Hvordan virker en dæktrykssensor? Forståelse af direkte og indirekte TPMS

En chauffør kører med 70 km/t, når instrumentbrættet viser et gult dæktryksikon. Dækket er ikke synligt fladt, og køretøjet kører stadig normalt. Det, der skete, er, at en MEMS-tryksensor monteret inde i hjulet registrerede, at det absolutte tryk var faldet fra en 2,2 bars basislinje til omkring 1,9 bar. Denne sensor konverterede fysisk tryk til en spænding, digitaliserede det og sendte det ved 433,92 MHz til kropskontrolmodulet, som derefter udløste advarslen. Dette scenarie gentages millioner af gange hver dag på veje over hele verden. At vide, hvordan en dæktrykssensor fungerer, er ikke kun teknisk trivia; det er grundlaget for at vælge den rigtige komponent og for at designe et pålideligt trykovervågningssystem til biler.

Hvad en dæktrykssensor faktisk måler

En dæktrykssensor måler det absolutte lufttryk inde i dækkets hulrum, typisk over et område på 100 til 400 kPa (1,0 til 4,0 bar), og sender denne aflæsning trådløst til køretøjets ECU med en opløsning på omkring 1 kPa.

Føleelementet er en MEMS-tryksensorchip: en lille siliciummatrice med en tynd responsiv membran. Når dæklufttrykket skubber mod denne membran, bøjes membranen med nogle få tiendedele mikrometer. Den mekaniske afbøjning er den fysiske begivenhed, der til sidst bliver nummeret på dit instrumentbræt. Sensoren er konstrueret som en absolut trykanordning, fordi den skal sammenligne det interne dæktryk med en forseglet vakuumreference. Atmosfærisk tryk ændrer sig med højde og vejr, så en målerreference ville introducere fejl på op til 30 kPa i et enkelt drev.

Hvordan MEMS-chippen konverterer tryk til data

Konverteringen fra mekanisk afbøjning til digitale data følger en fire-trins kæde: diafragmaforskydning, modstandsændring over en Wheatstone-bro, analog signalbehandling og radiofrekvenstransmission.

• Membranafbøjning: En bars tryk flytter en typisk siliciummembran med 0,5 til 1 mikrometer.
• Wheatstone-bro: piezoresistive elementer mønstret på membranen ændrer modstanden med 1 til 3 procent over hele trykskalaen.
• Signalbehandling: en ASIC forstærker brospændingen, anvender temperaturkompensation og behandler resultatet til 10 til 12 bit digitale data.
• RF-transmission: den behandlede ramme moduleres på en 433,92 MHz eller 315 MHz bærebølge og udsendes til modtagerenheden.

Temperatur er den største variabel, der ødelægger trykaflæsningen. En sensor kalibreret ved 20 C ville se lufttrykket stige med 50 kPa over området vist ovenfor. Uden kompensation vil en ukompenseret enhed rapportere en værdi, der er for lav med ca. 20 kPa på en vintermorgen, nok til at udløse en falsk advarsel.

For et bredere kig på teknologien bag disse enheder, se denne guide til MEMS tryksensorer .

Direkte vs indirekte TPMS: Hvordan de to tilgange adskiller sig

Direct TPMS bruger en fysisk tryksensor i hvert hjul. Indirekte TPMS bruger køretøjets eksisterende ABS-hjulhastighedssensorer til at estimere trykket. Kun direkte TPMS returnerer en reel trykværdi.

De fleste moderne køretøjer bruger direkte TPMS, fordi det giver en nøjagtig aflæsning for hvert dæk, hvilket er afgørende for at opdage langsomme lækager og forhindre ujævnt slid på slidbanen. Den samme MEMS-tryksensorteknologi optræder også i tryksensorer i moderne køretøjer ud over TPMS, herunder olietryksovervågning og bremsesystemer.

Fire specifikationer, der dikterer valg af dæktrykssensor

Trykområde, nøjagtighed, udgangssignal og emballage er de fire parametre, der bestemmer, om en dæktrykssensor vil fungere pålideligt i marken.

For en personbil, der kører ved 2,2 til 2,5 bar, er advarselstærsklen normalt sat til 25 procent under producentens anbefalede tryk. Et område på 0 til 4 bar dækker den applikation uden at blive så bred, at det går på bekostning af sensoropløsning.

Nøjagtighed er den næste begrænsning. En offset på 0,3 bar kan skjule en langsom lækage eller frembringe en falsk alarm, hvilket er grunden til, at de bedste MEMS-tryksensorer af automotive kvalitet når /-0,2 procent af fuldskala-spændvidden. På en 4 bar sensor er det cirka 8 kPa fejltillæg.

Udgangssignalet er det tredje beslutningspunkt. Analog spændingsudgang i området fra 0,5 til 4,5 V er enkel og udbredt, mens digitale udgange som I2C og SPI reducerer modtageligheden for elektromagnetisk støj i køretøjets sele. For direkte TPMS i en højvibrationsrute foretrækkes digitale signaler i stigende grad.

Emballagen bestemmer, hvor let sensoren kan integreres i dækventilen eller fælgen. DIP- og SIP-pakker understøtter PCB-montering, mens SOP-pakker er almindelige, når sensoren sidder i ventilstammen. Enheden skal også overleve vibrationsniveauer omkring 50 g ved frekvenser op til 1 kHz.

MCP-J10, MCP-J11 og MCP-J12 absoluttrykssensorer til bilbrug Disse kalibrerede absoluttrykssensorer tilbyder analog eller digital udgang, måler op til 4 bar og er temperaturkompenseret over hele køretøjets spændvidde, hvilket gør dem velegnede til dæktryksovervågningssystemer. Se produkt →

MemsTech, der er baseret i Wuxis nationale højteknologiske industrielle udviklingszone, bygger tryksensorer til biler omkring disse krav. MCPJ10-, MCPJ11- og MCPJ12-serien er absolutte tryksensorer med et måleområde på 0 til 4 bar, tilgængelige i både analoge og digitale udgangsversioner, og deres kalibreringsproces dækker hele køretøjets temperaturspænd.

Hvorfor temperaturkompensation er kritisk i en dæktrykssensor

Temperaturen inde i et dæk kan svinge fra -40 C på en vinterparkeringsplads til 80 C ved motorvejshastighed. Hvis sensoren ikke kompenseres, kan denne drift alene introducere en 15 til 20 kPa fejl, som er stor nok til at udløse en falsk lavtryksadvarsel.

Hver enhed er fabrikskalibreret ved flere temperaturpunkter. Kompensationskoefficienterne lagres i sensorens interne ASIC under produktionen, så det endelige output korrigeres automatisk, når dækket opvarmes og afkøles. MemsTech følger denne proces inde i sit 2.000 kvadratmeter store anlæg med interne funktioner, der dækker emballering, svejsning, temperaturkompensation og ydeevnekalibrering. Hver enhed testes ved nul og fuld skala før forsendelse for at sikre batchkonsistens.

MCP-J20-seriens tryksensor til bil- og motorcykelmanifoldapplikationer Denne serie er designet til trykføling af indsugningsmanifolden i biler og motorcykler og giver analog udgang med valgfrie områder op til 1000 kPa og er kalibreret til nøjagtighed uden kalibrering på kundesiden. Se produkt →

MCPJ20-serien udvider den samme absolutte sensing-arkitektur til et bredere sæt af automobilapplikationer, herunder større SUV- og lette lastbilplatforme med højere koldt oppustningstryk.

FAQ

Hvor længe holder et dæktryksensorbatteri?

Direkte TPMS-sensorer er forseglede enheder med en batterilevetid på 5 til 10 år. Når batteriet er afladet, skal hele sensorenheden udskiftes, fordi batteriet ikke kan repareres inde i en forseglet ventilenhed.

Kan jeg udskifte en dæktrykssensor uden at skifte ventilstammen?

I de fleste direkte TPMS-systemer er sensoren integreret med ventilspindlen. Nogle eftermarkedssæt tillader en udskiftning af sensoren, men udskiftning af hele samlingen er standardserviceproceduren og er mere pålidelig.

Hvilket dæktryk skal en TPMS-sensor aflæse?

For de fleste personbiler er det anbefalede kolde dæktryk 2,2 til 2,4 bar (32 til 35 psi). TPMS-advarselstærsklen er typisk sat til omkring 25 procent under denne anbefaling.

Hvorfor tænder mit TPMS-lys, når vejret er koldt?

Kold luft kontrakter. For et fald på 10 C i omgivelsestemperaturen kan dæktrykket falde med 7 til 10 kPa. Hvis dækket allerede var tæt på advarselstærsklen, er dette fald nok til at aktivere alarmen.