ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ÁP SUẤT LỐP TPMS TN405
1. Đánh giá chung về hệ thống TMPS TN405
Hệ thống cảnh báo áp suất lốp (TPMS = Tire Pressure Monitoring System) TN405 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. TN405 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 TN405 sẽ là một thiết bị vô cùng quan trọng đối với mỗi lái xe. Thực tế đã chứng minh vai trò của TPMS đối với sự an toàn của lái xe và hành khách là vô cùng quan trọng, cụ thể từ năm 2018 tất cả các xe ô tô bán ra tại Mỹ đều phải trang bị sẵn hệ thống cảm biến áp suất lốp.
Hình 1 – Sơ đồ hệ thống cảnh báo áp suất lốp TPMS TN405
Trên hình 1 thể hiện sô đồ tổng hợp một hệ thống cảnh báo áp suất lốp mã hiệu TN405. 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.
Video thể hiện cảnh báo sự kiện áp suất lốp
2. Đánh giá màn hình trung tâm
Màn hình trung tâm của hệ thống cảm biến áp suất TN405 có kích thước Dài x Rộng x Cao là 10 x 8,5 x 3,5 cm. Chi tiết về kiểu dáng từ các góc nhìn được thể hiện trong hình 2. 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 LCD rất sáng so với các thế hệ trước đây (xem hình 2a). Màn hình thể hiện chi tiết về áp suất và nhiệt độ của từng lốp, tình trạng pin tích điện, tình trạng nạp điện, 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…
a - So sánh độ sáng TPMS TN405 với các thế hệ TPMS trước đây
b - Hình dáng TPMS TN405 từ các góc nhìn
Hình 2 – Cụm màn hình trung tâm TPMS TN405
Bảng 1 - Tổng hợp các linh kiện chính của khối màn hình TN405
Hình 3 - 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 TN405 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 4. 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 9 ÷ 10 mA, tiết kiệm pin hơn 3 lần so với phiên bản TPMS TN402 trước đây. Đo đạc trong trường hợp xe đỗ, màn hình chuyển chế độ standby dòng tiêu thụ là 1,3 ÷ 1,5 mA (hình 9b).
Hình 4 – Đo đạc dòng tiêu thụ của màn hình trung tâm TPMS TN405 khi không sử dụng pin mặt trời (trời không có nắng)
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 5.
Hình 5 – 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 5 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.
Kết quả đo đạc cho thấy, trong điều kiện nắng yếu đến trung bình, dòng điện từ pin mặt trời 5 ÷ 20 mA, điều này cho phép thời gian dùng pin kéo dài hơn rất nhiều (ít nhất là dài gấp đôi) so với trường hợp không có nắng. Nghĩa là pin mặt trời hoàn toàn đảm bảo khả năng tự nuôi mạch khi có nắng.
Hình 6 – Thời gian dùng pin trong trường hợp nắng yếu
Như vậy với ánh nắng trung bình và xe có phim chống nắng, pin sạc chỉ hết điện nếu màn hình kích hoạt liên tục trong khoảng vài tháng, 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 9 ÷ 10 mA của hệ thống, pin mặt trời không những đủ nuôi mạch còn dư khoảng 40 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 7 – Dòng sạc từ pin năng lượng mặt trời 5V Polycrystalline PET trong điều kiện ánh nắng mạnh vào buổi trưa
3. Đánh giá bộ phận cảm biến của hệ thống TPMS TN405
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 8. Trong đó, hình ảnh tổng thể của một trong 4 chiếc cảm biến xem hình 8a. Cảm biến gồm bộ phận điện chính (hình 8b) và các chi tiết cơ khí của van (hình 8c).
Hình 8 – Cấu tạo cảm biến (Sensor) áp suất lốp TN405
Các chi tiết của cơ cấu van gồm:
Van đồng, Vòng đệm, Nút chặn và Nắp van (hình 8c). 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 8b) 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. Nếu như ở các phiên bản TN400 và TN402 trước đây, nhà sản xuất sử dụng khá nhiều loại pin có chất lượng khác nhau, trong số đó một số lô sử dụng pin ER2450T dung lượng 420 mAh của Trung Quốc có độ bền không cao thì ở phiên bản TN405 đã được nhà sản xuất nâng cấp hoàn toàn lên Pin Maxell sản xuất tại Nhật Bản có dung lượng 620 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 ÷ 7 năm trong điều kiện vận hành bình thường.
Hình 9 - Pin Maxell CR2450 620 mAh sản xuất tại Nhật Bản
+ Chíp vi xử lý nổi tiếng INFINEON SP37 sản xuất tại Đức. Chất lượng của con chip này đã được cả thế giới công nhận với sản lượng bán ra khoảng 150 triệu chip mỗi năm. Bản thân mỗi con chip SP37 đã tích hợp đầy đủ sẵn bên trong các thành phần sau:
- 01 cảm biến áp suất (kiểm tra lốp căng, non, thủng lốp, rò hơi…);
- 01 cảm biến nhiệt độ (để phát hiện lốp quá nóng hoặc quá lạnh);
- 01 cảm biến gia tốc (để phát hiện xe đứng im hay chuyển động);
- 01 mô đun phát sóng RF 315/434 MHz để truyền tín hiệu đo lên màn hình trung tâm;
- 01 mô đun thu sóng LF125 kHz để nhận lệnh điều khiển từ màn hình trung tâm;
- Một khối vi xử lý cho phép lập trình chế độ làm việc (chip khả trình).
Việc tích hợp tất cả trong 1 như trên khiến mạch điện trong cảm biến cực kỳ nhỏ gọn, chỉ gồm 1 pin, một con chip SP37 và phíp mạch. Mức độ tiêu thụ pin của con chip này ở chế độ chờ chỉ 0,7 μA.
Hình 10 - Bên trong cảm biến áp suất lốp TN405 sử dụng chip SP37
Hình 11 – Sơ đồ mạch điện bộ phận cảm biến gắn trong lốp TN405
+ Chíp phát sóng không dây lên màn hình trung tâm siêu tiết kiệm điện INFINEON SP37 hoặc INFINEON SP40 (chíp sẽ được sử dụng trong phiên bản TN405).
Hình 12 – 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 13 – 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 12 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 14 – 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. Ngoài ra, các con số tính toán bên trên là cho điều kiện khó khan nhất, thực tế đi trung bình các thay đổi diễn ra ít hơn, pin hoàn toàn có thể tồn tại từ 6 – 7 năm.
Điểm đặc biệt của cảm biến cho hệ thống TN405 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 của TPMS TN405 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 cảm biến thực hiện khá dễ dàng, các pin Maxell CR2450 có bán sẵn trên mạng loại đã hàn dây, chỉ việc hàn lại vào mạch (xem hình 9) là tận dụng được các cảm biến cũ mà không phải mua mới.
4. Kết luận
Kết quả khảo sát, đo đạc và phân tích mạch cho thấy hệ thống cảnh báo áp suất lốp TN405 hiện nay là một hệ thống có chất lượng linh kiện tốt (linh kiện chủ yếu của Nhật và Đức), 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, trong đó pin mặt trời đủ cung cấp năng lượng để sạc bù pin Li-Ion khi đi nắng. Cảm biến của hệ thống TN405 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 ÷ 7 năm, pin có thể tự thay được mặc dù ít người làm việc này (người dùng thường mua mới cảm biến khi hết pin). Phiên bản TN405 đã khắc phục được điểm yếu của các phiên bản TN400 ÷ TN402 là mức độ tiêu thụ nguồn lớn dẫn đến nhanh hết pin nếu không có nắng thường xuyên. Như vậy có thể đánh giá TPMS TN405 là một hệ thống TPMS tốt hiện nay về chỉ số giá cả / chất lượng, đáp ứng tiêu chí Ngon - Bổ - Rẻ.
Hình 15 – Hình ảnh một cảm biến trong lốp ghép đồng thời với 3 thiết bị hiển thị cùng một lúc
1. Đánh giá chung về hệ thống TMPS TN405
Hệ thống cảnh báo áp suất lốp (TPMS = Tire Pressure Monitoring System) TN405 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. TN405 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 TN405 sẽ là một thiết bị vô cùng quan trọng đối với mỗi lái xe. Thực tế đã chứng minh vai trò của TPMS đối với sự an toàn của lái xe và hành khách là vô cùng quan trọng, cụ thể từ năm 2018 tất cả các xe ô tô bán ra tại Mỹ đều phải trang bị sẵn hệ thống cảm biến áp suất lốp.
Hình 1 – Sơ đồ hệ thống cảnh báo áp suất lốp TPMS TN405
Trên hình 1 thể hiện sô đồ tổng hợp một hệ thống cảnh báo áp suất lốp mã hiệu TN405. 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.
Video thể hiện cảnh báo sự kiện áp suất lốp
2. Đánh giá màn hình trung tâm
Màn hình trung tâm của hệ thống cảm biến áp suất TN405 có kích thước Dài x Rộng x Cao là 10 x 8,5 x 3,5 cm. Chi tiết về kiểu dáng từ các góc nhìn được thể hiện trong hình 2. 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 LCD rất sáng so với các thế hệ trước đây (xem hình 2a). Màn hình thể hiện chi tiết về áp suất và nhiệt độ của từng lốp, tình trạng pin tích điện, tình trạng nạp điện, 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…
a - So sánh độ sáng TPMS TN405 với các thế hệ TPMS trước đây
b - Hình dáng TPMS TN405 từ các góc nhìn
Hình 2 – Cụm màn hình trung tâm TPMS TN405
Bảng 1 - Tổng hợp các linh kiện chính của khối màn hình TN405
Hình 3 - 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 TN405 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 4. 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 9 ÷ 10 mA, tiết kiệm pin hơn 3 lần so với phiên bản TPMS TN402 trước đây. Đo đạc trong trường hợp xe đỗ, màn hình chuyển chế độ standby dòng tiêu thụ là 1,3 ÷ 1,5 mA (hình 9b).
Hình 4 – Đo đạc dòng tiêu thụ của màn hình trung tâm TPMS TN405 khi không sử dụng pin mặt trời (trời không có nắng)
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 5.
Hình 5 – 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 5 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.
Kết quả đo đạc cho thấy, trong điều kiện nắng yếu đến trung bình, dòng điện từ pin mặt trời 5 ÷ 20 mA, điều này cho phép thời gian dùng pin kéo dài hơn rất nhiều (ít nhất là dài gấp đôi) so với trường hợp không có nắng. Nghĩa là pin mặt trời hoàn toàn đảm bảo khả năng tự nuôi mạch khi có nắng.
Hình 6 – Thời gian dùng pin trong trường hợp nắng yếu
Như vậy với ánh nắng trung bình và xe có phim chống nắng, pin sạc chỉ hết điện nếu màn hình kích hoạt liên tục trong khoảng vài tháng, 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 9 ÷ 10 mA của hệ thống, pin mặt trời không những đủ nuôi mạch còn dư khoảng 40 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 7 – Dòng sạc từ pin năng lượng mặt trời 5V Polycrystalline PET trong điều kiện ánh nắng mạnh vào buổi trưa
3. Đánh giá bộ phận cảm biến của hệ thống TPMS TN405
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 8. Trong đó, hình ảnh tổng thể của một trong 4 chiếc cảm biến xem hình 8a. Cảm biến gồm bộ phận điện chính (hình 8b) và các chi tiết cơ khí của van (hình 8c).
Hình 8 – Cấu tạo cảm biến (Sensor) áp suất lốp TN405
Các chi tiết của cơ cấu van gồm:
Van đồng, Vòng đệm, Nút chặn và Nắp van (hình 8c). 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 8b) 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. Nếu như ở các phiên bản TN400 và TN402 trước đây, nhà sản xuất sử dụng khá nhiều loại pin có chất lượng khác nhau, trong số đó một số lô sử dụng pin ER2450T dung lượng 420 mAh của Trung Quốc có độ bền không cao thì ở phiên bản TN405 đã được nhà sản xuất nâng cấp hoàn toàn lên Pin Maxell sản xuất tại Nhật Bản có dung lượng 620 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 ÷ 7 năm trong điều kiện vận hành bình thường.
Hình 9 - Pin Maxell CR2450 620 mAh sản xuất tại Nhật Bản
+ Chíp vi xử lý nổi tiếng INFINEON SP37 sản xuất tại Đức. Chất lượng của con chip này đã được cả thế giới công nhận với sản lượng bán ra khoảng 150 triệu chip mỗi năm. Bản thân mỗi con chip SP37 đã tích hợp đầy đủ sẵn bên trong các thành phần sau:
- 01 cảm biến áp suất (kiểm tra lốp căng, non, thủng lốp, rò hơi…);
- 01 cảm biến nhiệt độ (để phát hiện lốp quá nóng hoặc quá lạnh);
- 01 cảm biến gia tốc (để phát hiện xe đứng im hay chuyển động);
- 01 mô đun phát sóng RF 315/434 MHz để truyền tín hiệu đo lên màn hình trung tâm;
- 01 mô đun thu sóng LF125 kHz để nhận lệnh điều khiển từ màn hình trung tâm;
- Một khối vi xử lý cho phép lập trình chế độ làm việc (chip khả trình).
Việc tích hợp tất cả trong 1 như trên khiến mạch điện trong cảm biến cực kỳ nhỏ gọn, chỉ gồm 1 pin, một con chip SP37 và phíp mạch. Mức độ tiêu thụ pin của con chip này ở chế độ chờ chỉ 0,7 μA.
Hình 10 - Bên trong cảm biến áp suất lốp TN405 sử dụng chip SP37
Hình 11 – Sơ đồ mạch điện bộ phận cảm biến gắn trong lốp TN405
+ Chíp phát sóng không dây lên màn hình trung tâm siêu tiết kiệm điện INFINEON SP37 hoặc INFINEON SP40 (chíp sẽ được sử dụng trong phiên bản TN405).
Hình 12 – 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 13 – 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 12 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 14 – 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. Ngoài ra, các con số tính toán bên trên là cho điều kiện khó khan nhất, thực tế đi trung bình các thay đổi diễn ra ít hơn, pin hoàn toàn có thể tồn tại từ 6 – 7 năm.
Điểm đặc biệt của cảm biến cho hệ thống TN405 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 của TPMS TN405 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 cảm biến thực hiện khá dễ dàng, các pin Maxell CR2450 có bán sẵn trên mạng loại đã hàn dây, chỉ việc hàn lại vào mạch (xem hình 9) là tận dụng được các cảm biến cũ mà không phải mua mới.
4. Kết luận
Kết quả khảo sát, đo đạc và phân tích mạch cho thấy hệ thống cảnh báo áp suất lốp TN405 hiện nay là một hệ thống có chất lượng linh kiện tốt (linh kiện chủ yếu của Nhật và Đức), 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, trong đó pin mặt trời đủ cung cấp năng lượng để sạc bù pin Li-Ion khi đi nắng. Cảm biến của hệ thống TN405 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 ÷ 7 năm, pin có thể tự thay được mặc dù ít người làm việc này (người dùng thường mua mới cảm biến khi hết pin). Phiên bản TN405 đã khắc phục được điểm yếu của các phiên bản TN400 ÷ TN402 là mức độ tiêu thụ nguồn lớn dẫn đến nhanh hết pin nếu không có nắng thường xuyên. Như vậy có thể đánh giá TPMS TN405 là một hệ thống TPMS tốt hiện nay về chỉ số giá cả / chất lượng, đáp ứng tiêu chí Ngon - Bổ - Rẻ.
Hình 15 – Hình ảnh một cảm biến trong lốp ghép đồng thời với 3 thiết bị hiển thị cùng một lúc
Chủ đề tương tự
