汽车轮胎压力传感器传感器c2124

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-09-08 03:23 标签： 轮胎气压传感器
汽车轮胎压力传感器的工作原理
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汽车轮胎压力传感器的工作原理
    目前，为了保障汽车的驾驶的安全性，很多汽车轮胎都装有压力传感器来检测压力的变换，据相关数据统计，轮胎压力到达一个合理的数值，不仅能够提高行驶的安全，还能节约油耗。那么汽车轮胎压力传感器的工作原理是什么呢？轮胎压力监测系统主要有两种解决方案，直接系统和间接系统。直接式轮胎压力监测系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器直接测量轮胎的气压，并对各轮胎气压进行显示及监控，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统会自动报警。间接式轮胎压力监测系统是通过汽车abs系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监控胎压的目的，该类型系统的主要缺点是：1、不能显示出各条轮胎准确的瞬时气压值；2、同一车轴或者同一侧车轮或者所有轮胎气压同时下降时不能报警；3、不能同时兼顾车速、检测精度等因素。直接式轮胎压力监控系统又分为主动式和被动式两种。主动式系统是采用在硅基上利用mems工艺制作电容式或者压阻式压力传感器，将压力传感器安装在每个轮圈上，通过无线射频的方式将信号传送出去，安装在驾驶室里的无线接收装置接收到该压力敏感信号，经过一定的信号处理，显示出当前的轮胎压力。主动式技术的优点是，技术比较成熟，开发出来的模块可适用于各厂牌的轮胎，但缺点同样比较突出，其感应模块需要电池供电，因此存在系统使用寿命的问题。被动式轮胎压力监控系统的传感器是采用声表面波来设计的，这种传感器通过射频电场产生一个声表面波，当这个声表面波通过压电衬底材料的表面时，就会产生变化，通过检测声表面波的这种变化，就可以知道轮胎压力的情况。虽然此技术不用电池供电，但是它需要将转发器整合到轮胎中，需各轮胎制造商建立共通的标准才有可能实施。轮胎气压监测系统要检测出轮胎气压的异常状况，只有具有高分辨率才能有高的精度。电池寿命是有限的，且容量也受温度影响。为提高系统的可靠性，传感器最好能进行无源检测。研究表明，利用轮胎压力传感器收集到的信息，可以对车辆悬挂系统进行故障监测并校正导航系统。所以，未来的汽车压力传感器应该是集各种功能于一身的无源智能型传感器。汽车传感器是近年来发展最快、使用最多的传感器的类别，国内汽车行业的发展刺激着汽车压力传感器的大力发展，先进的制造技术和工艺技术使得传感器的性能越来越高，轮胎压力监控也愈发的准确
收录时间:日 03:14:43 来源:传感器交易网 作者:肖后红
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> 汽车轮胎压力传感器芯片应用研究
汽车轮胎压力传感器芯片应用研究
　　汽车在高速行驶过程中，轮胎故障是驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。根据美国汽车工程师学会的调查，在美国每年有26万起交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的，另外，每年75%的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引起的。据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析，在中国高速公路上发生的交通事故有70%是由于爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80%.怎样保持车胎气压在工作条件苛刻恶劣环境中，能行驶正常并及时发现车胎漏气，是汽车防止爆胎和能否安全行驶的关键。所以，行进中的胎压检测就显得尤为重要。如今已有不少国家高速公路安全协会立法强制实施，轮胎压力监测系统TPMS(Trie pressuremonitoring system)，对于提高汽车安全性带有举足轻重的影响，而其低功耗、恶劣环境下长期运行的可靠性、较小的误差容限以及更长的工作寿命等是TPMS的重点要求，因此其方案的设计和芯片选择也围绕这些要求进行。本文引用地址：
　　目前TPMS主要有三种实现方式，即直接TPMS系统、间接TPMS系统和正在推出的混合TPMS.但是，间接TPMS有一定的局限性。直接TPMS采用固定在每个车轮中的直接测量每个轮胎的气压。然后，这些传感器会通过发送器将胎压数据发送到中央微处理器进行分析，分析结果将被传送至安装在车内的显示器上。显示器的类型和当今大多数车辆上装配的简单的胎压指示器不同，它可以显示每个轮胎的实际气压，甚至还包括备用轮胎的气压。因此，直包括从机任务，接TPMS可以连接至显示器。告诉司机哪个轮胎充气不足，并可检测到较小的气压降。为满足多轮胎压力检测要求，由于系统安装了直接气压传感器，则混合TPMS能够克服常规直接TPMS的局限性，它们能够检测到在同一个车轴或车辆同一侧的两个处于低压状态的轮胎。当所有4个轮胎都处于低压状态时，系统也可以检测到故障。汽车轮胎IC芯片的目标产品为MEMS技术和集成电路技术相结合的车载轮胎压力监视系统TPMS.
　　本文重点描述运用MEMS微机械加工工艺技术设计、加工、生产胎压传感器IC芯片，即通过微机械加工工艺制作出低成本各参数指标和使用性能可与国外同类产品竞争的胎压传感器IC芯片，为国内诸多TPMS厂商配套，逐步已优越的性价比为国际厂商提供芯片。
　　结构原理
　　芯片设计采用了单岛膜结构，下图为产品的单岛膜结构(又称为E型硅杯结构)的剖视和底视示意图。相当于一个周边固支的平膜片结构(俗称C型结构)的膜片中心有一个厚硬心岛。通过计算和实验，芯片的抗过载和抗振动能力，同时也扩大并提高量程品种及延长使用寿命，E型硅杯原理结构如图1、2所示。
　　在产品技术设计上兼顾了传感器参数指标的通用性，便于芯片应用拓展至汽车发动机电喷系统的歧管压力传感器。避免造成其参数的非专业性配套，其温度系数偏高、过载能力低、灵敏度参数分散等问题;芯片的衬底浓度远大于103,使电桥电阻值高，降低功耗，延长供电电池使用寿命。
　　根据设计计算，得出芯片版图设计E型硅杯结构为2.4&2.4mm,大膜半径R为0.8mm,中心岛半径ro为0.4mm,电阻条宽度为4mm,长度为80mm,设计为20个方电阻，电阻形状为单条形，为减小端头影响及误差，电阻用淡硼掺杂形成、方电阻250欧，端头用浓硼短路、方电阻为10欧，实用光刻版还应考虑到组桥时浓硼引出附加电阻的对准性对平衡的影响等版图设计技巧。
　　数学模型与分析
　　半径为R的同平膜片的中心最大挠度为：
　　实现工艺要点
　　工艺版图设计
　　当加大并加厚芯片尺寸，可实现芯片量程拓展，芯片为一个固边固支的方形平膜片，具有3~10倍的过载能力，图3为按不同量程设计的芯片工艺版图。
　　主要解决的工艺技术问题：
　　①高质量的硅-硅真空键合工艺;
　　②均匀和高合格率的减薄工艺;
　　③高准确度高均匀的掺杂一致性及细长电阻条一致性控制以确保传感器的低温度漂移;
　　④内应力匹配消除技术以确保传感器的时间稳定性;
　　⑤相应的抗电磁干扰设计;
　　⑥封装设计与工艺中的抗高振动及离心加速度措施;
　　工艺流程示意图如图4所示.
　　指标测试
　　本项目的产品是依据汽车胎压国际标准，结合国内用户提出的产品使用要求，按照电子标准化所和北京市技术监督局审订的相关产品标准，通过航天部304所型式实验检测后，各项性能指标均符合设计使用指标要求。
　　应用拓展与延伸
　　结合MEMS工艺特点，兼顾传感器后封装生产工艺设备的通用，在芯片结构设计上，考虑到满足不同产品的对芯片的结构、参数要求，按照芯片尺寸与工艺版图的最低要求和分类原则，结构设计分为三种芯片类型，极大地减少了芯片品种，扩大了芯片的应用领域。
　　结束语
　　运用MEMS工艺技术生产汽车轮胎压力传感器，具有体积小、耗能低、性能稳定，有利于大批量生产，降低生产成本，提高产品附加值。与此同时拓宽了产品应用范围，提高芯片推广价值和产品的经济效益。
　　汽车轮胎压力传感器芯片开发，对于降低高速行驶的汽车因爆胎引发的突发性重大、恶性交通事故，确保高速公路安全畅通，避免人身伤害和家庭悲剧发生，以及整个国家社会的长治久安和整个国民经济发展均具有重要的社会现实意义。
　　图5 产品实物照片
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