,,

類型分類：: 科普知識

數據分類：: 應變式壓力傳感器

TPMS輪胎感測系統提高了汽車安全性能

發布日期：2022-08-21 點擊率：64

　　在整體的行車安全上，輪胎扮演十分關鍵角色，所以在車輛電子化控制的觀念下，如何在輪胎上利用傳感器來確保安全性越來越受業內人士關注，胎壓監測系統（TPMS）也隨之出現。

　　TPMS是針對輪胎氣壓與溫度進行監控，為了防止因為輪胎氣壓降低，導致車身出現不平衡，而有可能產生事故與危險，當出現胎壓不足時，TPMS就會主動的告知駕駛者。

　　TPMS的觀念與應用從1985年開始出現，初期只有應用在保時捷959等高級車種上，隨后則陸續導入應用在卡車及大型車輛上。

　　從2000年開始TPMS被廣泛關注。由于當時福特汽車在新車上使用“Firestone”的輪胎，因為輪胎的問題而出現一連串的交通事故，根據統計因為事故造成駕駛或乘客死亡的件數超過100件以上，引起了美國主導交通安全的NHTSA的注意，進而開始討論這一方面的防范措施，于2005年定案了“TPMS FMVSS No.138”，規定了輪胎氣壓的量測方法。使得TPMS的觀念逐漸被車廠加入新開發的車種上。

　　這個規范強制從2007年9月開始，在美國當地市場所有銷售的車輛都必須配備有TPMS的功能，所以，根據美國的新車市場規模，僅僅在美國當地，預估在2008年TPMS系統市場就可達到6,400萬套。由于法案的規范，使得各大車廠及車用零組件業者也積極投入相關技術的開發。

　　一般來說，輪胎氣壓目前有兩種檢測的方式，直接式檢測與間接式檢測。直接式檢測的方法是，利用壓力傳感器來檢測輪胎氣壓，而間接式則是統計車上4個輪胎的運轉數，計算輪胎運轉所產生的氣壓變化而達到胎壓監測的目的。

　　不過，在方向盤轉動時，會造成輪胎角度的偏轉，使得輪胎的內環與外環轉動的距離出現差異，就必須考慮這一方面的誤差，利用高頻率的校正來克服這個問題。與直接式檢測相比較，雖然間接式檢測的系統較為簡單，但卻需要相當復雜與高功能的運算能力。

　　因為未來的市場需求，尤其對于輪胎業者來說，更是關注這一方面的技術。日本橫濱輪胎為了適應這一市場的到來，發展出了新一代的輪胎監測觀念。日本橫濱輪胎所開發出的新技術和直接式檢測與間接式檢測方法不同的是：利用3軸速度計算的觀念作為系統的基礎。

　　圖2 當車輛有了各種數據可以進行分析之后，仍舊必須依賴及整合其它的系統，來確保車體行駛的安全。

　　橫濱輪胎在壓力感測模塊中，內建了采用MEMS技術生產的3軸加速度傳感器。利用軸加速度傳感器，檢測出輪胎與方向盤間的相關變化，此外更進一步取得輪胎在行駛于道路上的震動與偏滑等各項資料。

　　然后再將這些包括震動、偏滑、輪胎轉向、方向盤操作等數據做一整合與分析后，將最終結果傳送至ESP（Electric Stability Program）系統進行高精準的車輛姿態校正控制。

　　對于高速運動下的車體與輪胎加速度變化，3軸加速度傳感器最大的承受重力加速度為1,000G，例如，一般16英寸的輪胎在行駛中，當行車速度達到160公里/小時定速行駛時，輪胎所承受的重力加速度就達到了350G。

　　因此以這樣的情況，整體系統最少必須達到能承受500G以上的重力加速度，再加上，由于輪胎業者必須考慮各種駕駛使用情況，包括時速高于200公里的行駛情況，所以橫濱輪胎將系統設計可承受重力加速度為1,000G也就不足為奇了。

　　使用3軸加速度傳感器的目的，是為了檢測來自輪胎轉向、離心力與橫向偏滑運動的相關數據。輪胎的轉向大約會出現約±1G的正弦波振幅，離心力的變化是取決于車輛行駛的速度，所以需要更寬廣的動態變化范圍，而橫向偏滑運動則是來自于方向盤的轉動操作，取得的數據約為數個赫茲，雖然變化的幅度相當的小，但是對于整個系統來說，這卻是相當重要且不可或缺的數據。

　　其實對于輪胎的監控與安全校正系統來說，如果僅僅只是分析車體的變化，還是相當不足的，因為在行駛中發生事故，有相當多的因素是來自于行駛環境變化，所以還必須把路況的資料一并整合進行分析。

　　例如，車輛是有可能在達到時速200公里高速行駛的情況下，需要在行駛濕滑路面與惡劣路面行駛時，也能夠因為整體系統的作用來確保行車的安全，此外，包括路面高低落差等等都是相當重要。

　　當車輛有了各種數據可以進行分析后，仍舊必須依賴及整合其它的系統，來確保車體行駛的安全。而橫濱輪胎的ESP系統就是擔負著這樣的工作，當系統接受到由3軸加速度傳感器所傳來的訊號，判斷車輛是在惡劣環境下行駛，或即將出現失控狀態時，就會利用ABS系統來對四個轉動輪胎進行程度不一的煞車控制，以確保車體是維持在平衡運動的狀態下。