Paano Gumagana ang Tire Pressure Sensor? Pag-unawa sa Direkta at Di-tuwirang TPMS

Ang isang driver ay naglalakbay sa 70 mph kapag ang dashboard ay nagpapakita ng isang dilaw na icon ng presyon ng gulong. Hindi nakikitang flat ang gulong, at normal pa rin ang paghawak ng sasakyan. Ang nangyari ay nakita ng isang sensor ng presyon ng MEMS na naka-mount sa loob ng gulong na ang ganap na presyon ay bumaba mula sa isang 2.2 bar baseline hanggang sa humigit-kumulang 1.9 bar. Ang sensor na iyon ay nag-convert ng pisikal na presyon sa isang boltahe, na-digitize ito, at ipinadala ito sa 433.92 MHz sa body control module, na pagkatapos ay nag-trigger ng babala. Ang senaryo na ito ay umuulit ng milyun-milyong beses araw-araw sa mga kalsada sa buong mundo. Ang pag-alam kung paano gumagana ang sensor ng presyon ng gulong ay hindi lamang mga bagay na walang kabuluhan sa engineering; ito ang pundasyon para sa pagpili ng tamang bahagi at para sa pagdidisenyo ng isang maaasahang sistema ng pagsubaybay sa presyon ng automotive.

Ang Talagang Sinusukat ng Tire Pressure Sensor

Sinusukat ng sensor ng presyon ng gulong ang ganap na presyon ng hangin sa loob ng lukab ng gulong, karaniwang nasa hanay na 100 hanggang 400 kPa (1.0 hanggang 4.0 bar), at ipinapadala ang pagbabasa na iyon nang wireless sa ECU ng sasakyan na may resolusyon na humigit-kumulang 1 kPa.

Ang sensing element ay isang MEMS pressure sensor chip: isang maliit na silicon die na may manipis na tumutugon na diaphragm. Kapag ang presyon ng hangin ng gulong ay tumutulak laban sa diaphragm na ito, ang lamad ay yumuko ng ilang ikasampu ng isang micrometer. Ang mekanikal na pagpapalihis na iyon ay ang pisikal na kaganapan na kalaunan ay nagiging numero sa iyong dashboard. Ang sensor ay ginawa bilang isang absolute pressure device dahil kailangan nitong ihambing ang panloob na presyon ng gulong laban sa isang selyadong vacuum reference. Nagbabago ang presyur sa atmospera sa altitude at lagay ng panahon, kaya ang reference ng gauge ay magpapakita ng mga error na hanggang 30 kPa sa isang drive.

Paano Ginagawa ng MEMS Chip ang Presyon sa Data

Ang conversion mula sa mekanikal na pagpapalihis sa digital na data ay sumusunod sa isang apat na hakbang na chain: diaphragm displacement, pagbabago ng resistensya sa isang Wheatstone bridge, analog signal conditioning, at radio frequency transmission.

• Diaphragm deflection: ang isang bar ng pressure ay gumagalaw sa isang tipikal na silicon diaphragm ng 0.5 hanggang 1 micrometer.
• Wheatstone bridge: piezoresistive elements na naka-pattern sa diaphragm change resistance ng 1 hanggang 3 percent sa buong pressure scale.
• Signal conditioning: pinapalaki ng ASIC ang boltahe ng tulay, inilalapat ang kabayaran sa temperatura, at pinoproseso ang resulta sa 10 hanggang 12 bit na digital na data.
• RF transmission: ang naprosesong frame ay modulated sa isang 433.92 MHz o 315 MHz carrier at i-broadcast sa receiver unit.

Ang temperatura ay ang pinakamalaking variable na sumisira sa pressure reading. Ang isang sensor na na-calibrate sa 20 C ay makikita ang pagtaas ng presyon ng hangin ng 50 kPa sa hanay na ipinapakita sa itaas. Kung walang kabayaran, ang isang uncompensated na unit ay mag-uulat ng isang halaga na masyadong mababa ng humigit-kumulang 20 kPa sa isang umaga ng taglamig, sapat na upang mag-trigger ng maling babala.

Para sa mas malawak na pagtingin sa teknolohiya sa likod ng mga device na ito, tingnan ang gabay na ito sa Mga sensor ng presyon ng MEMS .

Direkta vs Hindi Direktang TPMS: Paano Magkaiba ang Dalawang Pagdulog

Gumagamit ang Direct TPMS ng physical pressure sensor sa bawat gulong. Ang hindi direktang TPMS ay gumagamit ng mga kasalukuyang ABS wheel speed sensor ng sasakyan upang tantiyahin ang presyon. Ang direktang TPMS lang ang nagbabalik ng tunay na halaga ng presyon.

Karamihan sa mga modernong sasakyan ay gumagamit ng direktang TPMS dahil nagbibigay ito ng tumpak na pagbabasa para sa bawat gulong, na kritikal para sa pag-detect ng mabagal na pagtagas at pagpigil sa hindi pantay na pagkasuot ng tread. Lumilitaw din ang parehong teknolohiya ng sensor ng presyon ng MEMS mga sensor ng presyon sa mga modernong sasakyan lampas sa TPMS, kabilang ang pagsubaybay sa presyon ng langis at mga sistema ng preno.

Apat na Detalye na Nagdidikta sa Pagpili ng Sensor ng Presyon ng Gulong

Ang hanay ng presyon, katumpakan, output signal, at packaging ay ang apat na parameter na tumutukoy kung ang isang sensor ng presyon ng gulong ay gagana nang maaasahan sa field.

Para sa isang pampasaherong sasakyan na tumatakbo sa 2.2 hanggang 2.5 bar, ang babalang threshold ay karaniwang nakatakda sa 25 porsiyentong mas mababa sa inirerekomendang presyon ng gumawa. Sinasaklaw ng 0 hanggang 4 na hanay ng bar ang application na iyon nang hindi nagiging napakalawak na sinasakripisyo nito ang resolution ng sensor.

Ang katumpakan ay ang susunod na hadlang. Ang isang 0.3 bar offset ay maaaring magtago ng mabagal na pagtagas o makagawa ng isang maling alarma, kaya naman ang pinakamahusay na automotive-grade na mga sensor ng presyon ng MEMS ay umaabot sa /-0.2 porsyento ng buong sukat. Sa isang 4 bar sensor, iyon ay humigit-kumulang 8 kPa ng error allowance.

Ang output signal ay ang ikatlong punto ng desisyon. Ang analog na boltahe na output sa hanay na 0.5 hanggang 4.5 V ay simple at malawakang ginagamit, habang ang mga digital na output tulad ng I2C at SPI ay nagpapababa ng pagkamaramdamin sa electromagnetic na ingay sa harness ng sasakyan. Para sa direktang TPMS sa rutang may mataas na vibration, mas pinipili ang mga digital na signal.

Tinutukoy ng packaging kung gaano kadaling maisama ang sensor sa balbula ng gulong o rim ng gulong. Ang mga pakete ng DIP at SIP ay sumusuporta sa pag-mount ng PCB, habang ang mga pakete ng SOP ay karaniwan kapag ang sensor ay nasa valve stem assembly. Kailangan ding makaligtas ang device sa mga antas ng vibration sa paligid ng 50 g sa mga frequency hanggang 1 kHz.

MCP-J10, MCP-J11, at MCP-J12 Absolute Pressure Sensor para sa Paggamit ng Automotive Ang mga naka-calibrate na absolute pressure sensor na ito ay nag-aalok ng analog o digital na output, sumusukat ng hanggang 4 na bar, at nababayaran sa temperatura sa buong haba ng sasakyan, na ginagawang angkop ang mga ito para sa mga sistema ng pagsubaybay sa presyon ng gulong. Tingnan ang Produkto →

Ang MemsTech, na nakabase sa National High-Tech Industrial Development Zone ng Wuxi, ay gumagawa ng mga automotive pressure sensor sa paligid ng mga kinakailangang ito. Ang serye ng MCPJ10, MCPJ11 at MCPJ12 ay mga absolute pressure sensor na may 0 hanggang 4 na bar na saklaw ng pagsukat, na available sa parehong analog at digital na mga bersyon ng output, at ang kanilang proseso ng pagkakalibrate ay sumasaklaw sa buong span ng temperatura ng sasakyan.

Bakit Mahalaga ang Temperature Compensation sa isang Tire Pressure Sensor

Ang temperatura sa loob ng gulong ay maaaring mag-swing mula -40 C sa isang winter parking lot hanggang 80 C sa highway speed. Kung ang sensor ay hindi nabayaran, ang drift na ito lamang ay maaaring magpakilala ng 15 hanggang 20 kPa error, na sapat na malaki upang mag-trigger ng maling babala sa mababang presyon.

Ang bawat yunit ay na-calibrate ng pabrika sa ilang mga punto ng temperatura. Ang mga koepisyent ng kompensasyon ay iniimbak sa panloob na ASIC ng sensor sa panahon ng produksyon, kaya ang huling output ay awtomatikong itinatama habang umiinit at lumalamig ang gulong. Sinusundan ng MemsTech ang prosesong ito sa loob ng 2,000 metro kuwadrado nitong pasilidad, na may mga panloob na kakayahan na sumasaklaw sa packaging, welding, kabayaran sa temperatura at pagkakalibrate ng pagganap. Ang bawat aparato ay nasubok sa zero at buong sukat bago ipadala upang matiyak ang pagkakapare-pareho ng batch.

MCP-J20 Series Pressure Sensor para sa Automotive at Motorcycle Manifold Application Idinisenyo para sa intake manifold pressure sensing sa mga kotse at motorsiklo, ang seryeng ito ay nagbibigay ng analog na output na may mga opsyonal na hanay hanggang 1000 kPa, at na-calibrate para sa katumpakan nang walang pagkakalibrate sa panig ng customer. Tingnan ang Produkto →

Ang serye ng MCPJ20 ay nagpapalawak ng parehong absolute sensing architecture sa isang mas malawak na hanay ng mga automotive application, kabilang ang mas malalaking SUV at light truck platform na may mas mataas na cold inflation pressure.

FAQ

Gaano katagal ang baterya ng sensor ng presyon ng gulong?

Ang mga direktang TPMS sensor ay mga selyadong unit na may tagal ng baterya na 5 hanggang 10 taon. Kapag naubos na ang baterya, dapat palitan ang buong sensor assembly, dahil hindi magagamit ang baterya sa loob ng selyadong valve unit.

Maaari ko bang palitan ang isang sensor ng presyon ng gulong nang hindi binabago ang tangkay ng balbula?

Sa karamihan ng mga direktang sistema ng TPMS, ang sensor ay isinama sa valve stem. Ang ilang mga aftermarket kit ay nagbibigay-daan sa isang sensor-only na kapalit, ngunit ang pagpapalit sa buong assembly ay ang karaniwang pamamaraan ng serbisyo at mas maaasahan.

Anong presyon ng gulong ang dapat basahin ng sensor ng TPMS?

Para sa karamihan ng mga pampasaherong sasakyan, ang inirerekomendang malamig na presyon ng gulong ay 2.2 hanggang 2.4 bar (32 hanggang 35 psi). Ang threshold ng babala ng TPMS ay karaniwang nakatakda sa humigit-kumulang 25 porsiyento sa ibaba ng rekomendasyong iyon.

Bakit bumukas ang ilaw ng TPMS ko kapag malamig ang panahon?

Mga kontrata ng malamig na hangin. Para sa pagbaba ng 10 C sa ambient temperature, ang presyon ng gulong ay maaaring bumaba ng 7 hanggang 10 kPa. Kung malapit na ang gulong sa threshold ng babala, sapat na ang pagbagsak na ito para i-activate ang alerto.