红火的胎压监测系统市场
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2006-02-07 00:00
前言:
轮胎于车子就如同鞋子于人,都肩负着满足人们对于更舒适“行走”的期待。当鞋子脏污、破损时,都会上鞋油,修补鞋以其在走路时能够洁亮且更愉悦。然驾驶者却常忽视车子惟一接触地面的轮胎保养,轮胎胎压若异常,轻者造成行车不便,严重者便爆胎,使驾乘者处于危险状态。胎压监测系统让轮胎在出现异常胎压时,可及早警示,将事故消弭于萌芽阶段,确保快快乐乐出门、平平安安回家。最近几年,原不受重视的胎压监测系统,因2000年的BridgeStone事件,促使美国政府开始拟定相关法案。也因为如此,成为各家厂家急速推动的产品。未来几年内,不论是市场需求或受重视的程度,胎压监测系统都将凌驾于大部分的车用电子产品之上。
保持适当胎压的重要性
全球轮胎制造巨擘Bridgestone/Firestone汽车轮胎集团在2000年8月宣布,公司将自愿回收650万条装配于FORD生产的SUV车上的轮胎。因为不断有事故报告指出Bridgestone/Firestone的轮胎在胎压不足的使用状态下,高速行驶时轮胎表面会发生剥落,导致爆胎。爆胎后因两边胎速不同,重心会出现严重倾斜,而造成车辆翻覆的意外。这场事件不仅令福特和FIRESTONE两家大厂的营收剧烈下滑,面临官司缠身,而且根据美国国家高速公路交通安全局(National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA)统计,相关连的车祸事故中造成174人死亡、700余人受伤。为了避免类似事件再发生,NHTSA规定自2006年11月后,所有新车必须搭载胎压传感器(Tire Pressure Monitoring System, TPMS),实时向驾驶者反映胎压不足的情况。
胎压不足时
保持适当的胎压是行车安全中最重要的一环,而所有会造成爆胎的因素中,胎压不足当为首要原因。通常车厂会在车主手册中或是车上醒目之处,或是轮胎制造商会在轮胎胎壁上,标示正常的胎压值,单位是磅/平方英寸(psi)。尽管轮胎十分气密,但驾驶人的使用习惯,外在环境的温度和车体的重量皆会让轮胎产生自然泄气的情况。当胎压不足时,轮胎与路面的接触面积会增加,磨擦力更大,降低煞车性能,并且加重引擎负荷,燃料的消耗比率也随之增加。胎面中间也会稍微凹下,使胎面两侧异常磨耗,如图1左所示,进而缩短轮胎的使用寿命,增加爆胎的危机。突然爆胎,可能会完全失控。在路边换轮胎,如果是在治安不良的地区,或是天候不佳时,危险性其实也是相当大的。
胎压过高时
发生胎压不足的机会远比胎压过高来的多,而且较为危险,但也不能忽略掉胎压过高所引发的危害。胎压过高会让胎面中间凸出,如图1右所示,因此与地面的接触面积减少,所承受的压力相对提高,当行驶经过突起物,轮胎内没有足够空间吸收震动,连带影响乘坐舒适性及损害悬吊系统,还曝落于爆胎的危险之中。
保持适当的胎压除了可避免悲剧的发生外,在平时驾驶时,还关系到行车的安全性和舒适性,对车辆油耗及轮胎的使用寿命也有直接的影响等。
胎压监测系统的种类
正确的胎压会使胎面纹路与地面以最大面积完全接触,此时轮胎的抓地力最大,引擎动力得以完全发挥,燃料的消耗比率也最佳。但是,根据NHTSA统计,每四条在轿车上的轮胎或是每3条的卡车轮胎中,就有1条轮胎的胎压明显不足。虽说交通规则手册中建议每一个月要检查一次胎压,但是多数车主不想低头、弯腰、弄脏手,利用随身式胎压计检测胎压,加上目测并不能很精准判断出胎压不足的程度,如图2所示。因此,胎压监测系统主要目的则是侦测胎压,当胎压异常时,警告驾驶人,避免意外发生。
目前装置于车辆上的胎压监测系统则有间接式胎压监测系统和直接式胎压监测系统。
间接式胎压监测系统 (Indirect Tire Pressure Monitoring System)
间接式胎压监测系统透过防死锁刹车系统(Anti-Brake System, ABS)上的速度传感器来判定各条轮胎的胎压。车辆行驶时,当其中一条轮胎的胎压较低时,车辆的重量会使该轮胎直径缩小,车轮之间的转动次数自然会有差别,经过计算后,将触动警报系统,向驾驶者提出警告。
间接式胎压感测系统与ABS共享同传感器和感测信号,不必添加额外的硬件装置,所以只需调整车内计算机的软件,便可获得胎压异常的警示信息。因此开发时间和成本较低。然而,间接式TPMS会传递错误警告信息,甚至不会出现警告信息。
间接式胎压感测系统是利用ABS系统收集比较各车轮转速的方式,判定轮胎的胎压是否过低。因此,如果要使用间接式胎压监测系统,前提是车辆必须有ABS系统。加上,会影响轮胎转速的因素,除了胎压异常所导致外,行驶的路面也是主要原因。像是行驶于雪地或湿滑路面时,空转会使某一轮胎的旋转次数大幅提高,或者是当车子高速转弯时,车胎的抓地力已经无法负荷过弯时的离心力,外侧轮胎与内侧轮胎的转动次数便有明显差异。这些情况便会出现错误警告信息。另外,当四条轮胎的胎压同时下降,系统便失去判定的准则,警告信息自然就不会出现。间接式胎压监测系统受到最多争议的就是侦测功能仅在车辆行驶中才能发挥作用,因此对备胎或当车辆停滞时,便无法判断。
直接式胎压监测系统 (Direct Tire Pressure Monitoring System)
直接式胎压监测系统尚未有一个国际标准规格,不过,基本上都需感测传输器(sensor/Transmitter unit)、接收天线(Antenna)、接收器(Receiver)和监视器(Display),如图3所示。
大部分系统是将气压感测与传输模块装在一种特殊金属制的气阀上,通过安装在每一个轮胎气孔上的感测传输器,将所测量的胎压数据,透过无线方式发送到接收天线,显示在监视器。如果轮胎被刺破,胎压快速降低时,直接式胎压监测系统能提供立即的警示。甚至,有些系统可让驾驶人直接从行车计算机上检视4条轮胎的实时胎压数据,随时了解各轮胎的胎压状况。
为了进一步提高系统的可靠性,这套系统在设计上也添加防呆措施。随着电子技术应用的范围趋大,车内上将会装置更多的感测传输器,因此当传输胎压数据时,同时也会传输一组辨别码,防止系统接收错误信息。另一方面,当系统出现问题,譬如无法收到信号或是电池没电时,驾驶者也可从监视器上得知。
传统的直接式胎压监测系统必须依赖电池提供电力,惟电池的使用寿命,在严峻车用环境下的信赖度,废弃电池所产生的环境伤害等问题,促使各家厂家发展无电池式胎压监测系统(Batteryless Tire Pressure Monitoring System)。
与德国IQ-mobil公司在签订独家技术合约后,日本ALPS电气公司领先全球预计于2006年正式量产无电池式胎压监测系统。这套系统与传统的直接式胎压监测系统不同之处在于电源感测传输器被无线电收发两用机(transceiver)取代,及接收器被发射机应答器(transponder)取代,如图4所示。
除了不需电池外,无线电收发两用机的重量仅6g,较电源感测传输器减轻25%,而且工作温度范围可在-40℃~150℃内,比传统式高出50℃左右。测量次数也多出600倍,每秒约为10次。最主要的是,ALPS电气的无电池式胎压监测系统因采用2.4 GHz的ISM (Industrial, Scientific, Medical)公用带宽,利于全球化发展。
更安全的轮胎
即使胎压监测系统显示胎压异常,大多驾驶人认为,只要汽车还能够行驶,通常不会立刻处理。所以胎压监测系统并不能完全解除爆胎的危机,因此衍生出低压安全胎(run-flat tire) 和智能型胎压控制系统(The Tire Intelligent Pressure Management System)。
低压安全胎(Run-Flat Tire)
低压安全胎,又称为防爆胎,基本概念就是如何让轮胎在没有胎压的情况下,也能以时速80km/hr~90km/hr行驶80km以上。许多车厂都已生产这种低压安全胎,一般是使用非常坚韧的材料作轮胎胎壁,爆胎的话仍然可以靠胎壁来支撑,轮胎不会立刻变形扁掉。但是因这种轮胎较硬,行驶不平陆面时无法有效吸收震荡,舒适性大打折扣。而且因为低压安全胎泄气后,外观也不会有太大差异,加上操纵性也不会立即改变,因此驾驶者不易察觉异常胎压,此时更需要加装胎压监测系统。
米其林轮胎改良传统低压安全胎的问题,研发出PAX系统,由4个元件组成,分别是以两端卡钳固定胎唇和钢圈的扁平轮胎、强化胶质内环带、一体式钢圈、和胎压自动侦测器。轮胎胎壁不再是支撑车体的重量,所以可使用一般轮胎的材料,提升行驶舒适性。但是,PAX系统不能与其它轮圈兼容,必须更换整组轮胎和轮圈。目前此套系统还处于市场推广阶段,尚未在售后服务市场销售,而且仅有少数车款配备。
智能型胎压控制系统(The Tire Intelligent Pressure Management System, TIPM)
智能型胎压控制系统进一步加强传统胎压监视系统功能,现由米其林轮胎与TRW汽车电子、SKF车用电子部门和Wabco公司合力研发中,此系统预定于2005年上市。TIPM除了具有胎压监视功能外,也将融入空气压缩机。空气压缩机会根据胎压默认值,适时地自动为轮胎加气或泄气,让车辆在任何天候、速度、路况,都可行驶更安全、更舒适。
TIPM省去驾驶者检查胎压,为轮胎打气的麻烦。一个令人担心的是,驾驶者可能会过度依赖TIPM,忽略掉检查胎纹磨损的习惯,轮胎寿命和操控性也会因而减低。
胎压监测系统的市场
自发生Bridgestone/Firestone事件后,NHTSA于2000年根据美国国会所通过的交通运输工具召回效率、责任和纪录法(Transportation Recall Enhancement, Accountability,and Documentation Act , TREAD),在2002年6月制定联邦机动车辆安全标准第138号(Federal Motor Vehicle Safety Standard, FMVSS No. 138),要求毛重(Gross Weight)低于1,000磅(4,536kg)的车辆必须装置胎压监测系统。此系统只要能在:当一条以上的轮胎胎压低于厂家或法定建议值的25%,或是当其中一条轮胎的胎压低于厂家或法定建议值的30%,其中一种情况发生时,警告驾驶者即可。不过遭到美国管理与预算办公室(Office of Management and Budget,OMB)的驳回,理由是TREAD Act要求胎压监测系统需能同时侦测四条轮胎的胎压,不仅是单独一条轮胎的胎压而已。于是,NHTSA提出更严峻的提案,并且载明现今间接式胎压监测系统的技术无法符合长期目标,最新的决定详表1。
此一安全标准不仅引爆胎压监测系统在美国的需求,同此也带动全球消费者与车厂更深一层的认识,让沉睡已久的市场被猛力摇醒。拓墣产研认为全球在2005年对胎压监测系统的的约需2,300万组,到2008年前至少每年还会增长30%以上,而且2008年全球出货量将会突破1亿套,达1.08亿组,详图5。
当然,未来几年内,受惠于法规要求,主要的市场将是在美国,但一般预料,如欧洲对于环境保护采取越来越严格的法规时,很有可能也会要求车厂将可降低车辆油耗及提高轮胎使用寿命的胎压监测系统列为新车标准配备。目前在欧洲和日本,胎压监测系统是豪华车款与国民车性能区隔的车用电子产品之一。
胎压监测系统供应商
主要供应商简介
如此高成长的市场,加上技术门坎不高,自然吸引众多厂家的目光。不过,能通过车厂的严格标准,成为合格系统供应商不多,主要竞争者如表2所列。从表2可以发现,此市场的参予者背景各有千秋:有年营业额超过百亿美金的汽车零部件集团,如:Contiental AG、Johnson Controls, Inc.、Robert Bosch GmbH和Simens VDO Automotive Corp.;有专注于胎压监测系统制造及研发的厂家,如:Entire Solution, LLC、Schrader Electronics Ltd.和SmarTire System, Inc.;有从其它电子零部件跨足的厂家,如:Beru AG和Pacific Industrial Co., Ltd.等。
供应商竞争力比较
进一步从技术面和业务面剖析各供应商的竞争力。以技术面来看,除了Robert Bosch GmbH是挟着本身在ABS系统耕耘已久的经验而以提供间接式胎压系统为主外,其它厂家都具备制造直接式的能力,并且被多数车厂采用。而下一代系统,也就是无电池直接式胎压监测系统,尚未有任何车厂使用的实绩,仅见于售服市场。目前有芬兰的Nokian Tire、日本的Alps Electronics、德国的Siemens VDO Automotive Corp和加拿大的SmarTire System Inc.宣称已完成开发。国际车厂中,主要是采用Schrader Electronics Ltd的产品,各供应商的产品组合与客户详表3。
结语
相信大部分车主都明了轮胎的功能,也十分清楚它的重要性,然而,对于保持适当的轮胎胎压的观念并不普及。甚至有很多人是等到发生了意外之后,才意识到原来对胎压这个小小数值的忽视程度。所以,这市场的火热,强心针就是美国政府的影响;倘若欠缺法规的支持,美国之外的地区将增长有限。
此外,目前普遍见于汽车的安全系统,如ABS、安全气囊等,均属“被动”型,也就是在事故发生后才会启动保护人身和汽车的安全措施。而胎压监视系统则属于“主动”型安全警示系统。然而不管是间接式或是直接式胎压监视系统,都只是站在一个提醒的角色,并不是解决爆胎的最终方案,能够在低胎压甚至零胎压的状态下仍然安全行驶的轮胎才可彻底解决爆胎所带来的灾害。平时,若驾驶者能将检视轮胎视为习惯,不过度依赖科技,爆胎的机率将会降低,真正达到行车安全的目的。