在整體的行車安全上，輪胎扮演十分關(guān)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(yè)內(nèi)人士關(guān)注，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）也隨之出現(xiàn)。
TPMS是針對輪胎氣壓與溫度進(jìn)行監(jiān)控，為了防止因?yàn)檩喬鈮航档?，?dǎo)致車身出現(xiàn)不平衡，而有可能產(chǎn)生事故與危險(xiǎn)， 當(dāng)出現(xiàn)胎壓不足時，TPMS就會主動的告知駕駛者。
TPMS的觀念與應(yīng)用從1985年開始出現(xiàn)，初期只有應(yīng)用在保時捷959等高級車種上，隨后則陸續(xù)導(dǎo)入應(yīng)用在卡車及大型車輛上。
從2000年開始TPMS被廣泛關(guān)注。由于當(dāng)時福特汽車在新車上使用“Firestone”的輪胎，因?yàn)檩喬サ膯栴}而出現(xiàn)一連串的交通事故，根據(jù)統(tǒng)計(jì)因?yàn)槭鹿试斐神{駛或乘客死亡的件數(shù)超過100件以上，引起了美國主導(dǎo)交通安全的NHTSA的注意，進(jìn)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(guī)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(fā)的車種上。
這個規(guī)范強(qiáng)制從2007年9月開始，在美國當(dāng)?shù)厥袌鏊袖N售的車輛都必須配備有TPMS的功能，所以，根據(jù)美國的新車市場規(guī)模，僅僅在美國當(dāng)?shù)?，預(yù)估在2008年TPMS系統(tǒng)市場就可達(dá)到6,400萬套。由于法案的規(guī)范，使得各大車廠及車用零組件業(yè)者也積極投入相關(guān)技術(shù)的開發(fā)。
圖1 除美國外地區(qū)TPMS市場規(guī)模預(yù)測
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(tǒng)計(jì)車上4個輪胎的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)，計(jì)算輪胎運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的氣壓變化而達(dá)到胎壓監(jiān)測的目的。
不過，在方向盤轉(zhuǎn)動時，會造成輪胎角度的偏轉(zhuǎn)，使得輪胎的內(nèi)環(huán)與外環(huán)轉(zhuǎn)動的距離出現(xiàn)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(tǒng)較為簡單，但卻需要相當(dāng)復(fù)雜與高功能的運(yùn)算能力。
因?yàn)槲磥淼氖袌鲂枨螅绕鋵τ谳喬I(yè)者來說，更是關(guān)注這一方面的技術(shù)。日本橫濱輪胎為了適應(yīng)這一市場的到來，發(fā)展出了新一代的輪胎監(jiān)測觀念。日本橫濱輪胎所開發(fā)出的新技術(shù)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(jì)算的觀念作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
圖2 當(dāng)車輛有了各種數(shù)據(jù)可以進(jìn)行分析之后，仍舊必須依賴及整合其它的系統(tǒng)，來確保車體行駛的安全。
圖3 利用壓力傳感器來檢測輪胎氣壓
橫濱輪胎在壓力感測模塊中，內(nèi)建了采用MEMS技術(shù)生產(chǎn)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(guān)變化，此外更進(jìn)一步取得輪胎在行駛于道路上的震動與偏滑等各項(xiàng)資料。
然后再將這些包括震動、偏滑、輪胎轉(zhuǎn)向、方向盤操作等數(shù)據(jù)做一整合與分析后，將最終結(jié)果傳送至ESP（Electric Stability Program）系統(tǒng)進(jìn)行高精準(zhǔn)的車輛姿態(tài)校正控制。
對于高速運(yùn)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(dāng)行車速度達(dá)到160公里/小時定速行駛時，輪胎所承受的重力加速度就達(dá)到了350G。
因此以這樣的情況，整體系統(tǒng)最少必須達(dá)到能承受500G以上的重力加速度，再加上，由于輪胎業(yè)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(tǒng)設(shè)計(jì)可承受重力加速度為1,000G也就不足為奇了。
表1 安全行車相關(guān)感測器市場規(guī)模預(yù)測
使用3軸加速度傳感器的目的，是為了檢測來自輪胎轉(zhuǎn)向、離心力與橫向偏滑運(yùn)動的相關(guān)數(shù)據(jù)。輪胎的轉(zhuǎn)向大約會出現(xiàn)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(tài)變化范圍，而橫向偏滑運(yùn)動則是來自于方向盤的轉(zhuǎn)動操作，取得的數(shù)據(jù)約為數(shù)個赫茲，雖然變化的幅度相當(dāng)?shù)男?，但是對于整個系統(tǒng)來說，這卻是相當(dāng)重要且不可或缺的數(shù)據(jù)。
其實(shí)對于輪胎的監(jiān)控與安全校正系統(tǒng)來說，如果僅僅只是分析車體的變化，還是相當(dāng)不足的，因?yàn)樵谛旭傊邪l(fā)生事故，有相當(dāng)多的因素是來自于行駛環(huán)境變化，所以還必須把路況的資料一并整合進(jìn)行分析。
例如，車輛是有可能在達(dá)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?yàn)檎w系統(tǒng)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(dāng)重要。
當(dāng)車輛有了各種數(shù)據(jù)可以進(jìn)行分析后，仍舊必須依賴及整合其它的系統(tǒng)，來確保車體行駛的安全。而橫濱輪胎的ESP系統(tǒng)就是擔(dān)負(fù)著這樣的工作，當(dāng)系統(tǒng)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(huán)境下行駛，或即將出現(xiàn)失控狀態(tài)時，就會利用ABS系統(tǒng)來對四個轉(zhuǎn)動輪胎進(jìn)行程度不一的煞車控制，以確保車體是維持在平衡運(yùn)動的狀態(tài)下。
圖4 利用ABS系統(tǒng)來對四個轉(zhuǎn)動輪胎進(jìn)行程度不一的剎車控制，確保車體是維持在平衡運(yùn)動的狀態(tài)。
就整體來說，因?yàn)楦鞣矫嫦到y(tǒng)都能夠得到行駛狀況的資料，將反應(yīng)時間再往前提早0.5秒，來發(fā)揮各系統(tǒng)最大的能力來確保行車的安全性。
（轉(zhuǎn)載）
