一、背景
在汽车的应用中，为了确保车辆安全驾驶，胎压监测系统（TPMS，Tire Pressure Monitoring System）作为车载安全系统之一被广泛应用，而随着具有更快加速度的新能源汽车的普及，为进一步提升整车的能量利用率，并减少对轮胎的磨损，胎压监测系统在此背景下的应用变得愈加重要。
二、原理及基本流程
当下被广泛应用于车载中的TPMS其原理通常是：在车辆启动后，通过轮胎内置传感器去检测轮胎内部的压力和温度，并通过无线信号将所采集数据发送至车内的接收单元，接收单元在收到数据后开始解析并分析数据，并与预设的标准值进行比较。若数据分析发现任何轮胎的压力低于设定的安全水平，控制单元将会通过仪表上的指示灯或其他方式向驾驶员发出警报，以帮助驾驶员及时发现轮胎问题，从而防止因轮胎压力异常而引发的安全事故。
图1 TPMS原理
三、常规TPMS组成
典型的TPMS通常包括以下几个关键部分：
1）胎压传感器：内置于每个轮胎内部或安装在气门嘴上，可用于测量轮胎内的气压和温度。
2）无线发射器：与胎压传感器集成，用于发送传感器所采集的相关数据。由于传感器与无线发射器所具备的功能仅为数据采集与传输，具有极低的功耗，因此其供电通常由小型电池供电（纽扣电池）。部分车型中，还可通过利用轮胎旋转产生的能量来为其充电，以确保更长久的使用时长。
3）控制单元：接收并处理来自传感器的数据。
4）界面显示：通过指示灯、文字提示灯方式向驾驶员显示胎压状态。
图2常规TPMS组成
四、新一代TPMS
随着新能源汽车电动化与智能化的推动，车载相关技术得到快速发展，又伴随着软件定义汽车概念逐渐兴起，在传统汽车中被广泛应用的、依赖于硬件的系统开始逐渐被软件所取代。同理而言，TPMS也正在朝着STPMS（Software-based Tire Pressure Monitoring System）方向发展。
4.1. STPMS工作原理
如上述，STPMS不再依赖于轮胎内的物理传感器，而是利用车辆现有的感知系统数据，并通过利用车辆动态模型，结合车速、加速度、转向角度、环境条件等因素，再采用智能算法去推断轮胎的实时压力状态。
4.2.关键数据应用
1）轮速传感器数据：当轮胎的压力不足时，由于车身重量的作用会使得它的直径减小，这将导致在相同转速下车辆所行驶的距离变短，从而与其他轮胎的轮速产生差异，因此可通过各个轮胎的轮速差异来检测潜在的胎压变化。
2）加速度数据：胎压的变化会影响车辆的动态响应，因此可结合车辆在加速、减速、转弯等工况下的动态信息去判断胎压状态。
3）方向盘角度传感器数据：当轮胎压力不足时，车辆的操控特性会发生改变，特别是在转向时，因此方向盘的角度变化可以用来辅助判断轮胎的状态。
4）车辆载荷信息：当车辆的负载发生变化时，将会影响轮胎的变形程度，从而影响对压力的感知。在实际应用中，可通过座椅传感器、悬挂系统等获取车辆载荷信息，并通过与标准胎压下的数据对比，来判断胎压是否处于正常状态。
5）ABS数据：轮胎压力的变化会影响车辆的制动距离，通过监测ABS介入的频率和强度，可以间接判断轮胎的状态。
6）ESP数据：ESP能够检测到车辆在加速、减速以及转向时的动态响应变化。
7）其他数据：如环境、定位、道路信息等数据。
4.3.数据融合
通过多源数据建立车辆动态模型，并通过系统训练以识别特定胎压状态下的车辆行为模式，并在车辆运行中，从各传感器数据中出与胎压相关的特征数据，再将当前胎压数据与已知的正常胎压模式进行匹配，以确定当前胎压是否处于安全范围内。
如通过车辆载荷的变化，结合悬挂系统传感器所检测到的与地面距离的关系，再将该数据与正常胎压、同样载荷状态下的底盘与地面的垂直距离进行比较，可帮助系统推断轮胎是否处于正常压力状态。
在STPMS的方案中，由于准确地测量轮胎压力并不是直接通过测量压力值来实现的，而是通过分析车辆动态特性以及其它相关数据来间接推测轮胎的压力状态。因此单一传感器所提供的信息通常不足以准确判断真实的胎压状态，所以在此方案下，需融合多传感器数据，通过不同维度分析来提高系统判断的准确度。
图3 STPMS架构示意
五、优劣势
5.1.优势
与TPMS相比，STPMS方案由于在车载应用中无需再在每个轮胎内安装专用的无线传感器，而是使用现有的车辆感知系统，因此其生产和后期维护成本都相对更低，同时也更有利于整车实现高集成的电子电气架构。
以软件算法为主要应用的方案下，对于系统的更新与迭代都更加容易，且故障维护也更为简单，此方向更加契合软件定义汽车的时代背景。
5.2.劣势
由于STPMS方案是通过车辆动态数据去推算胎压状态，这相对于直接测量的TPMS方案而言，在技术尚未成熟的早期市场中，其精度及准确性可能稍差些。同时受到车辆实时运行环境的影响，为适应不同的车辆环境，STPMS需要更为复杂的算法作为支撑，这将要求控制单元具有更高的数据处理能力和更为智能的算法要求。另外，在车辆首次匹配或更换轮胎时，为确保数据精度，需进行系统初始化设置，以校准必要的参数。
六、市场应用
在当下汽车市场中，STPMS已经陆续在部分车型中得到应用。基于当下技术背景及成本考虑，STPMS方案更适用于那些对成本敏感且更希望通过软件定义功能来减少硬件复杂性，从而提升整车开发灵活性主机厂。
来源：觉知汽车
