1、 本 科 毕 业 论 文现代汽车胎压监测技术的应用研究学生姓名： 施小龙 学 号： 3120140456 专业名称： 机械工程及自动化 指导教师： 王冬良 河海大学远程与继续教育学院2016 年 4 月 中国南京 摘 要文章介绍了现代汽车胎压监视技术的组成、原理、重要性及未来的发展。在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是杀伤力最大也是最难预防的事故隐患，是突发性交通事故发生的重要原因。如何排除轮胎故障、防止爆胎，已成为全球关注的首要问题。汽车轮胎爆胎告警系统是一种新型的主动直接式轮胎压力监测装置，国际上通常又被叫做轮胎压力监测系统，英文通称 Tire Pressure Monitoring Sys
2、tem，简称 TPMS。汽车轮胎爆胎告警系统是目前汽车适用的一种先进主动式安全装置，用于在汽车行驶时对轮胎气压进行实时自动监测，对轮胎压力异常和漏气进行报警，以保障行车安全。轮胎压力监测技术是当前汽车工业领域汽车电子技术发展的热点，符合未来汽车的智能安全及环保节能的发展方向，将成为未来汽车必备的安全驾驶配备之一，具有极佳的市场前景和巨大的潜在效益。关键词：现代汽车 胎压 监测技术 目 录第一章 绪论-11.1 汽车的基本介绍-11.1.1 汽车的发展史简介-11.1.2 汽车的构造简介-11.2 汽车轮胎的基本知识-11.3 爆胎带来的危害及预防方法-2第二章 胎压监测技术的基本介绍-32.1
3、 胎压的基本概念-32.2 胎压监测技术的背景-32.3 什么是胎压监测技术-32.4 国内外胎压监测技术的发展状况-4第三章 现代汽车胎压监测技术的应用研究-53.1 现代汽车胎压监测技术功能及性能要求-53.1.1 功能要求-53.1.2 性能要求-53.2 胎压监测技术的种类探究-63.2.1 直接胎压监测技术-63.2.2 间接胎压监测技术-73.3 胎压监测技术的作用-73.4 现代汽车胎压监测关键技术的研究-83.4.1 结构设计要求-83.4.2 胎压监测模块研究-93.4.3 中央监视模块研究-93.4.4 天线技术研究-93.4.5 软件技术研究-103.4.6 低功耗技术研
4、究-10第四章 浅谈未来胎压监测技术的发展-11第五章 总结-12参考文献-131第一章 绪论1.1 汽车的基本介绍下面简单的从汽车发展的历史和汽车的基本结构介绍一下汽车。1.1.1 汽车的发展史简介1769 年，法国人 NJ居纽 (Cugnot)制造了世界上第一辆蒸汽驱动三轮汽车。1879 年，德国工程师卡尔本茨(Karl Benz)，首次试验成功一台二冲程试验性发动机。1883 年 10 月，他创立了“本茨公司和莱茵煤气发动机厂” ，1885 年，他在曼海姆制成了第一辆本茨专利机动车，该车为三轮汽车，采用一台两冲程单缸 0.9 马力的汽油机，此车具备了现代汽车的一些基本特点，如火花点火、水
5、冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动前轮转向和制动手把等。1886 年的 1 月 29 日，德国工程师卡尔本茨为其机动车申请了专利。同年 10 月，卡尔本茨的三轮机动车获得了德意志专利权（专利号：37435a） 。这就是公认的世界上第一辆现代汽车。由于上述原因，人们一般都把 1886 年作为汽车元年，也有些学者把卡尔本茨制成第一辆三轮汽车之年(1885 年)，视为汽车诞生年。1.1.2 汽车的构造简介(1)汽车通常由发动机、底盘、车身、电气设备四个部分组成。 (2)发动机的作用是使供入其中的燃料燃烧而发出动力。(3)底盘接受发动机的动力，使汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操纵正常行驶。
6、(4)车身是驾驶员工作的场所，也是装载乘客和货物的场所。车身应为驾驶员提供方便的操作条件，以及为乘客提供舒适安全的环境或保证货物完好无损。(5)电气设备由电源组、发动机起动系和点火系、汽车照明和信号装置等组成。1.2 汽车轮胎的基本知识这里讲解的是目前最常用的无内胎轮胎，即通常所谓的真空胎为对象。轮胎的结构分为三部分：胎体、帘布、外胎面；胎体较柔软，外胎面刚性较大，中间的帘线起到加强胎体强度和定型的作用，多加以金属丝提高轮胎的2弹力性能。轿车轮胎大致分为子午线轮胎和斜线轮胎。斜线轮胎的帘线按斜线交叉排列，故而得名。胎体构成了轮胎的基本骨架，从外胎面到胎侧的柔软度是一致的。子午线轮胎的帘布层相当
7、于轮胎的基本骨架，其排列方向与轮胎子午断面一致，由于行驶时轮胎要承受较大的切向作用力，为保证帘线的稳固，在其外部又有若干层由高强度、不易拉伸的材料制成的带束层(又称箍紧层)，其帘线方向与子午断面呈较大的交角(70-75 度)，材料多选用玻璃纤维、聚酰胺纤维或钢丝等高强度材料，既起到固定帘线的作用，同时利用束带来提高胎面的刚性。轮胎侧面的刚性小于胎面的刚性，所以在转弯时轮胎侧面因受地面横向力作用发生变形，从而保证了外胎面的触地面积基本保持不变。子午线轮胎与普通斜线胎相比，弹性大，耐磨性好，滚动阻力小，附着性能好，缓冲性能好，承载能力大，不易刺穿；缺点是胎侧易裂口，由于侧向变形大，导致汽车侧向稳定
8、性稍差，制造技术要求高，成本高。下图 1-1 说明了子午线轮胎与斜线轮胎在轮胎承受横向力时的变形区别；下图 1-2 说明了子午线轮胎与斜线轮胎在轮胎结构上的区别。图 1-1 两种轮胎承受横向力时的变形 图 1-2 两种轮胎的结构1.3 爆胎带来的危害及预防方法汽车爆胎,危害极大,尤其在重载和高速行驶条件下,会产生恶性交通事故。前轮爆胎：车辆会立即跑偏或严重飘摆。后轮爆胎：车轮失去转向力，车子会出现“转向过度” ，也就是俗称的“摆尾”或“甩尾” ，严重时汽车会在弯中打转。如果试图反向打转向盘来挽救转向过度，很可能徒劳无功。因为爆胎后，轮胎已失去抓地力，汽车也已失去控制，反打转向盘顶多是减缓汽车“
9、甩尾”程度、增加平衡而已。3据统计,在各种爆胎原因中,轮胎气压过高占 20%,轮胎气压不足占 57%,其他占 23%。因此,防止轮胎气压异常行驶是减少爆胎产生的重要手段之一。4第二章 胎压监测技术的基本介绍2.1 胎压的基本概念如果说发动机是汽车的“心脏”，那么轮胎胎压则是汽车的“血压”。其实人们都知道，血压偏高或偏低，会影响人体健康。胎压也一样，不正常的胎压，对汽车也有诸多影响。胎压太高，会导致轮胎抓地力下降以及非正常磨损，而胎压太低，就可能会出现爆胎等不安全情况。汽车的厂家对于车辆轮胎的压力值都有一个胎压参考值, 因为车重分布不同、轮胎使用规格不同，前胎、后胎、空载、满载的胎压推荐值都会有
10、所不同。此外，有一点不可忽视的是车厂胎压推荐值指的是“冷却胎压”，即停车后至少三小时后或轮胎行驶不超过 2 公里。在热胎时测量胎压，将测得的胎压数值减去大约 0.3bar(=4psi)就是轮胎冷却充气压力。2.2 胎压监测技术的背景轮胎压力监测技术实现了在汽车行驶过程中对轮胎胎压的实时监测，对轮胎漏气等胎压不足症状进行报警，防止交通事故的发生，提高了汽车行车安全性，胎压监测技术是目前飞速发展的汽车主动安全技术之一。 美国是全球最早立法将 TPMS 列为标准配置的国家，2003 年 11 月，美国公路交通安全管理局（NTHTSA）制定了新版汽车安全技术法规，要求 2007 年 9 月以后，所有在
11、美国销售的最大设计总质量不超过 4536kg 的四轮乘用车和商用车都必须安装轮胎气压监测系统。2012 年 11 月欧盟也将通过新法案，硬性规定新汽车平台加装 TPMS。目前中国 TPMS 整体市场容量较小，普及率较低，尚处于起步阶段。2.3 什么是胎压监测技术胎压监测技术是一种能对汽车轮胎气压、温度进行自动检测，并对轮胎异常情况进行报警的预警系统。这种技术可分为间接式和直接式两种。间接式是通过汽车 ABS 系统的轮速传感器来比较车轮之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。直接式利用安装在每一轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的接收器上。2.4 国内外胎压监
12、测技术的发展状况5胎压监测技术的研究在发达国家开展的较早，加上强制法规的推广，已经得到了普遍的认可和较大范围的应用。日本、美国、德国、法国、英国在近几年都取得了相应的进展，出现了一批新产品。早在 1996 年丰田就有一种系统应用于当时生产的 MarklI 型车上。但该系统不能直接测量轮胎压力，容易产生误差，数据的时效性与准确性也存在不足。约翰逊公司的胎压实时监测系统被国际汽车工程(AEl)评为 2002 年度 20 个最有价值的汽车产品之首。这个系统包括一个特殊设计的车内后视镜、四个胎压传感器和发射、接收设备。系统工作时胎压数据是通过集成在轮胎气门阀内的发射机传送给风挡内的集成接收机，然后在后
13、视镜上利用射频技术显示出来。这个系统在工作时可以将每个轮胎的压力数据实时显示，有较高的实用性和可行性。此外，还有一些同类相关产品问世如西门子 VDO 汽车配件公司自主开发的轮胎哨兵(Tire Guard)监测装置，英国 AIR汽车配件公司生产和销售的轮胎守护神(Tire shield)监测装置；法国米其林集团公司与威柏可(Wabco)公司合作开发的一种轮胎充气内压监测装置，是专供商用车使用的监测装置。从最近发布的世界新车资料中得知，许多美国及欧洲的汽车厂商已将直接式胎压监测系统配装于中高档车之中。而在国内，轮胎压力监测技术的发展还很滞后。在市场方面。由予目前国家没有强制性规定必须安装胎压监测系
14、统，而载货汽车的所有权大多属于货运公司，载货汽车轮胎数量多，安装胎压监测系统费用高昂，一般货运公司不愿意承担如此高的费用。而家用轿车轮胎使用环境远比载货汽车好，且城市路面质量高，轮胎可能造成的威胁比较小，私家车主通常不够重视。因此无论前装市场还是后装市场，胎压监测系统都处于尴尬的地位。在技术方面，国内轮胎压力监测系统的相关产品推出较多，但都是属于零售安装的简易系统，这方面的技术成熟产品还很少、性能可靠、功能完善、技术成熟的都是代理国外大公司的品牌产品。胎压监测系统零部件主要靠进口，缺乏自主知识产权的产品。然而，由于胎压监测系统的相关产品正成为新的汽车电子技术热点，巨大的市场容量，良好的发展前景
15、，使国内在产品的研发和市场的推广上仍然保持着极大的热情和投入。6第三章 现代汽车胎压监测技术的应用研究3.1 现代汽车胎压监测技术功能及性能要求经过上述对汽车、轮胎以及胎压监测技术的基本介绍，我们对汽车胎压监测技术有了初步的认识。下面我们着重讲解一下现代汽车胎压监测技术的功能及性能要求。3.1.1 功能要求欠压报警、故障报警和开机自检三个功能是胎压监测技术的核心功能，气压异常轮胎定位、胎压数值显示是胎压监测技术的附加功能。(1)欠压报警要求：当轮胎被异物扎刺、轮辋被撞击变形、胎压日常维护时充气不足以及长时间自然发生的慢漏气等都可能造成轮胎欠压，此时胎压监测系统需要提供报警信号。(2)故障报警要
16、求：胎压监测作为一个汽车电子产品，应跟其它电子产品一样具有“故障报警”功能，在系统发生故障时提醒驾驶员。(3)开机检查要求：与 ABS、ESC 等类似，胎压监测系统开机检查应包括信号装置检查与相关传感器检查。(4)气压异常轮胎定位要求：双向直接式、单向直接式和间接式胎压监测系统都能实现对发生欠压轮胎的定位。(5)胎压数值显示要求：与“气压异常轮胎定位”功能类似， “胎压数值显示”只是为驾驶者提供具体胎压数值的辅助功能，在车辆具有欠压报警功能的情况下，增加该功能对改善安全、节能并无实质性作用。(6)信号装置要求：光学报警信号是必须的，同时，可根据需要采用文字或声学辅助报警方式。3.1.2 性能要求(1)对胎压异常时其报警性能要求：胎压监测系统需要在车辆单个胎压异常或多个胎压同时异常时在规定的时间内做出报警反应，根据市场调研的情况分析国内行业标准规定其反应时间应在 10 分钟以内。报警灯点亮后到胎压恢复正常前，胎压异常报警信号装置不应熄灭；胎压恢复正常后，胎压异常报警信号装置应熄灭。胎压异常时报警性能测试方法如下图 3-1 所示：
