سنسور فشار تایر چگونه کار می کند؟ آشنایی با TPMS مستقیم و غیر مستقیم

راننده ای با سرعت 70 مایل در ساعت در حال حرکت است که داشبورد نماد زرد فشار باد لاستیک را نشان می دهد. لاستیک به وضوح پنچر نیست و وسیله نقلیه همچنان به طور عادی کار می کند. اتفاقی که افتاد این بود که یک سنسور فشار MEMS که در داخل چرخ نصب شده بود تشخیص داد که فشار مطلق از خط پایه 2.2 بار به حدود 1.9 بار کاهش یافته است. آن حسگر فشار فیزیکی را به ولتاژ تبدیل کرد، آن را دیجیتالی کرد و آن را با فرکانس 433.92 مگاهرتز به ماژول کنترل بدنه منتقل کرد که سپس هشدار را آغاز کرد. این سناریو روزانه میلیون ها بار در جاده های سراسر جهان تکرار می شود. دانستن اینکه حسگر فشار باد تایر چگونه کار می کند، فقط یک چیز بی اهمیت مهندسی نیست. این پایه ای برای انتخاب قطعه مناسب و طراحی یک سیستم پایش فشار خودرو قابل اعتماد است.

سنسور فشار تایر واقعاً چه چیزی را اندازه می‌گیرد

سنسور فشار باد تایر، فشار مطلق هوا را در داخل محفظه تایر، معمولاً در محدوده 100 تا 400 کیلو پاسکال (1.0 تا 4.0 بار) اندازه‌گیری می‌کند و آن را به صورت بی‌سیم به ECU خودرو با وضوح حدود 1 کیلو پاسکال منتقل می‌کند.

عنصر حسگر یک تراشه سنسور فشار MEMS است: یک قالب سیلیکونی کوچک با یک دیافراگم نازک پاسخگو. هنگامی که فشار باد تایر به دیافراگم فشار می آورد، غشاء تا چند دهم میکرومتر خم می شود. این انحراف مکانیکی یک رویداد فیزیکی است که در نهایت به عدد روی داشبورد شما تبدیل می‌شود. این سنسور به عنوان یک دستگاه فشار مطلق ساخته شده است زیرا باید فشار داخلی تایر را با مرجع خلاء مهر و موم شده مقایسه کند. فشار اتمسفر با ارتفاع و آب و هوا تغییر می کند، بنابراین یک مرجع گیج خطاهایی تا 30 کیلو پاسکال را در یک درایو نشان می دهد.

چگونه تراشه MEMS فشار را به داده تبدیل می کند

تبدیل از انحراف مکانیکی به داده‌های دیجیتال از یک زنجیره چهار مرحله‌ای پیروی می‌کند: جابجایی دیافراگم، تغییر مقاومت در سراسر پل وتستون، تهویه سیگنال آنالوگ و انتقال فرکانس رادیویی.

• انحراف دیافراگم: یک بار فشار یک دیافراگم سیلیکونی معمولی را بین 0.5 تا 1 میکرومتر حرکت می دهد.
• پل وتستون: عناصر پیزورمقاومتی که بر روی دیافراگم طراحی شده اند، در مقیاس فشار کامل 1 تا 3 درصد تغییر مقاومت می دهند.
• شرطی سازی سیگنال: یک ASIC ولتاژ پل را تقویت می کند، جبران دما را اعمال می کند و نتیجه را به داده های دیجیتال 10 تا 12 بیتی پردازش می کند.
• انتقال RF: فریم پردازش شده بر روی یک حامل 433.92 مگاهرتز یا 315 مگاهرتز مدوله شده و به واحد گیرنده پخش می شود.

دما بزرگ‌ترین متغیری است که خوانش فشار را خراب می‌کند. یک سنسور کالیبره شده در دمای 20 درجه سانتیگراد، فشار هوا را تا 50 کیلو پاسکال در محدوده نشان داده شده در بالا افزایش می دهد. بدون جبران، یک واحد جبران نشده، مقداری را گزارش می‌کند که تقریباً 20 کیلو پاسکال در یک صبح زمستانی بسیار کم است، که برای ایجاد یک هشدار نادرست کافی است.

برای نگاهی گسترده تر به فناوری پشت این دستگاه ها، این راهنما را ببینید سنسور فشار MEMS .

مستقیم در مقابل TPMS غیر مستقیم: چگونه دو رویکرد متفاوت هستند

TPMS مستقیم از یک سنسور فشار فیزیکی در هر چرخ استفاده می کند. TPMS غیر مستقیم از سنسورهای سرعت چرخ ABS موجود خودرو برای تخمین فشار استفاده می کند. فقط TPMS مستقیم مقدار فشار واقعی را برمی گرداند.

اکثر وسایل نقلیه مدرن از TPMS مستقیم استفاده می کنند زیرا خوانش دقیقی برای هر لاستیک ارائه می دهد که برای تشخیص نشتی کند و جلوگیری از سایش ناهموار آج بسیار مهم است. همان فناوری سنسور فشار MEMS نیز در آن ظاهر می شود سنسورهای فشار در خودروهای مدرن فراتر از TPMS، از جمله نظارت بر فشار روغن و سیستم های ترمز.

چهار مشخصاتی که انتخاب سنسور فشار تایر را تعیین می کند

محدوده فشار، دقت، سیگنال خروجی و بسته بندی چهار پارامتری هستند که تعیین می کنند سنسور فشار باد تایر به طور قابل اعتمادی در میدان عمل کند یا خیر.

برای یک خودروی سواری که با فشار 2.2 تا 2.5 بار کار می کند، آستانه هشدار معمولاً 25 درصد کمتر از فشار توصیه شده سازنده تنظیم می شود. محدوده 0 تا 4 بار آن برنامه را پوشش می دهد بدون اینکه آنقدر گسترده شود که وضوح سنسور را قربانی کند.

دقت محدودیت بعدی است. یک آفست 0.3 بار می تواند نشت آهسته را پنهان کند یا یک هشدار کاذب ایجاد کند، به همین دلیل است که بهترین سنسورهای فشار MEMS در سطح خودرو به 0.2- درصد از دهانه مقیاس کامل می رسند. در یک سنسور 4 بار، که تقریباً 8 کیلو پاسکال مجاز خطا است.

سیگنال خروجی سومین نقطه تصمیم گیری است. خروجی ولتاژ آنالوگ در محدوده 0.5 تا 4.5 ولت ساده و پرکاربرد است، در حالی که خروجی های دیجیتال مانند I2C و SPI حساسیت به نویز الکترومغناطیسی را در دسته خودرو کاهش می دهند. برای TPMS مستقیم در یک مسیر با ارتعاش بالا، سیگنال های دیجیتال به طور فزاینده ای ترجیح داده می شوند.

بسته بندی تعیین می کند که حسگر چقدر می تواند به راحتی در شیر تایر یا رینگ چرخ ادغام شود. بسته‌های DIP و SIP از نصب PCB پشتیبانی می‌کنند، در حالی که بسته‌های SOP زمانی که سنسور در مجموعه میل سوپاپ قرار می‌گیرد، رایج هستند. این دستگاه همچنین باید از سطوح ارتعاش در حدود 50 گرم در فرکانس تا 1 کیلوهرتز دوام بیاورد.

سنسورهای فشار مطلق MCP-J10، MCP-J11 و MCP-J12 برای استفاده در خودرو این سنسورهای فشار مطلق کالیبره‌شده خروجی آنالوگ یا دیجیتال را ارائه می‌دهند، تا 4 بار را اندازه‌گیری می‌کنند و در تمام طول خودرو با دما جبران می‌شوند و آنها را برای سیستم‌های نظارت بر فشار باد تایرها مناسب می‌سازد. مشاهده محصول →

MemsTech، مستقر در منطقه ملی توسعه صنعتی با فناوری پیشرفته Wuxi، حسگرهای فشار خودرو را حول این الزامات می‌سازد. سری‌های MCPJ10، MCPJ11 و MCPJ12 سنسورهای فشار مطلق با محدوده اندازه‌گیری 0 تا 4 بار هستند که در دو نسخه خروجی آنالوگ و دیجیتال موجود هستند و فرآیند کالیبراسیون آنها دامنه دمای کامل خودرو را پوشش می‌دهد.

چرا جبران دما در سنسور فشار تایر حیاتی است؟

دمای داخل تایر می تواند از -40 درجه سانتیگراد در پارکینگ زمستانی به 80 درجه سانتیگراد در سرعت بزرگراه تغییر کند. اگر حسگر جبران نشود، این رانش به تنهایی می تواند خطای 15 تا 20 کیلو پاسکال را ایجاد کند که به اندازه کافی بزرگ است تا یک هشدار نادرست فشار پایین را ایجاد کند.

هر واحد در چندین نقطه دمایی در کارخانه کالیبره شده است. ضرایب جبران در طول تولید در ASIC داخلی سنسور ذخیره می شود، بنابراین خروجی نهایی به طور خودکار با گرم شدن و خنک شدن لاستیک اصلاح می شود. MemsTech این فرآیند را در تاسیسات 2000 متر مربعی خود با قابلیت‌های داخلی بسته‌بندی، جوشکاری، جبران دما و کالیبراسیون عملکرد دنبال می‌کند. هر دستگاه قبل از حمل و نقل در مقیاس صفر و کامل آزمایش می شود تا از سازگاری دسته ای اطمینان حاصل شود.

سنسور فشار سری MCP-J20 برای کاربردهای منیفولد خودرو و موتور سیکلت این سری که برای سنجش فشار منیفولد ورودی در خودروها و موتورسیکلت ها طراحی شده است، خروجی آنالوگ را با محدوده اختیاری تا 1000 کیلو پاسکال ارائه می دهد و برای دقت بدون کالیبراسیون سمت مشتری کالیبره شده است. مشاهده محصول →

سری MCPJ20 همان معماری حسگر مطلق را به مجموعه گسترده‌تری از کاربردهای خودرویی، از جمله پلت‌فرم‌های SUV بزرگ‌تر و کامیون‌های سبک با فشار تورم سرد بالاتر، گسترش می‌دهد.

سوالات متداول

باتری سنسور فشار باد لاستیک چقدر دوام می آورد؟

سنسورهای مستقیم TPMS واحدهای مهر و موم شده با عمر باتری 5 تا 10 سال هستند. وقتی باتری خالی شد، کل مجموعه سنسور باید تعویض شود، زیرا باتری در داخل یک واحد شیر آب بندی شده قابل تعمیر نیست.

آیا می توانم سنسور فشار لاستیک را بدون تعویض میل سوپاپ تعویض کنم؟

در اکثر سیستم های TPMS مستقیم، سنسور با میل سوپاپ یکپارچه می شود. برخی از کیت‌های پس از فروش امکان تعویض فقط حسگر را می‌دهند، اما تعویض کل مجموعه روش استاندارد سرویس است و قابل اعتمادتر است.

سنسور TPMS چه فشار لاستیک را باید بخواند؟

برای اکثر خودروهای سواری، فشار باد سرد توصیه شده 2.2 تا 2.4 بار (32 تا 35 psi) است. آستانه هشدار TPMS معمولاً حدود 25 درصد کمتر از این توصیه تنظیم می شود.

چرا وقتی هوا سرد است چراغ TPMS من روشن می شود؟

هوای سرد منقبض می شود. برای کاهش 10 درجه سانتیگراد در دمای محیط، فشار تایر می تواند بین 7 تا 10 کیلو پاسکال کاهش یابد. اگر لاستیک از قبل به آستانه هشدار نزدیک بود، این افت برای فعال کردن هشدار کافی است.