Как работают датчики давления в шинах
Проколотая покрышка — это всегда очень неприятно. Но лучше узнать о спускаещем колесе заранее — в этом и помогут датчики давления в шинах.
Первый патент на шину был получен в 1846 году, и с тех пор колёса постоянно прокалываются. Любому ясно, что спустившая покрышка не сулит ничего хорошего. Да и упавшее давление может быть весьма опасно: недаром в разделе «Ежедневное обслуживание» инструкции по эксплуатации автомобиля пункт «Проверка давления в шинах» стоит одним из первых.
Когда шина «испускает дух», сопротивление качению значительно увеличивается. К чему это ведёт? К повышению расхода топлива, повышенному износу шин и, конечно же, к боковому уводу автомобиля. Причём небольшой такой увод в сторону можно списать на уклон дороги или колею. Так что водитель, по ошибке или неопытности, может продолжать движение довольно долго. И самое опасное в этом то, что при экстренной ситуации, например, при резком манёвре или торможении подспущенная покрышка может сорваться с диска или провернуться. А здесь и до аварии недалеко.
Стало быть, с этим безобразием нужно бороться всеми силами. И чем раньше водитель заметит потерю давления, тем лучше. Конечно, самый простой способ — перед поездкой проверить давление, поочерёдно присоединив к каждому колесу насос или манометр. Но мы с вами народ ленивый и забывчивый. Да и удовольствие ковыряться на морозе или в дождь с приборами невелико. Тем более что есть уже целый ворох систем, умеющих проверять это самое давление.
Самая простая из них — это специальные колпачки с цветовыми индикаторами, которые устанавливаются вместо штатных на вентили подкачки. Упало давление ниже, допустим, двух атмосфер — под прозрачной крышечкой такого появится предупреждающая жёлтая (оранжевая, фиолетовая) полоска. Ага, понятно, с колесом неладное, надо проверить. Опустилось давление ещё ниже — колпачок «окрасится» в другой, как правило, красный цвет, который будет говорить о критичности происходящего. Достоинство такого подхода — простота. Минус — недостаточно хорошая информативность. Ведь колпачки можно увидеть только во время остановки. И всё равно, обойти перед поездкой автомобиль, посмотрев на цвета колпачков, намного проще, чем мерить каждый раз давление.
Ещё один недостаток — колпачки начинают информировать об изменении давления только тогда, когда оно падает ниже определённых значений, которые, кстати, для вашего автомобиля и ваших колёс могут быть вполне нормальными. Значит, подбирать их надо именно под вашу машину.
А для того чтобы заметить неладное во время движения, неплохо бы иметь на борту электронную систему, которая автоматически оповещала бы об опасных падениях давления. И не просто оповещала, а делала бы это вовремя (чтобы было время сориентироваться) и без ложных срабатываний.
Установленная система контроля в таком случае в нужный момент предупредит водителя об изменении соответствующего параметра и даст ему достаточно времени для безопасной остановки автомобиля. Понятно, в случаях серьёзного прокола или взрыва покрышки такие системы не помогут, поскольку водитель и без всяких датчиков почувствует увод автомобиля. А вот при «медленном» проколе подобная электроника просто незаменима.
Есть, например, системы, которые передают данные о давлении и температуре в шинах на центральный блок при помощи радиосвязи. А есть и такие, которые могут передавать эти данные по на телефоны или коммуникаторы. А что, очень удобно.
Но есть и более хитрые системы, которые работают без «настоящих» датчиков давления, а через ABS. Именно они обычно и ставятся в серийной комплектации автомобилей. Как они работают?
Электроника при помощи датчиков в каждый момент времени определяет частоты вращения колёс и их относительную разницу. Как известно, при падении давления высота профиля шины становится ниже. Следовательно, скорость вращения колеса с «больной» шиной увеличивается, следовательно, увеличивается и разность частот вращения колёс на одной оси. В результате система фиксирует эти изменения — и даёт тревожный сигнал.
Чем плох такой косвенный способ определения давления в шинах? Такие системы могут срабатывать, например, в затяжных поворотах, когда на протяжении относительно долгого времени система фиксирует большую разницу частот вращения колёс разных бортов (ведь внешние колёса крутятся с большей скоростью, нежели внутренние). И это ещё цветочки.
В некоторых случаях такие системы бесполезны вовсе. Например, когда на автомобиле устанавливаются покрышки с технологией Run-Flat. Напомним, у шин с такой технологией даже при полной потере давления высота профиля уменьшается незначительно — примерно на %. Давления в шине нет, а усиленные боковины продолжают «держать», и не просто держать, а позволяют продолжать движение с очень даже приличной скоростью, на протяжении достаточно длительного времени.
И всё же эта система может очень сильно помочь, особенно в дальней дороге, своевременно предупредив о том, что с колёсами проблемы. Но полагаться на «помощников» полностью не стоит. Поэтому вместо вывода напишем всего два, нет, — три слова. Следите за давлением, товарищи! Хотя бы в неделю раз, а уж если заметили, что колесо подспущено, не ленитесь, подкачайте.
Системы контроля за давлением в шинах — как они устроены
Польза от подобных систем очевидна. Пониженное давление даже в одном из колес ухудшает управляемость (фактор безопасности, ради чего все и затеяно), повышает расход топлива и, само собой, ускоряет износ протектора. Ранние системы умели предупреждать водителя о том, что с давлением что-то не так. Современные могут указать, в каком колесе снижено давление и насколько оно отличается от нормы.
Системы контроля давления обычно именуют аббревиатурами TPMS (англ. tire pressure monitoring system), RDKS или RDK (нем. Reifendruckkontrollsystem, смысл идентичный). У некоторых фирм есть собственные обозначения для таких систем.
В массовом производстве развиваются два направления. Первое обозначают как direct (прямое), второе – indirect (косвенное).
Устройство прямой системы
В системах с прямым измерением показания снимают комбинированные датчики, установленные на вентили всех колес (внутри или снаружи). Они фиксируют давление и передают данные по радиосвязи в управляющий блок. В Европе для колесных датчиков выделен частотный диапазон 433 МГц.
Это наиболее точный вариант TPMS, реагирующий на разницу в 0,1 бар и даже меньше. В серийном исполнении может отображать «онлайн» сведения обо всех четырех колесах одновременно, иногда еще и температуру, что, возможно, избыточно.
Недостатки «прямой» системы: она дороже, чем «косвенная», и немного усложняет шиномонтаж – особенно когда датчики стоят внутри колеса. Некоторые системы после перемены расположения колес (например, при перекидке колес спереди назад для равномерного износа шин) требуют заново прописать их в память управляющего блока. Иногда эту операцию можно произвести только у официального дилера. А сами датчики зависимы от индивидуальных элементов электропитания (срок службы батареек обычно 5–7 лет).
| 1, 2, 7, 8 — датчики давления в шинах; 3 — световой индикатор давления в шинах; 4 — звуковой сигнализатор; 5 — панель приборов; 6 — монитор; 9 — блок управления контроля давления в шинах; 10 — диагностический интерфейс шин данных. |
Устройство косвенной системы
По сути, это программное расширение АБС в сочетании с базовыми «умениями» ESP/ESC и прочей бортовой электроникой. Задействованы штатные датчики вращения колеса. Электроника отслеживает изменения (у спущенного колеса частота вращения растет) и по ним диагностирует отклонения от нормативного давления.
Высокой точности этим способом не добиться, но ее и не требуется. Система сигнализирует о потере давления в одном из колес с индикацией его позиции. Либо в нескольких, но без подробных уточнений. Значимым отклонением считается 0,3 бар, опасным – 0,5 бар.
В некоторых ситуациях «косвенные» системы трактуют как снижение давления иные процессы: при буксовании на скользких покрытиях, неравномерном размещении груза, активном маневрировании, на крутых подъемах и спусках.
Проблема отчасти решается запрограммированной задержкой оповещения о спущенном колесе (обычно около минуты). Если за это время скорость вращения колеса придет в норму, оповещение отменяется.
Чтобы система не сигналила попусту, например при сильно изменившейся загрузке автомобиля, водитель может перезапустить систему, задав электронике новые «нормы» давления (адаптация). То же – при сезонной замене шин и работах с ходовой частью.
| 1 — сигнал нагрузки/крутящего момента двигателя; 2 — блок управления двигателем; 3 — выключатель стоп-сигналов; 4, 5, 8, 10 — датчики частоты вращения колес; 6 — сигнал стояночного тормоза; 7 — блок управления ABS; 9 — клавиша индикатора давления в шинах; 11 — монитор; 12 — диагностический интерфейс шин данных; 13 — панель приборов; 14 — звуковой сигнализатор; 15 — световой индикатор давления в шинах; 16 — датчик поперечного и продольного ускорения; 17 — датчик ускорения вокруг вертикальной оси. |
Цена вопроса
«Прямые» устройства для самостоятельной установки (комплект из датчиков, управляющего блока, монитора, проводов) продают за 3500-5000 рублей. При заводском монтаже стоимость TPMS такого типа намного ниже, а «косвенные» системы отличаются от штатного варианта только программным обеспечением. То есть переход России на обязательное оснащение всех новых машин сильно по кошельку не ударит. Выгода, помимо умозрительного повышения безопасности: перед дальними поездками не надо бегать по периметру с манометром. Да и жизнь дороже.
Исследование протокола системы контроля давления воздуха в шинах автомобиля (TPMS)
Система дистанционного контроля давления воздуха в шинах автомобиля (англ. аббревиатура TPMS — Tyre Pressure Monitoring System) предназначена для оперативного информирования пользователя о снижении давления в шинах и о критической температуре шин.
Датчики имеют внутреннее или внешнее исполнение. Внутренние устанавливаются внутрь покрышки бескамерного колеса, внешние навинчиваются на штуцер колеса. Колесо с внутренним датчиком на внешний вид совершенно идентично колесу без датчика. Такое колесо просто накачивать. Внешний датчик заметен, его можно украсть и при накачивании колеса его надо предварительно открутить. Также он подвергается влиянию атмосферных явлений.
Исследовать протокол работы системы TPMS меня побудила идея установить такую систему на детскую коляску для оперативного слежения за давлением в шинах.
Рис.1. Внешний вид системы TPMS
Рис.2. Плата контроллера системы TPMS
Просто так установить штатный приемный блок не было возможности, так как минимальное допустимое значение давления у него 1.1 Bar, а в детской коляске меньше. Поэтому модуль постоянно пищит, информируя о низком давлении в шинах. Почитать про разработку контроллера для «Умной» детской коляски «Максимка», в которой как раз и применены результаты исследования, можно в моей статье [1].
Сбор информации о работе TPMS начал с поиска статей в Интернет. Но, к сожалению, информации мало. Да и она касается обычно штатных систем автомобилей, которые немного сложнее и много дороже. А мне надо было информацию о простой китайской дешевой системе. Какое-то минимальное понимание у меня сложилось, теперь надо было приступить к экспериментам.
Итак, вооружаемся USB-свистком DVB-тюнера, запускаем RTL-SDR и смотрим эфир. Датчики работают на частоте 433.92 МГц в модуляции FSK. Изначально я записывал эфир и потом вручную разбирал протокол. Тут начались сложности. Ранее сталкивался только с OOK-модуляцией. Там все просто. Здесь немного сложнее. Информация кодируется двумя частотами. Поэтому изучал примеры, теорию по модуляциям. Потом увидел как применяют программу URH-Universal Radio Hacker [2, 3]. Пробовал поставить, но на мою WinXP 32bit она не идет. Пришлось искать компьютер с win8 64bit и тогда программа установилась. Подробнее о ее работе можно почитать на сайте разработчика. URH-мне в чем-то облегчила процесс, т.к. она производит захват сигнала с эфира, отображает его осциллограммой и сразу декодирует в сырой цифровой вид как в двоичном, так и в hex-виде.
Рис.3. Screenshot программы с захваченным кадром посылки TPMS
Датчик шлет несколько посылок друг за другом за один сеанс. Период между сеансами может достигать минуты или даже более. Если случается тревожная ситуация, то датчик немедленно начинает слать пакеты данных. Звуковой файл посылки от датчика [8]. Пример одной посылки от датчика взятый из программы URH:
В шестнадцатиричном виде эта посылка примет вид:
Видно было что все 4 посылки за одну сессию имели одни и те же данные, а значит пакет принялся верно и можно приступать к его анализу.
На примере выше видно преамбулу (последовательность 01010101….), потом идут данные. Почитав Интернет, понимаем, что перед нами посылка, закодированная кодировкой Манчестер (G. E. Thomas). Каждый бит кодируется двумя битами 01 или 10. Я изначально кодировал вручную, тем самым, закрепляя теорию кодирования/декодирования. Но потом решил обратиться к онлайн декодировщику [4,5,6] что очень ускорило процесс.
Итак, декодировав исходную посылку от датчика кодом Манчестер, получим
Первые 136 нулей это преамбула, ее можно отбросить. Нас интересуют только данные.
Переведя их в шестнадцатиричный вид, получим: 0x15B937740C03971304AE
Это уже есть красивые исходные данные, в которых где-то кроется идентификатор, давление в шинах и температура.
Для дальнейшего исследования необходимо набрать статистику данных. Для этого я накрутил один датчик к колесу и захватывал эфир, параллельно записывая что показывает оригинальное табло системы. Спускал давление, накачивал, клал колесо в морозилку для отрицательной температуры, нагревал. Потом добивался тех же условий для другого датчика, чтобы выяснить байты температуры и давления.
Вся посылка занимает 10 байт. Если выстроить полученные декодированные данные в столбец, то видно постоянные данные и изменяющиеся.
На датчиках на корпусе имеется наклейки. На каждом датчике разные: 0A, 1B, 2C, 3D.
Стереотипность мышления тут сыграло не на пользу. Я подумал что это и есть ID-датчика.
Засомневался, почему ID занимает всего 1 байт, но потом забыл про это и пытался в потоке искать эти идентификаторы. Потом в меню оригинального приемника системы увидел что к этому приемнику можно привязывать другие датчики, а сам приемник показывает идентификатор датчика на каждом колесе. И, о чудо, обнаружил что датчик четвертого колеса имеет
Значит 3-й и 4-й байты посылки это идентификатор колеса. Сравнил с другими датчиками и также идентификаторы совпали с теми что отображает штатная панель.
1-й байт я посчитал за префикс начала данных, а 2-й байт как идентификатор подсистемы TPMS.
Ниже привел для сравнения посылки от разных датчиков.
15B9F3FA2300BE1B007B Датчик 0A > 15B91AA43201B71B002A Датчик 1B > 15B9ABFF32027B1B029B Датчик 2C > 15B937740C03971304AE Датчик 3D >
И понял что надписи на датчиках (0A, 1B, 2C, 3D) это всего лишь нумерация колес в цифровом виде и в буквенном, а не шестнадцатиричный идентификатор колеса. Но, тем не менее, 6-й байт в посылке очень сходится с порядковым номером датчика. Для себя сделал вывод что это идентификатор колеса. А значит, еще один байт декодирован.
Последний байт, скорее всего, контрольная сумма, которую пока не знаю как считать. Это для меня оставалось загадкой до последнего.
Следующий декодированный байт это температура колеса. Тут повезло. Температура занимает 1 байт и представлена в целых градусах. Отрицательная температура в дополнительном коде. Значит в байт уместится температура -127…128 градусов Цельсия.
В нашей посылке температура это 8-й байт
15B9F3FA2300BE1B007B 0x1B соответствует +27 градусам
15B937740C03A1FC00A4 0xFC соответствует -4 градусам
Осталось три нераспознанных байта 5-й, 7-й, 9-й. Судя по динамике изменения давление в шинах скрывается в 7 байта, а в 9-ом байте, скорее всего, статусные биты датчика. По разным источникам информации в Интернет, а также по функционалу моей системы TPMS там должен быть бит разряженной батареи, бит быстрой потери давления и еще пару бит, которые не ясно для чего.
Итак, будем анализировать 7-й байт, т.к. подразумеваем, что давление прячется в нем.
Набрав статистику по разным датчикам с разным давлением, я не смог четко определить формулу, пересчитывающую давление. Да и не ясно в каких единицах по умолчанию датчик передает давление (Bar, PSI). В итоге таблица, построенная в Excel, не давала точное соответствие со штатным табло TPMS. Можно было бы пренебречь этой разницей в 0.1 Bar, но хотелось понятия протокола до последнего бита. Азарт брал верх.
Если не получается понять как формируется байт давления, то надо сделать эмулятор датчика давления и, меняя значение давления, смотреть что отображает штатная панель.
Оставалось выяснить назначение 5-го и 9-го байтов пакета, но они редко меняются, поэтому можно принять их значения как в оригинальном пакете, меняя только байт давления. Теперь вопрос только в расчете контрольной суммы. Без нее штатная панель проигнорирует мой пакет и ничего не покажет.
Для эмуляции датчика надо было передать пакет. Для этого у меня имелся трансивер SI4432 подключенный к PIC16F88, когда-то использовавшийся для других целей.
Рис.4. Фото тестовой платы
Воспользовавшись старыми наработками по передаче данных, я набросал программу для PIC, которая передает один из пакетов, принятых мною программой URH. Спустя некоторое время после включения передатчика панель отобразила данные что передал в нее! Но это готовый пакет с готовой CRC, а чтобы мне менять байт давления, надо и CRC пересчитывать.
Начал читать, искать информацию о том какие CRC используются, пробовал разные Xor, And и прочее, но ничего не получалось. Уже думал, что ничего не получится и придется довольствоваться давлением, которое получил по своей таблице, но немного не сходящееся с оригинальным табло. Но вот на просторах Интернет увидел статью про подбор CRC. Там была программа, которой даешь несколько пакетов, а она пытается подобрать контрольную сумму и, в случае успеха, выдает величину полинома и значение инициализации CRC. [7]
Задаем программе несколько пакетов:
Написал программу расчета CRC с учетом этих данных и прогнал по пакетам, что получил ранее – все сошлось!
Руки чесались передать в эфир данные по давлению. Дополнив тестовую программу расчетом CRC, я передал первый пакет. Штатная панель приняла сигнал и отобразила давление и температуру. Небольшая проблема была в том, что штатная панель имела один разряд после запятой и, передавая значение в эфир, на экране отображалась всегда одно и тоже давление, т.к. остальные разряды были не видимы. Передавал значение байта 0..255. Но снова как-то не ясно. Оказалось, что давление 0.00 Bar начинается когда 7-й байт содержит значение 97. Не ясно почему так. Но зато далее с дискретностью 0,01 Bar все четко.
Байт P Давление, Bar
255 1,58
254 1,57
… …
107 0,10
106 0,09
105 0,08
104 0,07
103 0,06
102 0,05
101 0,04
100 0,03
99 0,02
98 0,01
97 0,00
Судя по таблице, максимальное давление, которое умещается в одном байте всего 1,58 Bar, но система позволяет замерять давление до 4 Атм. Значит где-то еще прячется 1 бит старшего разряда. Перебирать все байты и менять в них биты не было желания. Было найдено колесо от автомобиля, на него накручен датчик, произведен захват сигнала. Любопытство брало верх, я в уме делал ставки на то, в каком месте появится этот бит. И что это будет именно один бит, а не какая-то другая схема кодировки.
Декодировав пакет, я увидел этот бит. Он является 7-м битом 6-го байта. А значит, 6-й байт содержит не только номер колеса, но и старший бит давления в шинах.
15B937740C833C18025C
Старший бит от 0x83 и 0x3C дают 0x13C = 219 что соответствует давлению 2,19 Bar
Формула для пересчета давления в Bar: P=(ADC-97)/100,
Где ADC = (B7>>7)*0x100+B6, где B6 и B7 это значение байта 6 и байта 7.
При значении 511 имеем максимальное давление 4,14 Bar. Также не ясно было почему планка в 4,14 Bar, но догадываюсь что это равно 4 Атм – максимального допустимого давления для датчика.
Осталось понять, за что отвечают статусные биты. Путем стравливания давления, подключения датчика к регулируемому блоку питания и, снижая напряжение, были получены биты. Остались не выясненными 2 бита. Может, есть и еще, но они не разу не принимали значение единицы за все время экспериментов.
Для упрощения анализа была написана программа [8]
Рис.5. Внешний вид интерфейса программы для исследования пакетов TPMS
В программу можно задать сырой пакет из программы URH в шестнадцатиричном виде и программа декодирует пакет, считает контрольную сумму и отображает данные в нормальных единицах температуры и давления.
Как-то полез снова в меню штатной панели и увидел что идентификатор датчика это не два байта, а четыре. Панель имеет большой и маленький индикаторы и я сразу не обратил внимание на то что 2-й и 5-й байты тоже входят в идентификатор датчика.
Тем самым нераспознанным остается только 1-й байт, но он всегда 0x15 (0b010101), а это похоже на некую преамбулу пакета или идентификатора его начала.
Также не распознаны точно биты статуса, но тех, что есть хватает.
Любопытство узнать что внутри датчика брало верх и я разобрал один из них (рис.6)
Рис.6. Датчик системы TPMS
В основе лежит микросхема Infineon SP372 с небольшой обвязкой. Поиск документации именно этой микросхемы ничего не дал. Те, что нашел либо обзорные, либо рекламные. Так что выяснить про протокол не удалось. Но в статьях упоминается про то, что это программируемый контроллер, поэтому программа может быть любой. Поэтому не рискнул купить микросхему отдельно.
Протокол
Теперь о приеме данных от датчика на трансивер SI4432. Изначально планировалось принимать сырые данные от SI4432, чтобы контроллер декодировал Манчестер и собирал байты. Но у данного трансивера есть функция обработки пакета. То есть для передачи можно настроить передатчик на нужную частоту, модуляцию, девиацию, задать длину преамбулу, кодировку, синхрослово, скорость потока, длину данных. Потом записать в буфер передатчика исходный пакет данных (например наш 15B937740C833C18025C) и запустить передачу. Трансивер сам сформирует пакет и выдаст его в эфир, соблюдая все заданные параметры, а контроллер в это время свободен для обработки другой информации.
В идеале хотелось получить от SI4432 пакетную обработку данных при приеме. Чтобы приемник принял пакет и сформировал прерывание о том, что пакет принят. Тогда контроллер просто читает буфер приема, в котором хранятся уже данные в чистом виде, тем самым освобождается процессорное время на другие функции.
Начал изучать настройку регистров для работы трансивера на прием. Это оказалось гораздо труднее, чем передать пакет. Тут надо хорошо знать теорию радиоприема, которой у меня нет. Для этого трансивера имеются таблицы расчета регистров в Excel, но они либо не работают из-за того, что Excel русский, либо урезанные. Также есть приложение от разработчика, но там тоже все не особо прозрачно. Перебрав много примеров и просмотрев расчетные таблицы, вручную считал значения регистров по документации.
Подключил на выход приемника логгер и захватывал эфир, смотря на то, что выдает приемник. В итоге удалось настроить фильтры приемника чтобы он пропустил мой пакет. Манипулировал со скоростью потока, бил в бубен. Теория, к сожалению, мне все же не ясна.
Для того чтобы приемник смог принять пакет данных, ему надо указать длину преамбулы, синхрослово, которое обязательно должно присутствовать, а также длину данных. Также можно чтобы приемник сам считал контрольную сумму, но в SI4432 алгоритм расчета не соответствует алгоритму CRC датчиков давления.
Обязательное присутствие синхрослова из двух байт могло омрачить идею приема пакета, но тут повезло, что посылка от датчика начинается на 0x15B9 (15B937740C833C18025C) и одинакова для всех датчиков. А значит, для синхрослова было задано 0x15B9. Длина пакета данных составляет 8 байт, анализ контрольной суммы отключен. Выставляем генерацию прерывания при приеме пакета и запускаем процедуру приема.
Когда приемник примет преамбулу, синхрослово 0x15B9 и 8 байт данных, то он выдаст прерывание основному контроллеру, который просто считает из буфера приемника 8 байт данных. Далее основной контроллер рассчитает контрольную сумму, сравнит ее и декодирует принятые данные. К счастью, все получилось, как было задумано!
Рис.7. Фото штатного индикатора TPMS и дисплея «умной» коляски
Далее приведу пример инициализации трансивера SI4432 на прием:
Сам прием данных будет выглядеть так:
Функция SI4432_ReadFIFO() просто читает 8 байт из буфера приемника, которые содержат данные от датчика.
Функция TPMS_Parsing() производит анализ контрольной суммы и декодирует информацию в конечные единицы давления и температуры, а также статусную информацию.
- Читая информацию про датчики, упоминалась синхронизация датчиков между собой. Зачем-то надо спаривать датчики, что-то было про скорость движения более 20 км/ч на протяжении 30 минут. Не ясно зачем это надо. Может быть это связано с моментом передачи информации, но это моя догадка.
- Не выяснил до конца функции статусных битов датчика давления.
- Не ясно про настройку трансивера SI4432 на прием, про скорость передачи с применением кодировки Манчестер. У меня работает, но осознания принципа пока нет.
Результаты работы
Исследования, освещенные в данной статье, заняли около месяца свободного времени.
В результате работы по исследованию протокола работы системы контроля давления в шинах затронуты вопросы передачи и приема данных по эфиру, вкратце рассмотрены кодировки сигнала, опробован трансивер SI4432 на передачу и прием. Данная задача позволила интегрировать TPMS в основной проект «умной» детской коляски. Зная протокол обмена, можно подключить большее количество датчиков и интегрировать в свою разработку. Причем контролируемое давление может находиться в широких пределах, а не как в штатной системе 1.1-3.2 Bar, т.к. давление вне этого диапазона сопровождается тревожным писком системы штатного центрального блока. Также теперь TPMS можно применять для контроля давления в шинах мотоцикла, велосипеда или, например, надувного матраса. Останется лишь физически установить датчик и написать программу верхнего уровня.
Принцип работы датчика давления в шинах: обзор, особенности и устройство
Современный автомобиль представляет собой целый комплекс взаимосвязанных между собой систем. Колеса – это та часть машины, от состояния которой зависит безопасность как водителя, так и пассажиров. Поэтому специалисты рекомендуют регулярно производить проверку давления в шинах. Для упрощения данной процедуры существует система TPMS. Что собой являет данная система контроля давления в шинах и как она работает? Обо всем этом и не только – далее в нашей статье.
Что это?
Данная система выполняет функцию предотвращения езды автомобиля с низким уровнем подкачки. Предлагается она в качестве опции. На некоторых автомобилях (в частности премиум-сегмента) она идет уже в «базе».
Конструкция
Работает такое оборудование за счет датчика, который устанавливается на диск, внутрь покрышки. Система включает в себя несколько компонентов:
- блок управления;
- ЖК-дисплей;
- приемную антенну;
- датчик давления в шинах.
Принцип работы («Тусон Хендай» не исключение) состоит в восприятии блоком сигналов, исходящих от каждого датчика. Последний элемент представляет собой сложное устройство, которое включает:
- датчик температуры;
- датчик давления воздуха;
- электронные механизмы управления и измерения;
- аккумулятор;
- антенну, которая передает полученный сигнал дальше на блок управления.
Как работает датчик давления в шинах? Принцип действия и место установки
Зачастую он монтируется на место штатного вентиля. Информация о давлении в колесе передается на блок каждые 60 секунд. А что касается батареек, которые там расположены, то об этом производитель давно позаботился. Аккумулятор поддерживает работоспособность колесного датчика на протяжении 7-10 лет. Однако менять его не приходится – по истечении данного срока на место устанавливается новая деталь. Поэтому если приобретать датчики, то только не б/у – даже продавец не сможет сказать, сколько они отъездили до снятия и пролежали на полке.
Дорогие системы
В более дорогих системах контроль осуществлять гораздо проще. Если в авто установлено 4 индивидуальных антенны, на отдельную панель выведется сигнал, какая именно из покрышек в данный момент спускает. Принцип работы датчика давления в шинах основывается на получении и передаче информации через антенну на блок бортового компьютера. Также водителю доступна информация об уровне накачки в каждом из колес в режиме реального времени.
Разновидности
Первый тип – наиболее примитивные. Они являют собой специальные колпачки с цветовым индикатором. Устанавливаются вместо обычных на вентиль подкачки колеса. Принцип работы датчика давления в шинах очень простой. Если давление колеса ниже 2 атмосфер, цвет колпачка меняется на желтый. Если ниже 1 атмосферы – красный. Зеленым он будет гореть тогда, когда уровень давления составит 2 и более атмосфер, то есть будет нормальным. Если сделать краткий обзор датчика давления в шинах, его неисправности рассмотреть, можно отметить несколько факторов. Среди положительных – низкая стоимость и простота установки: не нужно монтировать антенны, приобретать дополнительно блок управления. Среди минусов отметим низкую информативность. Ведь определить, спущено колесо или нет, можно только вручную, поставив автомобиль на стоянку. Во время движения эта вещь просто бесполезна. Но все же посмотреть на цвета колпачков намного проще, чем крутить их и измерять давление тестером на каждом колесе.
Радиодатчики
Это более прогрессивный вид изделий. Они устанавливаются на диски при помощи хомутов или сразу вместо штатного вентиля. Кроме этих датчиков, необходимо приобрести набор электронных элементов. Это антенна, блок управления и дисплей. Данный вариант обходится значительно дороже первого. Но и о надежности не стоит забывать. Система будет работать всегда, и даже находясь в автомобиле на скорости 100 километров в час, вы с точностью до 0.01 Атм будете знать текущее давление в том или ином колесе. Но если забудете, система вас автоматически предупредит, что колесо начало спускать. Как известно, определить пробой на ходу (особенно если это заднее, не ведущее колесо) достаточно сложно, тем более на резине с низким профилем.