Hogyan méri a TPMS a gumiabroncs nyomását?

A közvetlen TPMS a kerék belsejében lévő érzékelővel 0,1 PSI pontossággal méri a tényleges nyomást, míg az indirekt rendszer a nyomást az ABS keréksebesség-adataiból számítja ki.
A közvetlen TPMS a kerék belsejében lévő érzékelővel 0,1 PSI pontossággal méri a tényleges nyomást, míg az indirekt rendszer a nyomást az ABS keréksebesség-adataiból számítja ki.

Az oldal megosztása

A TPMS, azaz a guminyomás-figyelő rendszer egy elektronikus biztonsági berendezés, amely akkor világítja fel a kormányon lévő sárga figyelmeztető lámpát, amikor egy guma levegője jelentősen lecsökken, ezzel értesítve a vezetőt. Ezt vagy az egyes gumik belsejében lévő valódi nyomásérzékelőkkel, vagy az ABS keréksebesség-adataiból számítással állapítja meg; hogy melyik módszert alkalmazza, teljesen a jármű felépítésétől függ.

Kiemelt tudnivalók

  • A közvetlen TPMS a guma belsejében lévő érzékelővel 0,1 PSI pontossággal méri a valódi nyomást.
  • A közvetett TPMS nem méri a nyomást; az ABS keréksebességéből számítja ki a gördülési sugár változását.
  • Amikor a hőmérséklet 10°F-et (kb. 5,5°C) csökken, a nyomás körülbelül 1 PSI csökken.
  • Az USA-ban az FMVSS No. 138 előírás szerint 2008-tól, míg az EU-ban 2014. november 1-jétől kötelező az új személygépkocsiknál.
  • Az érzékelő akkumulátora átlagosan 5-10 évig bírja, és önmagában nem cserélhető.

Hogyan működik a TPMS? Két különböző mérnöki megközelítés

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

Amikor az autód elmondja neked a gumiabroncs nyomását, valójában két teljesen eltérő technológia egyikése működik közre: az egyik közvetlenül méri, a másik közvetve becsüli. Mindkettő ugyanazt a sárga lámpát gyújtja meg, de a belsejében lévő történet egészen más. Nézzük meg mindkettőt.

Közvetlen rendszer: valódi érzékelő a guma belsejében

A közvetlen TPMS esetében minden kerék belsejében egy valódi nyomásérzékeny érzékelő található. A legtöbb személygépkocsiban ezt az érzékelőt a szeleptest belső aljára szerelik; a nagy teljesítményű járműveknél viszont a felni peremére ragasztják. És mi van az érzékelőn belül? Egy valós idejű nyomást figyelő nyomásüreg, egy mikrovezérlő, egy RF adó, egy hőmérséklet-érzékelő és egy pici akkumulátor. Röviden: a guma belsejében egy mini számítógép él.

Minden érzékelőnek egyedi sorozatszáma van; ennek a sámnak köszönhetően a rendszer megállapítja, hogy melyik gumíval van baj, és azt is, hogy az adat nem egy másik járműből származik. Minden adat vezeték nélkül eljut a központi vezérlőegységhez. A mérési pontosság 0,1 PSI szintű - ez egy olyan apró különbség, amelyet még kézi nyomásmérőkkel is nehéz érzékelni.

A nyomásérzékelés mögötti fizika is érdekes: az érzékelők működhetnek piezoelektromos, piezorezisztív, nyúlásmérő-bélyeges (strain gauge) és MEMS elveken. Az energia megtakarítása érdekében pedig okos megoldás lett kialakítva: amíg a jármű parkol, az érzékelők alszanak, és akkor ébrednek fel, amikor a kerék forogni kezd. Vezetés közben általában 30-60 másodpercenként küldenek adatot; ha a nyomás gyorsan változik, gyakrabban kezdenek jelet küldeni.

Közvetett rendszer: következtetés az ABS adataiból

A közvetett TPMS (iTPMS) egyáltalán nem hordoz érzékelőt a guma belsejében. Ehelyett szoftveralgoritmusokkal működik, amelyek az ABS és az ESC már meglévő keréksebesség-érzékelőiből érkező fordulatsági adatokat elemzik. A logika a következő: ahogy csökken a légnyomás, a guma gördülési sugara kisebb lesz, vagyis a guma összenyomódik, és ugyanazon távolság megtételéhez gyorsabban kell forognia. Ha a kerék a vártnál gyorsabban forog, a számítógép kiszámítja, hogy ennek a gumínak csökkent a nyomása, és figyelmeztetést ad.

Ennek a megközelítésnek az egyik legismertebb példája egy szenzor nélküli deflatió-érzékelő rendszerként lett szabadalmaztatva, amely a gördülési kerület változását értékeli. Egyszerűbb és olcsóbb architektúrát kínál, mint a közvetlen rendszer, mert külön érzékelőhardvert nem igényel. Ezzel szemben becslésen alapul, és nem tudja megjeleníteni a tényleges nyomásértéket - a lámpa kigyullad, de soha nem mondja meg, milyen nyomásról van szó.

Hőmérsékleti tréfák: Miért gyullad ki a lámpa hidegben?

Ha téli reggelen az autó indításakor azt látod, hogy a TPMS lámpa kigyulladt, nincs pánik - ez legtöbbször nem valódi szivárgás, hanem tiszta fizika. Minden 10°F (kb. 5,5°C) hőmérséklet-csökkenés esetén a gumiabroncs nyomása körülbelül 1 PSI-mal csökken. A levegő nem szökött ki az abroncsból; a benne lévő gáz egyszerűen összehúzódott. Olyan ez, mint amikor a lufi levegője hidegben kicsinek tűnik. Ahogy az abroncs felmelegszik, a nyomás is újra emelkedik - ezért a nyomásmérést meleg abroncson végzik.

De a dolognak van mélye is. A szelepen belüli érzékelő valójában nem az abroncson belüli gáz hőmérsékletét, hanem általában a felni hőmérsékletét méri. A féktárcsáról a felnire átadódott hő vagy a garázsból a hideg utcára való kihajtás miatti hirtelen hőmérséklet-változások hőmérséklet-különbséget hoznak létre a felni és a gáz között, és az érzékelő hibás leolvasást végezhet. Emellett az abroncs hőmérsékletének növekedésével a nyomás természetesen emelkedik; a rendszer ezt meghibásodásnak gondolhatja.

A mérnökök kompenzációs módszerekkel próbálják megoldani ezt a problémát. Egy kapcsolódó szabadalomban azt írják le, hogy a gáz hőmérséklete legalább két információforrásból - fizikai érzékelőkből és/vagy egy virtuális hőmérsékleti modellből, amelyet olyan vezetési dinamikai változókból származtatnak, mint a kerék-nyomaték, a hossz- és oldalsó gyorsulás, a yaw rate - számítódik ki. A mért értékeket 20°C-os referenciahőmérsékletre átszámítva jelenítik meg a műszerfalon. A cél egy és egyértelmű: a hamus riasztások csökkentése.

Honnan erednek a hamus riasztások?

Ne gondolj minden alkalommal arra, hogy a gumiabroncs kipukkanás előtt áll, csak mert a TPMS lámpa kigyulladt. A hamu riasztás fő forrásai ismertek:

  • Hideg idő és természetes nyomásesés - az imént említett gázösszehúzódás.
  • Lassú szivárgások: a rendszer addig hallgat, amíg át nem lépik a küszöböt, aztán hirtelen figyelmeztet.
  • Az abroncscsere (rotáció) után a rendszer visszaállításának elmaradása.

A lámpa viselkedése is utalást ad: néhány perc vezetés után a folyamatosan égő lámpa általában komoly alacsony nyomást jelent; ezzel szemben a villogó lámpa általában érzékelő-kommunikációs hibára vagy lemerült akkumulátorra utal. A kerékcsere után sok autó automatikusan újra megtanulja az érzékelők pozícióit 20 mph feletti sebességgel való vezetéssel; egyes modellek ehhez kézi relearn eszközt kérnek.

A közvetett rendszerekben a hamu riasztás esélye valamivel magasabb. Az egyenetlen abroncskopás vagy a tartalékkerék felszerelése a gördülési kerület megváltoztatásával megtévesztheti a rendszert. A kerék-kerület eltérése összekeveredhet az ESC-figyelmeztetésekkel; az ABS-kalibráció hibája és a keréksebesség-érzékelő meghibásodásai is a hibás diagnózis ismert forrásai. És egy kritikus pont: ha az összes abroncs egyenlő sebességgel veszti a levegőt, a közvetett rendszer semmit sem vehet észre.

Ismerd a határait is: a TPMS nem tud előre jelezni sem a lassú szivárgást, sem a magas hőmérsékletből eredő nem szándékos defekteket. Csak akkor ad riasztást, ha a nyomás egy meghatározott küszöb alá esik. A szivárgás helyének megtalálásához továbbra is a klasszikus módszer érvényes: a szappanhabra teszt. A TPMS soha nem helyettesíti a kézi levegőellenőrzést.

Közvetlen vagy közvetett? Összehasonlítás

Melyik a jobb? A helyes válasz vitatható. A közvetlen rendszer kétségtelenül pontosabb és részletesebb adatokat szolgáltat, de nem teljesen hibátlan - hőkompenzáció nélkül az is hamis riasztásokat adhat. A közvetett rendszer olcsó és egyszerű, de becslésen alapul. Nézzük a táblázatot:

TulajdonságKözvetlen TPMSKözvetett TPMS
Mérési módszerNyomásérzékelő a szelepen belülKövetkeztetés az ABS keréksebesség-adataiból
Pontosság0,1 PSIKözelítő érték, a tényleges nyomás nem jelenik meg
Kiegészítő hardverÉrzékelő és akkumulátor minden kerékenNem szükséges, szoftverrel működik
KöltségDarabonként 40-120 $ + 20-50 $ programozásAlacsonyabb
Ismert gyengeségHőkompenzáció nélkül hamis riasztást adhatHa az összes gumi egyformán szivárog, előfordulhat, hogy nem észleli

A közvetlen érzékelő akkumulátora körülbelül 5-10 év, nagyjából 100 000 mérföld élettartamú. A szélsőséges hőmérséklet és az útsó rövidítheti ezt az élettartamot. Az akkumulátor külön nem cserélhető; meghibásodás esetén a teljes érzékelőegységet cserélni kell. Gumicsere esetén viszont a szeleptest-készletet (tömítés, alátét, szelep) feltétlenül cserélni kell.

Jogszabályok és biztonság: kötelező a TPMS?

A TPMS nem luxus, hanem jogszabály által előírt követelmény. Az Egyesült Államokban az FMVSS No. 138 szabvány előírja a rendszert minden 10 000 lb GVW alatti új személy- és többcélú járműben; a rendszernek figyelmeztetnie kell a vezetőt, ha a nyomás a gyártói érték 25%-ára vagy az alá csökken. 2008 óta minden az USA-ban értékesített személyautóban ez a funkció kötelező.

Európában 2014. november 1-jétől minden új személyautóban kötelező a TPMS; az N1 kategóriás könnyű haszongépjárművekre ez a kötelezettség nem vonatkozik. A kereskedelmi járművekre külön küszöb van: 2024 júliusától az újonnan lajstromozott teherautókban, buszokban és pótkocsikban TPMS-t írnak elő. Az Euro NCAP évente háromévente frissített szigorú minimum biztonsági követelményeket alkalmaz minden csillagos minősítéshez; a biztonsági berendezések szerepét a pontozásban ezeknek a követelményeknek a keretében értékelik.

Mi a napirenden? Az okos TPMS korszaka

A technológia természetesen nem áll meg. Egyre elterjedtek azok az okos TPMS-ek, amelyek Bluetooth Low Energy segítségével közvetlenül a telefonra küldik az adatokat, és nem igénylik a műszeregységet. Még impozánsabb, hogy a szoftveralgoritmusok a nyomástrendek elemzésével védő figyelmeztetést tudnak adni a defekt előtt - vagyis a rendszer már nemcsak a hideget észleli, hanem megjósolja a tüsszentést is, még a hideg előtt.

A flotta- és nehézjármű-oldalon a 150 PSI-ig történő monitoringra képes széles tartományú érzékelők emelkednek ki. Napenergiás vevők és az önvezető vezetés integrációja is napirenden van; a kritikus defekt pillanatában történő automatikus sebességcsökkentés ennek az integrációnak kézzelfogható példája. A közvetett rendszerek jövőjéről szóló, az UNECE keretein belüli szabályozási viták viszont folytatódnak.

Gyakran Ismételt Kérdések

  • Miért kapcsol be a lámpa hidegben? Ha a hőmérséklet 10°F-et csökken, a nyomás körülbelül 1 PSI-mal csökken; a levegő nem szökik ki, csak összehúzódik.
  • A lámpa állandóan világít vagy villog? A villogó lámpa általában érzékelő/akku hibáját jelzi, az állandó fény általában alacsony nyomást jelent.
  • Mennyi ideig bírja az akku? 5-10 év; nem cserélhető egyesével, a teljes érzékelő egységet megújítják.
  • Kell-e visszaállítani a kerékcsere után? A legtöbb járműnél igen; sok automata újratanul 20 mph feletti vezetéssel.
  • Az közvetett rendszer a valódi nyomást mutatja? Nem, csak figyelmeztet.
  • Megtalálja a lassú szivárgást? Megjelöli az alacsony nyomású gumit; a szivárgás helyét a szappanos habos teszt mutatja meg.

Összefoglalva: a TPMS egy kis tolmács, amely a gumiddal való beszélgetésre hív meg. Ha tudod, milyen architektúrával működik, nem esel pánikba, amikor kigyullad a lámpa, sőt feleslegesen megnyugodni sem fogsz. Valaha elgondolkodtál azon, hogy milyen rendszert visel az autód? Ne felejtsd el megkérdezni a következő szervizben.

Források