爆胎預警系統硬件可靠性設計技術
加入技術交流群
實際應用中可以利用駕駛室內的控制模塊通過三維正交陣列天線(3個天線分別置于x，y和z方向)向各個輪胎方向發射125 kHz LF信號，信號觸發輪胎檢測模塊的LC諧振電路，從而喚醒處于休眠狀態的檢測端。在這一過程中，經過曼徹斯特編碼的串行數據通過LF驅動電路調制到低頻的載波，最后功率放大后由低頻天線發射出去，檢測端接收到低頻喚醒信號后，根據信號調理與譯碼所得指令，進行溫度壓力測量、數據轉換、射頻發射和休眠等操作。
文中設計的檢測端采用Freeseale公司的MPXY8300A傳感器，其自身已集成LF低頻喚醒電路。LF低頻喚醒發射端采用ATA5275芯片。低頻喚醒電路結構如圖3所示。此舉可通過減少工作時間來降低系統能耗，從而延長輪胎爆胎預警系統的工作時間。
3 輪胎檢測端射頻天線設計
由于汽車本身的電磁干擾嚴重，加之輪胎處于高速、高溫的工作環境，使天線設計成為TPMS系統穩定工作的前提條件。本文為了加強天線傳輸效率和減小發射端的體積，天線采用直接在PCB板制成的微帶天線，此系統選擇1／4波長單極印制天線。這種天線的最大特點是可以通過調節長度來適應不同的環境。系統選用頻率為433．92 MHz，天線用厚度h=1．6 mm FR4材料制作，電介質常數ε=4．4時，假設網絡匹配阻抗為50 Ω，根據天線尺寸公式(1)和(2)，得到1／4波長的天線寬度W=1．5 mm，長度L=9．72 cm。
品質因數是天線設計的重要參數，對于固定尺寸的天線，品質參數Q越高，輸出的功率就越大，但是天線的傳輸帶寬B卻與品質因數成反比關系，過高的品質因數會降低傳輸帶寬，影響數據信息的正確傳輸，本系統環形天線的品質因數由回路中的總電阻R，射線頻率f、環形天線的周長l決定，可表示為公式(3)：
文中的TPMS輪胎檢測端射頻發射電路集成到MPXY8300A芯片中，極大的減少了射頻電路的結構。MPXY8300A通過內部一個包含32個8位寄存器的RFX模塊來設置各項射頻發射參數，其存儲器映射結構如圖4所示。MCU將存儲在$10-$1F中的128位數據通過天線發射出去(315／433 MHz)。其電路原理圖及天線尺寸如圖5和圖6所示。
4 結束語
文中探討了輪胎爆胎預警系統大發展及應用，并針對硬件設計的穩定性在延長系統工作時間和天線設計2個方面進行了詳細的探討。提出了基于Freescale公司的MPXY8300A傳感器的輪胎檢測端內置傳感器外置電池、LF低頻喚醒和433MHz射頻天線設計3個方案。這些改進和傳統技術相比，在系統功能、實物尺寸和節能降耗上都有所改善，具有一定的實用價值。
評論