摘要：本文介紹了基于ＭＥＭＳ傳感器的ＴＰＭＳ系統(tǒng)解決方案。文中首先討論了壓阻式ＭＥＭＳ氣壓傳感器和指標(biāo)參數(shù)，隨后從底層芯片設(shè)計(jì)和整體系統(tǒng)應(yīng)用方案開發(fā)不同層次，描述了該系統(tǒng)各個(gè)組成部分的軟硬件設(shè)計(jì)和物理實(shí)現(xiàn)，給出了實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)可以有效測(cè)量氣壓、溫度、電池電壓數(shù)據(jù)，各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)滿足國標(biāo)ＧＢ／Ｔ　２６１４９－２０１　０要求，可以滿足安裝ＴＰＭＳ的車輛使用需要。

　　１　引言

　　ＴＰＭＳ是汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Ｔｉｒｅ　ＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）的英文縮寫，它的主要作用是在汽車行駛過程中對(duì)輪胎氣壓和溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)輪胎氣壓和溫度高于或者低于安全值時(shí)進(jìn)行報(bào)警以保障行車安全。汽車在輪胎氣壓不足的情況下行駛會(huì)造成油耗上升，輪胎壽命縮短，并且對(duì)懸掛系統(tǒng)造成很大傷害。有資料顯示，如果輪胎氣壓比標(biāo)準(zhǔn)值低１０％，輪胎壽命將減少１５％，輪胎氣壓比標(biāo)準(zhǔn)值低３０％，油耗將上升１０％。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在廣深高速公路上有超過３３％的交通事故是由于發(fā)生爆胎所引起的。在導(dǎo)致爆胎的眾多因素中，輪胎的氣壓和溫度為關(guān)鍵，若胎壓長期低于正常氣壓的８０％，在高速行使時(shí)，輪胎會(huì)急劇升溫而脫層，導(dǎo)致爆胎。

　　此外輪胎壓力過高同樣也會(huì)帶來較大爆胎風(fēng)險(xiǎn)。

　　ＴＰＭＳ能夠使駕駛員實(shí)時(shí)了解輪胎的氣壓和溫度狀況，從而通過降低車速及減少連續(xù)行駛時(shí)間來調(diào)整輪胎氣壓和溫度，以達(dá)到安全行駛目的。

　　ＴＰＭＳ分為直接式和間接式兩種：直接式胎壓監(jiān)測(cè)是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來直接測(cè)量輪胎的氣壓，并把監(jiān)測(cè)到的壓力信號(hào)通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到接收顯示器上。它的優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量準(zhǔn)確，駕駛員能實(shí)時(shí)了解到所有輪胎的氣壓和溫度信息，但成本較高。間接式胎壓監(jiān)測(cè)是利用汽車ＡＢＳ剎車系統(tǒng)上的速度傳感器來比較四個(gè)輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，如果其中某個(gè)輪胎胎壓較低，則該輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和其它輪胎不同。該監(jiān)測(cè)方法成本低廉，但缺點(diǎn)明顯：如果四個(gè)輪胎的氣壓同時(shí)降低或者某個(gè)輪胎打滑時(shí)該方法將失效。此外間接式胎壓監(jiān)測(cè)反應(yīng)時(shí)間長，必須在車輛行駛過程中才能發(fā)揮作用。

　　而在國標(biāo)ＧＢ／Ｔ　２６１４９-２０１０《基于胎壓監(jiān)測(cè)模塊的汽車輪胎氣壓檢測(cè)系統(tǒng)》中，胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須在汽車靜止時(shí)就具有欠壓報(bào)警功能，因此間接式ＴＰＭＳ將因?yàn)椴豢煽朔娜秉c(diǎn)而逐漸被主動(dòng)式ＴＰＭＳ所取代。

　　本文討論基于自主研發(fā)的ＭＥＭＳ氣壓傳感器的直接式智能ＴＰＭＳ解決方案，采用壓阻式ＭＥＭＳ傳感器測(cè)量胎壓，實(shí)測(cè)結(jié)果表明各項(xiàng)主要指標(biāo)參數(shù)符合ＧＢ／Ｔ　２６１４９-２０１０要求。

　　２系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本文所介紹的系統(tǒng)如圖１所示，分為胎壓檢測(cè)模塊和接收機(jī)兩個(gè)主要部分。胎壓檢測(cè)模塊采用氣門芯內(nèi)置方式，直接測(cè)量氣壓、溫度、加速度、電池電壓等參數(shù)，并將有關(guān)數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送給接收器進(jìn)行處理與顯示，是ＴＰＭＳ系統(tǒng)的。為了在汽車靜止或開始行駛后從休眠態(tài)激活傳感器進(jìn)入正常工作狀態(tài)，檢測(cè)模塊采用低頻（ＬＦ）喚醒天線以及加速度傳感器作為激活開關(guān)，內(nèi)置ＭＥＭＳ氣壓傳感器定時(shí)測(cè)量胎壓并經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路放大處理后傳送給低功耗ＭＣＵ；溫度傳感器集成在信號(hào)調(diào)理電路內(nèi)部，可同時(shí)對(duì)輪胎溫度進(jìn)行檢測(cè)；由ＭＣＵ將有關(guān)數(shù)據(jù)信息通過ＲＦ發(fā)射單元定時(shí)發(fā)送給接收機(jī)，從而在液晶面板上顯示輪胎狀況。

　　３　ＭＥＭＳ壓力傳感器

　　ＭＥＭＳ壓力傳感器是ＴＰＭＳ的核一Ｌ，Ｎ量組件，可分為壓阻式和電容式兩種。

　　ＭＥＭＳ壓阻式壓力傳感器的原理利用半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時(shí)，載流子遷移率發(fā)生變化，從而使電阻率也隨之變化，即呈現(xiàn)出壓阻效應(yīng)。ＭＥＭＳ壓阻式壓力傳感器的實(shí)現(xiàn)，采用的是惠斯通電橋電路作為力一電變換測(cè)量電路，其電路原理如圖２所示。

　　惠斯通電橋電路的計(jì)算公式可以寫成函數(shù)：

　　如圖３所示，在實(shí)際器件中，可采用周邊固定的硅薄膜構(gòu)成應(yīng)力杯形式，在應(yīng)力處采用光刻技術(shù)制作四個(gè)高半導(dǎo)體應(yīng)變片，通過片上連線組成惠斯頓測(cè)量電橋，從而將壓力直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏俊?/FONT>