Hvordan fungerer en dekktrykksensor? Forstå direkte og indirekte TPMS

En sjåfør kjører i 70 mph når dashbordet viser et gult dekktrykkikon. Dekket er ikke synlig flatt, og kjøretøyet håndterer fortsatt normalt. Det som skjedde er at en MEMS-trykksensor montert inne i hjulet oppdaget at det absolutte trykket hadde sunket fra en 2,2 bars grunnlinje til ca. 1,9 bar. Den sensoren konverterte fysisk trykk til en spenning, digitaliserte den og sendte den ved 433,92 MHz til kroppskontrollmodulen, som deretter utløste advarselen. Dette scenariet gjentas millioner av ganger hver dag på veier over hele verden. Å vite hvordan en dekktrykksensor fungerer, er ikke bare tekniske trivia; det er grunnlaget for å velge riktig komponent og for å designe et pålitelig trykkovervåkingssystem for biler.

Hva en dekktrykksensor faktisk måler

En dekktrykksensor måler det absolutte lufttrykket inne i dekkhulen, typisk over et område på 100 til 400 kPa (1,0 til 4,0 bar), og overfører denne avlesningen trådløst til kjøretøyets ECU med en oppløsning på omtrent 1 kPa.

Føleelementet er en MEMS trykksensorbrikke: en liten silisiumform med en tynn responsiv membran. Når lufttrykket i dekkene presser mot denne membranen, bøyer membranen seg med noen tideler av en mikrometer. Den mekaniske avbøyningen er den fysiske hendelsen som til slutt blir nummeret på dashbordet ditt. Sensoren er konstruert som en enhet for absolutt trykk fordi den må sammenligne det interne dekktrykket med en forseglet vakuumreferanse. Atmosfærisk trykk endres med høyde og vær, så en målerreferanse vil introdusere feil på opptil 30 kPa i en enkelt kjøretur.

Hvordan MEMS-brikken konverterer trykk til data

Konverteringen fra mekanisk avbøyning til digitale data følger en fire-trinns kjede: diafragmaforskyvning, motstandsendring over en Wheatstone-bro, analog signalbehandling og radiofrekvensoverføring.

• Membranavbøyning: én bar trykk beveger en typisk silisiummembran med 0,5 til 1 mikrometer.
• Wheatstone-bro: piezoresistive elementer mønstret på membranen endrer motstanden med 1 til 3 prosent over hele trykkskalaen.
• Signalbehandling: en ASIC forsterker brospenningen, bruker temperaturkompensasjon og behandler resultatet til 10 til 12-biters digitale data.
• RF-overføring: den behandlede rammen moduleres til en 433,92 MHz eller 315 MHz bærebølge og kringkastes til mottakerenheten.

Temperatur er den største variabelen som ødelegger trykkavlesningen. En sensor kalibrert ved 20 C vil se lufttrykket øke med 50 kPa over området vist ovenfor. Uten kompensasjon vil en ukompensert enhet rapportere en verdi som er for lav med omtrent 20 kPa på en vintermorgen, nok til å utløse en falsk advarsel.

For en bredere titt på teknologien bak disse enhetene, se denne veiledningen til MEMS trykksensorer .

Direkte vs indirekte TPMS: Hvordan de to tilnærmingene er forskjellige

Direct TPMS bruker en fysisk trykksensor i hvert hjul. Indirekte TPMS bruker kjøretøyets eksisterende ABS-hjulhastighetssensorer for å beregne trykket. Bare direkte TPMS returnerer en reell trykkverdi.

De fleste moderne kjøretøy bruker direkte TPMS fordi det gir en nøyaktig avlesning for hvert dekk, noe som er avgjørende for å oppdage langsomme lekkasjer og forhindre ujevn slitasje på slitebanen. Den samme MEMS-trykksensorteknologien vises også i trykksensorer i moderne kjøretøy utover TPMS, inkludert oljetrykkovervåking og bremsesystemer.

Fire spesifikasjoner som dikterer valg av dekktrykksensor

Trykkområde, nøyaktighet, utgangssignal og emballasje er de fire parameterne som bestemmer om en dekktrykksensor vil yte pålitelig i felten.

For en personbil som kjører på 2,2 til 2,5 bar, er varselterskelen normalt satt til 25 prosent under produsentens anbefalte trykk. En rekkevidde på 0 til 4 bar dekker den applikasjonen uten å bli så bred at den ofrer sensoroppløsning.

Nøyaktighet er neste begrensning. En forskyvning på 0,3 bar kan skjule en langsom lekkasje eller gi en falsk alarm, og det er grunnen til at de beste MEMS-trykksensorene i bilindustrien når /-0,2 prosent av fullskalaspennet. På en 4 bar sensor er det omtrent 8 kPa feiltilskudd.

Utgangssignalet er det tredje beslutningspunktet. Analog spenningsutgang i området 0,5 til 4,5 V er enkel og mye brukt, mens digitale utganger som I2C og SPI reduserer følsomheten for elektromagnetisk støy i kjøretøyets sele. For direkte TPMS i en høyvibrasjonsrute foretrekkes digitale signaler i økende grad.

Emballasjen bestemmer hvor enkelt sensoren kan integreres i dekkventilen eller felgen. DIP- og SIP-pakker støtter PCB-montering, mens SOP-pakker er vanlige når sensoren sitter i ventilstammen. Enheten må også overleve vibrasjonsnivåer rundt 50 g ved frekvenser opp til 1 kHz.

MCP-J10, MCP-J11 og MCP-J12 absolutte trykksensorer for bilbruk Disse kalibrerte absolutttrykksensorene tilbyr analog eller digital utgang, måler opptil 4 bar og er temperaturkompensert over hele kjøretøyspennet, noe som gjør dem egnet for dekktrykkovervåkingssystemer. Se produkt →

MemsTech, basert i Wuxis nasjonale høyteknologiske industrielle utviklingssone, bygger trykksensorer for biler rundt disse kravene. MCPJ10-, MCPJ11- og MCPJ12-seriene er absolutte trykksensorer med et måleområde på 0 til 4 bar, tilgjengelig i både analoge og digitale utgangsversjoner, og deres kalibreringsprosess dekker hele kjøretøyets temperaturspenn.

Hvorfor temperaturkompensasjon er kritisk i en dekktrykksensor

Temperaturen inne i et dekk kan svinge fra -40 C på en vinterparkering til 80 C i motorveihastighet. Hvis sensoren ikke kompenseres, kan denne driften alene introdusere en 15 til 20 kPa feil, som er stor nok til å utløse en falsk lavtrykksadvarsel.

Hver enhet er fabrikkkalibrert ved flere temperaturpunkter. Kompensasjonskoeffisientene lagres i sensorens interne ASIC under produksjon, slik at den endelige utgangen blir automatisk korrigert når dekket varmes opp og avkjøles. MemsTech følger denne prosessen inne i sitt 2000 kvadratmeter store anlegg, med interne muligheter som dekker pakking, sveising, temperaturkompensasjon og ytelseskalibrering. Hver enhet testes ved null og full skala før forsendelse for å sikre batchkonsistens.

MCP-J20-seriens trykksensor for bruk i bil- og motorsykkelmanifold Denne serien er designet for inntaksmanifoldtrykkføling i biler og motorsykler, og gir analog utgang med valgfrie områder på opptil 1000 kPa, og er kalibrert for nøyaktighet uten kalibrering på kundesiden. Se produkt →

MCPJ20-serien utvider den samme absolutte sensingsarkitekturen til et bredere sett av bilapplikasjoner, inkludert større SUV- og lette lastebilplattformer med høyere kaldoppblåsingstrykk.

FAQ

Hvor lenge varer et dekktrykksensorbatteri?

Direct TPMS-sensorer er forseglede enheter med en batterilevetid på 5 til 10 år. Når batteriet er utladet, må hele sensorenheten skiftes ut, fordi batteriet ikke kan repareres inne i en forseglet ventilenhet.

Kan jeg bytte ut en dekktrykksensor uten å endre ventilstammen?

I de fleste direkte TPMS-systemer er sensoren integrert med ventilstammen. Noen ettermarkedssett tillater utskifting av kun sensor, men å erstatte hele enheten er standard serviceprosedyre og er mer pålitelig.

Hvilket dekktrykk bør en TPMS-sensor lese?

For de fleste personbiler er det anbefalte kalde dekktrykket 2,2 til 2,4 bar (32 til 35 psi). TPMS-advarselsterskelen er vanligvis satt til omtrent 25 prosent under den anbefalingen.

Hvorfor tennes TPMS-lyset mitt når været er kaldt?

Kald luft kontrakter. For et fall på 10 C i omgivelsestemperaturen, kan dekktrykket falle med 7 til 10 kPa. Hvis dekket allerede var nær advarselsterskelen, er dette fallet nok til å aktivere varselet.