傳感器技術(shù)簡介

關(guān)于傳感器技術(shù)簡介第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二1.TPMS是什么？TPMS是“TirePressureMonitoringSystem（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(bào)燈）第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二TPMS功能介紹高頻模塊汽車電源ECU及顯示器零線信號線KL30KL15KL30零線常通點(diǎn)火汽車輪胎氣壓監(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(shí)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(shí)監(jiān)測所有輪胎的氣壓，對氣壓過低、氣壓過高、以及快速漏氣等異常狀態(tài)及時(shí)發(fā)出報(bào)警，提示駕駛員及時(shí)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)。第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二TPMS功能介紹開機(jī)報(bào)警系統(tǒng)上電開始顯示，如有故障時(shí)指明輪胎位置并報(bào)警（關(guān)機(jī)自檢間隔每小時(shí)1次）欠壓報(bào)警功能<1.4bar當(dāng)一個(gè)或多個(gè)輪胎的胎壓值低于欠壓報(bào)警值1.4bar，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，TPMS在6秒內(nèi)發(fā)出欠壓報(bào)警信號，并指明欠壓輪胎的位置胎壓過高報(bào)警>3.4bar當(dāng)一個(gè)或多個(gè)輪胎的胎壓值高于欠壓報(bào)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(bào)警信號，并指明欠壓輪胎的位置胎溫過高報(bào)警>85℃當(dāng)一個(gè)或多個(gè)輪胎的胎溫值高于報(bào)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(bào)警信號，并指明高溫輪胎的位置?？焖俾鈭?bào)警當(dāng)一個(gè)或多個(gè)輪胎氣壓值大于漏氣速率0.3bar/min,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(bào)警信號，并指明漏氣輪胎的位置。故障報(bào)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(shí)在10分鐘內(nèi)發(fā)出報(bào)警信號。實(shí)時(shí)顯示輪胎壓力值系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，TPMS能夠?qū)崟r(shí)顯示每個(gè)輪胎的壓力值信息。第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二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：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(shí)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(bào)警，以確保行車安全。這是一種事前通知，能讓駕駛員實(shí)時(shí)了解愛車的車胎狀況，在出現(xiàn)安全問題前發(fā)現(xiàn)并解決安全隱患。第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二汽車安裝TPMS帶來的好處タイヤの空気圧が適正値より50kPa（0.5kg/cm2）不足した場合、市街地で2％程度、郊外で4％程度、

それぞれ燃費(fèi)が悪化すると言われています。また、安全運(yùn)転のためにも定期的な空気圧の點(diǎn)検が必要です?！疽糜谔窖蠊I(yè)主頁】【引用于普利司通廠家廣告】以下汽車問題，也許就是因?yàn)檐囂毫Σ蛔愣鸬?！車胎損傷壽命縮短油耗上升由于胎壓不足，導(dǎo)致行駛時(shí)油耗上升如果比胎壓的正常值低出50KPa（0.5kgf/cm2）以上的時(shí)候，會使油耗上升市內(nèi)2%左右，郊外4%左右。油費(fèi)將多出一年166元另二氧化碳的排放量也將增加胎壓的內(nèi)壓力過低的話，車胎在接觸地面是發(fā)生的形變也將變大。車胎表面的橡膠和路面發(fā)生劇烈的摩擦導(dǎo)致橡膠磨損嚴(yán)重，這樣會使車胎的壽命降低！胎壓的內(nèi)壓力過低導(dǎo)致的車胎變形增大，車胎彎曲的時(shí)候會導(dǎo)致產(chǎn)生熱量。這種胎內(nèi)熱會使車胎的附著力降低，危險(xiǎn)性也隨之而來。胎內(nèi)空氣壓力補(bǔ)助導(dǎo)致的油費(fèi)增加比率出處：省能源中心JAF空氣壓力不足量超過50KPa的情況（針對排量2.0的乘用車）如果比胎壓的正常值低出50KPa（0.5kgf/cm2）以上的時(shí)候，會使油耗上升市內(nèi)2%左右，郊外4%左右。胎壓不足不僅關(guān)乎車輛的行駛油耗問題，也關(guān)系著駕駛的安全性，所以定期的胎壓監(jiān)測是非常必要的！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!第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二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-SpeedBasedTPMS，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(shí)，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(bào)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。直接式（Pressure-SensorBasedTPMS，簡稱PSB），這種系統(tǒng)是利用安裝在每一個(gè)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(shí)，系統(tǒng)會自動報(bào)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(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，它在兩個(gè)互相成對角的輪胎內(nèi)裝備直接傳感器，并裝備一個(gè)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(gè)輪胎同時(shí)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(gè)輪胎內(nèi)實(shí)際壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二TPMS各個(gè)類型的優(yōu)缺點(diǎn)直接式：（目前流行）在每個(gè)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(gè)輪胎缺氣。缺點(diǎn)：靜止時(shí)不能監(jiān)測、動態(tài)反應(yīng)時(shí)間長達(dá)20分鐘、四輪同時(shí)缺氣不能報(bào)警、不能顯示輪胎氣壓值、誤報(bào)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(gè)輪胎中加裝一電子式的傳感器。機(jī)械傳感直接式：在每個(gè)輪胎中安裝機(jī)械式的氣壓傳感器，設(shè)定觸發(fā)氣壓。第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二TPMS方式比較注１）間接式檢測共振頻率的絕對值（推定）。注２）間接式檢測共振頻率，可以預(yù)警多個(gè)車輪因空氣自然泄露導(dǎo)致的胎壓過低情況。直接式間接式①成本高。②傳感器內(nèi)的電池壽命問題。③對適合裝載的車輪有限制。④特殊車胎（如雪地胎），需要用特殊的傳感器。⑤因《電波法》的存在，北美、歐洲等不能使用這項(xiàng)技術(shù)。對海外制造商來說存在輸入困難問題。①定點(diǎn)生產(chǎn)之外的車胎，可能存在精度

達(dá)不到要求的情況。②對于沒有安裝ABS的汽車，使用TPMS會

有較高成本。監(jiān)測項(xiàng)目安全環(huán)境便利性系統(tǒng)案例需要改善的地方在車輪內(nèi)安裝壓力傳感器來測定胎壓?；贏BS，計(jì)算各個(gè)車輪的速度差，來預(yù)測定出胎壓低的車輪。車胎內(nèi)壓力（絕對值）。裝載車輪相對內(nèi)圧力差值。

注1）機(jī)能／性能其他優(yōu)點(diǎn)成本低（國內(nèi)汽車ABS安裝率高）。無。注2）無。四個(gè)車輪胎壓低時(shí)報(bào)警（包括爆胎等）。一個(gè)車輪胎壓低時(shí)報(bào)警（包括爆胎等）。對多個(gè)車輪因空氣長時(shí)間自然泄露而導(dǎo)致的低壓進(jìn)行報(bào)警（可以告知駕駛員油耗上升嚴(yán)重等情況）可以表示各個(gè)車胎的內(nèi)壓力（絕對值）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)。第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二10在汽車上安裝TPMS（直接式）每個(gè)車輪上都安裝上一個(gè)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)第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二11在汽車上安裝TPMS實(shí)物第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二我社的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)品介紹視頻第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二RF射頻天線X’tal(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(gè)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C型TPMS發(fā)射機(jī)的組成部分第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二14TPMS發(fā)射機(jī)基板外殼氣門鋰電池灌封振蕩器錫焊天線MCULFRF傳感器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第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二TPMS氣門返回

①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(shí)候只需要拆掉氣門嘴就OK了）。②氣門嘴內(nèi)壁沒有螺紋，安裝時(shí)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(shí)會產(chǎn)生很大的離心力，用螺絲釘容易松動揮著脫落。）

③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(shí)也要具備耐腐蝕，耐潮濕等等特點(diǎn)。第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二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。

第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二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：①可以承受汽車高速行駛時(shí)帶來的高重力加速度②有限元計(jì)算③小型化，輕量化

第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二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?。?.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(shí)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?。?.性價(jià)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。第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二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(shí)鐘信號第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二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(shí)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，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。第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二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1/２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)形天線第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二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(shí)檢測汽車開動中的輪胎壓力和胎內(nèi)溫度的變化，而且還能實(shí)現(xiàn)汽車移動即時(shí)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：ApplicationSpecificIntegratedCircuit（特定用途集成電路）MEMS：Microelectromechanicalsystem（微電子機(jī)械系統(tǒng)）第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二LF(低頻）、RF（射頻）返回RF：射頻（RadioFrequency），頻率在300KHz～300GHz之間的電磁波。這種電磁波具有遠(yuǎn)距離信號傳輸?shù)哪芰?，在無線