飞思卡尔实时轮胎压力监控系统的应用

记得踢轮胎看看它们是否变低了？现在，每个轮胎都配备一个包含8位MCU，RF发射器和双轴（XZ）加速度计的轮胎压力监测系统（TPMS），你就会找不到更好的理由。

许多人似乎认为保持适当的轮胎压力是一件麻烦事，保持车辆清洁应该得到更多的关注。事实上，橡胶制造商协会的一项调查发现，近70％的美国司机每月至少洗车一次，而只有15％的司机经常检查轮胎充气情况。不幸的是，驾驶不正确充气的轮胎可能是致命的。美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）估计，每年有23，000起事故和535起死亡事故涉及轮胎爆胎或井喷，这两种情况都可能是轮胎充气不当造成的。轮胎充气不当是全球安全问题。在法国，SécuritéRoutière估计，所有致命的交通事故中有9％是由于轮胎充气不足造成的。德国DEKRA发现轮胎问题与所有伤害事故的估计有41％有关。 DEKRA最近在德国进行的一项研究发现，75％的道路车辆至少有一个轮胎充气不足3磅/平方英寸（psi）或以上。

充气不足的轮胎也会对车主施加经济困难特别是在严重依赖公路运输的企业中。在商业货运业中，经济影响尤为严重。仅仅几磅的充气不足就会使卡车运输公司每年花费数千美元来提高燃油成本，增加翻新和轮胎更换费用。

安全考虑因素

正确充气的轮胎减少了井喷和制动距离，减少了滑水潮湿的表面，并改善整体车辆处理。适当的充气也可以延长轮胎寿命并提高燃油效率，降低车辆运行成本。这些好处经常被未能监控其轮胎压力以保持适当通胀水平的驾驶者所丧失。

充气不足会降低轮胎的刚度，从而降低转弯力并导致在转弯或快速行驶中打滑或失控 - 改变演习。充气不足的轮胎也会增加制动距离，因为每个轮胎的足迹和它在道路上施加的压力都会发生变化。

将充气不足与高速和/或过载条件相结合也会导致轮胎爆胎，这是灾难性的事件这会导致车辆转向迎面而来的车辆或失控。即使在这种情况下保持对车辆的控制，在道路上更换轮胎也经常使驾车者面临迎面而来的交通危险，特别是在夜间或恶劣天气条件下。

尽管过度充气的轮胎通常不被认为与充气不足的轮胎一样危险，但它们仍然可能危及车辆乘员的安全并增加轮胎失效的可能性。过度充气的轮胎更硬，与道路接触的占地面积更小。轮胎对路面不规则性的反应较小，可能会出现胎面磨损不均匀，进一步降低轮胎的安全性能。根据美国国家公路交通安全管理局的数据，轮胎行业的数据表明，所有轮胎压力损失的85％都是通过缓慢的泄漏。在没有遭受任何道路损坏的情况下，轮胎每月通过自然泄漏损失多达1磅/平方英寸。在环境温度下每降低10华氏度就会导致每月额外损失1 psi。因此，轮胎性能会在较长时间内降低，同时表现出很少（如果有的话）外部充气不足迹象。

经济方面的考虑因素：轮胎充气不充分只有更安全的操作，但为业主提供了许多经济优势。重要的是要记住，车辆制造商而不是轮胎制造商确定适当的充气水平，通常列在驾驶室车门内侧的标牌上。保持建议的轮胎压力水平可能意味着：

更安全的转弯和紧急操纵的更精确的车辆控制

优化的道路接触和滚动特性，可提高燃油效率并延长轮胎的使用寿命使用寿命

在雨雪条件下改善牵引力

为保持适当的充气，应使用轮胎压力表每月至少检查一次轮胎。司机不能“注意”适当的通货膨胀，因为仅仅几公里的压力就可能意味着安全和经济的车辆运行受到影响。由于大多数驾驶员并不勤于定期检查轮胎压力，因此引入了自动远程轮胎压力监测系统（TPMS）。

TPMS实施的经济激励比商用卡车行业更强。固特异轮胎和橡胶公司进行的测试表明，转向，驱动和拖车轮胎仅有15％的充气不足可导致预期轮胎寿命下降8％，每加仑英里数减少2％以上保持卡车轮胎正常充气可以在几十万英里的使用寿命期间为每辆车节省数千美元的燃料和轮胎维修费用，特别是当您考虑到重型拖拉机/拖车卡车时有18个或更多的轮胎。 TPMS部署在整个卡车车队中，是在所有驾驶条件下保持适当轮胎充气的可靠工具。

直接和间接轮胎压力监测系统

为应对轮胎安全滥用普遍存在的危险，特别是在千禧年之后的一系列高度宣传的事件中，美国政府颁布了“运输召回，增强，问责和文件（TREAD）法案”。作为TREAD法案的一部分，联邦机动车辆安全标准FMVSS 138要求所有车辆，卡车和公共汽车的车辆总重量等级为10，000磅或更低，以便在2008年型号上使用TPMS制造。

是机动车辆中使用的两种TPMS，间接和直接。间接TPMS使用ABS（防抱死制动系统）中的速度传感器来比较车轮转速以确定充气不足的情况。充气不足的轮胎的直径略小于正确充气的轮胎，因此当车辆运动时，轮胎以与适当充气的轮胎不同的速率滚动。当系统检测到充气不足状况时，系统会向驾驶员发出警报。然而，在轮胎充气不足至少25％之前，它通常无法检测轮胎放气。

间接TPMS价格低廉且易于安装，但不如直接TPMS精确。更重要的是，每次轮胎更换，旋转或重新充气时，用户都必须重置系统。

Direct TPMS采用安装在轮辋上的压力传感器为每个轮胎提供独立的实时气压测量可以传输到车辆仪表组，立即通知驾驶员。直接TPMS还可以使用其他组件，例如MCU和RF设备，以扩展系统的功能。最佳TPMS解决方案包括：

用于测量轮胎内部压力和温度的传感器

具有定时测量时基的控制器

识别哪个轮胎的方法正在提供数据

数据输出到车辆底盘

用于诊断和唤醒的命令输入

电源

飞思卡尔直接胎压监测系统

飞思卡尔的MPXY8300 TPMS（见图1）是首款集压力传感器，8位MCU，射频发射器和双轴（XZ）加速度计于一身的产品package。

图1：单包MPXY8300的方框图。

通过将必要的功能组合到一个包中，设计车轮安装的TPMS模块的开发人员不必处理多个包，更大的PCB，或额外的外部组件的成本。这使他们有机会在采用不同轮辋尺寸的各种型号中使用一种解决方案。

MPXY8300 TPMS通过为不正确充气的轮胎提供及时的驾驶员警告，使驾驶者受益。它使制造商受益，因为它可以更容易地集成到汽车制造商的整体车辆设计中，无论品牌或型号如何，因为它不需要任何额外的组件。 MPXY8300 TPMS提供：

精确的压力测量：低功率，表面微机械，电容式压力传感器的p-cell（压力盒）测量的压力范围为100到800千帕（kPA）。 101.3kPa等于一个大气压。 TPMS还为卡车轮胎（100至1，400 kPa）提供高压范围的p-cell，并为低成本应用提供可选的精度降低校准。与压阻式大容量MEMS相比，飞思卡尔的电容式表面微机电系统（MEMS）压力传感技术还具有显着的功率使用优势。这些包括0.14μA电源电流（3 V，30 KHz），每次读数为600至10，000μA和0.9纳安时秒（nAs）最小电荷，而压阻式块状MEMS则为60至1，000 nAs。

Full集成：完全集成的MPXY8300 TPMS模块（参见图2）为每个轮胎提供独立的压力测量，包括备用轮胎。每个模块都集成了一个基于315/434 MHz锁相环（PLL）的RF发射器，即使在轮胎旋转或更换后也能确保持续通信。集成运动传感器还可以编程为以特定速度（轮胎旋转）传输测量值，包括用于测量完全不旋转的轮胎。

延长电池寿命：某些法规要求TPMS解决方案的电池寿命为10年。 MPXY8300采用了多种低功耗技术，可确保使用最少的电池资源在长使用寿命内稳定运行。驱动低功耗唤醒定时器和周期性复位驱动器以及TPMS特定电源管理技术的低频振荡可确保更长的电池寿命，从而实现更方便，更经济的操作。

图2：典型的TPMS架构。

MPXY8300是第一款采用加速度传感器的TPMS。这对于使系统能够针对特定的驾驶条件和速度进行定制至关重要。该传感器提供正负10 g的X轴灵敏度和0至60 g的Z轴灵敏度，可调节偏移。开发人员可以选择使用带X轴和Z轴g细胞的MPXY8300 TPMS，仅使用Z轴g细胞，或不使用g细胞的系统。

结论

MPXY8300 TPMS树立了新标准提高车辆安全性。飞思卡尔利用其先进的集成技术提供紧凑的系统级封装（SiP），可提供实时轮胎压力监控，并提醒驾驶员轮胎充气不当。 MPXY8300 TPMS符合FMVSS 138指南，可与现有的遥控无钥匙进入系统集成，帮助汽车制造商及其供应商更轻松地在全球新车型和卡车中部署TPMS，