汽车胎压传感器及微机电技术发展浅析

　　【摘要】本文首先简要分析了胎压检测器的基本组成与应用情况，探讨了胎压检测器的发展趋势，最后从智能型传感器、胎压传感器的发射模块与传感器元件两方面，探讨了微机电技术及发展趋向。
　　【关键词】汽车；胎压传感器；微机电技术
　　近年来，汽车胎压检测系统（TPMS）无论是在汽车产业中，还是在相关的电子产业中，均得到较高程度重视，主要因为汽车处于移动状态时，胎压检测系统可以及时、自动检测汽车轮胎的气压，或是汽车轮胎出现漏气或胎压不足等情况时，能及时提供有关驾驶者的各种即时信息，以此为驾驶安全提供切实保障。在欧美等发达国家，胎压检测报警系统已成为评价汽车质量与配置情况的金标准，这有力推动了汽车市场中汽车胎压监测系统的发展、更新与完善。在整个TPMS中，IC芯片设计技术、微机电芯片（MEMS）为其核心部分，在这些核心技术大发展的背景下，才使得TPMS的车用胎压产品得到宽泛化、深层次发展。
　　一、胎压检测器的基本组成与应用
　　针对当前市场中胎压检测器类型而言，可根据其组成架构的差异性，划分为两大类，其一为将压力讯号当作感应器的直接式胎压检测器（PSBTPMS），其二为用轮胎速度的间接式胎压检测器（WSBSTPMS），无论哪种类型的检测器，均有一定缺点，比如难以在同一时间检测2个轮胎，当汽车行驶速度达100公里h时，易出现误判信号的情况。针对直接式胎压检测器来讲，其无论是在应用功能方面，还是在使用性能上，相比其它类型胎压检测产品，均占有一定优势，主要因为直接式胎压检测系统所用电源为安装于汽车轮胎当中的电池，凭借实时性的温度传感器、压力传感器，能对轮胎的温度、气压进行直接性测量，还能经RF无线射频发射器，把讯号实时传送至位于驾驶座的显示屏上，驾驶者通过屏幕显示信息的观察，能够随时得知4个轮胎的温度、气压信息，如若轮胎出现漏气及气压过高、过低等情况，系统便会立即发出警报。所以，当前，许多知名汽车厂商，均运用的是直接式TPMS，比如法国CITROEN的C5系列、德国BMW的Z8系列等。
　　针对TPMS而言，其主要包含两部分，其一为在汽车轮胎内安装的远程轮胎压力监测模块，其二为在汽车驾驶台上安装的中央监视器。对于那些安装于各轮胎当中用于测量轮胎温度、压力的模块，把所测得的信号经调制处理后，利用高频无线电波（RF），实时向外输出。单个TPMS系统囊括RTPM模块数达4～5个。对于中央监视器而言，其能够实时接收RTPM模块所传送的信号，在屏幕上显示各轮胎的实时温度、压力数据，提供给驾驶者。如果轮胎温度、压力等出现异常情况，中央监视器会依据当前异常，及时发出对应警报信号，提醒驾驶者及时采取应对措施。
　　二、胎压检测器发展趋势
　　针对汽车TPMS胎压检测模块未来发展趋势而言，主要围绕微型化、低成本、低功耗等要素而发展，对于其中的功耗大小而言，往往与电池的实际使用寿命之间存在紧密关联，而针对微型化设计来讲，则与TPMS胎压模块之间有着深层关系。如若TPMS模块的功率耗损得到降低，便会对TPMS的未来设计方向产生较大影响，因此，当前大多设计均选用的是内建式惯性传感器，即汽车处于移动状态时，系统便会在第一时间将TPMS发射模块唤醒，并最大化降低电能消耗。但对于未来目标而言，仍然会以无电源模块设计为主要方向，即构建MEMS电源，能够自主供给所需TPMS电能。此外，在微型化、低成本上，在设计方式上，将会转变为芯片整合。当前，绝大部分汽车的元件、机械结构等，均由电子装置来控制，但因受限于汽车主体空间，构建的系统构成空间受此影响，同样会受到限制。因此，在今后的汽车市场中，MEMS元件技术将会得到更加广泛的应用。需指出的是，汽车电子控制单元需以一种合理方式，结合于汽车控制元件，使之成为一个不容分割的整体。所以，在设计元件及电路时，如果能将其设计成模块化、微型化，然后将其在融合于胎压传感器中，另外，将RF射频收发器也囊括其中，这样一来，不仅能使模块尺寸大幅减少，而且还能较好的节省成本，在市场中更具竞争性。
　　三、智能型传感器
　　智能传感器实为一种微型化的计算机，其除了基本功能外，还囊括了信息处理、判断及检测等功能，相比于传统传感器，职能传感器有着诸多优点，比如能确定传感器的实际工作状态，能修正测量数据，减少有温度、压力等环境因素所导致的误差，除此之外，还能通过软件技术，将硬件无法解决的问题消除掉，最终实现数据的实时计算与处理。对于世界各发达国家而言，均基于车用传感器硬件，运用软件技术解决由环境差、汽车电气干扰大、等因素所导致的汽车参数测量不准确情况。另外，智能传感器有着较高的精度，测量范围广，信噪比高，输出信号强，还有着较好的抗干扰性，因此，许多汽车企业均在此领域大力开展研究。通常情况下，智能型传感器架构中囊括有各種芯片，如加速度传感器、压力传感器等，其中，还包含有内部计时器、模拟数字转换器（ADC）及电池电压检测等。需指出的是，MEMS传感器与ASIC电路芯片之间的整合，可以利用集成电路工艺来进行，将其以一种合理方式，整合于同一个封装实体当中，在封装的上方位置，预留一导入孔，将压力直接导入至压力传感器中，同时，此孔还能把环境温度直接导入至半导体温度传感器中。
　　四、胎压传感器的发射模块与传感器元件
　　当前，在制定汽车胎压传感器设计方案时，多围绕芯片整合模块来开展，可以在同一时间内，整合轮胎气压、温度及电源管理。为了实现胎压传感器功能的多样化，需在其原有构件中，加装内部时钟、电压检测系统及惯性传感器等，只有这样，才能在汽车启动时，更好的实现自动唤醒及即时开机，促进系统运行的低功耗化。目前，汽车企业大多以MEMS技术为基础来进行设计的，主要有两种传感器类型，即电容式传感器、压阻式传感器。针对压阻式传感器而言，其运用高精密半导体电阻，构建惠斯登电桥，将此当作变换测量电路，此传感器的测量精度区间为0。01～0。03FS。轮胎内安装有TPMS发射模块，考虑到轮胎并不经常更换，因此，需确保一节锂电池的工作时间能达3～5年。因此，此方面做到省电与低功耗，是十分必要的。当系统处于非工作状态时，会自动进入休眠模式，这样便能大幅节省用电与电池寿命。当汽车处于高速行驶状态时，TPMS系统便会被唤醒，并为驾驶者提供实时性数据。从技术角度而言，胎压模块传感器的技术发展，主要倾向于无线化、单一化与高度集成化，因此，当前市场中，以出现了能够检测物理性质的传感器，比如2合1的智能型胎压传感器模块等，随着社会经济、技术的不断发展，新的胎压传感器会不断推出与完善。
　　五、结语
　　综上，伴随当今科学技术的不断发展与更新，许多新技术被应用于汽车胎压传感器中，有力推动了此领域的发展与完善。随着新技术的不断更替，汽车胎压传感器的作用、功能将会变得更加完备，将会为人们提供更加优质的汽车服务与体验。
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