在汽車安全領(lǐng)域，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）是一種用來監(jiān)測輪胎氣壓參數(shù)，并在輪胎氣壓參數(shù)脫離合理范圍內(nèi)時(shí)能自動(dòng)報(bào)警的安全系統(tǒng)，在提升駕駛安全性、舒適性和能源利用效率等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

目前，汽車行業(yè)中的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）主要分為直接式TPMS和間接式TPMS。其中，直接式TPMS是現(xiàn)階段汽車行業(yè)中的主流技術(shù)路線，主要通過采用高靈敏度的微型無線傳感裝置來實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地采集每個(gè)輪胎的氣壓、溫度參數(shù)，并以可視化的數(shù)字面板顯示在汽車的儀表/中控屏上；當(dāng)監(jiān)測到胎壓數(shù)據(jù)異常時(shí)，此系統(tǒng)便會(huì)以蜂鳴或語音等形式提醒駕駛者。

數(shù)字氣壓傳感器，如何精準(zhǔn)感知汽車胎壓

眾所周知，當(dāng)汽車輪胎胎壓下降時(shí)，輪胎與地面接觸面積增大，摩擦力和滾動(dòng)阻力變大，汽車行駛需克服更大阻力，進(jìn)而導(dǎo)致油耗、電耗上升；而當(dāng)汽車輪胎胎壓上升時(shí)，輪胎與地面接觸面積減小，會(huì)降低抓地力并增加汽車制動(dòng)時(shí)的滑行距離，還可能引發(fā)爆胎事故；因此，讓汽車維持合適的胎壓不僅能增加汽車?yán)m(xù)航，還能降低安全事故的發(fā)生。

在直接式的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）中，數(shù)字氣壓傳感器是測量氣壓的核心感知器件，其通常與電池、SoC射頻發(fā)射芯片組合為TPMS發(fā)射模塊，并分別安裝在4個(gè)車輪的輪轂內(nèi)側(cè)，或者也可選擇與輪胎氣門嘴結(jié)合為一體，采用氣門嘴一體式內(nèi)置方案（OEM常用方案）。

一種直接式的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）示意圖

TPMS發(fā)射模塊會(huì)將數(shù)字氣壓傳感器測量到的數(shù)據(jù)及其模塊的電池電壓數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)無線上行傳輸至TPMS接收模塊中；駕駛者則可通過儀表/中控屏實(shí)時(shí)查看這些數(shù)據(jù)以得知輪胎目前狀況，當(dāng)某一個(gè)輪胎的溫度、壓力或電池電壓超過了報(bào)警閥值時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)準(zhǔn)確識(shí)別輪胎的位置，并在短時(shí)間內(nèi)發(fā)出圖形、聲音或文字等方式的低壓報(bào)警CAN信號(hào)。

數(shù)字氣壓傳感器，壓力感知的“智慧大腦”

值得一提的是，數(shù)字氣壓傳感器作為TPMS系統(tǒng)的核心感知器件，其不僅需要在復(fù)雜的汽車工況（如輪胎高速旋轉(zhuǎn)的離心力、惡劣的溫度波動(dòng)、震動(dòng)的行車環(huán)境、濕度與化學(xué)腐蝕等）下穩(wěn)定工作，還要具備微型化、低功耗與高精度等關(guān)鍵性能，以保障測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與長期可靠性。

例如，華普微自主研發(fā)的HPS700A就是一款帶高速I2C接口的高精度數(shù)字壓力傳感器，可同時(shí)提供實(shí)時(shí)、精確的溫度和壓力測量數(shù)據(jù)，且其壓力和溫度數(shù)據(jù)輸出由高分辨率24位ADC進(jìn)行數(shù)字化處理。此外，HPS700A內(nèi)部還集成了數(shù)據(jù)補(bǔ)償功能（通過專用算法進(jìn)行補(bǔ)償），可減少外部主機(jī)MCU系統(tǒng)的工作量。

HPS700A壓力測量的相對精度可達(dá)±1.5kPa，支持-40℃~85℃寬溫工作，量程為0~1600kPa，且其待機(jī)電流低至0.1μA，可極大地提升TPMS發(fā)射模塊的續(xù)航時(shí)間。

HPS700A在出廠前都針對溫度和壓力測量的靈敏度與偏移量進(jìn)行了單獨(dú)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)值存儲(chǔ)在片上128字節(jié)非易失性存儲(chǔ)器（NVM）中，正常情況下，用戶無需額外校準(zhǔn)。

HPS700A-指令集

值得一提的是，HPS700A還支持用戶主機(jī)通過高速I2C數(shù)字接口對寄存器進(jìn)行讀寫操作，以調(diào)整器件的測量精度與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間，使其能靈活適應(yīng)各種測量需求下的應(yīng)用場景。例如，通過向寄存器寫入ADC_CVT指令（010, 3-bit OSR, 2-bit CHNL），即可設(shè)置傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)類型（溫度或溫度與氣壓）及其內(nèi)部的OSR過采樣率。

當(dāng)3-bit OSR為000時(shí)，HPS700A過采樣率將被設(shè)置為4096；當(dāng)2-bit CHNL為00時(shí)，HPS700A將同時(shí)轉(zhuǎn)換壓力與溫度通道（即ADC會(huì)同時(shí)處理壓力和溫度的原始信號(hào)，生成對應(yīng)的數(shù)字輸出）。

注：OSR值越高（如4096），ADC對原始信號(hào)的采樣和平均次數(shù)越多，測量精度（分辨率）越高，但轉(zhuǎn)換時(shí)間和功耗也會(huì)增加。（更多細(xì)節(jié)請官網(wǎng)查閱HPS700A產(chǎn)品規(guī)格書）。

展望未來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)向智能化、網(wǎng)聯(lián)化加速轉(zhuǎn)型，數(shù)字氣壓傳感器作為TPMS胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中的核心感知器件，其技術(shù)發(fā)展方向?qū)⒏泳劢褂趶?qiáng)化多維度感知能力與智能化算法的深度融合，進(jìn)而推動(dòng)汽車安全監(jiān)測從單一胎壓參數(shù)檢測向多維度狀態(tài)評估演進(jìn)。