Kuinka rengaspaineanturi toimii? Suoran ja epäsuoran TPMS:n ymmärtäminen

Kuljettaja ajaa nopeudella 70 mph, kun kojelaudassa näkyy keltainen rengaspainekuvake. Rengas ei ole näkyvästi tyhjä, ja auto kulkee edelleen normaalisti. Tapahtui, että pyörän sisään asennettu MEMS-paineanturi havaitsi, että absoluuttinen paine oli pudonnut 2,2 baarin perusviivasta noin 1,9 baariin. Tämä anturi muutti fyysisen paineen jännitteeksi, digitoi sen ja lähetti sen 433,92 MHz:n taajuudella kehon ohjausyksikköön, joka sitten laukaisi varoituksen. Tämä skenaario toistuu miljoonia kertoja joka päivä teillä maailmanlaajuisesti. Rengaspaineanturin toiminnan tunteminen ei ole vain teknisiä asioita; se on perusta oikean komponentin valinnalle ja luotettavan autopaineenvalvontajärjestelmän suunnittelulle.

Mitä rengaspaineanturi todellisuudessa mittaa

Rengaspaineanturi mittaa absoluuttista ilmanpainetta renkaan ontelossa, tyypillisesti alueella 100–400 kPa (1,0–4,0 bar), ja lähettää tämän lukeman langattomasti ajoneuvon ECU:hun noin 1 kPa:n resoluutiolla.

Tunnistinelementti on MEMS-paineanturisiru: pieni piisuulake, jossa on ohut reagoiva kalvo. Kun renkaan ilmanpaine painaa tätä kalvoa, kalvo taipuu muutaman mikrometrin kymmenesosan. Tämä mekaaninen taipuma on fyysinen tapahtuma, josta tulee lopulta numero kojelaudassasi. Anturi on rakennettu absoluuttiseksi painelaitteeksi, koska sen on verrattava sisäistä rengaspainetta suljettuun tyhjiöreferenssiin. Ilmanpaine muuttuu korkeuden ja sään mukaan, joten mittarin viite voi aiheuttaa jopa 30 kPa virheitä yhdessä ajossa.

Kuinka MEMS-siru muuntaa paineen tiedoiksi

Muuntaminen mekaanisesta taipumisesta digitaaliseen dataan seuraa nelivaiheista ketjua: kalvon siirtymä, vastuksen muutos Wheatstonen sillan yli, analoginen signaalin säätö ja radiotaajuinen lähetys.

• Kalvon taipuma: yksi painepalkki siirtää tyypillistä piikalvoa 0,5-1 mikrometrillä.
• Wheatstone-silta: kalvoon kuvioidut pietsoresistiiviset elementit muuttavat vastusta 1-3 prosenttia koko paineasteikon aikana.
• Signaalin säätö: ASIC vahvistaa siltajännitettä, käyttää lämpötilan kompensointia ja prosessoi tuloksen 10-12-bittiseksi digitaaliseksi dataksi.
• RF-lähetys: käsitelty kehys moduloidaan 433,92 MHz tai 315 MHz kantoaaltolle ja lähetetään vastaanotinyksikköön.

Lämpötila on suurin muuttuja, joka turmelee painelukeman. 20 C:een kalibroitu anturi näkisi ilmanpaineen nousevan 50 kPa yllä esitetyllä alueella. Ilman kompensaatiota kompensoimaton yksikkö ilmoittaisi arvon, joka on noin 20 kPa liian alhainen talviaamuna, mikä riittää laukaisemaan väärän varoituksen.

Katso tästä oppaasta laajempi katsaus näiden laitteiden takana olevaan tekniikkaan MEMS paineanturit .

Suora vs. epäsuora TPMS: Kuinka nämä kaksi lähestymistapaa eroavat

Suora TPMS käyttää fyysistä paineanturia jokaisessa pyörässä. Epäsuora TPMS käyttää ajoneuvon olemassa olevia ABS-pyörän nopeusantureita arvioimaan painetta. Vain suora TPMS palauttaa todellisen painearvon.

Useimmat nykyaikaiset ajoneuvot käyttävät suoraa TPMS:ää, koska se tarjoaa tarkan lukeman jokaiselle renkaalle, mikä on kriittistä hitaiden vuotojen havaitsemiseksi ja kulutuspinnan epätasaisen kulumisen estämiseksi. Sama MEMS-paineanturitekniikka näkyy myös paineanturit nykyaikaisissa ajoneuvoissa TPMS:n lisäksi, mukaan lukien öljynpaineen valvonta ja jarrujärjestelmät.

Neljä eritelmää, jotka määräävät rengaspaineanturin valinnan

Painealue, tarkkuus, lähtösignaali ja pakkaus ovat neljä parametria, jotka määrittävät, toimiiko rengaspaineanturi luotettavasti kentällä.

Henkilöautolle, jonka paine on 2,2–2,5 baaria, varoituskynnys on normaalisti asetettu 25 prosenttia valmistajan suositteleman paineen alapuolelle. 0–4 baarin alue kattaa tämän sovelluksen muuttumatta niin laajaksi, että se uhraa anturin resoluutiota.

Tarkkuus on seuraava rajoitus. 0,3 baarin poikkeama voi peittää hitaan vuodon tai aiheuttaa väärän hälytyksen, minkä vuoksi parhaat autoluokan MEMS-paineanturit saavuttavat /-0,2 prosenttia täyden mittakaavan alueen. 4 baarin anturilla se on noin 8 kPa virhevaraa.

Lähtösignaali on kolmas päätöspiste. Analoginen jännitelähtö alueella 0,5–4,5 V on yksinkertainen ja laajalti käytetty, kun taas digitaaliset lähdöt, kuten I2C ja SPI, vähentävät herkkyyttä sähkömagneettiselle melulle ajoneuvon johtosarjassa. Suorassa TPMS:ssä korkeavärähtelyreitillä digitaalisia signaaleja suositaan yhä enemmän.

Pakkaus määrittää, kuinka helposti anturi voidaan integroida renkaan venttiiliin tai vanteeseen. DIP- ja SIP-paketit tukevat piirilevyn asennusta, kun taas SOP-paketit ovat yleisiä, kun anturi on venttiilivarsikokoonpanossa. Laitteen on myös kestettävä noin 50 g:n tärinätasot jopa 1 kHz:n taajuuksilla.

Absoluuttiset MCP-J10-, MCP-J11- ja MCP-J12-paineanturit autokäyttöön Nämä kalibroidut absoluuttiset paineanturit tarjoavat analogisen tai digitaalisen lähdön, mittaavat jopa 4 baaria ja ovat lämpötilakompensoituja koko ajoneuvon ajan, joten ne sopivat rengaspaineiden valvontajärjestelmiin. Näytä tuote →

MemsTech, joka sijaitsee Wuxin kansallisella korkean teknologian teollisuuskehitysalueella, rakentaa autojen paineantureita näiden vaatimusten mukaisesti. MCPJ10-, MCPJ11- ja MCPJ12-sarjat ovat absoluuttisia paineantureita, joiden mittausalue on 0–4 baaria, saatavana sekä analogisena että digitaalisena lähtöversiona, ja niiden kalibrointiprosessi kattaa koko ajoneuvon lämpötila-alueen.

Miksi lämpötilan kompensointi on kriittinen rengaspaineanturissa?

Lämpötila renkaan sisällä voi vaihdella -40 C:sta talviparkkipaikalla 80 C asteeseen maantienopeudella. Jos anturia ei kompensoida, tämä poikkeama voi yksin aiheuttaa 15-20 kPa virheen, joka on tarpeeksi suuri laukaisemaan väärän matalapainevaroituksen.

Jokainen yksikkö on tehtaalla kalibroitu useissa lämpötilapisteissä. Kompensaatiokertoimet tallennetaan anturin sisäiseen ASIC:iin tuotannon aikana, joten lopputulosta korjataan automaattisesti renkaan lämmetessä ja jäähtyessä. MemsTech seuraa tätä prosessia 2 000 neliömetrin laitoksessaan, jonka sisäiset ominaisuudet kattavat pakkaamisen, hitsauksen, lämpötilakompensoinnin ja suorituskyvyn kalibroinnin. Jokainen laite testataan nollassa ja täydessä mittakaavassa ennen toimitusta erän johdonmukaisuuden varmistamiseksi.

MCP-J20-sarjan paineanturi autojen ja moottoripyörien jakotukkisovelluksiin Tämä sarja on suunniteltu autojen ja moottoripyörien imusarjan paineentunnistukseen, ja se tarjoaa analogisen lähdön valinnaisilla alueilla jopa 1000 kPa asti, ja se on kalibroitu tarkkuutta varten ilman asiakaspuolen kalibrointia. Näytä tuote →

MCPJ20-sarja laajentaa saman absoluuttisen tunnistusarkkitehtuurin laajempiin autoteollisuuden sovelluksiin, mukaan lukien suurempiin maastoautoihin ja kevyisiin kuorma-autoihin, joissa on korkeampi kylmäpaine.

FAQ

Kuinka kauan rengaspaineanturin akku kestää?

Suorat TPMS-anturit ovat suljettuja yksiköitä, joiden akun käyttöikä on 5–10 vuotta. Kun akku on tyhjentynyt, koko anturikokoonpano on vaihdettava, koska akkua ei voi huoltaa suljetun venttiiliyksikön sisällä.

Voinko vaihtaa rengaspaineanturin vaihtamatta venttiilin vartta?

Useimmissa suorissa TPMS-järjestelmissä anturi on integroitu venttiilin karaan. Jotkut jälkimarkkinasarjat mahdollistavat vain anturin vaihdon, mutta koko kokoonpanon vaihtaminen on normaali huoltotoimenpide ja luotettavampi.

Mitä rengaspaineita TPMS-anturin pitäisi lukea?

Useimmille henkilöautoille suositeltu kylmän rengaspaine on 2,2–2,4 baaria (32–35 psi). TPMS-varoituskynnys on yleensä asetettu noin 25 prosenttia alle tämän suosituksen.

Miksi TPMS-valo syttyy, kun sää on kylmä?

Kylmä ilma sopimukset. Jos ympäristön lämpötila laskee 10 C, rengaspaineet voivat laskea 7-10 kPa. Jos rengas oli jo lähellä varoituskynnystä, tämä pudotus riittää aktivoimaan hälytyksen.