타이어 압력 센서는 어떻게 작동합니까? 직접 및 간접 TPMS 이해

대시보드에 노란색 타이어 공기압 아이콘이 표시되면 운전자가 시속 70마일로 순항 중입니다. 타이어는 눈에 띄게 펑크가 나지 않으며 차량은 여전히 ​​정상적으로 작동합니다. 실제로 휠 내부에 장착된 MEMS 압력 센서는 절대 압력이 기준선 2.2bar에서 약 1.9bar로 떨어진 것을 감지했습니다. 해당 센서는 물리적 압력을 전압으로 변환하고 디지털화한 후 433.92MHz로 차체 제어 모듈에 전송하여 경고를 발생시켰습니다. 이 시나리오는 전 세계 도로에서 매일 수백만 번 반복됩니다. 타이어 압력 센서의 작동 방식을 아는 것은 단순한 엔지니어링 상식이 아닙니다. 이는 올바른 구성요소를 선택하고 신뢰할 수 있는 자동차 압력 모니터링 시스템을 설계하기 위한 기초입니다.

타이어 공기압 센서가 실제로 측정하는 것

타이어 공기압 센서는 일반적으로 100~400kPa(1.0~4.0bar) 범위에서 타이어 캐비티 내부의 절대 공기압을 측정하고 해당 값을 약 1kPa의 분해능으로 차량 ECU에 무선으로 전송합니다.

감지 요소는 얇은 반응형 다이어프램이 있는 작은 실리콘 다이인 MEMS 압력 센서 칩입니다. 타이어 공기압이 이 다이어프램을 밀면 멤브레인이 수십 마이크로미터만큼 구부러집니다. 이러한 기계적 편향은 결국 대시보드의 숫자가 되는 물리적 이벤트입니다. 센서는 내부 타이어 압력을 밀봉된 진공 기준과 비교해야 하기 때문에 절대 압력 장치로 구성됩니다. 대기압은 고도와 날씨에 따라 변하므로 게이지 기준은 단일 드라이브에서 최대 30kPa의 오류를 발생시킵니다.

MEMS 칩이 압력을 데이터로 변환하는 방법

기계적 편향에서 디지털 데이터로의 변환은 다이어프램 변위, 휘트스톤 브리지의 저항 변화, 아날로그 신호 조절 및 무선 주파수 전송의 4단계 체인을 따릅니다.

• 다이어프램 편향: 1bar의 압력으로 일반적인 실리콘 다이어프램이 0.5~1마이크로미터 이동합니다.
• 휘트스톤 브리지: 다이어프램에 패턴화된 압저항 요소는 전체 압력 규모에 걸쳐 저항을 1~3% 변경합니다.
• 신호 조절: ASIC은 브리지 전압을 증폭하고 온도 보상을 적용하며 결과를 10~12비트 디지털 데이터로 처리합니다.
• RF 전송: 처리된 프레임은 433.92MHz 또는 315MHz 반송파로 변조되어 수신기 장치로 방송됩니다.

온도는 압력 판독값을 손상시키는 가장 큰 변수입니다. 20C에서 보정된 센서는 위에 표시된 범위에서 공기 압력이 50kPa 상승하는 것을 볼 수 있습니다. 보상이 없으면 보상되지 않은 장치는 겨울 아침에 약 20kPa만큼 너무 낮은 값을 보고하여 잘못된 경고를 트리거할 수 있습니다.

이러한 장치 뒤에 있는 기술을 더 자세히 살펴보려면 다음 가이드를 참조하세요. MEMS 압력 센서 .

직접 및 간접 TPMS: 두 가지 접근 방식의 차이점

Direct TPMS는 각 바퀴에 물리적 압력 센서를 사용합니다. 간접 TPMS는 차량의 기존 ABS 휠 속도 센서를 사용하여 압력을 추정합니다. 직접 TPMS만 실제 압력 값을 반환합니다.

대부분의 최신 차량은 각 타이어에 대한 정확한 판독값을 제공하기 때문에 직접 TPMS를 사용합니다. 이는 느린 누출을 감지하고 고르지 않은 트레드 마모를 방지하는 데 중요합니다. 동일한 MEMS 압력 센서 기술이 다음에도 나타납니다. 현대 자동차의 압력 센서 유압 모니터링 및 브레이크 시스템을 포함한 TPMS 이상의 기능을 제공합니다.

타이어 압력 센서 선택을 결정하는 4가지 사양

압력 범위, 정확도, 출력 신호 및 패키징은 타이어 압력 센서가 현장에서 안정적으로 작동하는지 여부를 결정하는 4가지 매개변수입니다.

2.2~2.5bar로 주행하는 승용차의 경우 경고 임계값은 일반적으로 제조업체에서 권장하는 압력보다 25% 낮게 설정됩니다. 0~4bar 범위는 센서 해상도를 희생할 정도로 넓어지지 않고 해당 애플리케이션을 포괄합니다.

정확성은 다음 제약 조건입니다. 0.3bar 오프셋은 느린 누출을 숨기거나 잘못된 경보를 생성할 수 있으며, 이것이 바로 최고의 자동차 등급 MEMS 압력 센서가 전체 범위의 -0.2%에 도달하는 이유입니다. 4bar 센서의 경우 이는 대략 8kPa의 오류 허용치입니다.

출력 신호는 세 번째 결정 지점입니다. 0.5~4.5V 범위의 아날로그 전압 출력은 간단하고 널리 사용되는 반면, I2C 및 SPI와 같은 디지털 출력은 차량 하니스의 전자기 노이즈에 대한 민감성을 줄여줍니다. 진동이 심한 경로의 직접 TPMS의 경우 디지털 신호가 점점 더 선호됩니다.

포장은 센서가 타이어 밸브나 휠 림에 얼마나 쉽게 통합될 수 있는지를 결정합니다. DIP 및 SIP 패키지는 PCB 장착을 지원하는 반면 SOP 패키지는 센서가 밸브 스템 어셈블리에 장착될 때 일반적입니다. 또한 장치는 최대 1kHz의 주파수에서 약 50g의 진동 수준을 견뎌야 합니다.

MCP-J10, MCP-J11 및 MCP-J12 자동차용 절대 압력 센서 이러한 보정된 절대 압력 센서는 아날로그 또는 디지털 출력을 제공하고 최대 4bar까지 측정하며 전체 차량 범위에 걸쳐 온도 보상되므로 타이어 압력 모니터링 시스템에 적합합니다. 제품보기 →

우시(Wuxi)의 국가첨단기술산업개발구에 본사를 둔 MemsTech는 이러한 요구 사항을 충족하는 자동차 압력 센서를 제작합니다. MCPJ10, MCPJ11 및 MCPJ12 시리즈는 측정 범위가 0~4bar인 절대 압력 센서로서 아날로그 및 디지털 출력 버전으로 제공되며 교정 프로세스는 전체 차량 온도 범위를 포괄합니다.

타이어 압력 센서에서 온도 보상이 중요한 이유

타이어 내부 온도는 겨울 주차장의 -40C에서 고속도로 속도의 80C까지 변동될 수 있습니다. 센서가 보상되지 않으면 이 드리프트만으로도 15~20kPa의 오류가 발생할 수 있으며 이는 잘못된 저압 경고를 트리거할 만큼 큽니다.

모든 장치는 여러 온도 지점에서 공장에서 보정되었습니다. 보상 계수는 생산 중에 센서 내부 ASIC에 저장되므로 타이어가 가열되고 냉각됨에 따라 최종 출력이 자동으로 수정됩니다. MemsTech는 포장, 용접, 온도 보상 및 성능 교정을 포함하는 내부 기능을 갖춘 2,000제곱미터 규모의 시설 내에서 이 프로세스를 따릅니다. 각 장치는 배치 일관성을 보장하기 위해 배송 전에 0 및 전체 규모로 테스트됩니다.

자동차 및 오토바이 매니폴드 애플리케이션용 MCP-J20 시리즈 압력 센서 자동차 및 오토바이의 흡기 매니폴드 압력 감지용으로 설계된 이 시리즈는 최대 1000kPa의 옵션 범위로 아날로그 출력을 제공하며 고객 측 교정 없이 정확성을 위해 교정됩니다. 제품보기 →

MCPJ20 시리즈는 동일한 절대 감지 아키텍처를 더 높은 저온 팽창 압력을 갖춘 대형 SUV 및 소형 트럭 플랫폼을 포함하여 더 광범위한 자동차 애플리케이션 세트로 확장합니다.

FAQ

타이어 공기압 센서 배터리는 얼마나 오래 지속되나요?

직접 TPMS 센서는 배터리 수명이 5~10년인 밀폐형 장치입니다. 배터리가 고갈되면 전체 센서 어셈블리를 교체해야 합니다. 밀봉된 밸브 장치 내부에서는 배터리를 서비스할 수 없기 때문입니다.

밸브 스템을 교체하지 않고도 타이어 공기압 센서를 교체할 수 있나요?

대부분의 직접 TPMS 시스템에서 센서는 밸브 스템과 통합되어 있습니다. 일부 애프터마켓 키트에서는 센서만 교체할 수 있지만 전체 어셈블리를 교체하는 것이 표준 서비스 절차이며 더 안정적입니다.

TPMS 센서는 어떤 타이어 공기압을 읽어야 합니까?

대부분의 승용차에 권장되는 차가운 타이어 공기압은 2.2~2.4bar(32~35psi)입니다. TPMS 경고 임계값은 일반적으로 해당 권장 사항보다 약 25% 낮게 설정됩니다.

날씨가 추운데 왜 TPMS 표시등이 켜지나요?

찬 공기 계약. 주변 온도가 10C 떨어지면 타이어 공기압은 7~10kPa 정도 떨어질 수 있습니다. 타이어가 이미 경고 임계값에 가까웠다면 이 하락만으로도 경고가 활성화됩니다.