国内外研究现状 1
2 胎压监测系统的意义 2
2.1 胎压与行车安全关系 2
2.2 胎压与轮胎寿命关系 3
2.3 胎压与车辆油耗关系 4
3 胎压监测系统的总体设计 4
3.1 胎压监测系统的作用 4
3.2 胎压监测系统的分类 5
3.3 典型汽车轮胎压力监测系统的工作原理 5
3.4轮胎压力监测系统的总体结构 7
4 汽车轮胎压力监测系统硬件设计 8
4.1 传感器的选择与设计 8
4.2 MCU 处理器选择和设计 13
4.3 RF无线收发芯片选择和设计 14
4.4 其他零部件的选择 18
5 汽车轮胎压力监测系统软件设计 18
5.1 TPMS轮胎监测模块的软件设计 18
5.2 TPMS流程图 19
5.3 无线通信技术 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 课题研究的背景
在现如今汽车行业发展迅速的时代，交通事故频发是一个让人们不得不重视的问题。在这些交通事故中由于汽车轮胎压力异常所导致的占了一定的比例，所以开始受到人们越来越多的关注。由于胎压不足或充气过足而造成的爆胎等在高速行驶时是致命的，因此轮胎监测系统（TPMS）应运而生并且受到越来越多的关注。
对于大多数人而言，相比较于现有的三大安全系统，胎压监测系统是一个陌生的词汇， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
目前大多数汽车是没有安装胎压监测系统，这是由于人们长时间没有重视到胎压监测系统。
在美国，据有效调查，每年有超过26万起交通事故发生，而其中70%-80%事故产生的原因是胎压或胎面温度异常。汽车工业发达的德国也不可避免，类似的事故发生率也高达41%。
当汽车车速达到160km/h时，如果汽车发生爆胎，那么死亡率是百分之百，这是很严重的，所以轮胎故障，尤其是轮胎压力问题是尤为需要重视的。而所有会造成爆胎的因素中胎压不足当属首要原因。因此为了避免由于轮胎气压不足或过足导致的爆胎等，需要对轮胎压力进行实时监测。
据调查，中国境内发生的交通事故中有46%是在高速公路上产生的，其中甚至有70%是由于爆胎引起的。目前，如何降低交通事故发生率是最重要的事，怎样防止爆胎已经是刻不容缓的了。
1.2 课题国内外研究现状
汽车在行驶时，TPMS实时监测胎压和温度等来确保汽车的行驶安全。在目前，轮胎监测系统（TPMS）是三大安全系统之一，它是继ABS、ESP后又一个主动保护型的安全系统，是汽车电子设备的必然发展。
1.2.1 国外TPMS研究现状
国外较早就已经开始意识到轮胎胎压监测系统的重要，国家对于安全问题的重视而推出了一系列助其发展的政策,于是目前已诞生了相对成熟的产品。1996年，日本丰田公司就提出了一种系统，并应于其MarkⅡ车型上。这种系统根据车速传感器测得的速度与振动波来推测出轮胎刚度下降所引起的弹簧下谐波频降低，将上述信息传输给ECU分析其轮胎压力是否正常，克服了直接测量胎压的成本高、耐久性不足等缺点。但是这种测量系统因为不是直接测量所以可能会有误差产生，但是还是值得借鉴的。在各种标准和法规推动下，众多的汽车电子企业开始意识到TPMS的重要性以及发展空间，所以对TPMS投入了极大的研发资金，众多芯片制造商了解到其发展的空间及势头，开始纷纷试水。到目前为止，已经有许多芯片制造商已经生产出芯片并且已经应用到汽车上，并且技术已经成熟稳定了。在此基础上继续发展，会产生更大的经济和社会影响。
1.2.2 国内TPMS研究现状
在国内，由于经济发展水平不够高，国家对安全问题没有非常注重而没有相应政策，个人的人身安全意识不够等原因，国内的TPMS发展远不如国外。在国内汽车行业，TPMS安装的不多，大多是高端车型上才会安装，但相信随着发展的国际化，TPMS将会像ABS一样必不可少。另外，由于国内TPMS发展还不够，TPMS上的有些零部件还是靠着进口。目前，国内有些大学已经开始对TPMS进行理论研究，虽然也有一些成果，但其研究陈成果还是不够成熟，所以实际应用很少[1]。此外,国内生产TPMS产品的企业也逐渐增多。但是国内公司生产的产品与国外的产品差距很大，生产技术落后，产品的功能、质量等与国外生产的产品不能相提并论，并且价格也不会便宜多少，基本上并没有什么优势。所以，需要政策的支持为TPMS的发展开拓出一条崭新的大道，从而降低交通事故的发生率。
2 胎压监测系统的意义
轮胎是汽车必不可缺的零部件之一，它对汽车的动力性、燃油经济性、制动 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
性、行驶稳定性、平顺性、乘坐舒适性都有相当大的影响。轮胎的气压和汽车所承受的负荷有关系，为了行驶的安全性，必须根据汽车所能承受的最大载荷量来选择适当的轮胎，轮胎在最大负荷状态下，不应超过所允许的最大胎压。
同一规格的轮胎，如果轮胎充气气压越高，轮胎所能承受的负荷越高，但不是说气压越高越好，轮胎气压有一个上限，一旦超过这上限，轮胎有可能会发生爆胎。轮胎气压过低也不行，汽车所能承受的负荷会降低，并且会造成汽车轮胎内胎磨损度增加，动力性下降，制动性受到影响，轮胎的异常磨损也会增加，其使用寿命也会缩短。
2.1 胎压与行车安全关系
随着汽车产业越来越平民化，许多家庭都至少有一辆汽车的情况下，对于安全问题的关注也越来越多，其中就包括轮胎压力监测系统。ABS、安全气囊目前已经是所有车辆的必备品，没有这两样的汽车是不能生产的，相信在不久的将来，TPMS也将成为必需品。正常的轮胎气压是保证汽车在各种情况下发挥出完美性能的前提，并且保证乘车舒适性和避免不正常的磨损。
TPMS是被用于在行驶中，在行驶时实时监测轮胎压力和温度，确保其没有漏气，压力不足等问题，一旦发现这些问题，就会将问题反馈到驾驶室的显示屏上，提醒驾驶员注意这些问题，提早采取相应措施来解决这些问题。轮胎气压不足是导致交通事故的主要原因，由于自然外界等不可抗力等因素，轮胎压力会不断降低，这是必然趋势，这时，TPMS就起到了监督压力的作用，提前发现问题，降低事故率。TPMS在胎压发生问题时通过视觉、听觉、甚至是嗅觉来提醒驾驶员注意。
2.2 胎压与轮胎寿命关系
轮胎寿命与轮胎的使用有直接关系[2]，假如汽车长期在胎压不均衡的状态下行驶，汽车的发动机底盘和悬架系统的磨损会大大增大，以至于在此情况下长时间使用还会造成汽车制动跑偏。图1为轮胎与地面接触。如图所示，无论汽车轮胎的胎压偏高或偏低都会增多磨损量。当胎压过高时，轮胎将会变形，使轮胎与地面的接触面积减少，摩擦阻力减小，影响汽车制动性，轮胎的磨损也会加剧，轮胎的避震性也会降低。当胎压过低时，汽车所能承受的重量减少，而其实原重没有变化，所以造成轮胎与地面的接触面积增大，使得摩擦力变大，导致轮胎磨损变多，会使行驶中轮胎气压所受的温度升高，加快轮胎老化速度，强度降低。胎压大小与轮胎使用寿命关系如表1。如表可知，轮胎的使用寿命和胎压成正比，胎压减小，寿命减短。在行驶过程中，轮胎保持正常胎压是最好的，有一系列好处，比如其可以使用更多时间。
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