Значок предупреждения о низком давлении TPMS- Значок отказа системы TPMS
Система контроля давления в шинах ( TPMS ) контролирует давление воздуха внутри пневматических шин транспортных средств. [1] TPMS сообщает водителю информацию о давлении в шинах в режиме реального времени, используя либо манометр, либо дисплей с пиктограммами, либо простую сигнальную лампу низкого давления. TPMS можно разделить на два разных типа — прямые (dTPMS) и косвенные (iTPMS).
Системы TPMS устанавливаются либо при производстве транспортного средства, либо после его ввода в эксплуатацию. Целью TPMS является предотвращение дорожно-транспортных происшествий, плохой экономии топлива и повышенного износа шин из-за недостаточно накачанных шин путем раннего распознавания опасного состояния шин. Эта функция впервые появилась в автомобилях класса люкс в Европе в 1980-х годах, а ее массовое внедрение последовало за принятием в США в 2000 году Закона о шинах TREAD после спора о шинах Firestone и Ford .
Требования к технологии TPMS в новых автомобилях продолжали 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 исследовании, проведенном в период с ноября 2016 года по август 2017 года, было обнаружено, что 54% легковых автомобилей в Швеции, Германии и Испании не имеют TPMS, что, как полагают, является заниженной цифрой. [2]
Системы dTPMS на основе колпачков клапанов, для которых требуется смартфон и приложение или портативный дисплей , также доступны для велосипедов, [3] автомобилей и прицепов . [4]
Из-за влияния давления в шинах на безопасность и эффективность автомобиля , система контроля давления в шинах (TPM) была принята на европейском рынке в качестве дополнительной функции для роскошных пассажирских автомобилей в 1980-х годах. Первым легковым автомобилем, принявшим TPM, был Porsche 959 в 1986 году, использовавший систему колес с полыми спицами, разработанную PSK. В 1996 году Renault использовала систему Michelin PAX [5] для Scenic, а в 1999 году PSA Peugeot Citroën решила принять TPM в качестве стандартной функции на Peugeot 607. В следующем году (2000) Renault выпустила Laguna II , первый в мире среднеразмерный пассажирский автомобиль большого объема, оснащенный TPM в качестве стандартной функции.
В Соединенных Штатах TPM была представлена компанией General Motors в 1991 модельном году для Corvette в сочетании с шинами Goodyear Run-Flat . [ требуется цитата ] Система использует датчики в колесах и дисплей водителя, который может показывать давление в шинах любого колеса, а также предупреждения как о высоком, так и о низком давлении. С тех пор она стала стандартной для Corvette.
Отзыв Firestone в конце 1990-х годов (который был связан с более чем 100 смертельными случаями из- за опрокидывания из-за отслоения протектора шин) подтолкнул Конгресс США к принятию Закона TREAD . Закон предписывал использование подходящей технологии TPMS во всех легковых автомобилях (весом менее 10 000 фунтов (4500 кг)), чтобы помочь водителям предупреждать о случаях недостаточного давления в шинах.
Этот акт касается всех легковых автомобилей, проданных после 1 сентября 2007 года. Поэтапное введение началось в октябре 2005 года с 20% и достигло 100% для моделей, выпущенных после сентября 2007 года. В Соединенных Штатах с 2008 года и в Европейском союзе с 1 ноября 2012 года все новые модели легковых автомобилей ( M1 ), выпущенные в свет, должны быть оснащены TPMS. С 1 ноября 2014 года все новые легковые автомобили, проданные в Европейском союзе, должны быть оснащены TPMS. Для автомобилей N1 TPMS не являются обязательными, но если TPMS установлена, она должна соответствовать регламенту.
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 должны быть установлены на легковых автомобилях и автомобилях с полной массой 3,5 тонны или менее, ... [вступающих в силу] с 1 января 2013 года для новых моделей и с 30 июня 2014 года для существующих моделей». [6] Ожидается, что Япония примет законодательство Европейского Союза примерно через год после вступления в силу Европейского Союза. К другим странам, которые сделают TPMS обязательными, относятся Россия, Индонезия, Филиппины, Израиль, Малайзия и Турция. После принятия Закона TREAD многие компании отреагировали на рыночную возможность, выпустив продукты TPMS с использованием радиопередающих модулей колес с питанием от батареи.
Введение шин Run-Flat и запасных шин несколькими производителями шин и транспортных средств побудило сделать хотя бы некоторые базовые TPMS обязательными при использовании шин Run-Flat. С шинами Run-Flat водитель, скорее всего, не заметит, что шина спущена, поэтому были введены так называемые «системы предупреждения о спущенной шине». Чаще всего это системы iTPMS первого поколения, основанные исключительно на радиусе качения, которые гарантируют, что шины Run-Flat не будут использоваться сверх своих ограничений, обычно 80 км/ч (50 миль/ч) и 80 км (50 миль) расстояния. Рынок iTPMS также прогрессировал. Косвенные TPMS способны обнаруживать недостаточное давление за счет комбинированного использования радиуса качения и спектрального анализа, и, следовательно, мониторинг четырех колес стал осуществимым. Благодаря этому прорыву выполнение требований законодательства возможно также с помощью iTPMS.
Системы косвенного TPMS (iTPMS) не используют физические датчики давления; они измеряют давление воздуха с помощью программных систем, которые путем оценки и объединения существующих сигналов датчиков, таких как скорость вращения колес, акселерометры и данные трансмиссии, оценивают и контролируют давление в шинах без физических датчиков давления в колесах. Системы iTPMS первого поколения основаны на принципе, что недостаточно накачанные шины имеют немного меньший диаметр (и, следовательно, более высокую угловую скорость), чем правильно накачанные. Эти различия можно измерить с помощью датчиков скорости вращения колес систем ABS/ESC. Системы iTPMS второго поколения также могут обнаруживать одновременное недостаточное давление во всех четырех шинах с помощью спектрального анализа отдельных колес, который может быть реализован в программном обеспечении с использованием передовых методов обработки сигналов.
Системы iTPMS иногда называют другими названиями, например, «Система обнаружения дефляции (DDS)» компании Ford [7] или «Система предупреждения о дефляции (DWS)» компании Honda [8] .
iTPMS не может измерять или отображать абсолютные значения давления; они по своей природе относительны и должны быть сброшены водителем после проверки шин и правильной регулировки всех давлений. Сброс обычно выполняется либо физической кнопкой, либо в меню бортового компьютера. iTPMS, по сравнению с dTPMS, более чувствительны к влиянию различных шин и внешним воздействиям, таким как дорожное покрытие, скорость или стиль вождения. Процедура сброса [9] , за которой следует автоматическая фаза обучения, обычно от 20 до 60 минут вождения, в течение которой iTPMS изучает и сохраняет контрольные параметры, прежде чем станет полностью активным, отменяет многие, но не все из них. Поскольку iTPMS не требуют дополнительного оборудования, запасных частей, электронных/токсичных отходов или обслуживания (помимо обычного сброса), они считаются простыми в обращении и удобными для клиента. [10] Однако, как уже упоминалось, датчики необходимо сбрасывать каждый раз, когда вносятся изменения в настройку шин, и некоторые потребители не хотят нести эту дополнительную ответственность. [11]
С тех пор как в ноябре 2014 года заводская установка TPMS стала обязательной для всех новых легковых автомобилей в ЕС, различные iTPMS были одобрены в соответствии с Регламентом ООН R64. Примерами этого являются большинство моделей группы VW, а также многочисленные модели Honda, Volvo, Opel, Ford, Mazda, PSA, FIAT и Renault. iTPMS быстро завоевывают долю рынка в ЕС и, как ожидается, станут доминирующей технологией TPMS в ближайшем будущем.
Некоторые считают, что iTPMS менее точны из-за их природы (учитывая, что простые изменения температуры окружающей среды могут привести к изменениям давления той же величины, что и установленные законом пороги обнаружения), но многие производители транспортных средств и клиенты ценят простоту использования. [ необходима цитата ]
Прямая система TPMS (dTPMS) напрямую измеряет давление в шинах с помощью аппаратных датчиков. В каждом колесе, чаще всего внутри клапана, находится датчик давления с питанием от батареи, который передает информацию о давлении в центральный блок управления, который передает ее в бортовой компьютер автомобиля. Некоторые устройства также измеряют и оповещают о температуре шины. Эти системы могут определять недостаточное давление для каждой отдельной шины. Хотя системы различаются по параметрам передачи, многие продукты TPMS (как OEM, так и вторичный рынок) могут отображать в реальном времени индивидуальное давление в шинах, независимо от того, движется ли автомобиль или припаркован. Существует множество различных решений, но все они сталкиваются с проблемами воздействия агрессивных сред. Большинство из них работают от батарей, что ограничивает их срок службы. Некоторые датчики используют беспроводную систему питания, похожую на ту, которая используется при считывании меток RFID, что решает проблему ограниченного срока службы батареи. Это также увеличивает частоту передачи данных до 40 Гц и снижает вес датчика, что может быть важно в автоспорте. Если датчики установлены на внешней стороне колеса, как некоторые системы вторичного рынка, они подвержены механическим повреждениям, агрессивным жидкостям, а также краже. При установке на внутренней стороне обода они становятся нелегкодоступными для замены батареи, а радиочастотная связь должна преодолевать затухающие эффекты шины, что увеличивает потребность в энергии.
Датчик прямого измерения давления в шинах (TPMS) выполняет следующие основные функции, для которых требуется всего несколько внешних компонентов — например , аккумулятор, корпус, печатная плата — для подключения модуля датчика, который крепится к штоку клапана внутри шины:
Большинство изначально установленных dTPMS имеют датчик, установленный на внутренней стороне обода, и батареи не подлежат замене. Разряженная батарея означает, что шину необходимо демонтировать для ее замены, поэтому желательно, чтобы батарея прослужила дольше. Для экономии энергии и продления срока службы батареи многие датчики dTPMS не передают информацию при парковке (что исключает контроль запасного колеса) или применяют более энергозатратную двустороннюю связь, которая позволяет активировать датчик. Для правильной работы автоблоков dTPMS OEM им необходимо распознавать положение датчика и игнорировать сигналы от других транспортных средств.
Устройства Aftermarket dTPMS не только передают данные во время движения или стоянки транспортных средств, но и предоставляют пользователям некоторые расширенные возможности мониторинга, включая регистрацию данных, удаленный мониторинг 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 коммерческих транспортных средств. Многие устройства aftermarket dTPMS не требуют специальных инструментов для программирования или сброса, что делает их намного проще в использовании.
Первое поколение датчиков TPMS, встроенных в шток клапана, может страдать от коррозии. [12] [13] Металлические колпачки клапанов могут заклинить на штоке клапана из-за гальванической коррозии , а попытки снять эти колпачки могут сломать шток, что приведет к разрушению датчика. Подобная судьба может постигнуть неоригинальные латунные сердечники клапанов, установленные в штоки неосторожным техником вместо оригинальных специализированных никелевых сердечников. Заклинивание штока клапана может усложнить устранение утечки в шине, возможно, требуя замены датчика.
Существуют разногласия относительно совместимости герметиков для шин, продаваемых на вторичном рынке , с dTPMS, которые используют датчики, установленные внутри шины. Некоторые производители герметиков утверждают, что их продукция действительно совместима, [14] но другие предупреждают, что «герметик может соприкасаться с датчиком таким образом, что датчик временно выйдет из строя, пока он не будет должным образом очищен, осмотрен и переустановлен специалистом по уходу за шинами». [15] Такие сомнения высказывают и другие. [16] [17] Использование таких герметиков может привести к аннулированию гарантии на датчик TPMS. [14]
Динамическое поведение пневматической шины тесно связано с давлением в ней. Такие ключевые факторы, как тормозной путь и боковая устойчивость, требуют регулировки и поддержания давления в шинах в соответствии с указаниями производителя транспортного средства. Чрезвычайно низкое давление может даже привести к термической и механической перегрузке, вызванной перегревом и последующим внезапным разрушением самой шины. Кроме того, низкое давление серьезно влияет на топливную экономичность и износ шин. Шины не только пропускают воздух при проколе, они также пропускают воздух естественным образом, и за год даже типичная новая, правильно установленная шина может потерять от 20 до 60 кПа (от 3 до 9 фунтов на кв. дюйм ), примерно 10% или даже больше от своего первоначального давления.
Существенные преимущества TPMS можно резюмировать следующим образом:
Дополнительные статистические данные включают:
Французская организация по безопасности дорожного движения Sécurité Routière подсчитала, что 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 проблемами с шинами. [ необходима ссылка ]
Европейский союз сообщает, что среднее недостаточное давление в шинах в 40 кПа приводит к увеличению расхода топлива на 2% и сокращению срока службы шин на 25%. Европейский союз приходит к выводу, что недостаточное давление в шинах сегодня является причиной более 20 миллионов литров ненужного сжигания топлива, выброса более 2 миллионов тонн CO2 в атмосферу и преждевременного выхода из строя 200 миллионов шин по всему миру. [ необходима цитата ]
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. [18] Оно охватило 1470 случайно выбранных транспортных средств в трех странах ЕС с dTPMS, iTPMS и без TPMS. Основные выводы заключаются в том, что установка TPMS надежно предотвращает серьезное и опасное недостаточное давление и, следовательно, дает желаемые эффекты для безопасности дорожного движения, расхода топлива и выбросов. Исследование также показало, что нет никакой разницы в эффективности между dTPMS и iTPMS и что функция сброса TPMS не представляет риска для безопасности.
Поскольку каждая шина передает уникальный идентификатор, транспортные средства можно легко отслеживать с помощью существующих датчиков вдоль дороги. [19] Эту проблему можно было бы решить путем шифрования радиосвязи с датчиками, но такие положения о конфиденциальности не были предусмотрены NHTSA.
Правила Национальной администрации безопасности дорожного движения США [20] применяются только к транспортным средствам весом менее 10 000 фунтов. Для большегрузных транспортных средств (классы 7 и 8, полная масса транспортного средства более 26 000 фунтов) большинство из вышеупомянутых систем работают не очень хорошо, что требует разработки других систем.
Министерство транспорта США заказало несколько исследований для поиска систем, которые будут работать на рынке большегрузных автомобилей, указав некоторые цели, которые были необходимы на этом рынке. [21] [22]
SAE пытается распространить передовой опыт , поскольку правовые нормы для большегрузных транспортных средств отстают. [23]
Первой страной, где система TPMS стала обязательной, стали Соединенные Штаты Америки. В начале 2000-х годов многочисленные дорожно-транспортные происшествия, такие как опрокидывание и разрывы шин, произошли из-за недостаточного уровня давления воздуха. NHTSA считала спущенные шины потенциальной угрозой безопасности, за чем вскоре последовало принятие Федерального стандарта безопасности транспортных средств 138 об установке TPMS на каждом транспортном средстве к сентябрю 2007 года, поэтапно вводимого с 2005 года. [24] Стандарт призван предупреждать водителей о значительном недокачке шин и вытекающих из этого проблемах безопасности из-за низкого давления в шинах. [25]
Этот стандарт требует установки TPMS на все новые легковые автомобили, многоцелевые пассажирские автомобили, грузовики и автобусы с полной массой транспортного средства (GVWR) 4536 кг (10 000 фунтов) или менее, за исключением транспортных средств с двойными колесами на оси. Окончательное правило требует, чтобы водитель получал предупреждение, когда давление в шинах на 25 процентов или более ниже рекомендуемого производителем транспортного средства давления накачки холодных шин (давление на табличке) для одной-четырех шин. [26]
Система TPMS стала обязательной для каждого транспортного средства весом менее 3,5 тонн, проданного после 2013 года. Позднее, в 2015 году, каждое транспортное средство должно было иметь систему 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 позволило уменьшить размер батареи и снизить вес датчика более чем на 10%. [27]
Медиа, связанные с системами контроля давления в шинах на Wikimedia Commons