Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2006 №1

Микросхемы Philips для контроля давления в автомобильных шинах

Белов Святослав


По решению Национальной администрации по безопасности дорожного движения США с 2006 года в Америке все легковые автомобили будут оснащаться датчиками давления в шинах для повышения уровня безопасности и уменьшения количества аварий. Рынок с потенциальной емкостью 150 млн устройств в год пытаются захватить многие производители электроники, в том числе и Philips.

Система контроля давления вшинах (Tire Pressure Monitoring System) — современное устройство, которое позволяет сделать управление автомобилем еще более удобным, а главное, безопасным. Основой большинства систем TPMS являются четыре датчика, способных отслеживать давление в шине. Они устанавливаются внутри колес автомобиля и с помощью радиосигнала передают информацию для вывода на дисплей.

Есть и другая технология контроля давления в шинах — с помощью антипробуксовочной системы (ABS) измеряется количество вращений шины на километр по отношению к другим шинам. Если количество оборотов не совпадает, на приборной панели загорается лампочка. В основу работы этого метода положено сравнение угловых скоростей каждого колеса в режиме нормального движения. Предполагается, что угловая скорость вращения колеса со слабо накачанной шиной выше, чем угловая скорость нормально накачанной шины другого колеса той же оси из-за ее меньшего диаметра. Но у этого метода есть ряд ограничений. В частности, система не способна обнаружить разницу давлений менее 30%. Кроме того, при замене шины требуется дополнительная регулировка системы на основе повторного измерения динамических соотношений между всеми колесами. В результате возникает необходимость пожизненного обслуживания и периодической калибровки. Кроме того, система позволяет только сравнивать параметры колес и не может независимо оценить каждое колесо, поэтому невозможно обнаружить дефект в ситуации, когда, например, все четыре шины недостаточно накачаны, что довольно часто случается после длительного периода эксплуатации и пренебрежения осмотром.

Зачем нужен мониторинг давления в шинах?

Измерение и контроль давления в шинах нужны не только для обеспечения безопасности жизни водителя и пассажиров, но и для увеличения срока службы самих шин. Немногие знают, что 20% шин накачиваются почти на 40% ниже оптимального давления, а недостаточное давление может привести к следующим проблемам:

  • быстрый износ шин (шины изнашиваются быстрее на 10–15%, чем при оптимальном давлении);
  • аварии или аварийные ситуации (в США из-за изношенности шин происходит около 250 000 аварий в год);
  • увеличение расхода топлива.

С 2006 года в Америке все легковые автомобили будут оснащаться датчиками давления в шинах. Такое решение приняла Национальная администрация по безопасности дорожного движения США (NHTSA) для повышения уровня безопасности и уменьшения количества аварий.

По новым правилам, производители должны будут оснащать автомобили системой, которая сможет определять снижение давления в одной или нескольких шинах более чем на 25% от рекомендованного уровня. Правила вступят в силу уже с 1 сентября 2005 года. К 2008 году все новые четырехколесные средства передвижения весом 4535 кг и менее должны оснащаться датчиками давления. По оценкам Института дорожной безопасности, новые правила позволят сохранить около 120 жизней каждый год.

В связи со столь высокой значимостью поставленной задачи разработкой микросхем TPMS занялись ведущие производители электроники. Среди них можно выделить:

  • Atmel (ATA5756 для США и ATA5757 для Европы). Данные микросхемы отличает чрезвычайно малый потребляемый ток.
  • MAXIM (MAX7042). В данном случае производитель делает ставку на высокую чувствительность.

Также активно идут разработки микросхем для датчиков давления в шинах от Motorola, Infenion и Philips.

На разработках TPMS Philips мы остановимся подробнее.

Система TPM от Philips

Компания Philips Semiconductors предлагает решение для реализации датчиков давления в шинах — систему TPM (Tire Pressure Monitoring).

Четыре датчика-модуля, устанавливаемые в колеса, отслеживают не только давление внутри шины, но и температуру. Повышенная температура внутри шины может говорить как о недостаточности давления, так и неисправности тормозной системы (перегрев колодок, дисков или барабанов и, соответственно, всего колеса). Принцип крепления модуля см. на рис. 1.

Принцип крепления датчика на колес
Рис. 1. Принцип крепления датчика на колес

Информационный дисплей устанавливается на приборной панели, в наиболее удобном для водителя месте. Если показатели всех четырех шин находятся в норме, жидкокристаллическое табло дисплея отображает такое состояние зеленым цветом. Как только какой-то из параметров выходит за пределы максимально или минимально допустимого значения, на дисплее «проблемное» колесо отмечается красным цветом. В такой ситуации от водителя требуется своевременно отреагировать на сигнал тревоги и позаботиться о немедленной проверке состояния данного колеса.

Расположение управляющего блока с дисплеем и схематичное представление связи его с датчиками в колесах изображено на рис. 2.

Расположение управляющего блока
Рис. 2. Расположение управляющего блока

Модуль, устанавливающийся в колесо, состоит из двух частей (рис. 3):

  • микросхемы TPM Philips (Philips IC);
  • датчика (Sensor).
Модуль датчика TPMS
Рис. 3. Модуль датчика TPMS

В управляющем блоке применяется технология RKE (Remote Keyless Entry) и используются такие микросхемы Philips, как PCF7951 и PCF7943/41.

Почему Philips?

Philips на данный момент является одним из ведущих производителей микросхем ТРМS. Один из чипов Philips, используемый в системах TPMS — PCH7970. Этот чип с RISC-ядром способен обрабатывать данные с двух мультиплексируемых датчиков, используя встроенный высокоточный 12-разрядный АЦП. Это устройство работает от независимой батареи и имеет режим POWER DOWN, что позволяет минимизировать ток покоя.

Характеристики микросхемы PCH7970:

  • Два высокоточных входа датчика с программируемым коэффициентом усиления.
  • Оптимальное управление питанием с включением через порт или интерфейс 3D-LF.
  • 128 байт EEPROM; 128 байт RAM; 4 кбайт E-ROM; 4 кбайт ROM.
  • 32-битный уникальный ID.
  • Температурный датчик на кристалле и возможность выключения (защита от перегрева).
  • Цифровая коррекция данных сенсора программами из ПЗУ.
  • Программируемое определение разряда батареи (установка порогового напряжения).

Схема включения PCH7970 показана на рис. 4.

Схема включения PCH7970
Рис. 4. Схема включения PCH7970

Измерение температуры также необходимо, чтобы гарантировать долгосрочную точность и надежность TPMS. Контроль температуры позволяет системе компенсировать изменение давления из-за изменений температуры шин так же, как и температурную нестабильность самого датчика давления. Это облегчает блокировку системы в случае резкого повышения температуры. Хотя все TPMS строят в расчете на работу в автомобильном диапазоне температур (от –40 до +125 °C), резкий перегрев шин может возникать из-за высокой температуры диска тормоза или при езде в агрессивных условиях, когда поверхностная температура может достигать 900 °C. По этой причине некоторые системы включают в себя тепловую блокировку, в других системах допускается тепловой перегрев до 170 °C в течение 3–5 минут.

Обмен данными в TPMS

С передатчика управляющего блока на 4 модуля датчиков посылается «пробуждающий» сигнал и данные (если сделана соответствующая установка). В ответ на принимающую антенну с датчиков поступают:

  • значение давления;
  • температура;
  • заряд батареи.

Затем эти данные сравниваются с эталонными, и если есть отклонение от нормы, система отображает данное отклонение (рис. 5).

Обмен данными в TPMS
Рис. 5. Обмен данными в TPMS

Рыночная оценка TPMS

Как видно из графика спроса на TPMS (рис. 6), в 2005 году объем продаж достиг 50 млн устройств в год, причем, по прогнозам, должен увеличиться в 3 раза к 2010 году и составить 150 млн шт.

График спроса на TPMS
Рис. 6. График спроса на TPMS

Решение Апелляционного суда США от 6 августа 2003 года фактически делает обязательным для Америки использование метода прямого измерения давления во всех TPMS. Естественно ожидать, что благодаря массовому производству подобные системы будут использоваться на транспортных средствах и в других регионах. Таким образом, 25 миллионов автомобилей, выпускаемых каждый год автомобильными заводами Северной Америки и Европы, в большинстве своем будут оборудованы TPMS с прямым измерением давления. Япония и Корея также имеют большой контингент пользователей этой технологии, что приведет к мировой потребности в 120–150 млн устройств в год к 2010 году.

Что же касается российского рынка, то уже сейчас автовладельцы могут приобрести систему TPM и установить ее на своем автомобиле (такое удовольствие им обойдется приблизительно в $300). Примером данной системы является TPMS-4-01 от компании Park Master. Причем система контроля давления в шинах может быть установлена как на иномарку, так и на отечественную машину (например, уже сейчас TPMS может выбираться как опция при комплектации ВАЗ-2120).

Российские производители также постепенно начинают осваивать разработку и выпуск TPMS. Уже сейчас появились первые образцы отечественной системы TPM, однако российское законодательство не только отстает от западного, но и не успевает за развитием производителей. Однако есть надежда, что заметное увеличение спроса и интереса потребителей к инновациям в области комфорта и безопасности приведет не только к «опциональной» установке TPMS на отечественных автомобилях, но и приблизит то время, когда она станет обязательной.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке