迈来芯轮胎监测传感器解决方案在卡车运输行业的应用

作者：Ivan Zagan，迈来芯市场经理

全球范围内，鲜有行业能如公路运输这般影响深远。卡车和重型货车是几乎所有关键市场和供应链的命脉，推动着从食品、药品到燃料、电子元件等各类物品在全球范围内的流通。鉴于欧盟77%的内陆货运由卡车承担，提升现代运输车辆的效率、安全性和可靠性，对于汽车制造商和车队运营商而言至关重要。

这三大核心需求，加上全球向电动汽车转型以减少交通运输网络排放的趋势，正推动现代卡车向智能化和多功能化方向发展。从高级驾驶辅助系统（ADAS）到全自动驾驶卡车，这些创新旨在使运输网络更高效、更安全，减少事故发生。

为增强功能性和可靠性，现代卡车正采用更先进的数字和电子传感系统来监测各种参数，包括车道位置和车距。在这些功能中，轮胎监测系统尤为关键，因为轮胎的完整性直接关系到行车安全。胎压监测系统（TPMS）通过持续评估轮胎状况，对预防事故、提高燃油经济性及降低维护成本至关重要。

对于利润微薄且运营可靠性至关重要的卡车运输行业，轮胎监测传感器（TMS）的重要性。不言而喻。本文将探讨大型车辆运输网络的发展历程、对车辆设计的影响，以及迈来芯的解决方案如何提升车队运营商的安全性和效率。

轮胎监测传感器（TMS）

电动和自动驾驶卡车的关键助力

轮胎是重型车辆的关键故障点，尤其在长途运输中，突然爆胎或轮胎不均匀磨损会导致严重的运营延误和成本增加。据美国联邦汽车运输安全管理局（FMCSA）统计，轮胎故障导致的事故约占美国卡车事故的6%，每年约8000起。这凸显了有效轮胎监测的必要性，以降低风险并确保运营可靠性。

与乘用车电动汽车相比，重型车辆由于车轴数量更多、挂车整合、运行范围更广及车辆总重显著增加，对轮胎监测的需求更复杂。然而，行业向电动卡车的转型及自动驾驶卡车的出现，进一步加剧了轮胎管理方面的挑战。

对于电动汽车（EV）而言，电池增加的重量加大了卡车轮胎的负荷，加速了轮胎磨损并增加了轮胎故障的风险。TMS在管理这些压力方面发挥着关键作用，通过确保轮胎处于最佳气压状态，提高安全性，延长轮胎使用寿命，并通过降低滚动阻力提升车辆效率。这在电动汽车中尤为重要，因为节省的能量意味着车辆能行驶更远的距离。

自动驾驶卡车则增添了另一层复杂度。由于没有能够察觉轮胎问题的驾驶员，因此必须完全依赖集成电子系统来监测和应对车辆及道路状况。在这种情况下，TMS成为了一个至关重要的指标，为车辆的控制系统提供关键数据以确保安全运行。例如，一旦检测到轮胎故障，TMS可以与卡车的中央控制系统交互，采取诸如重新规划路线或紧急制动等必要措施。

传统的轮胎监测主要局限于气压测量。然而，完全自动驾驶汽车需要更详细的数据，以确保在长距离行驶和不可预测的驾驶条件下可靠运行。通过集成加速度计等辅助传感功能，自动驾驶汽车能够智能检测路面状况及轮胎负载，有助于识别超载或不平衡的车辆。

创新的轮胎监测传感器（TMS）技术

公路货运需求的增长正推动更智能、更互联的运输网络的发展。越来越多的车队运营商采用先进的远程信息处理和物联网技术来优化物流。智能TMS能够无缝融入这一环境，提供关键的轮胎数据，这些数据可以集成到车辆和车队管理系统中，实现预测性维护，减少停机时间，并提高整体运营效率。

此外，全球范围内有关轮胎安全的法规正日益严格。从2024年7月起，在欧洲销售的所有新卡车、拖车、客车和校车都必须配备胎压监测传感器（TPMS）并进行注册。未来，政府将对重型车辆，尤其是自动驾驶车辆进行越来越多的监管，以提高道路安全和环境质量。因此，汽车制造商将寻求超越传统TPMS的更智能的轮胎监测系统，但关键是要确保新技术易于集成和扩展。

迈来芯轮胎监测传感器解决方案

迈来芯在汽车行业创新方面有着悠久的历史，其半导体解决方案旨在满足车辆部署的严格要求。鉴于对更先进轮胎监测系统的需求不断增长，迈来芯开发了MLX91805——一种智能轮胎传感器，它在一个极其紧凑的4毫米×5毫米的系统级封装（SIP）设计中集成了多种传感功能。

高精度的压力传感元件是该设备的核心部件，能够实现高达1400千帕的精确压力测量，并确保卡车轮胎压力读数的可靠性。然而，与传统的TPMS传感器不同，迈来芯的智能传感器具备更广泛的功能，包括额外的温度和电压传感器，以及一个量程范围达800g的XZ双轴加速度计，其采样频率可达每秒10,000次。

在实际应用中，配备高精度加速度计能够实现有价值的轮胎变形测量。这些数据可用于识别轮胎不均匀磨损的迹象、确定何时需要进行维护以及估算轮胎接触面和车辆载荷分布情况（图1）。对于重型卡车的运营者来说，这些信息尤为重要，因为不均匀的货物重量可能会影响效率，甚至危及安全。此外，在自动驾驶车辆中，MLX91805提供的实时多传感器数据使复杂的控制系统能够检测轮胎状况、车辆载荷和道路状况，从而有助于主动监测轮胎健康状况和实现自动驾驶操作的自动调整。

可高频读取的加速度数据有助于计算轮胎的变形以及接触区域的变化情况

同时监测压力和温度还有助于更早地发现潜在问题，包括轮胎充气不足、过热以及机械故障（如轮胎旋转缓慢），从而避免轮胎过早磨损。对于重型电动卡车而言，有效地管理轮胎应力（考虑到车辆总重量）对于延长轮胎使用寿命和提高运营效率至关重要。

这款超低功耗传感器由一个集成的16位精简指令集微控制器（RISC）控制，采用定制的、经过压力密封处理的塑料DFN14封装形式。这使得该传感器能够在3.6V至1.8V的低电压范围内高效运行，睡眠电流低至90nA，有助于最大程度地延长电池使用寿命。通过嵌入式无线315/433MHz频段的射频发射器和125KHz低频收发器，确保了从轮胎内部到外部电子设备的稳定通信。再加上一些外部组件和电池，MLX91805设计为适用于卡车智能轮胎传感器应用的最优解决方案，具备高性能和快速上市的优势。

为了更好地为工程师们提供支持，迈来芯还推出了一个全面的参考设计板（RDB），该板基于经过认证的蓝牙低功耗（LE）收发器，并包含完整的硬件和软件设计参考，从印刷电路板到软件，涵盖低频/高频性能优化等内容。

这极大地加快了开发速度，使得能够在尽可能小的体积内打造出超低功耗的TMS解决方案，使主机厂能够满足商用重型车辆中强制性胎压监测的最新规定，同时支持新一代智能轮胎。

车队管理：提升洞察力以提高运营效率

除了在提升安全性和车辆性能方面发挥重要作用外，MLX91805还为车队运营商带来了其他的价值。实时获取详细轮胎数据使运营商能够实施预测性维护策略，减少意外停机时间，并延长轮胎的使用寿命。

通过尽早发现诸如异常磨损、充气不足或过热等问题，车队管理者能够为定期维护工作带来更高的智能化水平，从而避免昂贵的维修费用，并提高整体运营效率。这种前瞻性的方法不仅减少了车辆停机时间，还帮助车队降低了总拥有成本（TCO），这在竞争激烈的物流市场中是一个重要的考量因素。

该系统监测轮胎变形和载荷分布的能力还能够确保运输过程更加安全和高效。在重载运输中常见的不均匀载荷分布问题可以在出现更严重问题之前被识别并解决。此外，在自动驾驶卡车出现紧急情况（例如突然的轮胎压力下降）时，TMS可以立即通知车队管理人员并启动适当的应对措施。这可能包括派遣路边救援服务或将车辆引导至最近的服务地点，不论哪种方式，都能最大程度地减少干扰，帮助车队保持正常运行。

运输行业中TMS的未来

将智能TMS系统集成到运输车辆中是运输行业演变过程中一个几乎看不见但至关重要的一步。对于电动和自动驾驶卡车而言，TMS提供了确保安全、效率和可靠性的关键数据。

迈来芯的解决方案已被领先的汽车制造商在其自动驾驶车辆中所采用，这充分证明了其在向现代交通工具提供详细监测方面所具有的有效性。MLX91805以及其他类似传感器（如MLX91804）设计得极其紧凑且高效，因此非常适合集成到现有的和未来的车辆中，而不会增加额外的复杂性。

通过提供兼具精准性、高效性和可扩展性的解决方案，迈来芯正在助力推动行业向更安全、更高效的运营模式转变。随着卡车技术的不断发展，智能轮胎传感器（TMS）将在整个运输行业中继续发挥关键作用，以提升安全性、可靠性和运营水平。