TPMS TN402 - Đánh giá chi tiết hệ thống

icarvietnam

Administrator
ĐÁNH GIÁ TỪ A-Z HỆ THỐNG CẢNH BÁO ÁP SUẤT LỐP TN402

1. Đánh giá chung về hệ thống TMPS TN402

Hệ thống cảnh báo áp suất lốp (TPMS = Tire Pressure Monitoring System) TN402 là một hệ thống hoàn chỉnh gồm có 04 cảm biến đặt trong 04 lốp xe (mỗi lốp có 01 chiếc cảm biến) và bộ hiển thị trung tâm, đây là một thiết bị cảnh báo nhỏ gọn đặt trong xe. TN402 làm nhiệm vụ theo dõi liên tục tình trạng áp suất (Pressure) và nhiệt độ (Temperature) trong lốp. Khi áp suất hoặc nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn giá trị bình thường sẽ phát tín hiệu bằng âm thanh và hình ảnh để cảnh báo lái xe kịp thời xử lý, tránh các tai nạn đáng tiếc. Theo thống kê năm 2012, tại Việt Nam có 36.376 vụ tai nạn giao thông, làm chết 9.838 người và bị thương 38.060 người. Đặc biệt, 66% số vụ tai nạn có liên quan đến lốp xe (đi trời nóng nhiệt độ trong lốp quá cao không biết dẫn đến nổ lốp. Lốp bị thủng, rò rỉ hơi không biết đến khi xẹp gây mất lái, đâm xe, lật xe…). Điều này cho thấy hệ thống cảnh báo áp suất lốp TN402 sẽ là một thiết bị vô cùng quan trọng đối với mỗi lái xe.


Hình 1 – Sơ đồ hệ thống cảnh báo áp suất lốp TN402

Trên hình 1 thể hiện sô đồ tổng hợp một hệ thống cảnh báo áp suất lốp mã hiệu TN402. Như vậy, hệ thống gồm 1 màn hình trung tâm và 4 cảm biến gắn trong 4 lốp xe, các cảm biến này sẽ giám sát liên tục tình trạng về áp suất và nhiệt độ bên trong lốp để gửi tín hiệu về màn hình trung tâm mỗi khi có sự kiện diễn ra.

2. Đánh giá bộ phận cảm biến của hệ thống TPMS TN402

Hình ảnh của một chiếc cảm biến và cấu tạo các thành phần của một cảm biến trong lốp xe được thể hiện trên hình 2. Trong đó, hình ảnh tổng thể của một trong 4 chiếc cảm biến xem hình 2a. Cảm biến gồm bộ phận điện chính (hình 2b) và các chi tiết cơ khí của van (hình 2c).



Hình 2 – Cấu tạo cảm biến (Sensor) áp suất lốp TN402

Các chi tiết của cơ cấu van gồm:

Van đồng, Vòng đệm, Nút chặn và Nắp van (hình 2c). Bộ phận cơ khí không có liên quan gì với cảm biến, chức năng của nó chỉ đơn thuần là một cái Van thay cho Van nguyên bản của xe, lý do phải thay van vì van này có cơ cấu cho phép lắp bộ phận chính (hình 2b) vào trong lốp (không thể để cảm biến trong lốp mà không gắn vào đâu do dịch chuyển va đập khi xe chạy sẽ làm hỏng cả lốp và cảm biến).

Các chi tiết của bộ phận mạch chính gồm:

- Pin cấp nguồn cho vi xử lý cùng các sensor trong cảm biến. Tùy từng phiên bản mà pin được sử dụng cũng khác nhau, các phiên bản trước đây (năm 2016 trở về trước) TN400, TN402 dùng pin ER2450T, dung lượng 420 mAh của Trung Quốc. Đánh giá kết quả sử dụng trong thực tế cho thấy dòng pin này có độ ổn định về nhiệt thấp cũng như dung lượng không đồng đều giữa các lô sản xuất. Ở phiên bản thứ 2 đã được nhà sản xuất nâng cấp lên Pin Maxell sản xuất tại Nhật Bản, dung lượng 620 mAh hoặc Pin Panasonic CR2050, dung lượng 290 mAh. Một dung lượng như vậy đối với vi xử lý được sử dụng cho TPMS (chíp INFINEON SP37 và SP40) là rất lớn, cho phép pin làm việc khoảng 5 năm trong điều kiện vận hành bình thường.

- Cảm biến áp suất

- Cảm biến nhiệt độ

- Mạch điện và chíp Vi xử lý + Chíp phát sóng không dây lên màn hình trung tâm siêu tiết kiệm điện INFINEON SP37 hoặc INFINEON SP40.


sp37-2.jpg
Hình 3 – Sơ đồ khối chíp INFINEON SP37, SP40 của cảm biến

- Vỏ nhựa (lớp vỏ màu đen)

- Keo dẻo cao su non đổ đầy khoảng trống giữa Pin – Mạch điện và Vỏ nhựa để tạo độ lèn chặt, khả năng giảm chấn, cách nước và bảo vệ phần mạch điện.



Hình 4 – Bộ dụng cụ thí nghiệm đo dòng điện của cảm biến áp suất, tính tuổi thọ pin

Để đánh giá thực tế về tuổi thọ của pin trong cảm biến, một bộ công cụ thí nghiệm như hình 4 đã được gia công. Cấu tạo của dụng cụ thí nghiệm gồm có: Ống nhựa PVC Φ60; Giắc co Φ60; cọc lấy điện nối tiếp với pin của cảm biến; Van bơm hơi; Đồng hồ đo dòng điện kỹ thuật số YF-78; Bơm xe đạp chân; Dây điện + Kẹp cá sấu và bộ phận quan trọng nhất – đối tượng thí nghiệm là cảm biến (trong hình là cảm biến đã được tháo lắp đậy, cạo lớp cao su lon để lộ mạch điện phục vụ việc cắt mạch pin và hàn dây nối tiếp qua đồng hồ).

Theo dõi số đo trên đồng hồ được thực hiện bằng mắt thường kết hợp chế độ quay phim của điện thoại để quay chậm xem lại giá trị đo. Vì tín hiệu phát trong thời gian rất ngắn khi có sự kiện diễn ra, theo quan sát thì khoảng 1-2s. Từ các giá trị đo đạc thu được kết quả như sau:

- Chế độ chờ (không có tín hiệu phát đi sự kiện mới về thông tin áp suất cũng như nhiệt độ của lốp xe): dòng tiêu thụ cực nhỏ, chỉ 4 ÷ 6 μA (tức 4/1.000.000 ÷ 6/1.000.000 của 1 Ampe). Có thể coi như mạch điện không tiêu thụ pin.

- Chế độ có sự kiện thay đổi về áp suất và nhiệt độ diễn ra trong lốp: Mỗi khi áp suất tăng giảm 0,2 kg/cm² hoặc nhiệt độ tăng giảm 1ºC sẽ có tín hiệu phát về màn hình trung tâm. Ở chế độ kích hoạt, dòng tiêu thụ đo được khoảng 4,5 ÷ 5 mA.



Hình 5 – Đo đạc mức độ tiêu thụ pin của cảm biến

Thời gian tồn tại của pin (tuổi thọ pin) của cảm biến được tính toán từ công thức:

t = 3600*A/(I*T*K), ngày

Trong đó:

A – Dung lượng của pin, A = 620 mAh (lấy theo data sheet của pin Maxell CR2450)

I – Dòng tiêu thụ ở chế độ kích hoạt cảm biến, I = 5 mA

T – Thời gian một chu kỳ phát tín hiệu mỗi khi có sự kiện, T = 2s;

k - Số lần phát tín hiệu một ngày, k = 60*G/B, lần.

G – Số giờ xe chạy một ngày đêm, tạm tính trung bình cho một xe chạy 10 tiếng /ngày và khi đỗ xe giả sử không có sự kiện diễn ra. Thực tế xe chạy ít hơn thì tuổi thọ pin sẽ kéo dài hơn.

Theo kinh nghiệm chạy đường thực tế chúng tôi ghi nhận, trong điều kiện thời tiết mùa hè của Việt Nam, trung bình khoảng 5 phút sẽ có một sự kiện diễn ra trong lốp. Như vậy một chiếc xe chạy 8h một ngày có tổng số k = 60*10/5 = 120 lần.

Vậy:

t = 3600*620/(5*2*120) = 1860 ngày = 5,1 năm.

Thực tế theo thông số của nhà sản xuất là 5 năm. Như vậy, giá trị về tuổi thọ pin cảm biến đã đưa ra của nhà sản xuất là có thể tin cậy được. Đối với các phiên bản sử dụng Pin Panasonic thời gian phát tín hiệu được rút ngắn do vậy mức độ sử dụng pin khoảng 3 năm nếu dùng chíp SP37 và 5 năm nếu dùng chíp SP40

Điểm đặc biệt của cảm biến cho hệ thống TN402 là có thể thay riêng rẽ từng cảm biến, hoặc cũng có thể tự thay pin nếu pin trong cảm biến bị hết điện. Trong trường hợp chỉ 1 cảm biến bị hỏng, người dùng có thể thay chỉ 1 cảm biến vì màn hình trung tâm cho phép ghép một cảm biến mới mà không phải thay toàn bộ như các hệ thống TPMS khác trên thị trường hiện nay, điều này cho phép tiết kiệm rất nhiều chi phí cho người sử dụng. Việc thay cảm biến hoặc thay pin cho thực hiện khá dễ dàng, các pin Maxell CR2450 hoặc Panasônc CR2050 có bán sẵn trên mạng loại đã hàn dây, chỉ việc hàn lại vào mạch (xem hình 6) là tận dụng được các cảm biến cũ.


Hình 6 - Pin Maxell CR2450 620 mAh, Panasonic CR2050 290 mAh

3. Đánh giá màn hình trung tâm

Màn hình trung tâm của hệ thống cảm biến áp suất TN402 có kích thước Dài x Rộng x Cao là 117 x 71 x 38mm. Chi tiết về hình dáng từ các góc nhìn được thể hiện trong hình 7. Tổng hợp một số linh kiện chính của mạch điện xem bảng 1 (các linh kiện có thể thay đổi theo từng lô sản xuất, không nhất thiết phải chính xác 100% như bảng kê dưới đây). Ngoài ra, cùng một mã hiệu thì đời sau cũng có thể dùng linh kiện khác đời trước, do vậy tổng hợp linh kiện ở đây chỉ mang tính chất tham khảo, không là căn cứ đối chiếu để quyết định cho một sản phẩm nào trên thị trường.

Nhìn từ bên ngoài cụm màn hình trung tâm gồm có bộ phận hiển thị hình ảnh LED 7 đoạn thể hiện chi tiết về áp suất và nhiệt độ của từng lốp, tình trạng pin tích điện, tình trạng nạp điện (khi đang nạp vạch pin sẽ chạy giống như điện thoại đang nạp pin), tình trạng pin mặt trời, hai nút bấm để bật tắt nguồn, chọn đơn vị hiển thị áp suất (bar = kg/cm², Psi) ghép cảm biến mới, đảo lốp…




Hình 7 – Cụm màn hình trung tâm

Bảng 1 - Tổng hợp các linh kiện chính của khối màn hình trung tâm

Bộ màn hình trung tâm có 2 hệ thống pin cùng làm việc là pin sạc Li-ion và pin năng lượng mặt trời. Trong đó pin sạc cho phép sử dụng liên tục khoảng 2 tháng mới phải sạc lại pin. Điều đặc biệt của hệ thống TN402 theo đánh giá là khả năng làm việc song công của Pin mặt trời và pin Li-ion. Nghĩa là khi đi trời tối chỉ pin Li-ion làm việc. Khi đi trời sáng (lúc có biểu tượng mặt trời hiển thị trên màn hình) thì pin mặt trời hỗ trợ pin sạc. Tùy theo độ sáng của môi trường mà dòng cung cấp của pin mặt trời cũng khác nhau.




Hình 8 - Hệ thống pin kép Mặt Trời – Li-ion, làm việc song công

Màn hình trung tâm có 2 chế độ làm việc: Chế độ kích hoạt (màn hình sáng) và chế độ Standby (màn hình tối, tắt). Hai chế độ này được TN402 bật tắt tự động, người dùng không phải làm gì nhờ bộ phận cảm biến rung. Khi xe nổ máy, lực rung trên xe sẽ kích hoạt cho màn hình ở chế độ làm việc. Khi đỗ xe, khoảng 30s không có rung động màn hình sẽ chuyển sang chế độ standby để tiết kiệm pin.

Để đo đạc chính xác dòng tiêu thụ và dòng sạc theo độ sáng, cụm màn hình trung tâm được tháo rời để thay dây điện dài hơn, câu qua đồng hồ đo dòng điện kỹ thuật số YF-78. Chi tiết về các thành phần và công tác đo đạc trong trường hợp không dùng pin mặt trời (tức chế độ đi đêm, đi trời tối) được thể hiện trên hình 6. Kết quả đo đạc cho thấy trong trường hợp pin mặt trời không kích hoạt, màn hình sáng (tức là chế độ làm việc bình thường) dòng tiêu thụ thực tế của pin Li-ion (pin sạc) là 31.5 ÷ 32 mA đối với phiên bản màn hình LED (hình 6a) và 11,6 mA đối với phiên bản màn hình LCD. Đo đạc trong trường hợp xe đỗ, màn hình chuyển chế độ standby dòng tiêu thụ là 1,6 mA (hình 9b).


Hình 9 – Đo đạc dòng tiêu thụ của màn hình trung tâm khi không sử dụng pin mặt trời (trời không có nắng)

Như vậy, thời gian dùng pin sau mỗi lần sạc đầy được tính toán theo công thức sau:

T = 24.A/(I.T1 + 24.I0 – I0.T1), giờ

Trong đó:

A – Dung lượng pin sạc Li-ion, A = 1000 mAh

I – Dòng điện tiêu thụ ở chế độ không kích hoạt pin mặt trời và màn hình trung tâm sáng, I = 11,6 mA

I0 – Dòng điện ở chế độ standby, I0 = 1,6mA

T1 – thời gian xe chạy trong 1 ngày, giờ.

Kết quả tính toán thời gian phải sạc lại pin tùy theo số giờ xe chạy thực tế mỗi ngày được thể hiện trên biểu đồ hình 10.


Hình 10 – Đồ thị xác định thời gian hoạt động của pin theo số giờ xe chạy mỗi ngày trong điều kiện không có ánh nắng để pin tự sạc

Phân tích biểu đồ hình 7 cho thấy, khi xe để một chỗ không có ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp thì sau khoảng gần 2 tháng sẽ hết pin. Khi xe chạy trung bình khoảng 2 giờ mỗi ngày trong điều kiện không có nắng thì khoảng 1 tháng phải sạc lại pin.

Trong điều kiện ánh sáng yếu đến trung bình, pin mặt trời cung cấp điện bổ sung cho pin sạc (biểu tượng mặt trời hiển thị trên màn hình), dòng tiêu thụ từ pin sạc giảm đáng kể. Kết quả đo đạc cho thấy, trong điều kiện nắng nhẹ, dòng điện từ pin mặt trời 10 ÷ 20 mA, điều này cho phép thời gian dùng pin kéo dài vô tận so với trường hợp không có nắng.

Hình 11 – Thời gian dùng pin trong trường hợp nắng yếu

Như vậy với ánh nắng trung bình và trong x echo phim chống nắng, pin sạc chỉ hết điện nếu màn hình kích hoạt liên tục, ở chế độ standby pin sẽ được nạp điện với dòng khoảng 8 ÷ 18 mA và không bao giờ cạn. Khi nắng mạnh như những ngày hè, dòng cung cấp từ pin mặt trời đạt khoảng 50 mA, so với dòng tiêu thụ 11,6 mA của hệ thống, pin mặt trời không những đủ nuôi mạch còn dư khoảng 38,4 mA để sạc cho pin Li-ion. Nếu sử dụng xe thường xuyên trong nắng có ánh sáng mạnh màn hình trung tâm sẽ không bao giờ hết pin kể cả khi màn hình kích hoạt liên tục. Đặc biệt các xe thường xuyên đậu ngoài bãi nắng, pin sẽ rất lâu hết hoặc không bao giờ hết do được pin mặt trời sạc bù thường xuyên.



Hình 12 – Dòng sạc từ pin năng lượng mặt trời 5V Polycrystalline PET trong điều kiện ánh nắng mạnh vào buổi trưa

Với năng lực thực tế đạt được của pin mặt trời, theo tính toán, để sạc đầy pin Li-ion 1000mA từ mức 0% ÷ 100% cần 20 tiếng. Tuy nhiên, việc sạc được thực hiện thường xuyên, liên tục do vậy hầu như không có hiện tượng pin sạc bị hết điện nếu đủ sáng cho pin mặt trời.

4. Kết luận

Kết quả khảo sát, đo đạc và phân tích mạch cho thấy hệ thống cảnh báo áp suất lốp TN402 hiện nay là một hệ thống có chất lượng linh kiện tốt, tiết kiệm năng lượng và có khả năng làm việc song công từ hai nguồn pin độc lập là pin mặt trời và pin sạc đối với màn hình trung tâm. Cảm biến của hệ thống TN402 cho phép ghép nối với nhiều màn hình cùng một lúc. Trong thực tế thử nghiệm đã nối với điện thoại qua bộ thu Bluetooth, nối với màn hình dvd android qua bộ thu USB hoặc bộ thu Bluetooth và nối với màn hình trung tâm cùng một lúc. Một màn hình cho phép gán các cảm biến khác nhau, có thể thay 1 hoặc vài cảm biến mà không cần thay màn hình. Điều này rất thuận tiện và tiết kiệm chi phí cho việc thay thế cảm biến sau khi hết pin hoặc hỏng hóc.

Thời gian sử dụng của cảm biến trong lốp khoảng 5 năm, pin có thể tự thay được mặc dù ít người làm việc này (người dùng thường mua mới cảm biến khi hết pin). Nhược điểm duy nhất của hệ thống là pin mặt trời khá nhỏ, do vậy trong điều kiện trời không có nắng, năng lượng sinh ra của không đủ sạc bù pin Li-ion dẫn đễn hết pin và người dùng phải sạc thủ công bằng cáp micro USB.
 
Sửa lần cuối:
Top