Wie misst der TPMS den Reifendruck?

Direkte TPMS-Systeme messen den tatsächlichen Druck mit einem Sensor im Reifen mit einer Genauigkeit von 0,1 PSI, während indirekte Systeme den Druck aus den ABS-Raddrehzaldaten berechnen.
Direkte TPMS-Systeme messen den tatsächlichen Druck mit einem Sensor im Reifen mit einer Genauigkeit von 0,1 PSI, während indirekte Systeme den Druck aus den ABS-Raddrehzaldaten berechnen.

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TPMS, also known as the tire pressure monitoring system, is an electronic safety device that alerts the driver by lighting up the yellow warning light on the steering wheel when a tire's air pressure drops significantly. It does this either via real pressure sensors inside each tire or by calculating from ABS wheel speed data; which method is used depends entirely on the vehicle's architecture.

Highlights

  • Direct TPMS, with the sensor inside the tire 0.1 PSI measures the real pressure with accuracy.
  • Indirect TPMS does not measure pressure; it calculates changes in the rolling radius from ABS wheel speed.
  • For every 10°F (approx. 5.5°C) drop in temperature, pressure decreases by about 1 PSI .
  • In the USA, mandatory via FMVSS No. 138 since 2008; in the EU since November 1, 2014 for new passenger vehicles.
  • The sensor battery lasts an average of 5-10 years and cannot be replaced on its own.

How Does TPMS Work? Two Different Engineering Approaches

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

When your car tells you the tire pressure, one of two completely different technologies is at work: one measures directly, the other estimates indirectly. Both light up the same yellow light, but the story inside is completely different. Let's take a closer look at both.

Direct system: a real sensor inside the tire

In direct TPMS, there is a real pressure-sensitive sensor inside each wheel. In most passenger vehicles, this sensor is mounted on the inner base of the valve stem; in high-performance vehicles, it is taped to the barrel part of the rim. What's inside the sensor? A pressure cavity that monitors pressure in real time, a microcontroller, an RF transmitter, a temperature sensor, and a tiny battery. In short, a small computer lives inside your tire.

Each sensor has a unique serial number; thanks to this number, the system knows both which tire has a problem and that the data is not coming from another vehicle. All data reaches the central control unit wirelessly. The measurement accuracy is at the 0.1 PSI level - a subtle difference that is hard to detect even with manual tire gauges.

The physics behind pressure detection is also interesting: sensors can work on piezoelectric, piezoresistive, strain gauge, and MEMS principles. For power saving, a clever scheme has been devised: when the vehicle is parked, the sensors sleep, and they wake up when the wheel starts turning. While driving, they typically transmit data every 30-60 seconds ; if there is a rapid change in pressure, they begin to signal more frequently.

Indirect system: making inferences from ABS data

Indirect TPMS (iTPMS), on the other hand, carries no sensors inside the tire. Instead, it works with software algorithms that analyze the rotational speed data coming from the already existing wheel speed sensors of the ABS and ESC. The logic is this: as air pressure drops, the tire's rolling radius shrinks, meaning the tire becomes squashed and has to rotate faster to cover the same distance. If a wheel is rotating faster than expected, the computer calculates that this tire is losing air and issues a warning.

Eines der bekanntesten Beispiele für diesen Ansatz ist als sensorgestütztes, deflationserkennendes System patentiert, das die Veränderung des Abrollumfangs bewertet. Es bietet eine einfachere und günstigere Architektur als ein direktes System, da keine separate Sensorhardware erforderlich ist. Dafür ist es schätzungsbasiert und kann den tatsächlichen Druckwert nicht anzeigen - die Leuchte geht an, aber sie sagt niemals, bei welchem Druck man sich befindet.

Temperatur-Tündelei: Warum leuchtet die Leuchte bei Kälte auf?

Wenn du an einem Wintermorgen das Auto startest und siehst, dass die TPMS-Leuchte aufgeleuchtet ist, gibt es keinen Grund zur Panik - das ist meistens kein echtes Leck, sondern reine Physik. Sinkt die Temperatur um jeweils 10°F (etwa 5,5°C), verringert sich der Reifendruck um etwa 1 PSI. Die Luft ist nicht aus dem Reifen entwichen; das Gas darin hat sich lediglich zusammengezogen. Ganz so, wie eine Ballonluft bei Kälte wie abgelaufen wirkt. Je wärmer der Reifen wird, desto mehr steigt der Druck wieder an - deshalb werden Druckmessungen am warmen Reifen durchgeführt.

Aber die Sache hat Tiefen. Der Ventilsensor misst tatsächlich nicht die Temperatur des Gases im Reifen, sondern in der Regel die der Felge. Wärme, die von der Bremsscheibe auf die Felge übertragen wird, oder plötzliche Temperaturwechsel wie das Verlassen einer kalten Garage führen zu einem Temperaturunterschied zwischen Felge und Gas, und der Sensor kann fehlerhafte Werte liefern. Zudem steigt der Druck mit zunehmender Reifentemperatur natürlich an; das System könnte diesen Anstieg für eine Störung halten.

Ingenieure versuchen, dieses Problem mit Kompensationsmethoden zu lösen. In einem einschlägigen Patent wird beschrieben, wie die Gastemperatur aus mindestens zwei Informationsquellen berechnet wird - aus physischen Sensoren und/oder einem virtuellen Temperaturmodell, das aus Fahrdynamikvariablen wie Radmoment, Längs- und Querbeschleunigung sowie der Gierrate abgeleitet wird. Die gemessenen Werte werden auf eine Referenztemperatur von 20°C umgerechnet und entsprechend im Display angezeigt. Das Ziel ist einzig und klar: Fehlalarme reduzieren.

Woher kommen Fehlalarme?

Denke nicht, dass der Reifen jedes Mal kurz vorm Platzen ist, nur weil die TPMS-Leuchte leuchtet. Die Hauptquellen für Fehlalarme sind bekannt:

  • Kalte Witterung und natürlicher Druckabfall - die eben erwähnte Gas zusammenziehung.
  • Langsame Lecks bleiben stumm, bis das System den Schwellenwert überschreitet, und warnen dann plötzlich.
  • Nicht zurückgesetztes System nach einer Radrotation.

Das Verhalten der Leuchte gibt ebenfalls Aufschluss: Nach einigen Minuten Fahrt bedeutet eine dauerhaft leuchtende Lampe in der Regel ernsthaft niedrigen Druck, bedeutet; dagegen weist eine blinkende Leuchte meist auf eine Sensor-Kommunikationsstörung oder eine leere Batterie hin. Nach der Radrotation lernen viele Fahrzeuge die Sensorpositionen automatisch bei Fahrten mit mehr als 20 mph neu an; manche Modelle verlangen jedoch ein manuelles Relearn-Werkzeug.

Bei indirekten Systemen ist die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen etwas höher. Ungleichmäßiger Reifenverschleiß oder das Aufziehen des Reserverads kann das System täuschen, weil sie den Abrollumfang verändern. Eine Unstimmigkeit im Radumfang kann mit ESC-Warnungen verwechselt werden; eine falsche ABS-Kalibrierung und Defekte der Raddrehzahlsensoren sind ebenfalls bekannte Ursachen für Fehldiagnosen. Und ein kritischer Punkt: Verlieren alle Reifen gleich schnell Luft, bemerkt das indirekte System möglicherweise überhaupt nichts.

Eine Grenze solltest du kennen: TPMS kann einen langsamen Druckverlust oder Reifenplatzer, die nicht durch hohe Temperaturen verursacht werden, nicht vorher ankündigen. Es löst erst einen Alarm aus, wenn der Druck unter einen bestimmten Schwellenwert fällt. Um das Leck zu finden, gilt nach wie vor die klassische Methode: der Seifenlagentest. TPMS ersetzt die manuelle Luftdruckkontrolle niemals.

Direkt oder Indirekt? Der Vergleich

Welches ist besser? Die richtige Antwort ist diskutabel. Das direkte System liefert definitiv genauere und detailliertere Daten, ist aber auch nicht ganz unschuldig - ohne Temperaturkompensation kann auch es Fehlalarme erzeugen. Das indirekte System ist günstig und einfach, basiert aber auf Schätzungen. Schauen wir uns die Tabelle an:

MerkmalDirektes TPMSIndirektes TPMS
MessverfahrenDrucksensor im VentilAbleitung aus den ABS-Raddrehzahldaten
Genauigkeit0,1 PSIUngefährer Wert, der tatsächliche Druck wird nicht angezeigt
Zusätzliche HardwareSensor und Batterie an jedem RadNicht erforderlich, funktioniert per Software
Kosten40-120 $ pro Stück + 20-50 $ ProgrammierungNiedriger
Bekannte SchwächeKann ohne Temperaturkompensation Fehlalarme erzeugenKann möglicherweise nicht erkannt werden, wenn alle Reifen gleich viel Luft verlieren

Die Batterie des direkten Sensors hält etwa 5-10 Jahre, rund 100.000 Meilen. Extreme Temperaturen und Streusalz können diese Lebensdauer verkürzen. Die Batterie kann nicht separat ausgetauscht werden; bei einem Defekt wird die gesamte Sensoreinheit erneuert. Beim Reifenwechsel muss das Ventilgehäuse-Kit (Dichtung, Beilagescheibe, Ventil) unbedingt erneuert werden.

Vorschriften und Sicherheit: Ist TPMS Pflicht?

TPMS ist kein Luxus, sondern eine gesetzlich vorgeschriebene Anforderung. In den USA schreibt der Standard FMVSS No. 138 das System in allen neuen Pkw und Mehrzweckfahrzeugen unter 10.000 lb GVW vor; das System muss den Fahrer warnen, wenn der Druck auf 25 % des empfohlenen Werts oder darunter fällt. Seit 2008 ist diese Funktionalität in allen in den USA verkauften Pkw Pflicht.

In Europa ist TPMS seit dem 1. November 2014 in allen neu verkauften Pkw verpflichtend; bei leichten Nutzfahrzeugen der Klasse N1 gilt diese Pflicht nicht. Für Nutzfahrzeuge gibt es eine separate Schwelle: Ab Juli 2024 wird TPMS für neu zugelassene Lkw, Busse und Anhänger gefordert. Euro NCAP wendet für jede Sternebewertung strenge Mindestsicherheitsanforderungen an, die alle drei Jahre aktualisiert werden; die Rolle der Sicherheitsausrüstung in der Bewertung wird im Rahmen dieser Anforderungen beurteilt.

Was gibt es Neues? Das Zeitalter der intelligenten TPMS

Die Technologie steht natürlich nicht still. Intelligente TPMS, die Daten per Bluetooth Low Energy direkt an das Telefon senden und keine Anzeigeeinheit benötigen, verbreiten sich. Noch beeindruckender: Softwarealgorithmen können Drucktrends analysieren und bereits vor einem Reifenplatzer eine Schutzwarnung ausgeben - das System erschnüffelt also nicht mehr nur die Erkältung, sondern sagt das Niesen vorher voraus.

Im Bereich Flotten und schwere Fahrzeuge zeichnen sich Breitbandsensoren ab, die bis zu 150 PSI überwachen können. Solarbetriebene Empfänger und die Integration ins autonome Fahren sind ebenfalls im Gespräch; die automatische Geschwindigkeitsreduzierung im Moment kritischer Schäden ist ein konkretes Beispiel dieser Integration. Die Diskussionen über die Regelungen für die Zukunft indirekter Systeme unter dem Dach der UNECE laufen dagegen weiter.

Häufig gestellte Fragen

  • Warum leuchtet das Licht bei Kälte auf? Sinkt die Temperatur um 10°F, nimmt der Druck um etwa 1 PSI ab; die Luft entweicht nicht, sie zieht sich zusammen.
  • Leuchtet das Licht konstant oder blinkt es? Ein blinkendes Licht bedeutet meist einen Sensor-/Batteriedefekt, ein konstant leuchtendes Licht meist niedrigen Druck.
  • Wie lange hält die Batterie? 5–10 Jahre; sie kann nicht einzeln getauscht werden, die gesamte Sensoreinheit wird erneuert.
  • Ist nach der Rädertauschung ein Zurücksetzen erforderlich? Bei den meisten Fahrzeugen ja; viele lernen automatisch neu, wenn man über 20 mph fährt.
  • Zeigt ein indirektes System den tatsächlichen Druck an? Nein, es gibt nur eine Warnung aus.
  • Findet es ein langsames Leck? Es markiert den Reifen mit niedrigem Druck; die Stelle des Lecks findet man mit dem Seifenlagentest.

Zusammengefasst: Das TPMS ist ein kleiner Dolmetscher, der dich einlädt, mit deinen Reifen zu sprechen. Zu wissen, mit welcher Architektur es arbeitet, verhindert, dass du in Panik gerätst, wenn das Licht angeht - oder dich umgekehrt unbegründet in Sicherheit wiegst. Hast du dich jemals gefragt, welches System in deinem Auto verbaut ist? Frag beim nächsten Servistermin unbedingt danach.

Quellen