传感器技术简介精选PPT.ppt

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1、关于传感器技术简介第1页，讲稿共25张，创作于星期一1.TPMS1.TPMS是什么？是什么？TPMS是“Tire Pressure Monitoring System（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.TPMS2.TPMS实物图片实物图片TPMS发射机TPMS显示器（数值显示）TPMS显示器（警报灯）第2页，讲稿共25张，创作于星期一TPMSTPMS功能介绍功能介绍高频模块高频模块汽车电源汽车电源ECU及显示器及显示器零线零线信号线信号线KL30KL15KL30零线零线常常通通点点火火 汽车轮胎气压监测系统（汽车轮胎气压监测系统（

2、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、）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。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。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

3、，延长轮胎的寿命，对于提高汽车报警，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。安全性及经济性具有较大贡献。第3页，讲稿共25张，创作于星期一TPMSTPMS功能介绍功能介绍开机报警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）欠压报警功能欠压报警功能 1.4 bar3.4 bar3.4 bar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胎温过高报警 85 85 当一个或多个轮胎的胎温值高于报警值

4、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。第4页，讲稿共25张，创作于星期一TPMSTPMS的意义的意义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

5、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！T

6、PMSTPMS作用作用 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。第5页，讲稿共25张，创作于星期一汽车安装汽车安装TPMSTPMS带来的好处带来的好处空気圧適正値50kPa（0.5kg/cm2）不足場合、市街地市街地2程度、郊外程度、郊外4程度、程度、燃費悪化燃費悪化言。、安全運転定期的空気圧点検必要。【引用于太平洋工业主页】【引用于普利司通厂家广告】以下汽车问题，也许就是因为车胎压力不足而引起的！以下汽

7、车问题，也许就是因为车胎压力不足而引起的！车胎损伤车胎损伤寿命缩短寿命缩短油耗上升油耗上升由于胎压不足，导致行驶时油耗上升如果比胎压的正常值低出50KPa（0.5kgf/cm）以上的时候，会使油耗上升市内2%左右，郊外4%左右。油费将多出一年166元另二氧化碳的排放量也将增加胎压的内压力过低的话，车胎在接触地面是发生的形变也将变大。车胎表面的橡胶和路面发生剧烈的摩擦导致橡胶磨损严重，这样会使车胎的寿命降低！胎压的内压力过低导致的车胎变形增大，车胎弯曲的时候会导致产生热量。这种胎内热会使车胎的附着力降低，危险性也随之而来。胎内空气压力补助导致的油费增加比率胎内空气压力补助导致的油费增加比率出处：

8、省能源中心出处：省能源中心JAFJAF空气压力不足量超过空气压力不足量超过50KPa50KPa的情况（针对的情况（针对排量排量2.02.0的乘用车）的乘用车）如果比胎压的正常值低出如果比胎压的正常值低出50KPa50KPa（0.5kgf/cm0.5kgf/cm）以上的时候，会使油耗上升市内）以上的时候，会使油耗上升市内2%2%左右，郊外左右，郊外4%4%左右。胎压不足不仅关乎车辆的行驶油耗问题，也关系着驾驶的安全性，左右。胎压不足不仅关乎车辆的行驶油耗问题，也关系着驾驶的安全性，所以定期的胎压监测是非常必要的！所以定期的胎压监测是非常必要的！通过安装TPMS，可以非常有效地监视胎压，对上述问题

9、的改善大有帮助!第6页，讲稿共25张，创作于星期一TPMSTPMS简单分类简单分类TPMS可简单分为直接式、间接式、复合式三种间接式（Wheel-Speed Based TPMS，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-Sensor Based TPMS，简称PSB

10、），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。第7页，讲稿共25张，创作于星期一TPMSTPMS各个类型

11、的优缺点各个类型的优缺点直接式：（目前流行）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。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。优点：反应快、准确、直观。间接式间接式 ：（已经淘汰）：（已经淘汰）利用利用ABSABS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。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、动态反应时间长达缺点：静止时不能监测、动态反应时间长达2020分钟、四轮同时缺气不能报警、不能显示分钟、四轮同时缺气不能报警、不能显示 轮胎气压

12、值、误报率高（高速）。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）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。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。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。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。第8页，讲稿共25张，创作于星期一TPMS方式比較方式比較注）间

13、接式检测共振频率的绝对值（推定）。注）间接式检测共振频率，可以预警多个车轮因空气自然泄露导致的胎压过低情况。直接式間接式成本高。传感器内的电池寿命问题。对适合装载的车轮有限制。特殊车胎（如雪地胎），需要用特殊的传感器。因电波法的存在，北美、欧洲等不能使用这项技术。对海外制造商来说存在输入困难问题。定点生产之外的车胎，可能存在精度 达不到要求的情况。对于没有安装ABS的汽车，使用TPMS会 有较高成本。监测項目安全环境便利性系统案例需要改善的地方在车轮内安装压力传感器来测定胎压。基于ABS，计算各个车轮的速度差，来预测定出胎压低的车轮。车胎内压力（绝对值）。装载车轮相对内圧力差值。注1）机能性能

14、其他优点成本低（国内汽车ABS安装率高）。无。注2）无。四个车轮胎压低时报警（包括爆胎等）。一个车轮胎压低时报警（包括爆胎等）。对多个车轮因空气长时间自然泄露而导致的低压进行报警（可以告知驾驶员油耗上升严重等情况）可以表示各个车胎的内压力（绝对值）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。第9页，讲稿共25张，创作于星期一10在汽车上安装在汽车上安装TPMSTPMS（直接式）（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

15、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发射机接收机接收机发射机射机第10页，讲稿共25张，创作于星期一11在汽车上安装在汽车上安装TPMSTPMS实物实物第11页，讲稿共25张，创作于星期一我社的我社的TPMSTPMS产品产品本田公司向（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丰田公司向丰田公司向生生产中中停产（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。产品介绍视频产品介绍视频第12页，讲稿共25张，创作于星期一RF射频天线射频天线Xt

16、al(水晶振荡器水晶振荡器)LF低频天线低频天线锂电池传感器集成电路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C 型TPMSTPMS发射机的组成部分发射机的组成部分第13页，讲稿共25张，创作于星期一14TPMSTPMS发射机发射机基板基板外壳外壳气门气门锂电池锂电池灌封灌封振荡器振荡器锡焊锡焊天线天线MCUMCULFLFRFRF传感器传感器气压传感器气压传感器温度传感器温度传感器电量传感器电量传感器加速度传感器加速

17、度传感器TPMS发射机一般组成结构细分。LFLF检测传感器检测传感器工作原理第14页，讲稿共25张，创作于星期一TPMSTPMS气门气门返回 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。第15页，讲稿共25张，创作于星期一TPMSTPMS锂电池锂电池返回 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

18、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。第16页，讲稿共25张，创作于星期一TPMSTPMS外壳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

19、。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 第17页，讲稿共25张，创作于星期一TPMSTPMS灌封灌封返回对于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

20、寿命。第18页，讲稿共25张，创作于星期一振荡器振荡器返回 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第19页，讲稿共25张，创作于星期一锡焊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

21、）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。铅是有毒物质。共晶共晶软锡料料无无铅锡料料不含铅，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。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。第20页，讲稿共25张，创作于星期一天线天线返回 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

22、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，采用环形天线第21页，讲稿共25张，创作于星期一MCUMCU（微控制单元）（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：Application Specific Integrated Circuit（特定用途集成电路）MEMS：Micro electromechanical system（微电子机械系统）第22页，讲稿共25张，创

23、作于星期一LF(LF(低频）、低频）、RFRF（射频）（射频）返回RF：射频（Radio Frequency），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（Low Frequency），频率在30Hz 300KHz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

24、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。UHFRxLFTxUHFTxMCU传感器元件（sensor module）中控显示屏（central monitor）UHF responseLF信号 第23页，讲稿共25张，创作于星期一24将LF唤醒技术运用到发射模块中,汽车开动后,驾驶室内的中央控制模块上电,发射低频信号,轮胎发射模块里的LF天线接收到低频信号后产生感应电压,转换为唤醒信号,唤醒MCU开始工作,这样起到节省电池的效果。下图LF唤醒子系统。TPMSTPMS（直接式）工作原理简图（直接式）工作原理简图轮胎压力温度传感器MCURF发射机RF接收模块MCULCD显示RF信号压力、温度数据轮胎内发射模块驾驶室内中央控制模块MCU三维LF发射天线二维LF接收天线LF接收器、唤醒ICMCULF天线电波轮胎内发射模块驾驶室内中央控制模块第24页，讲稿共25张，创作于星期一10/11/2022感谢大家观看第25页，讲稿共25张，创作于星期一