胎压监测系统.doc

轮胎压力监测系统设计方案系别：机电工程系 专业：楼宇智能化工程技术班级：71091 姓名：李扬扬 学号：201007091016 指导老师：朴丽华 目 录一、 任务：近几年来，由于轮胎的质量问题，造成了超过100人死亡和400人受伤的事件，引起了汽车业的高度重视。据调查，每年75的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引起的。据公安部统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70是由于爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80。如何防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。据国家橡胶轮胎质量监督中心分析，保持标准的车胎气压和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键，而汽车轮胎压力监视系统将是预防爆胎的理想工具。由于轮胎压力变化通常是一个渐变的过程，即使由于异物刺破轮胎而导致的轮胎泄气也有一个持续过程，因此通过实时监测轮胎压力，并在轮胎压力出现异常后的第一时间报警，能够为驾驶员正确处理突发情况争取宝贵时间，从而保证行车的安全。二、 原理介绍目前，轮胎压力监测系统主要有两种解决方案，直接系统和间接系统。直接式轮胎压力监测系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器直接测量轮胎的气压，并对各轮胎气压进行显示及监控，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统会自动报警。间接式轮胎压力监测系统是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监控胎压的目的，该类型系统的主要缺点是：不能显示出各条轮胎准确的瞬时气压值；同一车轴或者同一侧车轮或者所有轮胎气压同时下降时不能报警；不能同时兼顾车速、检测精度等因素。很明显，直接传感系统更有效。直接式轮胎压力监控系统又分为主动式(active)和被动式(passive)两种。主动式系统是采用在硅基上利用MEMS工艺制作电容式或者压阻式压力传感器，将压力传感器安装在每个轮圈上，通过无线射频的方式将信号传送出去，安装在驾驶室里的无线接收装置接收到该压力敏感信号，经过一定的信号处理，显示出当前的轮胎压力。主动式技术的优点是，技术比较成熟，开发出来的模块可适用于各厂牌的轮胎，但缺点同样比较突出，其感应模块需要电池供电，因此存在系统使用寿命的问题。被动式轮胎压力监控系统的传感器是采用声表面波(SAW)来设计的，这种传感器通过射频电场产生一个声表面波，当这个声表面波通过压电衬底材料的表面时，就会产生变化，通过检测声表面波的这种变化，就可以知道轮胎压力的情况。虽然此技术不用电池供电，但是它需要将转发器整合到轮胎中，需各轮胎制造商建立共通的标准才有可能实施。三、 产品选择方案一：方案二：其中，压阻式压力传感器主要是利用半导体的压阻效应，把一个惠斯通电桥做在一个硅杯上，如图4所示。当硅杯受到压力后发生形变，惠斯通电桥的四个桥臂电阻就会发生变化，打破了电桥的电平衡，从而会有一个电信号的输出。温度传感器采用单电阻结构，在n型硅衬底上制作一个p型电阻。囚为p型注入电阻有一个正的温度系数，当温度发生变化时，电阻的阻值就会发生相应的变化。通过给电阻以电流源供电，就可以通过测量电阻上的电压来方案三：英飞凌的SP30 TPMS传感器几年之前已进入批量生产，迄今为止已销售了数百万套。随着市场不断要求更高的集成度和更低的系统成本，英飞凌将在2007年向亚太市场推出下一代产品SP35。SP35将集成车轮模块所需的感应功能和发射功能。这就意味着，MCU、传感器和射频发射器都被封装在一起。与现有的SP30加外部射频发射器集成电路（IC）解决方案相比，SP35系统解决方案将减少一个组件。我的方案：采用英飞凌的SP30 TPMS传感器，他的产品特性：1、采用传感器直接检测气压的方式，显示的数据非常准确； 2、同时显示各轮胎的气压或温度(可自己选择)，轮胎的状况一目了然； 3、轮胎气压的上下限及轮胎温度的上限可自由设定，超出设定的范围即报警； 4、万一发生爆胎，不需等气压降到设定的下限即可立即检测到并报警； 5、胎压传感器的电池可更换，大大延长了产品的使用寿命。四、 技术方案安装于轮胎内的感应器/发射器模组(简称传感器), 通过电桥式电子气压温度感应装置, 精确地感应, 测量每个轮胎内的气压, 温度, 并将气压, 温度信号转换为电信号, 再通过无线发射装置将信号发射传输到安装在驾驶室内的接收器上, 并以数字方式实时显示于显示器上, 当任何一个轮胎的气压, 温度超出所设定的正常区域值时，便通过声，光，电向驾驶者报警, 提醒。一般情况下，胎内测量模块由低频耦合天线(大面积的线圈)、专用微型芯片和高频发射天线组成。低频耦合天线从交变磁场中获得工作所需的能量，专用芯片负责测量压力和将压力信息转化为RF信号，高频发射天线将RF信号发射到空间。阅读器包含有接收器、控制器以及低频驱动电路、低频天线、高频接收天线。控制器通过低频天线向空间发射出供胎内测量电路使用的电磁波，发射磁场的一小部分磁力线穿过距阅读器天线线圈一定距离的轮胎内测量模块低频耦合天线线圈，通过感应，在低频耦合天线线圈上产生一个电压Ui，将其整流后作为胎内测量接收模块的电源。将一个电容与阅读器的天线线圈并联，电容器电容的选择依据是：它与天线线圈的电感一起，形成谐振频率与阅读器发射频率相符的并联振荡回路。该回路的谐振使得阅读器的天线线圈产生非常大的电流，这种方法也可用于产生供远距离应答器工作所需要的场强。胎内测量模块的低频耦合天线线圈和电容器构成振荡回路，调谐到阅读器的发射频率。通过该回路的谐振，应答器线圈上的电压达到最大值。这两个线圈上的结构也可以解释作变压器(变压器的耦合)，变压器的两个线圈之间只存在很弱的耦合，阅读器的天线线圈与胎内测量模块的低频耦合天线线圈之间的功率传输效率与工作频率f、应答器线圈的匝数n，被应答器线圈包围的面积A、两个线圈的相对角度以及它们之间的距离成比例。胎内测量模块获得能量工作后，将压力信息调制到RF信号发射出来，阅读器的高频接收天线接收到RF信号后，接收器将RF信号解调后将压力信号传给控制器，控制器将压力信号通过人机界面告知车主。五、 总结由于受到安装成本和中国消费者对汽车安全的