TPMS传感器技术简介.ppt

TPMS简介,1.TPMS是什么？,TPMS是“TirePressureMonitoringSystem（轮胎气压检测系统）”的英文缩写,它是用来监测汽车驾驶中的视角盲区轮胎压力和温度的一种监测系统。,2.TPMS实物图片,TPMS发射机,TPMS显示器（数值显示）,TPMS显示器（警报灯）,TPMS功能介绍,汽车轮胎气压监测系统（TPMS）是一项提高汽车主动安全性的新技术。它运用了最新的汽车电子技术、传感器技术、无线发射和接收技术等。在汽车行驶过程中，只有时刻保持轮胎在标准压力下使用，才能尽可能的避免爆胎事故发生。TPMS能实时监测所有轮胎的气压，对气压过低、气压过高、以及快速漏气等异常状态及时发出报警，提示驾驶员及时处理有效排除了爆胎事故的隐患；并能降低整车的油耗，延长轮胎的寿命，对于提高汽车安全性及经济性具有较大贡献。,TPMS功能介绍,开机报警系统上电开始显示，如有故障时指明轮胎位置并报警（关机自检间隔每小时1次）欠压报警功能3.4bar当一个或多个轮胎的胎压值高于欠压报警值3.4bar，系统运行状态下，TPMS在6秒内发出高压报警信号，并指明欠压轮胎的位置胎温过高报警85当一个或多个轮胎的胎温值高于报警值85，系统运行状态下，TPMS在6秒内发出高温报警信号，并指明高温轮胎的位置。快速漏气报警当一个或多个轮胎气压值大于漏气速率0.3bar/min,系统运行状态下，TPMS在1分钟内发出快速漏气报警信号，并指明漏气轮胎的位置。故障报警功能系统运行状态下，系统自检，发现故障时在10分钟内发出报警信号。实时显示轮胎压力值系统运行状态下，TPMS能够实时显示每个轮胎的压力值信息。,TPMS的意义,TPMS出现的背景高速公路的速度和便利，拉近了地域距离，改善了人们的生活方式。但是随之而来的高速公路恶性交通事故却令人震惊。据2002年美国汽车工程师学会调查，全美平均每年有26万起交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的；而在高速公路上发生的交通事故有70%是由于爆胎引起的；此外，每年75%的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引起的。统计表明：交通意外增加的主要原因是高速行驶中因轮胎故障引起的爆胎。另据统计，在中国，46%的高速公路交通事故是由于轮胎故障引起的，这其中仅爆胎一项就占事故总量的70%。在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是杀伤力最大也是最难预防的事故隐患，是突发性交通事故发生的重要原因。如何解决轮胎故障、怎样防止爆胎，已成为全球关注的首要问题。在这种大背景下，TPMS应运而生，它的面世，具有重大意义！,TPMS作用TPMS（轮胎压力监测系统）的作用是在汽车行驶过程中对轮胎气压进行实时自动监测，并对轮胎漏气、低气压及其他车胎异常问题进行报警，以确保行车安全。这是一种事前通知，能让驾驶员实时了解爱车的车胎状况，在出现安全问题前发现并解决安全隐患。,汽车安装TPMS带来的好处,通过安装TPMS，可以非常有效地监视胎压，对上述问题的改善大有帮助!,TPMS简单分类,TPMS可简单分为直接式、间接式、复合式三种,间接式（Wheel-SpeedBasedTPMS，简称WSB），这种系统是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监测胎压的目的。ABS通过轮速传感器来确定车轮是否抱死，从而决定是否启动防抱死系统。当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，这就会导致车速发生变化，这种变化即可用于触发警报系统来向司机发出警告。属于事后被动型，这种间接式TPMS作为前驱，已经渐渐被淘汰。,直接式（Pressure-SensorBasedTPMS，简称PSB），这种系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的系统，然后对各轮胎气压数据进行显示。当轮胎气压太低或漏气时，系统会自动报警。属于事前主动防御性，这种直接式TPMS为现在的主流产品。,复合式TPMS，它兼有上述两个系统的优点，它在两个互相成对角的轮胎内装备直接传感器，并装备一个4轮间接系统。与全部使用直接系统相比，这种复合式系统可以降低成本，克服间接系统不能检测出多个轮胎同时出现气压过低的缺点。但是，它仍然不能像直接系统那样提供所有4个轮胎内实际压力的实时数据。,TPMS各个类型的优缺点,直接式：（目前流行）在每个轮胎内安装电子式气压传感器，通过无线发射接收实现气压监测。优点：反应快、准确、直观。间接式：（已经淘汰）利用ABS系统的轮速传感器，通过理论计算判断轮速差，进而判断某个轮胎缺气。缺点：静止时不能监测、动态反应时间长达20分钟、四轮同时缺气不能报警、不能显示轮胎气压值、误报率高（高速）。其它技术方案：（技术不成熟，没有批量验证）无源直接式：为解决电池寿命问题采用感应发电或振动发电来驱动传感器和无线发射。直接间接混合式：在间接式的某个轮胎中加装一电子式的传感器。机械传感直接式：在每个轮胎中安装机械式的气压传感器，设定触发气压。,9,TPMS方式比較,由比较可以看出，直接式精度、可靠度高，是发展的大趋势，也是往后我们讨论的重点。,10,在汽车上安装TPMS（直接式）,每个车轮上都安装上一个TPMS发射机，采用气门安装。其具体结构见下图。,通过使用车身两侧的信号发送装置，TPMS可以接收信号来把对应的车胎位置确定，信号接收器接收来自TPMS发出的数据将各胎的胎压用数值表示出来。,雷克萨斯GS上使用,TPMS发射机,接收机,发射机,11,在汽车上安装TPMS实物,我社的TPMS产品,本田公司向（B2H）日产公司向（B2N）,日产公司向,丰田公司向,丰田公司向,丰田公司向,丰田公司向,生产中,停产（除了生产些补给品）,我社作为日本国内唯一的TPMS发射机生产商，将努力提高产品小型化、低成本化、高信度式样的确立，并追求更进一步的扩大和发展。,产品介绍视频,RF射频天线,Xtal(水晶振荡器),LF低频天线,锂电池,传感器集成电路,灌封,保护电路部分，防水防尘,电池驱动整个回路TPMS专门为了对应严酷的工作环境对电池进行了开发,发射电波信号,水晶振荡器产生振荡频率,接收来自外部向接收机的信号,内置集成了压力传感器、重力加速度传感器、的TPMS电路板,13,C型,TPMS发射机的组成部分,14,TPMS发射机,基板,外壳,气门,锂电池,灌封,振荡器,锡焊,天线,MCU,LF,RF,传感器,气压传感器,温度传感器,电量传感器,加速度传感器,TPMS发射机一般组成结构细分。,LF检测传感器,工作原理,TPMS气门,返回,传感器和气门嘴采用分离式设计，可以拆开（在换气门嘴和轮毂的时候只需要拆掉气门嘴就OK了）。气门嘴内壁没有螺纹，安装时采用专用工具攻出螺纹，连接非常紧密。（汽车轮胎高速旋转时会产生很大的离心力，用螺丝钉容易松动挥着脱落。）气门嘴、气门芯必须具备高品质，高可靠性，其密封性要求非常高，同时也要具备耐腐蚀，耐潮湿等等特点。,TPMS锂电池,返回,汽车制造商要求直接TPMS的电池能维持至少4年以上。电池必须重量轻，体积小，电量大，且工作温度必须为40到125。由于这些限制，电池往往选择的是钮扣式电池而不是大号电池。电池选用一次锂电池，在选用的一次锂电池中大体分为三种：高温锂锰电池，聚氟化碳电池，锂亚电池。在这三种电池中，锂亚电池方案最为成熟，国内外生产企业大约有30家，型号齐全。聚氟化碳电池只有日本松下一家公司生产，高温锂锰电池只有瑞士一家公司生产。我社采用的是松下生产的聚氟化碳电池，使用年限大约为10年。将来如何解决TPMS发射机的无电源化，是研究的课题。,TPMS外壳,返回,外壳选用高强度的ABS材料，确保耐腐蚀、不易变形，能对内部的传感器等电子元件起到保护作用。对于框体的设计有大致以下要求：可以承受汽车高速行驶时带来的高重力加速度有限元计算小型化，轻量化,TPMS灌封,返回,对于TPMS发射模块的电讯组件，灌封胶的选取原则是：1.防止水气、尘埃等进入壳体内部，起密封作用；2.对射频性能影响较小（介电常数较小）3.与壳体、电路板紧密粘接，并耐机械振动与冲击；4.将发射模块工作时产生的热量导入外界，起导热作用；5.温度范围较大，能耐高低温；6.耐腐蚀；7.比重小；8.性价比高,所谓灌封胶，即应用于印刷电路或其它电子基材的薄层，厚度一般为几密耳或几微米，可以提供机械和环境的保护作用，从而显著延长元器件和电路的使用寿命。,振荡器,返回,晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。晶体振荡器给单片机正常工作提供稳定的时钟信号,锡焊,返回,锡焊是利用低熔点的金属焊料加热熔化后，渗入并充填金属件连接处间隙的焊接方法。因焊料常为锡基合金，故名。常用烙铁作加热工具。广泛用于电子工业中。大体上，可以分共晶软锡料和无铅锡料2种。背景：无铅化锡焊有许多种，作为车载用抗疲劳的观点出发，可以使用的材料是锡-银-铜系合金。,锡（Sn）和铅（Pb）的合金熔点是183延展性好因为铅的特性，合金有柔软性，但是同时铅是有毒物质。,共晶软锡料,无铅锡料,不含铅，比如采用锡、银、铜的合金熔点比共晶软锡料高，比如217延展性不如共晶软锡料因为不含铅，所以无毒，对环境影响也较小。,我社采用的都是无铅锡料。,天线,返回,天线的性能将直接影响数据传输的质量，它是汽车轮胎监测传感器发射功率提升的重要因素。由于轮胎压力传感器安装在轮胎内，受到车身、天线运动等对性能的影响，安装在轮胎内部的天线，必须考虑小型化设计，常规的天线尺寸一定不能满足要求。,发射器,反射器,1/波长,波长单一天线,波长套筒接地元件,环形天线,TPMS的发射机，由于空间等条件限制，采用环形天线,MCU（微控制单元）,返回,MCU上主要集成了下图的传感器。这些功能单元使得TPMS传感器不仅能实时检测汽车开动中的轮胎压力和胎内温度的变化，而且还能实现汽车移动即时开机、自动唤醒、省电等功能。电源管理器确保了系统的低功耗。,ASIC：ApplicationSpecificIntegratedCircuit（特定用途集成电路）MEMS：Microelectromechanicalsystem（微电子机械系统）,LF(低频）、RF（射频）,返回,RF：射频（RadioFrequency），频率在300KHz300GHz之间的电磁波。这种电磁波具有远距离信号传输的能力，在无线通信领域被广泛运用。LF：低频（LowFrequency），频率在30Hz300KHz之间的电磁波，这种电磁波绕射（衍射）能力比较强，多见于长波通信中。,目前的TPMS广泛使用“低频唤醒技术”，在中央监视器上继承了LF发送模块，它利用LF低频信号的近场效应，通过近距离对相应轮胎发出LF信号，单独触发对应轮胎的胎压遥控测量模块，然后被触发的胎压遥测模块将身份识别码通过RF发射。接收模块RF接收得到相应轮胎胎压遥测模块的身份识别码，从而自动确定轮胎位置。,UHFRx,LFTx,UHFTx,MCU,传感器元件（sensormodule）,中控显示屏（centralmonitor）,UHFresponse,LF信号,24,将LF唤醒技术运用到发射模块中,