TPMS傳感器技術(shù)簡介解析.ppt

1、TPMS簡介,1.TPMS是什么？,TPMS是“Tire Pressure Monitoring System（輪胎氣壓檢測系統(tǒng)）”的英文縮寫,它是用來監(jiān)測汽車駕駛中的視角盲區(qū)輪胎壓力和溫度的一種監(jiān)測系統(tǒng)。,2.TPMS實(shí)物圖片,TPMS發(fā)射機(jī),TPMS顯示器（數(shù)值顯示）,TPMS顯示器（警報燈）,TPMS功能介紹,汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）是一項(xiàng)提高汽車主動安全性的新技術(shù)。它運(yùn)用了最新的汽車電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線發(fā)射和接收技術(shù)等。在汽車行駛過程中，只有時刻保持輪胎在標(biāo)準(zhǔn)壓力下使用，才能盡可能的避免爆胎事故發(fā)生。TPMS能實(shí)時監(jiān)測所有輪胎的氣壓，對氣壓過低、氣壓過高、以及快速漏氣等異

2、常狀態(tài)及時發(fā)出報警，提示駕駛員及時處理有效排除了爆胎事故的隱患；并能降低整車的油耗，延長輪胎的壽命，對于提高汽車安全性及經(jīng)濟(jì)性具有較大貢獻(xiàn)。,TPMS功能介紹,開機(jī)報警 系統(tǒng)上電開始顯示，如有故障時指明輪胎位置并報警（關(guān)機(jī)自檢間隔每小時1次） 欠壓報警功能 3.4 bar 當(dāng)一個或多個輪胎的胎壓值高于欠壓報警值3.4bar，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，TPMS在6秒內(nèi)發(fā)出高壓報警信號，并指明欠壓輪胎的位置 胎溫過高報警 85 當(dāng)一個或多個輪胎的胎溫值高于報警值85，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，TPMS在6秒內(nèi)發(fā)出高溫報警信號，并指明高溫輪胎的位置。 快速漏氣報警 當(dāng)一個或多個輪胎氣壓值大于漏氣速率0.3bar/min

3、, 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，TPMS在1分鐘內(nèi)發(fā)出快速漏氣報警信號，并指明漏氣輪胎的位置。 故障報警功能 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)自檢，發(fā)現(xiàn)故障時在10分鐘內(nèi)發(fā)出報警信號。 實(shí)時顯示輪胎壓力值 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，TPMS能夠?qū)崟r顯示每個輪胎的壓力值信息。,TPMS的意義,TPMS出現(xiàn)的背景 高速公路的速度和便利，拉近了地域距離，改善了人們的生活方式。但是隨之而來的高速公路惡性交通事故卻令人震驚。據(jù)2002年美國汽車工程師學(xué)會調(diào)查，全美平均每年有26萬起交通事故是由于輪胎氣壓低或滲漏造成的；而在高速公路上發(fā)生的交通事故有70%是由于爆胎引起的；此外，每年75%的輪胎故障是由于輪胎滲漏或充氣不足引起的。統(tǒng)計(jì)表明

4、：交通意外增加的主要原因是高速行駛中因輪胎故障引起的爆胎。另據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國，46%的高速公路交通事故是由于輪胎故障引起的，這其中僅爆胎一項(xiàng)就占事故總量的70%。在汽車的高速行駛過程中，輪胎故障是殺傷力最大也是最難預(yù)防的事故隱患，是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。如何解決輪胎故障、怎樣防止爆胎，已成為全球關(guān)注的首要問題。 在這種大背景下，TPMS應(yīng)運(yùn)而生，它的面世，具有重大意義！,TPMS作用 TPMS （輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)）的作用是在汽車行駛過程中對輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時自動監(jiān)測，并對輪胎漏氣、低氣壓及其他車胎異常問題進(jìn)行報警，以確保行車安全。這是一種事前通知，能讓駕駛員實(shí)時了解愛車的車胎狀況，在出現(xiàn)安

5、全問題前發(fā)現(xiàn)并解決安全隱患。,汽車安裝TPMS帶來的好處,通過安裝TPMS，可以非常有效地監(jiān)視胎壓，對上述問題的改善大有幫助!,TPMS簡單分類,TPMS可簡單分為直接式、間接式、復(fù)合式三種,間接式（Wheel-Speed Based TPMS，簡稱WSB），這種系統(tǒng)是通過汽車ABS 系統(tǒng)的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別，以達(dá)到監(jiān)測胎壓的目的。ABS通過輪速傳感器來確定車輪是否抱死，從而決定是否啟動防抱死系統(tǒng)。當(dāng)輪胎壓力降低時，車輛的重量會使輪胎直徑變小，這就會導(dǎo)致車速發(fā)生變化，這種變化即可用于觸發(fā)警報系統(tǒng)來向司機(jī)發(fā)出警告。屬于事后被動型，這種間接式TPMS作為前驅(qū)，已經(jīng)漸漸被淘汰。,直接

6、式（Pressure-Sensor Based TPMS，簡稱PSB），這種系統(tǒng)是利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，利用無線發(fā)射器將壓力信息從輪胎內(nèi)部發(fā)送到中央接收器模塊上的系統(tǒng)，然后對各輪胎氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。當(dāng)輪胎氣壓太低或漏氣時，系統(tǒng)會自動報警。屬于事前主動防御性，這種直接式TPMS為現(xiàn)在的主流產(chǎn)品。,復(fù)合式TPMS，它兼有上述兩個系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，它在兩個互相成對角的輪胎內(nèi)裝備直接傳感器，并裝備一個4輪間接系統(tǒng)。與全部使用直接系統(tǒng)相比，這種復(fù)合式系統(tǒng)可以降低成本，克服間接系統(tǒng)不能檢測出多個輪胎同時出現(xiàn)氣壓過低的缺點(diǎn)。但是，它仍然不能像直接系統(tǒng)那樣提供所有4個輪胎內(nèi)實(shí)際壓力

7、的實(shí)時數(shù)據(jù)。,TPMS各個類型的優(yōu)缺點(diǎn),直接式：（目前流行） 在每個輪胎內(nèi)安裝電子式氣壓傳感器，通過無線發(fā)射接收實(shí)現(xiàn)氣壓監(jiān)測。 優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)快、準(zhǔn)確、直觀。 間接式 ：（已經(jīng)淘汰） 利用ABS系統(tǒng)的輪速傳感器，通過理論計(jì)算判斷輪速差，進(jìn)而判斷某個輪胎缺氣。 缺點(diǎn)：靜止時不能監(jiān)測、動態(tài)反應(yīng)時間長達(dá)20分鐘、四輪同時缺氣不能報警、不能顯示 輪胎氣壓值、誤報率高（高速）。 其它技術(shù)方案：（技術(shù)不成熟，沒有批量驗(yàn)證） 無源直接式：為解決電池壽命問題采用感應(yīng)發(fā)電或振動發(fā)電來驅(qū)動傳感器和無線發(fā)射。 直接間接混合式：在間接式的某個輪胎中加裝一電子式的傳感器。 機(jī)械傳感直接式：在每個輪胎中安裝機(jī)械式的氣壓傳感器

8、，設(shè)定觸發(fā)氣壓。,9,TPMS方式比較,由比較可以看出，直接式精度、可靠度高，是發(fā)展的大趨勢，也是往后我們討論的重點(diǎn)。,10,在汽車上安裝TPMS（直接式）,每個車輪上都安裝上一個TPMS發(fā)射機(jī)，采用氣門安裝。其具體結(jié)構(gòu)見下圖。,通過使用車身兩側(cè)的信號發(fā)送裝置，TPMS可以接收信號來把對應(yīng)的車胎位置確定，信號接收器接收來自TPMS發(fā)出的數(shù)據(jù)將各胎的胎壓用數(shù)值表示出來。,雷克薩斯 GS上使用,TPMS發(fā)射機(jī),接收機(jī),發(fā)射機(jī),11,在汽車上安裝TPMS實(shí)物,我社的TPMS產(chǎn)品,本田公司向（B2H） 日產(chǎn)公司向（B2N）,日產(chǎn)公司向,豐田公司向,豐田公司向,豐田公司向,豐田公司向,生產(chǎn)中,停產(chǎn)（除了

9、生產(chǎn)些補(bǔ)給品）,我社作為日本國內(nèi)唯一的TPMS發(fā)射機(jī)生產(chǎn)商，將努力提高產(chǎn)品小型化、低成本化、高信度式樣的確立，并追求更進(jìn)一步的擴(kuò)大和發(fā)展。,產(chǎn)品介紹視頻,RF射頻天線,Xtal (水晶振蕩器),LF低頻天線,鋰電池,傳感器集成電路,灌封,保護(hù)電路部分， 防水防塵,電池驅(qū)動整個回路 TPMS專門為了對應(yīng)嚴(yán)酷的工作環(huán)境對電池進(jìn)行了開發(fā),發(fā)射電波信號,水晶振蕩器產(chǎn)生振蕩頻率,接收來自外部向接收機(jī)的信號,內(nèi)置集成了壓力傳感器、重力加速度傳感器、的TPMS電路板,13,C 型,TPMS發(fā)射機(jī)的組成部分,14,TPMS發(fā)射機(jī),基板,外殼,氣門,鋰電池,灌封,振蕩器,錫焊,天線,MCU,LF,RF,傳感器,

10、氣壓傳感器,溫度傳感器,電量傳感器,加速度傳感器,TPMS發(fā)射機(jī)一般組成結(jié)構(gòu)細(xì)分。,LF檢測傳感器,工作原理,TPMS氣門,返回,傳感器和氣門嘴采用分離式設(shè)計(jì)，可以拆開（在換氣門嘴和輪轂的時候只需要拆掉氣門嘴就OK了）。 氣門嘴內(nèi)壁沒有螺紋，安裝時采用專用工具攻出螺紋，連接非常緊密。（汽車輪胎高速旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生很大的離心力，用螺絲釘容易松動揮著脫落。） 氣門嘴、氣門芯必須具備高品質(zhì)，高可靠性，其密封性要求非常高，同時也要具備耐腐蝕，耐潮濕等等特點(diǎn)。,TPMS鋰電池,返回,汽車制造商要求直接TPMS的電池能維持至少4年以上。電池必須重量輕，體積小，電量大，且工作溫度必須為40到125 。由于這些限

11、制，電池往往選擇的是鈕扣式電池而不是大號電池。 電池選用一次鋰電池，在選用的一次鋰電池中大體分為三種：高溫鋰錳電池，聚氟化碳電池，鋰亞電池。 在這三種電池中，鋰亞電池方案最為成熟，國內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)大約有30家，型號齊全。聚氟化碳電池只有日本松下一家公司生產(chǎn)，高溫鋰錳電池只有瑞士一家公司生產(chǎn)。我社采用的是松下生產(chǎn)的聚氟化碳電池，使用年限大約為10年。 將來如何解決TPMS發(fā)射機(jī)的無電源化，是研究的課題。,TPMS外殼,返回,外殼選用高強(qiáng)度的ABS材料，確保耐腐蝕、不易變形，能對內(nèi)部的傳感器等電子元件起到保護(hù)作用。對于框體的設(shè)計(jì)有大致以下要求： 可以承受汽車高速行駛時帶來的高重力加速度 有限元計(jì)算

12、小型化，輕量化,TPMS灌封,返回,對于TPMS發(fā)射模塊的電訊組件，灌封膠的選取原則是： 1.防止水氣、塵埃等進(jìn)入殼體內(nèi)部，起密封作用； 2.對射頻性能影響較小（介電常數(shù)較?。?3.與殼體、電路板緊密粘接，并耐機(jī)械振動與沖擊； 4.將發(fā)射模塊工作時產(chǎn)生的熱量導(dǎo)入外界，起導(dǎo)熱作用； 5.溫度范圍較大，能耐高低溫； 6.耐腐蝕； 7.比重小； 8.性價比高,所謂灌封膠，即應(yīng)用于印刷電路或其它電子基材的薄層，厚度一般為幾密耳或幾微米， 可以提供機(jī)械和環(huán)境的保護(hù)作用，從而顯著延長元器件和電路的使用壽命。,振蕩器,返回,晶體振蕩器是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片），石英晶體諧振器，簡

13、稱為石英晶體或晶體、晶振；而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。 晶體振蕩器給單片機(jī)正常工作提供穩(wěn)定的時鐘信號,錫焊,返回,錫焊是利用低熔點(diǎn)的金屬焊料加熱熔化后，滲入并充填金屬件連接處間隙的焊接方法。因焊料常為錫基合金，故名。常用烙鐵作加熱工具。廣泛用于電子工業(yè)中。大體上，可以分共晶軟錫料和無鉛錫料2種。 背景：無鉛化錫焊有許多種，作為車載用抗疲勞的觀點(diǎn)出發(fā)，可以使用的材料是 錫-銀-銅系合金。,錫（Sn）和鉛（Pb）的合金 熔點(diǎn)是183 延展性好 因?yàn)殂U的特性，合金有柔軟性，但是同時鉛是有毒物質(zhì)。,共晶軟錫料,無鉛錫料,不含鉛，比如采用錫、銀、銅的合金 熔點(diǎn)比共晶軟錫料高

14、，比如217 延展性不如共晶軟錫料 因?yàn)椴缓U，所以無毒，對環(huán)境影響也較小。,我社采用的都是無鉛錫料。,天線,返回,天線的性能將直接影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，它是汽車輪胎監(jiān)測傳感器發(fā)射功率提升的重要因素。由于輪胎壓力傳感器安裝在輪胎內(nèi)，受到車身、天線運(yùn)動等對性能的影響，安裝在輪胎內(nèi)部的天線，必須考慮小型化設(shè)計(jì)，常規(guī)的天線尺寸一定不能滿足要求。,發(fā)射器,反射器,1/波長,波長 單一天線,波長 套筒接地元件,環(huán)形天線,TPMS的發(fā)射機(jī)，由于空間等條件限制，采用環(huán)形天線,MCU（微控制單元）,返回,MCU上主要集成了下圖的傳感器。 這些功能單元使得TPMS傳感器不僅能實(shí)時檢測汽車開動中的輪胎壓力和胎內(nèi)溫度

15、的變化，而且還能實(shí)現(xiàn)汽車移動即時開機(jī)、自動喚醒、省電等功能。電源管理器確保了系統(tǒng)的低功耗。,ASIC：Application Specific Integrated Circuit （特定用途集成電路） MEMS：Micro electromechanical system （微電子機(jī)械系統(tǒng)）,LF(低頻）、RF（射頻）,返回,RF：射頻（Radio Frequency），頻率在300KHz300GHz之間的電磁波。這種電磁波具有遠(yuǎn)距離信號傳輸?shù)哪芰Γ跓o線通信領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。 LF：低頻（Low Frequency），頻率在30Hz 300KHz之間的電磁波，這種電磁波繞射（衍射）能力比較強(qiáng)，多見于長波通信中。,目前的TPMS廣泛使用“低頻喚醒技術(shù)”，在中央監(jiān)視器上繼承了LF發(fā)送模塊，它利用LF低頻信號的近場效應(yīng)，通過近距離對相應(yīng)輪胎發(fā)出LF信號，單獨(dú)觸發(fā)對應(yīng)輪胎的胎壓遙控測量模塊，然后被觸發(fā)的胎壓遙測模塊將身份識別碼通過RF發(fā)射。接收模塊RF接收得到相應(yīng)輪胎胎壓遙測模塊的身份識別碼，從而自動確定輪胎位置。,UHF Rx,LF Tx,UHF Tx,MCU,傳感器元件 （sensor module）,中控顯示屏 （central monitor）,UHF response,LF信號,24,將LF喚醒技術(shù)運(yùn)用到發(fā)射模