集成TPMS功能的电动汽车仪表盘设计解析

笔者为某电动汽车设计了一款集成TPMS功能的仪表盘，将TPMS接收器以子板的形式在仪表盘上实现，降低了独立安装的成本和不便，同时可方便安装和拆卸，以满足不同电动汽车配置的要求。根据TPMS、仪表盘的工作原理及其集成方式分析了系统结构、TPMS天线设计和仪表盘软件设计。采用SP37设计TPMS发射器，通过独特的天线设计解决了发射效率和使用寿命的问题，通过设计自适应控制算法解决了仪表盘指针平滑运转的问题。
　　仪表盘是一个多方位的汽车信息显示平台，它是驾驶员与汽车进行信息交流的窗口，电动汽车仪表盘是一种适应电动汽车电子化、数字化、信息化发展的高新技术产品，作为一个多信息显示平台，显示车速、档位状态、电机转速、电机状态、电池组状态等其他电动汽车特定的信息，同时实现电机故障报警、电池组低压、不均衡报警等功能。
　　TPMS（TirePressure Monitoring System）是汽车轮胎压力监视系统，用于在汽车行驶时对轮胎气压及温度进行实时自动监测，以保障行车安全，属于汽车主动安全部件。目前得到广泛应用的是直接式TPMS，它利用安装在每一个轮胎里的以锂电池为电源的压力传感器直接测量轮胎的气压，并通过无线电频率调制发射到安装在驾驶台的接收器及监视器上。由于汽车结构和内饰的限制，TPMS的接收器和监视器的安装位置成为一个比较困难的问题，目前有两种解决方案，一种是电池供电或汽车点烟器供电的独立接收器和监视器，一种是将接收器和监视器集成在导航仪或多功能内后视镜或仪表盘中。第一种方式由于安装位置不固定，在行驶时存在安全隐患，且会带来一定的成本问题，但由于独立性强，可以适用于各种车型；第二种方式安装位置固定，且能降低成本，但需要定制来满足集成要求，不具有适用性。
　　本文通过在仪表盘中以子板的形式集成TPMS接收器，在仪表盘上实现轮胎温压的接收，通过仪表盘LCD、LED及蜂鸣器进行轮胎温压的数据显示及报警，避免TPMS接收器和监视器的独立设计和安装。同时可根据不同车型的要求方便地加载或卸载TPMS接收器。
　　1系统结构
　　系统包括4个TPMS发射器和仪表盘两个部分，发射器的MEMS芯片是TPMS系统的核心，本方案采用英飞凌的SP37设计TPMS发射器，负责完成气压、温度、电量和加速度的检测，并通过无线调制将数据发送到接收器。信息的采集和显示是仪表盘的核心功能，其显示接口包括步进电机及其指针、LED、LCD和蜂鸣器，仪表盘以子板的形式集成TPMS接收器，在仪表盘上实现轮胎温压的接收，通过LCD、LED及蜂鸣器进行轮胎温压的数据显示及报警，避免TPMS接收器和监视器的独立设计和安装。当某轮胎的温度或压力低于一定阈值时可以通过LED和蜂鸣器声光报警，通过仪表盘上的模式按键可以查看4个轮胎的温度和压力值，同时可根据不同车型的不同要求方便地加载或卸载TPMS接收器。其系统结构如图1所示。
　　
　　图1 系统结构图