新国标促国内胎压监测市场快速升温 间接式助力行车安全将成主流

华强微电子2020-06-29 16:43:07



目前,我国已经通过《乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法》的国家强制性标准,这意味越来越多的新车将配置胎压监测,更重要的是,这一举措将促使胎压监测(TPMS)成为来来汽车电子的标配,大量存量车与改装车的存在为胎压监测行业提供了源源不断的市场需求,日后将会有越来越多的智能胎压产品出现在后装市场上。

TPMS强标次第推出  国内外市场差距明显

据统计,在高速公路上发生的严重交通事故70%均是由胎压问题引起的,在美国这一比例更是高达80%,时速160公里以上发生爆胎死亡率接近100%。截至2016年6月底,我国机动车保有量已达2.85亿辆,体量惊人,造成汽车爆胎的原因有以下7种:1、轮胎超期服役,磨损严重。2、经过多次补胎,存在严重的爆胎隐患。3、轮胎侧壁鼓包或存在伤痕、龟裂明显。4、胎压过高、过低。5、行驶时间长,轮胎内温度太高。6、长时间超速行驶导致胎压、胎温升高明显。7、行驶中压到大坑,石头等障碍物导致爆胎。上述7种爆胎隐患均能通过检测胎压直接或间接的反应出来。俗话说,看不见的危险才是最可怕的,而胎压就是这样一项很容易被大众忽略但又至关重要的安全隐患。


美国克林顿总统在自传中提到,其父亲在爆胎造成的车祸事件中不幸逝世,于是在其任职期间积极推动立法强制车辆安装胎压监测系统,并通过立法。紧接着,欧盟、日、韩等国家纷纷加入立法队列,通过强制性手段为大众提供一层额外保障。而我国尚存一定差距,虽然《乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法》标准在2016年已通过,但距离大众意识的形成以及整个市场的发展还有一定差距。

针对国内外不同现象,业内人士指出,美国被称为是车轮上的国家,汽车产业发展较为成熟,民众和政府对于TPMS在安全和环保方面的作用有充分的认知和共识,因此早在2007年就推出了强制性法规,此举也大大推动了TPMS的普及。而我国汽车产业由于起步较晚,产业链发展尚不成熟,因此各界对TPMS强标并不容易形成共识,从而制约了强标的推出时间。

胎牛总经理唐海波


胎牛总经理唐海波在接受《华强电子》采访时称,TPMS在中国的发展分为以下几个阶段:A、04-08年:技术攻关阶段;B、08-11年:技术成熟、应用创新、市场培育、售后培育阶段;C、11年-15年是发展阶段;D、16年进入快速发展阶段。

虽然TPMS在国内已历经近十年的发展,但进度却十分缓慢。深耕TPMS13年的深圳凯佑安防设备有限公司市场经理张伟通在接受本刊采访时告诉记者,目前由于日本、美国等国家出台一系列强制性安装政策,因此在前装市场都已有配备胎压监测,对于国内而言,胎压监测虽然成本并不高,但是国内意识还未完全起来,因此只有在中高端车型上作为一种标配。低配车型利润较低,如果将胎压监测也作为标配无疑会增加成本进一步降低利润。

由此可以看出,虽然TPMS在国内已有相当长的发展历程,但相对国外进展仍然较为缓慢,《乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法》政策的落地将成国内TPMS产业的最大推动力,随之而来的是广大车主爆胎安全意识的苏醒以及全产业链的快速跟进。

深圳凯佑安防设备有限公司市场经理张伟通


直接式TPMS性能更突出市场推动传感器端不断创新

TPMS对行车安全的主要作用是通过对轮胎气压和温度进行实时、自动地监测和报警,使司机及时采取措施,保持合适的轮胎气压行驶,从而预防爆胎、保障行车安全。除此之外,TPMS对降低燃油消耗,减少废气排放也具有重要的作用。因此某业内人士向本刊记者预测称,近年车主对TPMS的需求增加,加上产业链的推动,以及来自环境保护方面的压力,未来几年,在需求和强标的推动下,TPMS在中国市场将有一个极为快速的增长态势。

张伟通预测,2017年国内TPMS市场会火热一点,很多做行车记录仪的厂商会涌进来,然而由于很多都是代工厂商转换而来,没有自己的方案也没有自己的技术并且缺乏经验,势必会造成胎压监测产品及品牌的泛滥,市场会因此出现一些混杂现象。


胎压监测从实现方式上来看,主要有两种,一种是直接式TPMS,一种是间接式TPMS。间接式TPMS对技术要求较低,且现在国内应用最为广泛(国内前装市场更容易切入,因此基本都是间接式的TPMS,而后装的90%以上都是直接式的TPMS产品。),因此很有可能会成为跨行而来的厂商率先选择的产品。然而间接式TPMS由于从技术原理上存在本质缺陷,因此长远来看直接式TPMS将会成为保障行车安全的胎压监测主流产品。

“从全球范围来看,直接式胎压监测系统早在10年前就已经是主流了,坚持使用间接式胎压的是德系(大众、奔驰、宝马)品牌的车辆,然而在2013年德系几个品牌也都安装了直接式胎压,只是到现在他们出口到中国的车辆仍在采用间接式胎压(所以国内的高档进口车在胎压方面配置也非常低端)。”唐海波告诉记者。

间接式的原理是通过ABS测试出左右两边的轮胎转速差再通过转速差计算出气压差。所以间接式的只能知道轮胎的压力差,却无法知道每个轮胎的具体压力以及温度,甚至在轮胎转速比较低的情况下会出现压力差都测不出,轮胎打气不均匀的时候还经常会误报、当两个轮胎同时气压偏低或偏高的时候也没办法知道等多种现象。“然而国内一些开高端车的客户却把直接式胎压监测当成宝,这其实不仅非常低端而且安装意义并不大。”唐海波进一步补充道。


而直接式胎压则是通过显示器显示四个轮胎胎压值。这个胎压值对行车安全有多重要呢?张伟通通过一段亲身经历向记者做出解释:“有一次在高速路行驶,车胎被钉子扎到,胎压系统出现报警显示,胎压从正常的2.5一直下降到2.2,我根据胎压下降的速度以及到家的距离进行估算,在中途使用自备的充气筒充气后安全回家,胎压最后显示1.9。直接式的TPMS有胎压显示,这一显示就能够给我提供一个参考,判断胎压是否处在安全范围,对行车速度有一定控制,对行车距离也能有一定预估。”

直接式TPMS从大的方面分两部分:1.发射器部分(也叫传感器)和接收器部分(接收器又分为无线接收和显示报警部分)。发射器部分主要由压力传感器、温度传感器、加速度传感器、低频接收、高频发射、MCU、电池和天线等;2.接收器部分:无线接收模块,显示模块,声音报警模块,电源模块等。

其中发射器部分的压力传感器、温度传感器、加速度传感器、低频接收、高频发射、MCU等通常采用MEMS工艺集成以达到低功耗与小体积的作用。然而对于提高MEMS集成度的难点,某位不愿透露身份的业内人士强调,主要是复合型MEMS传感器芯片的设计和加工。复合型传感器芯片集成了多种传感器类型,而不同类型的传感器对于设计、工艺、制造参数等均有不同的要求,如何能够平衡不同的设计需求和工艺限制,达到特定的传感器指标是高集成度的难点,而这也是目前TPMS芯片厂商的技术核心所在,胎压监测芯片两大主流厂商英飞凌与飞思卡尔(被恩智浦收购后再与其一起并入高通旗下)均采用了这种工艺。

为直接测量车胎内的实时胎压,直接式的TPMS发射器连同电池一起安装于车胎内部。

除此之外,由于间接式TPMS经常工作在恶劣温度及压力等极端等条件下,因此要求TPMS具有相当高的精确度、稳定性以及抗干扰能力。精度问题主要由芯片厂商把控,目前大部分均直接采用上述提到的两家主流厂商的芯片,因此差距不大,由此PMS系统的稳定性就成了厂商的最大挑战。唐海波指出,TPMS传感器部分现在已高度集成,外围元件很少,但是要想把外围很少的几个元件做成熟也非常不容易。同时他提出这些原件都必须是车规级别(温度条件在-40-125度,振动条件满足车规要求)。


“有几个部件非常重要,如电池我们一定是只认可:索尼、松下、万胜三家,而且是这几个品牌生产的宽温电池(因为他们也生产普通温度的电池,CR2050这个封装目前是一定没有普通温度电池,只有宽温电池,因为这个规格的电池是随着TPMS产品而诞生的,因此也可以认为是TPMS专用电池)。”唐海波强调,电池的性能直接影响着产品的有效性和寿命,而普通温度的电池一般是在-20--60度,在低于应用温度会无法放电,高于应用温度时会快速自放电(在电池的极限高温条件下,哪怕是放在仓库内也会在1到2个小时内自己放完电),所以高温电池与普通温度的电池在成本上相差十几倍。

同时,唐海波进一步指出,目前TPMS厂商通过采用无品牌普通电池的方式虽然降低了厂家成本,但其本质在于成本转嫁,损害车主利益。唐海波解释称:“目前TPMS的传感器芯片已经非常节能,5年以上的使用寿命已经与电池容量完全没有关系了,如果使用2000mAh的普通温度电池最多也就是1年左右,车况不好的,可能几天就会消耗完,前装TPMS产品现在已经在使用200mAh的电池了。如果客户买了一套内置的胎压产品,用了1年左右或更短的时间就没有电了,需要再次拔轮胎换产品,就安装费就需要120元左右!”这是对消费者的不负责任。对此,唐海波强调,胎牛的研发团队经过了13年的应用改进,对胎压产品的参数,制造工艺,以及哪些元件是合格的,已经用时间和失败积累出无可比拟的经验,这其中包括采用太阳能接收器等。

由此可以看出,目前常规的直接式TPMS在电池电量耗尽后需重新更换整个TPMS模块,无疑增加了车主的使用成本。除胎牛的太阳能接收器方案外,张伟通表示,目前凯佑也自主研发了一款尺寸为69*32*30(单位mm)的可更换电池的胎压传感器NF+,并支持自主更换。

最后是行车记录仪等其他车载仪器仪表对胎压监测的干扰非常严重,因此需要在接收和发送端做一些软硬件的技术处理,这也是胎压监测厂商的技术门槛以及各个厂商核心所在。


新入者产品走向市场挑战不断  TPMS将成无人驾驶汽车的标配

对于2017年的新入TPMS的厂商来说,除上述直接式胎压监测技术以及原件选型上的挑战外,在面对全球客户时又有哪些挑战和机遇?

对此,张伟通颇有心得,他表示:“三年前凯佑的胎压监测主要做外销,主要出口国家包括欧美、韩国、泰国、马来西亚等,但是国内市场逐渐起量,大有赶超外销的趋势。”为紧跟这一市场变化,3年前凯佑便再将主要市场定位到国内,主要通过线上电商平台和线下代理分销两种渠道进行销售。

然而在面对国外市场时,张伟通强调,最大的技术挑战在于国内的胎压监测都是采用的FSK433.92MHz频率以及蓝牙的连接方式,但是在国外比如日本所采用的频率是315MHz,这些都需要技术上的支持。此外,不同国家对胎压监测系统的外观也会有所偏好,比如印度偏向颜色鲜艳型的,有些喜欢点烟式而非太阳能,而目前国内市场则更偏向太阳能。

伴随无人驾驶成为2017年汽车的一大重要发展方向,汽车胎压监测系统将会变得更简单。由于无人驾驶汽车具有自动识别功能,因此只需将胎压信号通过合适的方式传输给无人驾驶汽车的控制中心,由汽车自主判别胎压状态,因此目前胎压监测的显示功能将不再需要。

但在无人驾驶汽车上,轮胎仍是汽车行驶的关键部件,因此TPMS重要性不言而喻。唐海波表示,对于无人驾驶汽车来说,TPMS的作用将变得更加有意义,驾驶者完全不用关注每个轮胎的压力和温度。通过完全智能的方式,在轮胎有异常时无人驾驶汽车可以直接开到附近的服务点完成对轮胎的维护,这是一种完美的结合。

此外,TPMS的功能将变得更加多样化:提供更多的信息给ECU,以便ECU了解轮胎自身和路面的状况,以及V2X通信的需要。因此更加智能化、信息化的TPMS,也将成为无人驾驶汽车的关键系统。

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