Система контроля давления в шинах

Информационный центр водителя в Chevrolet Cruze 2013 года выпуска показывает показания TPMS

Система контроля давления в шинах ( TPMS ) контролирует давление воздуха внутри пневматических шин транспортных средств. Система TPMS передает водителю информацию о давлении в шинах в режиме реального времени, используя манометр, пиктограммный дисплей или простую сигнальную лампу низкого давления. TPMS можно разделить на два типа: прямой (dTPMS) и непрямой (iTPMS).

TPMS устанавливаются либо при изготовлении автомобиля, либо после его ввода в эксплуатацию. Целью системы TPMS является предотвращение дорожно-транспортных происшествий, плохой экономии топлива и повышенного износа шин из-за недостаточного давления в шинах за счет раннего распознавания опасного состояния шин. Эта функция впервые появилась в роскошных автомобилях в Европе в 1980-х годах, а ее массовое внедрение последовало за принятием в США в 2000 году закона TREAD Act после спора о шинах Firestone и Ford .

Требования к использованию технологии TPMS в новых автомобилях продолжают распространяться в 21 веке в России, ЕС, Японии, Южной Корее и многих других азиатских странах. С ноября 2014 года TPMS стала обязательной для новых автомобилей в Европейском Союзе; В ходе опроса, проведенного в период с ноября 2016 года по август 2017 года, было обнаружено, что 54% ​​легковых автомобилей в Швеции, Германии и Испании не имеют TPMS, и эта цифра считается заниженной.

послепродажного обслуживания клапанных колпачков Системы dTPMS на основе , для которых требуется смартфон и приложение или портативный дисплей, также доступны для велосипедов. автомобили и прицепы .

История

Первоначальное принятие

Из-за влияния давления в шинах на безопасность и эффективность транспортного средства, контроль давления в шинах (TPM) был принят на европейском рынке в качестве дополнительной функции для роскошных легковых автомобилей в 1980-х годах. Первым легковым автомобилем , оснащенным TPM, был Porsche 959 в 1986 году, в котором использовалась система колес с полыми спицами, разработанная PSK. В 1996 году Renault использовала систему Michelin PAX. для Scenic, а в 1999 году PSA Peugeot Citroën решила использовать TPM в качестве стандартной функции для Peugeot 607 . В следующем (2000) году Renault выпустила Laguna II , первый в мире крупносерийный легковой автомобиль среднего размера, оснащенный TPM в стандартной комплектации.

В Соединенных Штатах система TPM была представлена ​​компанией General Motors в 1991 модельном году для Corvette в сочетании с шинами Goodyear Run-Flat . Система использует датчики в колесах и дисплей водителя, который может показывать давление в шинах на любом колесе, а также предупреждать как о высоком, так и о низком давлении. С тех пор это стало стандартом для Корветов.

Отзыв Firestone и юридические требования

компании Отзыв Firestone в конце 1990-х годов (который был связан с более чем 100 смертельными случаями в результате опрокидывания после отделения протектора шины) подтолкнул Конгресс США к принятию Закона о TREAD Act . Закон предписывал использовать подходящую технологию TPMS во всех легких автомобилях (до 10 000 фунтов (4 500 кг)), чтобы помочь предупредить водителей о событиях недостаточной инфляции.

Этот закон распространяется на все легковые автомобили, проданные после 1 сентября 2007 года. Поэтапное внедрение началось в октябре 2005 года с 20% и достигло 100% для моделей, выпущенных после сентября 2007 года. В Соединенных Штатах по состоянию на 2008 год и в Европейском Союзе, как С 1 ноября 2012 года все выпущенные новые модели легковых автомобилей ( М1 ) должны быть оборудованы TPMS. С 1 ноября 2014 года все новые легковые автомобили, продаваемые в Евросоюзе, должны быть оборудованы системой TPMS. Для автомобилей N1 установка TPMS не является обязательной, но если она установлена, она должна соответствовать нормативам.

13 июля 2010 года Министерство земельных, транспортных и морских дел Южной Кореи объявило о предстоящем частичном пересмотре Корейских стандартов безопасности транспортных средств (KMVSS), указав, что «TPMS должна устанавливаться на пассажирские транспортные средства и транспортные средства полной массой 3,5 тонны. или меньше, ... [вступает в силу] с 1 января 2013 г. для новых моделей и с 30 июня 2014 г. для существующих моделей». Ожидается, что Япония примет законодательство Европейского Союза примерно через год после его вступления в силу. В число других стран, которые сделают TPMS обязательными, входят Россия, Индонезия, Филиппины, Израиль, Малайзия и Турция. После принятия Закона TREAD многие компании отреагировали на рыночные возможности, выпустив продукты TPMS с использованием колесных модулей радиопередатчиков с батарейным питанием.

Шины Run-Flat

Внедрение некоторыми производителями шин и транспортных средств шин Run-Flat и аварийных запасных шин послужило мотивацией сделать хотя бы некоторые базовые системы TPMS обязательными при использовании шин Run-Flat. При использовании шин Run-Flat водитель, скорее всего, не заметит, что шина спущена, поэтому были введены так называемые «системы предупреждения о спущенном состоянии». Чаще всего это iTPMS первого поколения, основанные исключительно на радиусе крена, которые гарантируют, что шины Run-Flat не будут использоваться за пределами их ограничений, обычно на скорости 80 км/ч (50 миль в час) и 80 км (50 миль) пробега. Рынок iTPMS также продвинулся вперед. Косвенная система TPMS способна обнаруживать недостаточное давление посредством комбинированного использования анализа радиуса крена и анализа спектра, и, следовательно, мониторинг с помощью четырех колес стал возможным. Благодаря этому прорыву соблюдение законодательных требований стало возможным также с помощью iTPMS.

Прямое и косвенное

Непрямая TPMS

В системах косвенного TPMS (iTPMS) не используются датчики физического давления; они измеряют давление воздуха с помощью программных систем, которые путем оценки и объединения сигналов существующих датчиков, таких как скорость колес, акселерометры и данные трансмиссии, оценивают и контролируют давление в шинах без использования физических датчиков давления в колесах. Системы iTPMS первого поколения основаны на том принципе, что недокачанные шины имеют немного меньший диаметр (и, следовательно, более высокую угловую скорость), чем правильно накачанные. Эти различия можно измерить с помощью датчиков скорости колес систем ABS/ESC. iTPMS второго поколения также может обнаруживать одновременное понижение давления во всех четырех шинах с помощью спектрального анализа отдельных колес, который можно реализовать в программном обеспечении с использованием передовых методов обработки сигналов.

Системы iTPMS иногда называют другими именами, например, Ford's. «Система обнаружения дефляции (DDS)» или «Система предупреждения о дефляции (DWS)» Honda.

iTPMS не может измерять или отображать значения абсолютного давления; они относительны по своей природе и должны быть сброшены водителем после проверки шин и правильной регулировки всех давлений. Сброс обычно осуществляется либо физической кнопкой, либо в меню бортового компьютера. iTPMS, по сравнению с dTPMS, более чувствительна к влиянию различных шин и внешним воздействиям, таким как дорожное покрытие, скорость или стиль вождения. Процедура сброса, за которым следует этап автоматического обучения, обычно продолжающийся от 20 до 60 минут вождения, в ходе которого iTPMS изучает и сохраняет эталонные параметры, прежде чем он станет полностью активным, что отменяет многие, но не все из них. Поскольку iTPMS не требует какого-либо дополнительного оборудования, запасных частей, электронных/токсичных отходов или обслуживания (кроме регулярного сброса), они считаются простыми в использовании и удобными для пользователя. Однако, как уже упоминалось, датчики необходимо сбрасывать каждый раз, когда вносятся изменения в настройку шин, и некоторые потребители не хотят брать на себя эту дополнительную ответственность.

Поскольку в ноябре 2014 года заводская установка TPMS стала обязательной для всех новых легковых автомобилей в ЕС, различные системы iTPMS получили одобрение типа в соответствии с Правилами ООН R64. Примером этого являются большинство моделей группы VW, а также многочисленные модели Honda, Volvo, Opel, Ford, Mazda, PSA, FIAT и Renault. iTPMS быстро завоевывает долю рынка в ЕС и, как ожидается, в ближайшем будущем станет доминирующей технологией TPMS.

Некоторые считают iTPMS менее точным из-за их природы — учитывая, что простые изменения температуры окружающей среды могут привести к изменениям давления той же величины, что и законные пороговые значения обнаружения, — но многие производители транспортных средств и клиенты ценят простоту использования.

Прямая TPMS

прямой датчик TPM, установленный в системе клапанов, производитель VDO

Поврежденный прямой датчик TPMS снимается.

Основная статья: Прямая TPMS

Direct TPMS (dTPMS) напрямую измеряет давление в шинах с помощью аппаратных датчиков. В каждом колесе, чаще всего внутри клапана, имеется датчик давления с батарейным питанием, который передает информацию о давлении в центральный блок управления, который передает ее на бортовой компьютер автомобиля. Некоторые устройства также измеряют и предупреждают о температуре шин. Эти системы могут определить недостаточное давление в каждой отдельной шине. Хотя системы различаются по параметрам передачи данных, многие продукты TPMS (как OEM, так и вторичного рынка) могут отображать в реальном времени индивидуальное давление в шинах независимо от того, движется ли автомобиль или припаркован. Существует множество различных решений, но всем им приходится сталкиваться с проблемами воздействия агрессивной среды. Большинство из них питаются от батарей, что ограничивает срок их службы. Некоторые датчики используют систему беспроводного питания, аналогичную той, которая используется при считывании RFID-меток, что решает проблему ограниченного срока службы батареи. Это также увеличивает частоту передачи данных до 40 Гц и уменьшает вес датчика, что может быть важно в приложениях для автоспорта. Если датчики установлены на внешней стороне колеса, как это делают некоторые системы вторичного рынка, они подвержены механическим повреждениям, воздействию агрессивных жидкостей, а также краже. Когда они установлены на внутренней стороне обода, они больше не доступны для замены батареи, и радиочастотная связь должна преодолевать ослабляющее воздействие шины, что увеличивает потребность в энергии.

Датчики контроля давления в шинах на осях полуприцепа сдвоенных

Поскольку сдвоенные колеса в сборе расположены рядом на каждой ступице оси, датчик давления подключен к каждой из двух шин через две линии давления, показанные на фотографии.

Прямой датчик TPMS выполняет следующие основные функции, требующие всего лишь нескольких внешних компонентов — например , аккумулятора, корпуса, печатной платы — для подключения сенсорного модуля, который крепится к штоку клапана внутри шины:

• датчик давления;
• аналого-цифровой преобразователь;
• микроконтроллер;
• системный контроллер;
• осциллятор;
• радиочастотный передатчик;
• низкочастотный приемник и
• регулятор напряжения (управление аккумулятором).

В большинстве изначально установленных dTPMS датчик установлен на внутренней стороне обода, а батареи не подлежат замене. Разряженный аккумулятор означает, что шину необходимо демонтировать для ее замены, поэтому желательно продлить срок службы батареи. Чтобы сэкономить энергию и продлить срок службы батареи, многие датчики dTPMS не передают информацию при парковке (что исключает мониторинг запасного колеса) или применяют более энергозатратную двустороннюю связь, которая позволяет активировать датчик. Для правильной работы OEM-автоматических устройств dTPMS им необходимо распознавать положения датчиков и игнорировать сигналы от других транспортных средств.

Послепродажные устройства dTPMS не только передают данные во время движения или стоянки транспортных средств, но также предоставляют пользователям некоторые расширенные возможности мониторинга, включая регистрацию данных, возможности удаленного мониторинга и многое другое. Они доступны для всех типов транспортных средств, от мотоциклов до тяжелой техники, и могут контролировать до 64 шин одновременно, что важно для коммерческого транспорта. Многие устройства dTPMS, поставляемые на послепродажное обслуживание, не требуют специальных инструментов для программирования или сброса, что значительно упрощает их использование.

Проблемы с обслуживанием

Коррозия штока клапана

Датчики TPMS первого поколения, встроенные в шток клапана, могут страдать от коррозии. Металлические колпачки клапанов могут прилипнуть к стержням клапанов из-за гальванической коррозии , а попытки снять эти колпачки могут привести к поломке стержня и разрушению датчика. Похожая участь может постигнуть и латунные сердечники клапанов вторичного рынка, установленные в их штоках неосторожным техником, заменив оригинальные специализированные никелированные сердечники. Заедание стержня клапана может затруднить устранение течи шины, возможно, потребовав замены датчика.

Совместимость с герметиком для шин

Существуют разногласия относительно совместимости герметиков для шин , выпускаемых послепродажного обслуживания , с dTPMS, в которых используются датчики, установленные внутри шины. Некоторые производители герметиков утверждают, что их продукция действительно совместима. но другие предупредили, что «герметик может вступить в контакт с датчиком таким образом, что датчик временно выйдет из строя, пока он не будет должным образом очищен, проверен и повторно установлен специалистом по уходу за шинами». О подобных сомнениях сообщают и другие. Использование таких герметиков может привести к аннулированию гарантии на датчик TPMS.

Преимущества TPMS

Динамическое поведение пневматической шины тесно связано с давлением в ней. Ключевые факторы, такие как тормозной путь и поперечная устойчивость, требуют регулировки и поддержания давления в соответствии с указаниями производителя транспортного средства. Чрезмерное недостаточное давление может даже привести к термической и механической перегрузке, вызванной перегревом и последующим внезапным разрушением самой шины. Кроме того, недостаточное давление воздуха серьезно влияет на топливную экономичность и износ шин. Шины не только пропускают воздух при проколе, они также пропускают воздух естественным путем, и за год даже типичная новая, правильно установленная шина может потерять от 20 до 60 кПа (от 3 до 9 фунтов на квадратный дюйм ), примерно 10% или даже больше начальное давление.

Существенные преимущества TPMS суммируются следующим образом:

• Экономия топлива: согласно данным GITI, на каждые 10% недостаточного давления в каждой шине автомобиля произойдет снижение экономии топлива на 1%. По оценкам Министерства транспорта, только в Соединенных Штатах из-за накачанных шин тратится 2 миллиарда галлонов США (7 600 000 м3). ³ ) топлива каждый год.
• Увеличенный срок службы шин. Недостаточное давление в шинах является основной причиной выхода из строя шин и способствует их разрушению, перегреву, расслоению слоев и разрушению боковин/корпуса. Кроме того, разница в давлении в 10 фунтов на квадратный дюйм (69 кПа; 0,69 бар) в наборе сдвоенных колес буквально тянет шину с более низким давлением на 2,5 метра на километр (13 футов на милю). Более того, даже кратковременная эксплуатация шины при недостаточном давлении разрушает каркас и препятствует восстановлению протектора. Не все внезапные поломки шин вызваны недостаточным давлением. Структурные повреждения, вызванные, например, наездом на острые бордюры или выбоины, также могут привести к внезапному выходу из строя шин даже через определенное время после повреждения. Никакая система TPMS не может заранее обнаружить их.
• Повышенная безопасность: недостаточно накачанные шины приводят к расслоению протектора и выходу из строя шин, что приводит к 40 000 авариям, 33 000 травмам и более 650 смертельным случаям в год. Кроме того, правильно накачанные шины повышают устойчивость, управляемость и эффективность торможения, а также обеспечивают большую безопасность для водителя, транспортного средства, грузов и других лиц на дороге.
• Экологическая эффективность: по оценкам Министерства транспорта США, недостаточно накачанные шины ежегодно выбрасывают в атмосферу более 26 миллиардов килограммов (57,5 миллиардов фунтов) ненужных загрязняющих веществ угарного газа.

Дополнительная статистика включает в себя:

По оценкам французской организации по безопасности дорожного движения Sécurité Routière, 9% всех дорожно-транспортных происшествий со смертельным исходом связаны с недостаточным давлением в шинах, а немецкая организация по безопасности продукции DEKRA подсчитала, что 41% аварий с физическими травмами связаны с проблемы с шинами.

Европейский Союз сообщает, что среднее понижение давления в 40 кПа приводит к увеличению расхода топлива на 2% и уменьшению срока службы шин на 25%. Европейский Союз приходит к выводу, что из-за недостаточного давления в шинах сегодня более 20 миллионов литров излишне сожженного топлива, выброс более 2 миллионов тонн CO ₂ в атмосферу, а также преждевременное истощение 200 миллионов шин во всем мире.

В 2018 году на домашней странице Рабочей группы ЕЭК ООН по тормозам и ходовой части (GRRF) было опубликовано полевое исследование TPMS и давления в шинах. Оно охватило 1470 случайно выбранных автомобилей в трех странах ЕС с dTPMS, iTPMS и без TPMS. Основные выводы заключаются в том, что установка TPMS надежно предотвращает серьезную и опасную недостаточную инфляцию и, следовательно, дает желаемый эффект в отношении безопасности дорожного движения, расхода топлива и выбросов. Исследование также показало, что нет разницы в эффективности между dTPMS и iTPMS и что функция сброса TPMS не представляет риска для безопасности.

Проблемы конфиденциальности при использовании прямого TPMS

Поскольку каждая шина передает уникальный идентификатор, транспортные средства можно легко отслеживать с помощью существующих датчиков, расположенных вдоль дороги. Эту проблему можно было бы решить путем шифрования радиосвязи от датчиков, но такие положения о конфиденциальности не были предусмотрены NHTSA.

Тяжелые автомобили

США Национальной администрации безопасности дорожного движения Правила применяются только к транспортным средствам весом менее 10 000 фунтов. Для автомобилей большой грузоподъемности (классы 7 и 8, полная масса автомобиля более 26 000 фунтов) большинство вышеупомянутых систем работают плохо, что требует разработки других систем.

Министерство транспорта США заказало несколько исследований, чтобы найти системы, которые работают на рынке тяжелой техники, определив некоторые цели, которые были необходимы на этом рынке.

SAE пыталось распространять передовой опыт , поскольку правовое регулирование тяжелых транспортных средств отстает.

Принудительный

Соединенные Штаты

Первой страной, в которой TPMS стала обязательной, были Соединенные Штаты Америки. В начале 2000-х годов из-за недостаточного уровня давления воздуха происходили многочисленные дорожно-транспортные происшествия, такие как опрокидывания и разрывы шин. Национальное управление безопасности дорожного движения рассматривало спущенные шины как потенциальную угрозу безопасности, за чем вскоре последовал принятие Федерального стандарта безопасности транспортных средств № 138, предусматривающего установку TPMS на каждое транспортное средство к сентябрю 2007 года, который вводился поэтапно с 2005 года. Стандарт призван предупреждать водителей о значительном недостаточном давлении в шинах и связанных с этим проблемах с безопасностью из-за низкого давления в шинах.

Этот стандарт требует, чтобы система TPMS была установлена ​​на всех новых легковых автомобилях, многоцелевых пассажирских автомобилях, грузовиках и автобусах, полная масса транспортного средства (GVWR) которых составляет 4536 кг (10 000 фунтов) или меньше, за исключением транспортных средств со сдвоенными колесами на ось. Последнее правило требует, чтобы водитель получал предупреждение, когда давление в шинах на 25 или более процентов ниже рекомендованного производителем транспортного средства давления в холодных шинах (давление на табличке) для одной-четырех шин.

Южная Корея

TPMS стала обязательной для каждого автомобиля массой менее 3,5 т, проданного после 2013 года. Позже, в 2015 году, каждый автомобиль должен был иметь TPMS независимо от его размера. В 2011 году Hyundai Mobis успешно разработала систему TPMS и впервые применила ее в Veloster. В результате энергопотребление датчика примерно на 30 % ниже, чем у существующих продуктов, что позволяет уменьшить размер батареи и вес датчика более чем на 10 %.

Иконки

Значки на приборной панели системы TPMS

• 
  Значок предупреждения о низком давлении TPMS
• 
  Значок сбоя системы TPMS

См. также

• Центральная система подкачки шин
• Холодное инфляционное давление
• Нира Динамикс АБ
• Датчик давления в шинах
• Индикатор ослабления колесной гайки

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с системами контроля давления в шинах, на Викискладе?