汽车轮胎压力监测系统设计.docx
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汽车轮胎压力监测系统设计.docx
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汽车轮胎压力监测系统设计
摘要
随着社会经济和科学技术的发展,公路交通已经成为关系国民经济命脉和社会、经济发展的重大系统,但随之而来的交通事故给人的生命安全和经济发展造成了重大损失。
爆胎是引起交通事故的主要原因,保持标准的车胎气压行驶是防止爆胎的关键,胎压检测系统TPMS(TirePressureMonitoringSystem)是由此应运而生的一项汽车安全防范系统。
胎压检测系统主要用于汽车行驶过程中对汽车胎压与温度的实时检测,当出现异常状态时进行报警,从而保障驾乘者的行车安全。
本课题主要研究的是一种用于机动车辆上的轮胎压力与温度监控系统。
文中提出了一种基于无线技术的轮胎压力与温度监控系统的方案,设计综合运用了检测技术、单片机技术及无线通信技术,其中发射模块能实时检测、处理轮胎的压力和温度参数,并运用无线方式将处理后的数据传输到接收模块;接收模块能校验数据并显示结果,用以告知驾驶员各个轮胎的情况。
本系统采用了有效的节能措施,不仅在硬件上选用了具有睡眠功能的芯片,而且在软件设计上通过将判断功能置于发射模块中,减小了系统的发射频率,从而降低了能耗,保证了不会因为更换能源问题而频繁的拆装轮胎,提高了系统的实用性,因而具有广阔的应用前景。
关键词:
轮胎;无线通信技;抗干扰;节能
Abstract
Alongwiththedevelopmentofsocialeconomyandscienceandtechnology,highwaytraffichasbecomethelifebloodofnationaleconomyandtherelationshipbetweensocialandeconomicdevelopmentofimportantsystem,buttheresultingtrafficaccidentstothehumanlifesecurityandeconomicdevelopmenthascausedgreatlosses.FlatTireisamajorcauseoftrafficaccident,keepthestandardTirePressureisthekeytopreventblowout,TirePressureMonitoringSystemTPMS(TirePressureMonitoringSystem)isthusarisesatthehistoricmomentofsafeguardSysteminacar.Tirepressuremonitoringsystemismainlyusedforthecarofautomobiletirepressureandtemperatureintheprocessofreal-timedetection,andalarmwhenabnormalstate,thusensuringthedrivingsafety.Thepurposeofthisresearchistodevelopakindofappliedtomotorvehicletirepressureandtemperaturemonitoringsystem.
Thispaperpresentsatemperatureoftirepressuremonitoringsystembasedonwirelesstechnology.Integrateduseofthehardwaredesignofdetectiontechnology,micro-controllertechnologyandwirelesscommunicationtechnology,thelaunchmodulecanreal-timetirepressureandtemperatureparametersdetection,processing,andusewirelesswaytotransmitdataafterprocessingtoreceivingmodule;Receivingmodulecancheckdataanddisplaytheresultstoinformthedriverofeachtire.
Thissystemadoptedtheeffectiveenergysavingmeasures,notonlyonhardwarechosechipswithsleepfunction,butalsoonthesoftwaredesignoftransmissionmodule,bywilljudgefunctioninreducingthetransmissionfrequencyofthesystem,reducingtheenergyconsumptionandensurethewon'tchangetheenergyproblemandfrequentdisassemblingtire,improvethepracticabilityofthesystem,thushasbroadapplicationprospects.
Keywords:
tire;wirelesscommunicationtechnologysensor;anti-jamming;
saveenergy
1绪论
环保、节能、安全是当今汽车发展的三大主题,作为影响人民生命财产全和国家经济命脉的重要因素的汽车安全性是汽车设计过程首要考虑的问题,汽车轮胎气压保持正常值是车辆舒适性和行驶安全的保证。
轮胎气压高于正常值时,与地面接触面积减少,摩擦系数降低,便会导致车辆侧滑、颠簸、爆胎,危及行驶安全;轮胎气压低于正常值,轮胎内部就会开始分离、脱层、最后导致爆胎[1],在低速状态下行驶就会因轮胎变形过大而伤胎。
因此,及时地了解和准确掌握轮胎的温度、压力状况是避免爆胎,提高汽车安全行驶水平的有效途径[2]。
国外因立法较早,TPMS(TirePressureMonitoringSystem)成为标配,市场占有率高。
中国国家标准管理委员会2008年发布的《中国TPMS标准意见征求稿》,标TPMS成为汽车的标准配件是必然的趋势。
TPMS对汽车轮胎压力、温度的监测技术主要有直接式和间接式两种形式。
直接式是利用安装在轮胎里的智能传感器来直接测量轮胎的气压、温度、电池电压,并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上,监视器随时显示轮胎的气压、温度、电池电压,当轮胎出现异常情况时,系统就会自动报警;间接式是借助防抱死制动系统(AntilockBrakingSystem,ABS)的轮速传感器来比较车轮转速,从而估算两个轮胎胎压的差别,当某个轮胎胎压低于预先设定的初始值时,向司机报警。
目前在TPMS轮胎压力监测系统的研究中存在三个技术难点:
低功耗实现、无线信号传输、射频天线设计。
本课题进行直接式汽车轮胎压力与温度监测系统的研究。
针对该系统目前存在的技术难点,设计本文的系统方案,目的是实现一种可以实时监测行驶车辆轮胎内部气压、温度的预警系统。
1.1研究背景
汽车在高速行驶过程中,轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的,也是突发性交通事故发生的重要原因。
据统计[3],在高速公路上发生的交通事故有70%~80%是由于爆胎引起的,怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。
轮胎监测系统(TPMS)主要用于在车辆行驶时实时地对轮胎压力和温度进行自动监测,对轮胎漏气、低气压、高气压进行预警,以保障驾乘者行车安全,是驾驶员、乘车人的生命安全保障预警系统。
中国正在成为全球最大的新兴汽车市场,中国汽车的需求量和保有量出现了加速增长的趋势。
因此,我国TPMS需求与日俱增,TPMS的研究具有重要的社会意义和经济价值。
为与世界先进国家保持同步,我国关于汽车安装TPMS的法规也将会出台。
目前我们国内已有很多家设计公司、生产厂家开始开发、设计、生产TPMS。
因此一套安全、可靠、方便、成本低廉的轮胎监测系统将有广阔的应用前景[4]。
1.2轮胎压力与温度监控系统现状
目前市场上主流TPMS的实现方式是利用安装在每一个轮胎内部的轮胎监测模块来直接测量轮胎的压力、温度,并通过无线传输的方式发送到安装在驾驶室的中央控制模块。
中央控制模块实时显示每个轮胎的压力、温度,驾驶员可以直观的了解各个轮胎的压力、温度等状况,当轮胎压力、温度太低或者太高,系统会自动报警,提醒驾驶员,防止事故发生。
TPMS的性能主要取决于轮胎监测模块的实现方式。
根据轮胎监测模块供电方式的不同,TPMS可以分为有源TPMS和无源TPMS。
(1)有源TPMS,指TPMS的轮胎监测模块使用专用锂电池供电。
本课题研究的轮胎压力与温度监控系统即是一种有源轮胎监测系统。
有源TPSM的轮胎监测模块有以下几个部分组成:
压力温度传感器、微控制器、射频芯片、低频唤醒芯片、电池以及天线组成。
压力温度传感器是一个集成了压力传感器、温度传感器、数字信号处理单元和电源管理的片上系统。
为了增强传感器功能,不少传感器还增加了加速度传感器、电压检测、内部时钟、看门狗及其它功能的数字信号处理单元。
(2)无源TPMS,指TPMS的轮胎监测模块不使用电池供电。
目前有两个发展方向,一种是利用RFID读头端的发射功率为轮胎监测模块供电,另一种是利用汽车行驶中的机械能为轮胎监测模块供电。
射频识别技术(RFID)是一种非接触式的自动识别技术,其基本原理是利用了射频信号和空间耦合(近距离的电感耦合和远距离的电磁耦合)传输特性,其中电感耦合的依据是电磁感应定律,电磁耦合是以雷达原理为模型,发射出去的电磁波碰到目标后反射同时带回目标信息,依据的是电磁波的空间传播规律。
射频识别系统一般由两个部分组成,即标签端(Tag)和读头端(Reader)。
在无源TPMS中,标签端依附于轮胎监测模块,读头端依附于中央控制模块[5]。
1.3轮胎压力与温度监控系统研究意义
TPMS系统在提高汽车行驶安全性,减少生命财产损失以及减少能耗等方面都具有非常重要的研究意义,其具体优点体现在以下几个方面[6]:
(1)事前主动型安保
汽车现有安全措施,如ABS、EDS、EPS、安全气囊等,均是“事后被动”型安保,即在事故发生后才起到保护人身安全的作用。
而TPMS属于“事前主动”型安保,即在轮胎出现危险征兆时及时报警,驾驶员可采取措施,将事故消灭在萌芽状态。
(2)延长轮胎使用寿命
统计表明:
轮胎气压不足行驶,车轮气压比正常值下降10%,轮胎寿命减少15%。
TMPS系统实时监测每个轮胎的动态瞬时气压,当轮胎气压出现异常时能及时自动报警,从而减少车胎的损毁,延长轮胎使用寿命。
(3)减少燃油消耗,利于环保
实验显示,轮胎气压低于标准气压值30%,油耗将上升10%。
如果轮胎气压过高,抓地力就会下降,轮胎磨损加快。
油耗上升不仅增加车辆运行费用,而且增加废气排放,对环境的污染加大。
车辆安装了TPMS系统,就能及时发现车胎气压异常,有效避免上述现象的发生,不仅降低油耗,而且还可减轻对环境的污染。
(4)可避免车辆部件不正常的磨损
若汽车在轮胎气压过高的状
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