随着汽车电子的不断发展，汽车轮胎气压监测系统（TPMS）已成为人们所熟知的一个概念。TPMS系统能够实时监测和显示汽车轮胎的压力、温度，当轮胎过压和欠压、温度过高时，TPMS可利用声光方式提醒驾驶员注意，使汽车在正常胎压下行驶，本文将主要剖析几种直接式TPMS技术发展状况。

　 从采样方式来区分，现有的TPMS方案可以分作两大类——直接式和间接式TPMS。其中，直接式TPMS以其在性能上难以取代的优势，成为当今TPMS的主流方案。

基本的直接式TPMS

　　基本的直接式TPMS主要是由相对独立的接收（显示）器和置于轮胎内部的传感器组成。图1为基于Infineon的SP12压力传感器的单向TPMS（Simplex TPMS）示例，这也是现在直接式TPMS最常见的一种应用方案。系统由在轮胎内部的发射模块（传感器模块）和一个接收模块组成。这种结构的TPMS虽然能很好地满足现在用户的需要，但是它仍然存在一些有待解决和提高的问题。

电池使用寿命决定系统寿命

　　单向TMPS系统结构中，接收模块是属于被动受控逻辑单元（Slave Unit），而发射模块则扮演了主动控制逻辑单元（Master Unit）的角色。因为在TPMS中不可能只存在一个发射模块，又由于发射模块是靠自带的电池供电的，所以电池的使用寿命就基本上决定了系统的使用寿命。

　　在绝大多数的单向TPMS应用中，为了延长电池使用寿命，发射模块都会采用从休眠中定时唤醒的工作方式。以Infineon的SP12压力传感器的方案为例，发射模块的休眠唤醒时间周期为6s或6s的倍数。但是这样的做法在提高了电池使用寿命的同时，降低了系统的性能。所以在这样的TPMS系统往往会存在实时响应、系统的灵活性和其他方面上的不足，例如：车辆点火/启动时无法及时更新压力数据、对于压力变化的响应有延时（～6s）、无法及时发现传感器故障等。

射频信号干扰

　　单向TPMS的发射模块只在休眠唤醒后进行射频数据发射，而且在同一个系统中发射模块必然拥有相同的休眠唤醒周期。不论发射模块的休眠唤醒周期是采用何种时钟源（晶体振荡器或者RC振荡器），在大量的实验样本中，不同发射模块的休眠唤醒周期同步的现象还是不可避免的。这也就是说，即便在不考虑外部的射频信号干扰的情况下，单向系统内部也很难杜绝不同的发射模块之间相互射频信号干扰。虽然国内现在有一部分方案提供商通过发射器软件上的控制来避免这种干扰，也达到了很好的效果，但是如果从系统控制的角度来看，系统的射频通讯链路依然存在着隐患。

必须的“学习”过程

　　在TPMS系统中，每一个发射模块都有对应的识别码（Identifier），接收器依靠识别码来区分不同的发射模块。也就是说，TPMS在正常工作前，必然需要一个“学习”过程——让接收器记录/保存系统中发射模块的识别号。现有的TPMS大多都是成套出售，生产商在出厂之前就完成了“学习”过程。这样，TPMS在安装时，必须将每一个发射模块安装在相应的位置。如果要适应不同的发射模块，或者是允许发射模块的替换、交换，那么就需要一个很复杂的发射模块或者是很繁琐的按键操作，这很难满足整车厂的批量化生产、安装的要求。

系统升级和维护困扰

　　TPMS系统的性能主要由轮胎内置发射模块决定。基本上任何对系统性能的调整都要求供应商对发射模块进行修改。这给系统的升级和维护带来很大的困难，所以这种结构在一定程度上限制了控制系统的灵活性和可扩展性（Flexibility and Expandability）。

扩展的直接式TPMS

　　扩展的直接式TPMS为了解决原有的问题和提升系统的性能，在系统中加入了低频LF的使用。它在传统的TPMS中的每一个发射模块中加入了低频LF接收线路，使发射模块成为了RF/LF双向通讯模块。

　　通过低频LF信号，可以现场修改置于轮胎内部发射模块的功能和参数，也可以很方便的激励发射模块发送射频数据（识别码），从而完成“学习”的过程。 图2是一种将低频发射器（LF Trigger）和接收器通过车载总线连接起来的“总线式TPMS”的结构示意图。

　　英飞凌最近新推出的芯片SP30已将微控制器芯片和温度压力传感器集成在一起，并整合了LF低频唤醒电路。SP30的压力测量范围可达到1400Kpa，它还在原有SP12系列传感器的基础上进一步提高了压力的采样精度。SP30具有更高的系统集成度从而具有更低的系统功耗（静态电流 0.4μA）。由于内部集成了LF接口线路，SP30不需要额外的器件，仅用一个电容和电感就可以实现LF唤醒功能。

总线式TPMS具有优越的 性能

　　在总线式TPMS中，接收器成为了系统的唯一主动控制逻辑单元（Solo-master），而125kHz低频触发器和传感器模块则分别是直接受控逻辑单元（Directly Controlled Unit）和间接受控逻辑单元（Indirectly Controlled Unit），整个系统形成了一个结构很明确的分级控制系统（Multi-level System）。由于存在传感器模块通过射频信号和接收器之间的通讯，系统形成了良好的控制回路（Control Loop）。

极高的工作效率

　　这种系统中，系统的主要性能都由接收器来负责实现。置于车身的接收器模块可以很简单的掌握车辆现在的运行状况（启动、停止、加速、急刹车等），从而在不同的情况下按照实际情况的需要通过低频触发器来激活轮胎内的发射模块工作，系统可以自动调整动态响应性能来配合驾驶者的需要。而且，总线式TPMS发射模块的工作“效率”最高，虽然同样是采用电池供电，但是在停车时发射模块的功耗几乎是可以忽略的。

易于控制系统流程

　　设计者可以很好地掌握整个系统的控制流程和在任意时间中系统中每一个模块的状态。由于总线式TPMS中的每一个传感器模块的射频数据发射都是间接由接收器控制的，系统自身在射频通讯链路上就可以避免碰撞（Collision）。

　　此外在总线式TPMS系统中，来自传感器模块的射频数据可以认为是控制反馈信号（Control Feedback），所以，即便在受到外界射频信号干扰的情况下，接收器也可以通过对传感器模块发送控制指令，使其再次发送数据。所以，总线式TPMS理论上可以做到0%的误码率，从而彻底解决了TPMS中射频通讯丢帧的问题。

不需要“学习”过程

　　总线式TPMS是不需要“学习”过程，接收器可以在人为需要的时候自动激活发射模块发送识别码，完成“学习”。而且，总线式TPMS的控制性能完全由接收器模块而不是轮胎内部的传感器模块决定，这样最大限度地提高了系统的灵活性和可扩展性，理论上可以实现系统功能的不断升级。

下一代直接式TPMS

　　下一代的TPMS在不断提升系统性能的同时尽可能的简化系统的结构。下一代的TPMS最大的发展方向应该是“无电池方案”（Battery-less solution）。

　　目前已经有很多公司开始了对“无电池”方案的研究，其中绝大多数可以分成两个方向：车辆运动取能和被动感应。

　　车辆被动取能是指置于轮胎内部的发射模块将随轮胎旋转的动能装变为电能，为发射器自身的采样或者RF发射提供电源。

　　被动感应，也叫被动无电池（Passive Battery-less）。在被动感应TPMS中，用一个中央收发器（Central Transceiver）代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。这个收发器不但要接收信号而且要发射信号，安装在轮胎中的转发器（Transponder）（代替了发射器）接收来自中央收发器的信号，同时使用这个信号的能量来发射一个反馈信号到中央收发器上。

　　总之，随着电子技术的不断发展，TPMS将朝着更安全、更智能、更节能的方向发展。从长远来看，无电池的TPMS系统可望以其突出的优点成为未来TPMS发展的趋势。【陈长艺】