Hogyan működik a gumiabroncsnyomás-érzékelő? A közvetlen és közvetett TPMS megértése

Egy sofőr 70 mérföld/órás sebességgel száguld, amikor a műszerfalon sárga guminyomás ikon látható. A gumiabroncs láthatóan nem lapos, és a jármű továbbra is normálisan kezelhető. Az történt, hogy a kerék belsejébe szerelt MEMS nyomásérzékelő észlelte, hogy az abszolút nyomás 2,2 bar-os alapvonalról körülbelül 1,9 bar-ra esett. Ez az érzékelő a fizikai nyomást feszültséggé alakította, digitalizálta, és 433,92 MHz-en továbbította a testvezérlő modulhoz, amely aztán kiváltotta a figyelmeztetést. Ez a forgatókönyv naponta milliószor ismétlődik az utakon világszerte. Az abroncsnyomás-érzékelő működésének ismerete nem csupán mérnöki apróságok; ez az alapja a megfelelő alkatrész kiválasztásának és a megbízható autónyomás-ellenőrző rendszer kialakításának.

Mit mér a gumiabroncsnyomás-érzékelő valójában

A gumiabroncsnyomás-érzékelő méri az abszolút légnyomást a gumiabroncs üregében, jellemzően 100–400 kPa (1,0–4,0 bar) tartományban, és vezeték nélkül továbbítja ezt a leolvasott értéket a jármű ECU-jához, körülbelül 1 kPa felbontással.

Az érzékelő elem egy MEMS nyomásérzékelő chip: egy kis szilícium szerszám vékony érzékeny membránnal. Amikor a gumiabroncs légnyomása ehhez a membránhoz nyomja, a membrán néhány tized mikrométert meghajlik. Ez a mechanikai elhajlás az a fizikai esemény, amely végül szám lesz a műszerfalon. Az érzékelő abszolút nyomásmérő eszközként készült, mert össze kell hasonlítania a belső abroncsnyomást egy lezárt vákuumreferenciával. A légköri nyomás a tengerszint feletti magasság és az időjárás függvényében változik, így egy mérőműszer-referencia akár 30 kPa-os hibákat is okozhat egyetlen hajtásnál.

Hogyan alakítja át a MEMS Chip a nyomást adattá

A mechanikus elhajlásból a digitális adatokká való átalakítás négy lépésből álló láncot követ: membrán elmozdulása, ellenállásváltozás Wheatstone-hídon, analóg jelkondicionálás és rádiófrekvenciás átvitel.

• A membrán eltérítése: egy bar nyomás 0,5-1 mikrométerrel elmozdítja a tipikus szilícium membránt.
• Wheatstone-híd: a membránra mintázott piezorezisztív elemek 1-3 százalékkal változtatják az ellenállást a teljes nyomásskálán.
• Jelkondicionálás: az ASIC felerősíti a hídfeszültséget, hőmérséklet-kompenzációt alkalmaz, és az eredményt 10-12 bites digitális adatokká dolgozza fel.
• RF átvitel: a feldolgozott keretet egy 433,92 MHz-es vagy 315 MHz-es vivőre modulálják, és továbbítják a vevőegységhez.

A hőmérséklet a legnagyobb olyan változó, amely elrontja a nyomásértéket. Egy 20 C-on kalibrált érzékelő a levegőnyomás 50 kPa-val emelkedik a fent látható tartományban. Kompenzáció nélkül egy nem kompenzált egység körülbelül 20 kPa-val túl alacsony értéket jelentene egy téli reggelen, ami elég ahhoz, hogy téves figyelmeztetést váltson ki.

Az eszközök mögött rejlő technológia szélesebb körű áttekintéséhez tekintse meg ezt az útmutatót MEMS nyomásérzékelők .

Közvetlen vs közvetett TPMS: Hogyan különbözik a két megközelítés

A közvetlen TPMS minden kerékben fizikai nyomásérzékelőt használ. A közvetett TPMS a jármű meglévő ABS keréksebesség-érzékelőit használja a nyomásbecsléshez. Csak a közvetlen TPMS ad vissza valódi nyomásértéket.

A legtöbb modern jármű közvetlen TPMS-t használ, mivel ez minden abroncshoz pontos leolvasást biztosít, ami kritikus fontosságú a lassú szivárgások észleléséhez és a futófelület egyenetlen kopásának megakadályozásához. Ugyanez a MEMS nyomásérzékelő technológia is megjelenik nyomásérzékelők a modern járművekben a TPMS-en túl, beleértve az olajnyomás-ellenőrzést és a fékrendszereket.

Négy specifikáció, amely meghatározza a gumiabroncsnyomás-érzékelő kiválasztását

A nyomástartomány, a pontosság, a kimeneti jel és a csomagolás az a négy paraméter, amely meghatározza, hogy a gumiabroncsnyomás-érzékelő megbízhatóan működik-e a terepen.

A 2,2–2,5 bar nyomáson üzemelő személygépkocsik esetében a figyelmeztetési küszöb általában 25 százalékkal a gyártó által javasolt nyomás alatt van. A 0 és 4 bar közötti tartomány lefedi ezt az alkalmazást anélkül, hogy olyan széles lenne, hogy feláldozza az érzékelő felbontását.

A pontosság a következő korlát. A 0,3 bar-os eltolás elfedheti a lassú szivárgást vagy téves riasztást okozhat, ezért a legjobb autóipari minőségű MEMS nyomásérzékelők elérik a teljes tartomány /-0,2 százalékát. Egy 4 bar nyomású érzékelőnél ez nagyjából 8 kPa hibatűrést jelent.

A kimeneti jel a harmadik döntési pont. A 0,5 és 4,5 V közötti analóg feszültségkimenet egyszerű és széles körben használt, míg az olyan digitális kimenetek, mint az I2C és az SPI csökkentik a jármű kábelkötegében az elektromágneses zajra való érzékenységet. Közvetlen TPMS-nél egy erős rezgésű útvonalon a digitális jeleket egyre inkább előnyben részesítik.

A csomagolás határozza meg, hogy az érzékelő milyen könnyen integrálható a gumiabroncs szelepébe vagy a keréktárcsába. A DIP és SIP csomagok támogatják a NYÁK-szerelést, míg az SOP csomagok általánosak, ha az érzékelő a szelepszár-szerelvényben van. A készüléknek 50 g körüli rezgésszintet is ki kell bírnia 1 kHz-ig terjedő frekvencián.

MCP-J10, MCP-J11 és MCP-J12 abszolút nyomásérzékelők autóipari használatra Ezek a kalibrált abszolút nyomásérzékelők analóg vagy digitális kimenetet kínálnak, akár 4 bar nyomást is mérnek, és hőmérséklet-kompenzálva vannak a jármű teljes hatótávolságán, így alkalmasak gumiabroncsnyomás-ellenőrző rendszerekhez. Termék megtekintése →

A Wuxi Nemzeti High-Tech Ipari Fejlesztési Zónájában található MemsTech autóipari nyomásérzékelőket épít ezekre a követelményekre. Az MCPJ10, MCPJ11 és MCPJ12 sorozat abszolút nyomásérzékelők 0-4 bar mérési tartománnyal, amelyek analóg és digitális kimeneti változatban is elérhetőek, és kalibrálási folyamatuk a jármű teljes hőmérsékleti tartományára kiterjed.

Miért kritikus a hőmérséklet-kompenzáció a gumiabroncsnyomás-érzékelőben?

Az abroncs belsejében a hőmérséklet -40 C-ról téli parkolóban 80 C-ra ingadozhat autópályán. Ha az érzékelőt nem kompenzálják, ez az eltolódás önmagában 15-20 kPa hibát okozhat, ami elég nagy ahhoz, hogy hamis alacsony nyomású figyelmeztetést váltson ki.

Minden egység gyárilag több hőmérsékleti ponton van kalibrálva. A kompenzációs együtthatók a gyártás során az érzékelő belső ASIC-jában tárolódnak, így a végső teljesítmény automatikusan korrigálásra kerül, amikor a gumiabroncs felmelegszik és lehűl. A MemsTech ezt a folyamatot követi 2000 négyzetméteres létesítményén belül, belső képességeivel, beleértve a csomagolást, a hegesztést, a hőmérséklet-kompenzációt és a teljesítmény kalibrálását. Minden eszközt nullán és teljes skálán tesztelnek a szállítás előtt, hogy biztosítsák a tétel konzisztenciáját.

MCP-J20 sorozatú nyomásérzékelő autóipari és motorkerékpár-elosztórendszerekhez Az autók és motorkerékpárok szívócsonk-nyomás-érzékelésére tervezett sorozat analóg kimenetet biztosít opcionális tartományokkal akár 1000 kPa-ig, és ügyféloldali kalibrálás nélkül is kalibrálva van. Termék megtekintése →

Az MCPJ20 sorozat ugyanazt az abszolút érzékelési architektúrát az autóipari alkalmazások szélesebb körére terjeszti ki, beleértve a nagyobb SUV-okat és könnyű teherautó-platformokat, amelyek magasabb hideg inflációs nyomással rendelkeznek.

GYIK

Mennyi ideig bírja a guminyomás-érzékelő akkumulátora?

A közvetlen TPMS érzékelők zárt egységek, amelyek akkumulátorának élettartama 5-10 év. Amikor az akkumulátor lemerült, a teljes érzékelőegységet ki kell cserélni, mert az akkumulátor zárt szelepegységben nem szervizelhető.

Kicserélhetem a guminyomás-érzékelőt a szelepszár cseréje nélkül?

A legtöbb közvetlen TPMS rendszerben az érzékelő a szelepszárral van integrálva. Egyes utángyártott készletek csak szenzoros cserét tesznek lehetővé, de a teljes szerelvény cseréje a szokásos szervizeljárás, és megbízhatóbb.

Milyen guminyomást kell leolvasnia a TPMS-érzékelőnek?

A legtöbb személygépkocsi esetében az ajánlott hideg abroncsnyomás 2,2-2,4 bar (32-35 psi). A TPMS figyelmeztetési küszöbértéke általában körülbelül 25 százalékkal az ajánlás alatt van.

Miért gyullad ki a TPMS jelzőfény, ha hideg az idő?

A hideg levegő összehúzódik. A környezeti hőmérséklet 10 C-os csökkenése esetén a gumiabroncs nyomása 7-10 kPa-val csökkenhet. Ha a gumiabroncs már közel volt a figyelmeztetési küszöbhöz, ez az esés elegendő a riasztás aktiválásához.