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汽车胎压监测道理及传感器体例的打算与达成

2020-01-02

  正在每个车轮内部安设一个汽车胎压监测传感器,它也许无误丈量轮胎内部的压力和温度,传感器通过无线事势遵照必定的纪律向车身职掌器(Body Control Model, BCM)发送轮胎的压力值和温度值,BCM通过CAN总线将新闻帧发送给仪表盘,驾驶员通过仪表盘显示屏得回每一个轮胎的压力值、当某一个轮胎的压力值或温度值蜕化突出了报警值,仪表盘也许无误显示报警轮胎的名望,并发出图形、音响、文字报警。同时安设于每个轮胎挡泥板名望处的低频天线与BCM举办新闻通讯,并将BCM需求汽车胎压监测传感器何种操作新闻解析并转换为125 kHz低频无线数据发射出去,汽车胎压监测传感器将汲取此低频无线信号,然后遵照解析后的操作新闻举办劳动。以上便是TPMS双向通讯体例。因为该产物是汽车产物安静件,其应正在种种境遇下拥有高牢靠性,种种境遇为:种种天色状况下,比如阴天、下雨等分歧天色境遇;种种途况,比如国道、高速、乡下公途、山途等等;冬季中的雪途、冰面、极其严寒区域(-40 ℃);夏令中的炎夏、滋润区域(地表温度+50 ℃,90%湿度);分歧的车速(0~200 km/h)等。这就需求正在计划汽车胎压监测传感器时要苛酷拔取各个器件。

  因为汽车胎压监测传感器是安设正在轮胎内部,不与表界接触,这就条件不行过于一再地保护修饰,平常条件有10年操纵劳动寿命,并且其劳动温度周围为-40~+125 ℃,这就条件所拔取的器件都假如汽车级和低功耗元器件。

  MCU/Sensor是体例的中心,由Infineon公司的SP300V2.1E1060达成。SP300V2.1E1060整合了硅显微刻板加工的压力传感器、温度传感器与加快率传感器和一个电池电压监测器,并内部集成一个低功耗8位哈佛构造的RISC 职掌器;它拥有下电、运转、空闲、合断4种劳动形式,并有IT/LT 叫醒、PORT 叫醒和LF低频检测叫醒3种叫醒形式,也许有用地知足体例低功耗计划条件。压力丈量周围0~3.5 Bar;温度丈量周围-40~+125 ℃;向心加快率丈量周围-12g~115g;劳动电压周围1.8~3.6 V。

  RF射频芯片苛重用于将数字信号转换为高频信号。体例采用Maxim公司的MAX7044芯片,其劳动电压为+ 2.1~+6.0 V,8 mA的低劳动电流,OOK/ASK调造形式,通讯速度能到达100 kbps ,幼封装3 mm×3 mm,8引脚SOT23 封装。它消灭了基于SAW 发送器计划的题目;采用晶体构造,供应了更大的调造深度和急速的频率相应机造;下降了温度的影响,温度周围可达-40 ~+125 ℃。其内部包蕴功率放大器(PA)、晶体振荡器(crystal oscillator)、驱动器(driver)、数据有用检测电途(data activity detector)、锁定检测电途(lock detect )、锁相环(32x PLL)、分频器(16分频)等电途。

  MAX7044有一个主动的低功耗形式(shutdown mode) 职掌形式。假若DATA引脚正在一个确定的岁月(恭候岁月)内没有举措,器件主动进入低功耗形式。恭候岁月约莫是216个时钟周期,正在433 MHz频率约莫为4.84 ms。进入低功耗形式的恭候岁月为: tWAIT=216×32fRF。个中,fRF是射频发射频率。当器件正在低功耗形式时, 正在DATA 信号的上升沿“热”启动晶振和PLL,晶振和PLL 正在数据发射前需求220 s实在立岁月。基准频率和载波频率的相合为: fXTAL=fRF/32。

  由MAX7044组成的发射电途图如图2所示,本质计划时遵照天线的本质阻抗和射频发射芯片输入阻抗,应用型立室汇集已毕射频发射芯片和天线之间的阻抗立室,以到达最大功率输出。

  电池拔取以色列Tadiran电池公司推出的高温系列电池(TLH),供电电压+3.6 V,电池容量500 mAh,拥有寿命长、能量密度大、自放电极低、重量轻(8.8 g)、温限宽(-55 ~+125 ℃)等特性。

  LF低频通讯中,SP300V2.1E1060汲取来自BCM发出低频新闻。低频天线由并联的电阻、电容和电感构成,为了到达最优低频汲取聪敏度,电感和电容谐振频率计划为低频载波频率125 kHz。谐振频率策动公式为fc=(2LC)-1。低频电感采用普莱默(Premo)公司TP11030477,电感量4.77 mH,通过上述公式推导策动电容值:

  因为SP300V2.1E1060低频叫醒和汲取波特率硬件设定为3.9 kbps的曼彻斯特编码。图4为低频载波数据传输和曼彻斯特编码之间相合。

  因为硬件已被固化为3.9 kbps曼彻斯波特率,通过策动LF每个发送位岁月为3.9 kbps×2=7.8 kbps。

  天线的职能将直接影响数据传输的质地,它是汽车轮胎监测传感器发射功率晋升的要紧身分。汽车轮胎监测传感器的天线贴近气门嘴,于是正在计划天线时必需斟酌轮胎金属丝的屏障,轮辋金属的反射影响,以及车轮高速转动时天线不竭变换偏向、角度的影响等,因此天线计划时必需斟酌以下身分:极化拔取,线极化容易受到天线形状的影响,转动的车轮对天线的劳动极化条件相对较高;天线与射频模块相连,需求处置好阻抗立室的题目,这也是天线计划的重心;因为轮胎压力传感器安设正在轮胎内,受到车身、天线运动等对职能的影响,苛重是指对天线的增益、偏向图体式、阻抗(电阻和电抗)等的影响;幼型化计划,安设正在轮胎内部的天线,必需斟酌幼型化计划,433.92 MHz的劳动频率,波长为691.37 mm,向例的天线尺寸必定不行知足条件。

  基于以上斟酌,选用气门嘴举动发射模块的天线,这种天线拥有加工容易、本钱低、易于一体化计划、易于立室等益处。

  气门嘴天线是国表里目前汽车轮胎监测传感器常用的天线事势,它属于电幼天线的周围,电幼天线的计划重心正在于构造尺寸的计划和立室电途的设备。由于电幼天线的辐射电阻平常对照幼(几),导致电幼天线的辐射恶果平常对照低,并且辐射阻抗中的往往存正在虚部,这种储能身分将导致辐射恶果进一步下降。虚部可能通过立室电途予以处置,但实部电阻需求与发射芯片的射频输出引脚的阻抗举办立室,这也是发射电幼天线的计划重心。本计划采用的天线加载形式,通过内部立室黄铜片举办加载,其似乎于倒F天线所示。源委台架试验和途试,证据咱们的计划思绪和立室门径是有用的。

  体例拥有的软件功用:周期性丈量轮胎压力、温度值,可变周期性发射轮胎压力、温度值, BCM低频射频数据汲取统治,气压高报警功用,气压低报警功用,温度高报警功用,疾漏气报警功用,电池电压低报警功用,传感器无信号报警功用。体例条件具备10年长命命特点,体例要到达如许长的操纵年限,平常形态下体例都处于歇眠形态,静态电流只要0.6 A,体例歇眠形态可通过低频LF中止或按时器中止来叫醒。体例软件框架流程如图6所示。

  SP300V2.1E1060内部ROM自带底层库函数(Library Function),用户可能直接挪用库函数。

  因为安设正在车上每个轮胎内部的轮胎压力传感器会存正在同时高频数据发射能够性,正在此光阴数据之间会出现射频骚扰,从而导致BCM职掌器射频汲取端无法收到无误的数据,即数据冲突。数据冲突因为是随机出现的,于是无法避免,然则必需正在出现冲突后再次出现数据冲突的概率尽量低,避免变成延续的数据冲突。目前体例采纳正在每个发射高频数据帧之间扩展一段随机延时,随机延时的岁月为数据帧岁月长度的质数倍,体例拔取了3倍、5倍、7倍、11倍和13倍。如此,假若前面有模块爆发了数据冲突,则只要当发送冲突的模块的随机延经常间无别时才会再次出现数据冲突,此概率为4%。

  轮胎压力传感器安设正在汽车轮胎内部,由气门嘴、壳体和防尘帽构成。汽车行驶速率最高可达250 km/h,并且轮胎内部境遇繁杂且相当恶毒,长远处于高压、高湿、温度交变、油污、震撼振动等境遇中,温度上下蜕化容易使壳体脆化并使刻板强度下降,高湿状况下也会使壳体爆发膨胀、强度下降并出现腐化等化学响应,轮胎行驶正在各 21种途面上,震撼振动频率幅度都各不无别,这些状况都能够导致零部件松脱。这就条件体例构造计划斟酌如下几点:体例总重量条件轻(幼于40 g)、耐速转动加快率职能高、构造断裂强度高、密封性高(IP6防护等第)、构造和气门嘴质料拔取耐上下温和耐腐化质料、气门嘴与轮辋接合处有防松动计划。

  无论是台架试验依然种种状况的道途测试,轮胎压力传感器均依旧高牢靠性,体例低频收发无误率和高频收发无误率到达98%。当轮胎展现相当告急状况时,汽车仪表盘显示合连报警新闻,及时指引驾驶者,将因轮胎气压题目变成的事变吞没正在萌芽之中,加强了汽车行驶的安静性。