輪胎是舒適、安全和節油駕駛的基礎，但前提是--充氣適度。這看似簡單，但若沒有胎壓監測系統(TPMS)，駕駛只能自己估測，但通常這樣會無法獲得合適的胎壓。
基本上每個地區都採用經驗證的技術來監測胎壓，以提醒駕駛可能出現的隱患，各地政府也制定相關法規，要求汽車製造商在許多類別的車輛中配備TPMS。
胎壓合適不只涉及到輪胎氣壓是否達到製造商推薦的範圍，有些情況還可能會給駕駛帶來麻煩。
製造商推薦的氣壓是一種冷氣壓，讓在車輛停駛一個多小時後測量的胎壓，所測得的胎壓是由輪胎的承載能力決定；而在駕駛時胎壓會有所上升，當輪胎因駕駛而變熱時，不應下調胎壓測量結果來估計冷胎壓，即便大多數輪胎胎壓在駕駛時每平方英吋通常都會增加大約3∼5psi(20k∼35kPa)。
胎壓計通常測量外部環境壓力和輪胎內部壓力之間的差異(稱為表壓)。然而，胎壓會受海拔高度變化影響，舉例來說，在高海拔地區，冷胎壓合適的汽車行駛到較低海拔地區時，會產生氣壓不足，大約少3psi(20kPa)。同樣，在低海拔地區，冷胎壓合適的輪胎行駛到高海拔地區時氣壓會過高，大約高3psi(20kPa)。
季節性的溫度變化也是影響胎壓是否合適的因素。即使不考慮輪胎因長時間未工作而氣壓損失，在約32℃的夏天中設置冷氣壓，也比在氣溫約-18℃的冬天早晨設置減少大約16%。
減少汽車胎壓事故 TPMS安裝意識興起
因此若沒有TPMS，不檢查輪胎的駕駛經常會在某些情況下使用氣壓不正常的輪胎，因而有行車安全的顧慮。
據美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)估計，沒有TPMS時，每年有兩萬三千起涉及輪胎漏氣或爆胎的交通事故，其中五百三十五人死亡，而這兩類交通事故可能都是胎壓不合適造成的。
基於安全原因，美國政府頒布《運輸設備召回、改進、責任認定和文檔記錄法案(TREAD)》。做為TREAD法案的一部分，聯邦機動車輛安全標準(FMVSS 138)要求所有總重量等級達1萬磅或小批量製造的汽車、卡車和公共汽車自2008年後都必須安裝TPMS。
其他地區也意識到胎壓不正常所帶來的安全問題。在法國，Securite Routiere估計交通死亡事故中有9%是胎壓不足所引起。德國DEKRA估計與輪胎相關的問題占所有交通傷亡事故的比例約為41%，並指出，沒有TPMS，道路上75%車輛至少有一顆輪胎虧氣達3psi(20kPa)或以上。
氣壓合適的輪胎除了可以提高安全性外，還可以提高車輛的燃油經濟性。因此，許多地區都已要求或將要求安裝TPMS。表1為不同地區對TPMS的要求和實施時間。
法規的頒布進一步驅動TPMS的顯著增長。市調公司Frost and Sullivan預測，到2014年北美有38%的車輛將安裝TPMS；到2018年，歐洲安裝TPMS的在用汽車數量將增加到3,670萬輛。
TPMS規定的實施使得胎壓成為汽車壓力測試的一個重要部分。一般而言，汽車壓力測試包括歧管絕對壓力(MAP)、大氣絕對壓力(BAP)、氣囊壓力、制動壓力和HVAC壓力等。據IHS估計，到2015年TPMS將占汽車壓力感測器市場的25%以上。
氣壓合適的輪胎可減少爆胎、縮短煞車距離，並減少濕滑路面的打滑情況，提高車輛的整體可操控性。
TPMS檢測的首要任務是預防爆胎。氣壓不足的輪胎發熱更快，不能承載其所規定的負荷。這會造成輪胎過度曲撓，導致胎面分離和爆胎。如果不計輪胎受到道路損壞的影響，則其每月自然漏氣為1psi(6.9kPa)，85%的胎壓損耗是通過緩慢漏氣造成的。
氣壓不足加上高速和/或超載情況增加輪胎爆胎的風險。這種災難性事件可能使車輛突然衝向迎面而來的車輛或失去控制。即使駕駛控制了車輛，還是須要緊急更換輪胎。
至於在輪胎壓力超過額定最大值的極端情況才須要擔心氣壓過高。氣壓過高可能是輪胎充氣過多以及隨後因駕駛和陽光照射而發熱等綜合因素造成的。由於這些情況比較罕見，因此大多數TPMS並不會對氣壓過高的情況示警，然而，有些系統還是會對氣壓過高的情況發出警告。
胎壓正常除了有利於安全外，還有經濟上的考量，如歐洲標準就考慮到正常胎壓所提供的燃油經濟性，況且輪胎磨損增加和氣壓不合適造成的輪胎非正常磨損也會增加駕駛的擁有成本。
商業貨運行業依賴高燃油經濟性降低成本，證明胎壓正常具有經濟效益。固特異輪胎與橡膠公司進行的測試表明，15%的汽車和拖車輪胎氣壓不足，會造成輪胎比預期壽命縮短8%，燃料效率減少2.5%MPG。
由於重型牽引車/拖車可能有十八顆以上的輪胎，如果保持合適胎壓，每輛車在其幾10萬英里的壽命期內就可以節省數千美元的燃油費和輪胎維修成本。乘用車也能因胎壓正常而獲得這兩方面的收益。
直接式TPMS市占率高
機動車使用兩種胎壓監測技術--直接監測和間接監測。間接式TPMS使用在防鎖死煞車系統(ABS)中的速度感測器，比較輪胎之間的轉速差別來確定氣壓不足的情況。因為當某輪胎的氣壓不足時，其半徑將稍小於氣壓正常的輪胎，因此在汽車行駛時其轉速與氣壓正常的輪胎轉速不同。當系統檢測到氣壓不足的情況時，會向駕駛提出警告。
但間接系統的主要缺點是，無法檢測到由於空氣穿透橡膠造成所有輪胎均出現緩慢漏氣或側壁鋼圈邊緣或氣門出現微小漏氣的情況。如果所有輪胎漏氣速度基本相同，輪胎之間的轉速就不會有明顯變化。因此，間接系統對於「監測」胎壓就沒有用。但是，對於穿孔和爆胎等意想不到的漏氣，其監測效果還是相當好的。
除了要求車輛處於行駛狀態外，間接系統一般無法提供直接系統那樣的結果。而且，如果更換、調換輪胎或給輪胎重新充壓，使用者每次都必須重置系統。
與間接系統相反，直接式TPMS採用安裝在氣嘴或輪輞上或輪胎內的壓力感測器，為每個輪胎提供獨立的、頻繁的氣壓測量。這些測量資料被傳輸到汽車儀表盤，以通知駕駛。
由於FMVSS 138允許輪胎虧氣25%時提示時間最長可以延遲20分鐘，因此胎壓不足時有些系統可能會延遲幾分鐘報告。TPMS系統設計師利用這個規定盡可能減少資料傳輸，以延長電池使用時間。
市調機構Strategy Analytics表示，全球立法過嚴一直是間接系統面臨的挑戰，且吞噬其成本優勢。目前直接方法和間接方法的市場占有率約七比三。到2020年，全球生產的輕型汽車中預計80%以上會裝有TPMS。直接系統的全球占有率將為57%左右，間接系統約為24%。
目前市面上已出現了直接式胎壓監測單晶片解決方案，其整合壓力感測器、溫度感測器、加速度感測器、微控制器(MCU)、射頻(RF)發射器、低頻接收器(LFR)和軟體，可減少總體設計使用的元件量以及印刷電路板的尺寸，讓TPMS供應商無須增加額外元件成本，同時其小尺寸特性也使供應商有機會讓各種採用不同輪輞尺寸的車型使用同一種解決方案(圖1)。
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| 圖1 直接式胎壓監測單晶片架構 |
借助能量收集技術 TPMS電池壽命可望大增
目前，一級系統製造商已推出將TPMS與其他車輛系統整合的產品，如車輛穩定控制系統能夠利用TPMS提供的額外資訊，穩定控制需要感測器融合，從而將TPMS資料與其他車輛感測器的資料結合。另外，能量收集技術從輪胎的震動中提取電能，可以不用更換向每條輪胎的TPMS節點供電的電池，或顯著延長電池的使用壽命。
今天，TPMS資料以非常緩慢，長時間間隔進行傳輸，只用來確定胎壓是否降低。將胎壓資料整合到穩定控制中需要的資料量更大、傳輸更頻繁，會大大降低現有設計的電池壽命。借助能量收集，將實現更高的資料速率，而無須頻繁更換電池。因此目前已有半導體公司正探索TPMS中新興能量收集技術的實現。
雙軸加速度感測器和三軸加速度感測器通常用於消費電子品中進行運動檢測，然而，現今大多數胎壓監測系統使用單個加速度單元。雙軸加速度感測器的使用幾乎可滿足所有定位方案，而單軸加速度感測器則受其應用的限制。
採用雙軸加速度感測器，TPMS製造商可以識別輪胎位置，這一過程稱為定位。有些TPMS製造商可能需要三軸功能，舉例來說，中國的TPMS法規可能要求熄火時輪胎可以被跟蹤，以確定輪胎因為調換或某個問題從一個位置換到另一個位置時是否發生了變化。
值得注意的是，輪胎製造商正在努力開發無氣輪胎，在接下來的5∼10年，這些輪胎可能開始出現在生產車輛中，將極大程度地影響TPMS的安裝率。然而，在無氣輪胎普及前，汽車製造商仍將不得不依靠TPMS技術來保持充氣輪胎的正常氣壓。無氣輪胎也需要輪胎監測系統，以檢測施加給輪胎的壓力和負荷。
至於相關法規還正在修改當中，如現在有人提議在工業、科學和醫療(ISM)中使用比擁擠的434MHz更高的頻率。中國大陸或台灣有可能更改為835∼875MHz。
胎壓監測系統已被證明有助於提高汽車安全性、燃油經濟性，從而減少二氧化碳排放量。此外，系統還可減少輪胎磨損，使輪胎壽命更長；由於好處眾多，政府無需相關法規為購車者提供價值。然而，法規的存在正在全球各地不斷增加，並帶來額外的發展動力，提供了可預見的市場增長、促進TPMS供應商之間的激烈競爭。
(本文作者為飛思卡爾汽車及工業感測器亞太區市場及業務發展經理)