TPMS轮胎感测系统提高了汽车安全性能

在整体的行车安全上，轮胎扮演十分关键角色，所以在车辆电子化控制的观念下，如何在轮胎上利用传感器来确保安全性越来越受业内人士关注，胎压监测系统（TPMS）也随之出现。

TPMS是针对轮胎气压与温度进行监控，为了防止因为轮胎气压降低，导致车身出现不平衡，而有可能产生事故与危险，当出现胎压不足时，TPMS就会主动的告知驾驶者。

TPMS的观念与应用从1985年开始出现，初期只有应用在保时捷959等高级车种上，随后则陆续导入应用在卡车及大型车辆上。

从2000年开始TPMS被广泛关注。由于当时福特汽车在新车上使用“Firestone”的轮胎，因为轮胎的问题而出现一连串的交通事故，根据统计因为事故造成驾驶或乘客死亡的件数超过100件以上，引起了美国主导交通安全的NHTSA的注意，进而开始讨论这一方面的防范措施，于2005年定案了“TPMS FMVSS No.138”，规定了轮胎气压的量测方法。使得TPMS的观念逐渐被车厂加入新开发的车种上。

这个规范强制从2007年9月开始，在美国当地市场所有销售的车辆都必须配备有TPMS的功能，所以，根据美国的新车市场规模，仅仅在美国当地，预估在2008年TPMS系统市场就可达到6,400万套。由于法案的规范，使得各大车厂及车用零组件业者也积极投入相关技术的开发。

图1 除美国外地区TPMS市场规模预测

一般来说，轮胎气压目前有两种检测的方式，直接式检测与间接式检测。直接式检测的方法是，利用压力传感器来检测轮胎气压，而间接式则是统计车上4个轮胎的运转数，计算轮胎运转所产生的气压变化而达到胎压监测的目的。

不过，在方向盘转动时，会造成轮胎角度的偏转，使得轮胎的内环与外环转动的距离出现差异，就必须考虑这一方面的误差，利用高频率的校正来克服这个问题。与直接式检测相比较，虽然间接式检测的系统较为简单，但却需要相当复杂与高功能的运算能力。

因为未来的市场需求，尤其对于轮胎业者来说，更是关注这一方面的技术。日本横滨轮胎为了适应这一市场的到来，发展出了新一代的轮胎监测观念。日本横滨轮胎所开发出的新技术和直接式检测与间接式检测方法不同的是：利用3轴速度计算的观念作为系统的基础。

图2 当车辆有了各种数据可以进行分析之后，仍旧必须依赖及整合其它的系统，来确保车体行驶的安全。

图3 利用压力传感器来检测轮胎气压。

横滨轮胎在压力感测模块中，内建了采用MEMS技术生产的3轴加速度传感器。利用轴加速度传感器，检测出轮胎与方向盘间的相关变化，此外更进一步取得轮胎在行驶于道路上的震动与偏滑等各项资料。

然后再将这些包括震动、偏滑、轮胎转向、方向盘操作等数据做一整合与分析后，将最终结果传送至ESP（Electric Stability Program）系统进行高精准的车辆姿态校正控制。

对于高速运动下的车体与轮胎加速度变化，3轴加速度传感器最大的承受重力加速度为1,000G，例如，一般16英寸的轮胎在行驶中，当行车速度达到160公里/小时定速行驶时，轮胎所承受的重力加速度就达到了350G。

因此以这样的情况，整体系统最少必须达到能承受500G以上的重力加速度，再加上，由于轮胎业者必须考虑各种驾驶使用情况，包括时速高于200公里的行驶情况，所以横滨轮胎将系统设计可承受重力加速度为1,000G也就不足为奇了。

使用3轴加速度传感器的目的，是为了检测来自轮胎转向、离心力与横向偏滑运动的相关数据。轮胎的转向大约会出现约±1G的正弦波振幅，离心力的变化是取决于车辆行驶的速度，所以需要更宽广的动态变化范围，而横向偏滑运动则是来自于方向盘的转动操作，取得的数据约为数个赫兹，虽然变化的幅度相当的小，但是对于整个系统来说，这却是相当重要且不可或缺的数据。

其实对于轮胎的监控与安全校正系统来说，如果仅仅只是分析车体的变化，还是相当不足的，因为在行驶中发生事故，有相当多的因素是来自于行驶环境变化，所以还必须把路况的资料一并整合进行分析。

例如，车辆是有可能在达到时速200公里高速行驶的情况下，需要在行驶湿滑路面与恶劣路面行驶时，也能够因为整体系统的作用来确保行车的安全，此外，包括路面高低落差等等都是相当重要。

当车辆有了各种数据可以进行分析后，仍旧必须依赖及整合其它的系统，来确保车体行驶的安全。而横滨轮胎的ESP系统就是担负着这样的工作，当系统接受到由3轴加速度传感器所传来的讯号，判断车辆是在恶劣环境下行驶，或即将出现失控状态时，就会利用ABS系统来对四个转动轮胎进行程度不一的煞车控制，以确保车体是维持在平衡运动的状态下。