كيف يقيس نظام TPMS ضغط الإطارات؟

تقيس أنظمة TPMS المباشرة الضغط الحقيقي بمستشعر داخل الإطار بدقة 0.1 PSI، بينما تحسب الأنظمة غير المباشرة الضغط من بيانات سرعة عجلات ABS.
تقيس أنظمة TPMS المباشرة الضغط الحقيقي بمستشعر داخل الإطار بدقة 0.1 PSI، بينما تحسب الأنظمة غير المباشرة الضغط من بيانات سرعة عجلات ABS.

شارك هذه الصفحة

نظام TPMS، أي نظام مراقبة ضغط الإطارات، هو تجهيزة إلكترونية للسلامة تنبّه السائق بإضاءة مصباح تحذيري أصفر على لوحة القيادة عندما ينخفض هواء أحد الإطارات بشكل كبير. يعمل إما عبر حساسات الضغط الحقيقية داخل كل إطار أو من خلال حسابات مبنية على بيانات سرعة العجلات من نظام ABS؛ والطريقة المستخدمة تعتمد كلياً على بنية السيارة.

أبرز النقاط

  • نظام TPMS المباشر، بحساس داخل الإطار 0.1 PSI يقيس الضغط الحقيقي بدقة.
  • نظام TPMS غير المباشر لا يقيس الضغط؛ بل يحسب التغير في نصف قطر التدحرج من بيانات سرعة عجلات ABS.
  • كلما انخفضت درجة الحرارة بمقدار 10°F (حوالي 5.5 درجة مئوية) ينخفض الضغط بنحو 1 PSI ينقص.
  • في الولايات المتحدة، أصبح إلزامياً في السيارات الجديدة بموجب FMVSS No. 138 منذ عام 2008، وفي الاتحاد الأوروبي منذ 1 نوفمبر 2014 بالنسبة للسيارات الركاب الجديدة.
  • بطارية الحساس تدوم في المتوسط من 5 إلى 10 سنوات ولا يمكن استبدالها بمفردها.

كيف يعمل نظام TPMS؟ مساران هندسيان مختلفان

Aynı sarı ışığı yakan iki sistemden biri lastiğin içindeki basıncı gerçekten ölçer, öteki ise tekerlek hızından tahmin eder.

عندما تخبرك سيارتك بضغط الإطارات، فإن إحدى تقنيتين مختلفتين تماماً هي التي تعمل في الواقع: إحداهما تقيس مباشرة، والأخرى تقدّر بشكل غير مباشر. كلتاهما تُضيء المصباح الأصفر نفسه، لكن القصة في الداخل مختلفة تماماً. فلنشرح كليهما الآن.

النظام المباشر: حساس حقيقي داخل الإطار

في نظام TPMS المباشر، يوجد داخل كل عجلة حساس حقيقي sensitive للضغط. في معظم السيارات الركاب يُركَّب هذا الحساس على القاعدة الداخلية لجسم الصمام؛ أما في السيارات عالية الأداء فيُلصق على جزء الحلقة من الجنط. وماذا يوجد داخل الحساس؟ تجويف ضغط يراقب الضغط في الوقت الفعلي، ومعالج دقيق، وجهاز إرسال RF، وحساس حرارة، وبطارية صغيرة جداً. باختصار، يعيش حاسوب مصغر داخل الإطار.

لكل حساس رقم تسلسلي فريد؛ وبفضل هذا الرقم يعرف النظام كلاً من الإطار المعطوب وعدم قدوم البيانات من سيارة أخرى. تصل جميع البيانات لاسلكياً إلى وحدة التحكم المركزية. دقة القياس بمستوى 0.1 PSI - وهذا فرق ضئيل يصعب حتى على أجهزة قياس الهواء اليدوية التقاطه.

والفيزياء الكامنة وراء استشعار الضغط مثيرة أيضاً: يمكن للحساسات أن تعمل بمبادئ البيزوكهرباء والبيزومقاومة ومقاييس الانفعال وMEMS. وللتوفير في الطاقة، وُضع ترتيب ذكي: الحساسات نائمة عندما تكون السيارة متوقفة، وتستيقظ عندما تبدأ العجلة بالدوران. أثناء القيادة ترسل البيانات عادة كل 30-60 ثانية وإذا حدث تغير سريع في الضغط، تبدأ بإرسال الإشارات بمعدل أكبر.

النظام غير المباشر: الاستنتاج من بيانات ABS

أما نظام TPMS غير المباشر (iTPMS) فلا يحمل أي حساس داخل الإطار. بدلاً من ذلك، يعمل بخوارزميات برمجية تحلل بيانات السرعة الدورانية القادمة من حساسات سرعة العجلات الموجودة أصلاً في نظامي ABS وESC. المنطق هو: كلما انخفض ضغط الهواء، صغر نصف قطر تدحرج الإطار، أي يصبح الإطار منبعجاً ويضطر للدوران بسرعة أكبر لتغطية المسافة نفسها. وإذا كانت العجلة تدور أسرع من المتوقع، يحسب الحاسوب أن هواء هذا الإطار يتناقص ويصدر تحذيراً.

من أشهر أمثلة هذا النهج أنه حصل على براءة اختراع كنظام لكشف فقدان ضغط الهواء يعمل بدون مستشعرات ويقيم التغير في محيط الدوران. فهو يقدم بنية أبسط وأرخص من النظام المباشر لأنه لا يتطلب عتاد مستشعرات منفصل. في المقابل، فهو يعتمد على التقدير ولا يمكنه عرض قيمة الضغط الفعلية - يضيء الضوء لكنه لا يخبرك أبداً عند أي ضغط هو موجود.

عبث درجات الحرارة: لماذا يضيء الضوء في الطقس البارد؟

إذا رأيت ضوء TPMS مضيئاً عندما تشغل سيارتك في صباح شتوي، فلا داعي للذعر - هذا في الغالب ليس تسريباً حقيقياً، بل فيزياء خالصة. فمع كل انخفاض في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات فهرنهايت (حوالي 5.5 درجة مئوية)، ينخفض ضغط الإطار حوالي 1 PSI. الهواء لم يتسرب من الإطار؛ الغاز داخله انكمش فقط. تماماً كما يبدو الهواء في البالون كماهوائبّارد. ومع سخونة الإطار، يرتفع الضغط من جديد - ولهذا السبب تُجرى قياسات الضغط على الإطار الساخن.

لكن للعملة أعمق من ذلك. مستشعر داخل الصمام لا يقيس في الحقيقة درجة حرارة الغاز داخل الإطار، بل غالباً درجة حرارة الجنط. فالحرارة المنقولة من قرص الفرامل إلى الجنط أو التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة كالخروج من الجراج البارد إلى الشارع تخلق فرقاً في درجة الحرارة بين الجنط والغاز، وقد يقدم المستشعر قراءة خاطئة. كما أن ضغط الإطار يرتفع طبيعياً مع ارتفاع درجة حرارته، وقد يظن النظام أن هذا الارتفاع عطل ما.

يحاول المهندسون حل هذه المشكلة بأساليب التعويض. ففي براءة اختراع ذات صلة، يُوصف حساب درجة حرارة الغاز من مصدرَي معلومات على الأقل - المستشعرات الفيزيائية و/أو نموذج حرارة افتراضي مشتق من متغيرات ديناميكية القيادة مثل عزم العجلة والتسارع الطولي والجانبي ومعدل الانعطاف (yaw rate). وتُحوَّل القيم المقاسة إلى درجة حرارة مرجعية قدرها 20 درجة مئوية قبل عرضها على لوحة العدادات. والهدف واحد وواضح: تقليل الإنذارات الكاذبة.

من أين تأتي الإنذارات الكاذبة؟

لا تظن في كل مرة يضيء فيها ضوء TPMS أن الإطار على وشك الانفجار. فالمصادر الرئيسية للإنذار الكاذب معروفة:

  • الطقس البارد والانخفاض الطبيعي في الضغط - انكماش الغاز الذي ذكرناه للتو.
  • التسريبات البطيئة، تبقى صامتة حتى يتجاوز النظام عتبته ثم يحذر فجأة.
  • عدم إعادة ضبط النظام بعد تدوير الإطارات.

سلوك الضوء يقدم أدلة أيضاً: بعد بضع دقائق من القيادة، الضوء الثابت المضيء يعني عادةً ضغطاً منخفضاً جدياً، في المقابل الضوء الوامض يشير عادةً إلى عطل في اتصال المستشعر أو بطارية ميّتة في العديد من السيارات بعد التدوير، تعيد المستشعرات تعلم مواقعها تلقائياً عند القيادة بسرعة تزيد عن 20 ميلاً في الساعة، بينما تطلب بعض الطرازات أداة إعادة تعلم يدوية.

في الأنظمة غير المباشرة تكون احتمالية الإنذار الكاذب أعلى قليلاً. فالتآكل غير المتساوي للإطارات أو تركيب الإطار الاحتياطي قد يخدع النظام لأنه يغير محيط الدوران. وقد يختلط عدم توافق محيط العجلة مع تحذيرات ESC؛ كما أن خلل معايرة ABS وأعطال مستشعر سرعة العجلة من المصادر المعروفة للتشخيص الخاطئ. ونقطة حرجة: إذا فقدت جميع الإطارات الهواء بالسرعة نفسها، فقد لا يلاحظ النظام غير المباشر شيئاً على الإطلاق.

اعرف أيضًا حدًا لنظام TPMS: فهو لا ينذر مسبقًا عن التسريب البطيء أو الانفجارات غير الناتجة عن الحرارة العالية. يصدر إنذارًا فقط عندما ينخفض الضغط تحت حد معين. ولتحديد موقع التسرب، لا تزال الطريقة الكلاسيكية صالحة: اختبار رغوة الصابون. لا يحل نظام TPMS أبدًا محل فحص الهواء اليدوي.

مباشر أم غير مباشر؟ مقارنة

أيهما أفضل؟ الإجابة الصحيحة قابلة للنقاش. النظام المباشر بلا شك يقدم بيانات أكثر دقة وتفصيلًا، لكنه ليس بريئًا تمامًا - فإذا لم يتم التعويض عن درجة الحرارة فقد ينتج إنذارات كاذبة أيضًا. النظام غير المباشر رخيص وبسيط لكنه قائم على التخمين. لنلقِ نظرة على الجدول:

الخاصيةTPMS مباشرTPMS غير مباشر
طريقة القياسمستشعر ضغط داخل الصماماستنتاج من بيانات سرعة العجلات في نظام ABS
الدقة0.1 PSIقيمة تقريبية، لا يُعرض الضغط الفعلي
عتاد إضافيمستشعر وبطارية في كل عجلةغير مطلوب، يعمل بالبرمجيات
التكلفة40-120 دولارًا للوحدة + 20-50 دولارًا للبرمجةأقل
نقطة الضعف المعروفةقد ينتج إنذارًا كاذبًا بدون تعويض درجة الحرارةقد لا يكشف التسرب إذا كانت جميع الإطارات تفقد ضغطًا بالتساوي

بطارية المستشعر المباشر عمرها حوالي 5-10 سنوات، أي حوالي 100000 ميل. الحرارة الشديدة وملح الطرق قد يقصران هذه المدة. لا يمكن استبدال البطارية منفردة؛ وعند حدوث عطل يتم استبدال وحدة المستشعر بالكامل. وعند تغيير الإطار يجب بالضرورة تجديد طقم جسم الصمام (الحشوة والفاصلة والصمام).

التشريعات والسلامة: هل TPMS إلزامي؟

نظام TPMS ليس رفاهية بل متطلب تفرضه التشريعات. في الولايات المتحدة، يُلزم معيار FMVSS رقم 138 بوجود النظام في جميع السيارات الركنية والمركبات متعددة الأغراض الجديدة التي تقل وزنها الإجمالي عن 10000 رطل، ويجب على النظام تنبيه السائق عندما ينخفض الضغط إلى 25% من قيمة الضغط الموصى بها أو أقل. هذه الوظيفة إلزامية في جميع سيارات الركنية المباعة في الولايات المتحدة منذ عام 2008.

أما في أوروبا، فنظام TPMS إلزامي في جميع سيارات الركنية الجديدة المباعة اعتبارًا من 1 نوفمبر 2014، مع عدم وجود هذا الإلزام في المركبات التجارية الخفيفة من فئة N1. وهناك عتبة منفصلة للمركبات التجارية: فمنذ يوليو 2024 يُطلب نظام TPMS في الشاحنات والحافلات والمقطورات المسجلة حديثًا. أما Euro NCAP فيطبق متطلبات سلامة دنيا صارمة تُحدَّث كل ثلاث سنوات لكل تصنيف نجوم؛ ويُقيَّم دور معدات السلامة في التقييم وفقًا لهذه المتطلبات.

ما الجديد في الأفق؟ عصر TPMS الذكي

التقنية بالطبع لا تتوقف. تنتشر أنظمة TPMS الذكية التي ترسل البيانات مباشرة إلى الهاتف عبر Bluetooth Low Energy ولا تتطلب وحدة العدادات. والأكثر إثارة أن خوارزميات البرمجيات يمكنها تحليل اتجاهات الضغط لإصدار تحذير وقائي قبل الانفجار - أي أن النظام لم يعد يكتشف البرد فحسب، بل يتوقع العطس قبل البرد.

وفي جانب الأساطيل والمركبات الثقيلة، تبرز المستشعرات واسعة النطاق القادرة على المراقبة حتى 150 PSI. كما أن المستقبِلات التي تعمل بالطاقة الشمسية والتكامل مع القيادة الذاتية مطروحة على الطاولة، ومن الأمثلة الملموسة لهذا التكامل التخفيض التلقائي للسرعة لحظة حدوث ثقب حاد. أما مناقشات اللوائح التنظيمية المستقبلية للأنظمة غير المباشرة في إطار UNECE فلا تزال مستمرة.

الأسئلة الشائعة

  • لماذا يضيء الضوء في البرد؟ عندما تنخفض درجة الحرارة 10 درجات فهرنهايت، ينخفض الضغط حوالي 1 PSI؛ الغاز لا يهرب، بل ينكمش.
  • هل الضوء ثابت أم يومض؟ الضوء الوامض يعني عادةً عطل في المستشعر أو البطارية، والضوء الثابت يعني عادةً ضغطاً منخفضاً.
  • كم تدوم البطارية؟ من 5 إلى 10 سنوات؛ لا يمكن استبدالها واحدة تلو الأخرى، بل يتم تجديد وحدة المستشعر بالكامل.
  • هل يلزم إعادة الضبط بعد تدوير الإطارات؟ في معظم السيارات نعم؛ وكثير منها يعيد التعلم تلقائياً بالقيادة بسرعة تتجاوز 20 ميلاً في الساعة.
  • هل يعرض النظام غير المباشر الضغط الحقيقي؟ لا، فهو يصدر تحذيراً فقط.
  • هل يكتشف التسرب البطيء؟ يشير إلى الإطار منخفض الضغط؛ ويُحدد مكان التسرب باختبار رغوة الصابون.

باختصار: نظام TPMS هو مترجم صغير يدعوك للتحدث مع إطاراتك. معرفة البنية التي يعمل بها تمنعك من الذعر عند إضاءة الضوء أو من الاطمئنان غير الضروري على النقيض. هل تساءلت يوماً أي نظام تحمله سيارتك؟ لا تنسَ أن تسأل في خدمة الصيانة القادمة.

المصادر