轮胎压力传感器的设计与研制

来源:Chinaaet 作者:—— 时间:2010-04-29 11:52

前言

新世纪伊始,由于凡世通轮胎(Fire-tone)的质量问题,大量的爆胎和翻车事故造成了超过100人的死亡和400人的受伤,引起了汽车业界和美国政府的关注。该公司不得不于次年8月召回了650万只轮胎。据统计,美国每年有26万例交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的,占交通事故的75%。而中国高速公路上交通事故的70%是由于爆胎引起的。

轮胎质量专家认为,“保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。”当前盛行的低成本的手执式数字胎压计不能保证及时发现车胎漏气,目前用于200多万辆通用和福特公司汽车上的间接测量技术——用防抢死刹车轮胎速度传感器来测量比较每一个轮胎转速,从而推断出轮胎的压力是否不足的方法实在是既麻烦又不准确。

在每一个车胎中安装上胎压监测传感器和射频发射器的智能轮胎正在引起极大的关注,智能轮胎与汽车仪表盘上一个接受器及显示器配合,即构成一个轮胎压力器测系统,即TPMS(Tire Pressure Monitoring System),它也可以直称为胎压监测传感器(Tire Pressure Monitoring Sensor)。

美国国家公路安全管理局上世纪七十所代中期的强制性联邦法令,促成了燃油自动喷射系统的普及及第一次汽车传感器应用的高潮。2002年NHTSA的又一联邦法案,规定美国汽车从2003~2006年,每年分别以15%,35%,65%,100%的比例装配TPMS系统 ,这将掀起新一轮汽车压力传感器应用的高潮。

轮胎压力传感器

车胎独特的工作环境条件,决定了胎压实时监测的压力传感器的高要求,要求宽温区,宽电源电压范围内较高的实用总精度要求,低功耗要求,无线信号传输要求,耐恶劣环境要求和低成本要求。

摩托罗拉(Motorola)公司是TPMS系统的积极开发者,它采用基于MEMS技术的硅集成电容式压力传感器MPXY8020A作为胎压检测单元,具有低功耗和全集成的特点。采用32针封装的MC68HC908RF2作为信号控制处理与发射单元,它是一个8位单片机和UHF发射器集成在一起的器件,采用MC33594作为接收单元。

近年为通用电器公司收购的著名传感器厂商诺瓦传感器公司(GE NovaSensor)是另一个积极开发者,它采用了基于MEMS技术的硅压阻式压力传感器作为胎压监测单元,配有一个能完成控制、测量、信号补偿与调整及发射的专用CMOS大规模集成电路。将两个芯片封装在一个标准的14脚SOIC封装中,即构成其TPMS,型号为NPXC01746,由于采用了唤醒瞬态工作模式,其功耗仅9.7微安秒,可满足电池十年的工作寿命,由于采用了数字补偿功能,在-40℃~+125℃,电池电压2.1V~3.0V范围内,测压精度优于1.5%FS,Nova模式的更大意义在于它可以采用现有的ASIC与任何一种集成惠斯顿全桥压阻压力传感器复合集成,产生更多型号的TPMS产品。

挪威的SensoNor公司专业制造基于压阻压力的专用集成传感器,由轮胎压力监测系统供应商如TRW Automotive公司、SmarTire公司配套制作成TPMS,SensoNor的压阻式轮胎传感器与SmarTire的射频发生器组合成功的TPMS已为西门子VDO汽车配件公司和美国固特异轮胎公司(Goodyear)采用。

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