АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Прямая система контроля давления в шинах

Экспертиза РАН

Logo-ran.pngLogo-ran-black.png
Проводится экспертиза
Российской академией наук
Подробнее
Times2.svg

Экспертиза РАН

Arrow-Right.png
Logo-ran.png
Проводится экспертиза
Российской академией наук
Подробнее

Прямая система контроля давления в шинах (прямая система мониторинга давления в шинах, англ. Direct Tire-Pressure Monitoring System; Direct Sensor TPMS) — разновидность системы контроля давления в шинах (СКДШ), использующая датчики давления, непосредственно установленные на колёсах или шинах транспортного средства[1]. Давление в шине измеряется при помощи преобразователя давления, а информация затем передаётся водителю для предупреждения о пониженном или повышенном давлении. Обычно данные передаются по радиоканалу (радиочастотной, RF-технологии), однако в последние годы применялись также механические, электрические и магнитные методы передачи данных[2].

Типовая система

undefined

В большинстве современных систем прямой СКДШ небольшой электронный модуль, достаточно прочный для установки внутри шины, измеряет давление с помощью микроэлектромеханического датчика давления (MEMS)[1] и передаёт эти и другие данные одному или нескольким приёмникам на транспортном средстве[1]. Дополнительная информация может включать серийный номер датчика, температуру, ускорение, направление вращения и состояние всей системы прямого контроля давления[3]. Серийный номер позволяет автомобилю игнорировать сигналы от других машин и использовать уникальное поле данных. Типовая прямая система СКДШ (например, на автомобилях Ford[4], BMW[5] или Toyota[6]) включает в себя следующие компоненты:

  • Датчик СКДШ, установленный на обратной стороне вентиля каждого колеса
  • Индикатор СКДШ на приборной панели
  • Уникальные идентификаторы шин с указанием скорости и направления вращения
  • Электронный блок управления СКДШ (ЭБУ)
  • Антенна(-ы)
  • Контроллер для периодических измерений
  • Источник питания
  • Диагностическая система и система вывода из спящего режима

В большинстве случаев для передачи данных прямые СКДШ используют радиочастоты ультравысокого диапазона (UHF) в одном из не лицензируемых ISM-диапазонов (индустриальные, научные и медицинские)[7], обычно 433 МГц в Европе и 315 МГц в других регионах. На некоторых системах располагается отдельный приёмник или антенна для каждого колеса, в то время как чаще встречается один приёмник для всех колёс. Часто этот же приёмник используется и для работы системы бесключевого доступа, которая также функционирует на UHF-частотах.

Датчики СКДШ могут устанавливаться различными способами: на обратной стороне вентиля[8], с помощью клеевого соединения, либо посредством закрепления на ободе колёс специальной лентой внутри шины, обычно в посадочной зоне обода[9].

Индикатор СКДШ (Direct TPMS)

Если загорается индикатор системы прямого контроля давления, это свидетельствует о пониженном давлении хотя бы в одной из шин, чрезмерно высоком давлении или неисправности системы[1]. Если индикатор горит постоянно, восстановление рекомендованного давления должно привести к его отключению — в противном случае возможно наличие прокола. Если индикатор мигает либо не гаснет после восстановления давления или замены повреждённой шины, это указывает на неисправность прямой СКДШ[1].

Регистрация идентификаторов датчиков СКДШ

При установке прямой СКДШ на заводе уникальные идентификаторы датчиков должны быть зарегистрированы вместе с их расположением на транспортном средстве в ЭБУ контроля давления. То же требуется после любых изменений в системе — например при перестановке шин, замене датчиков, смене ЭБУ и т. д.[4]

Для этого датчик активируется с помощью радиочастот малой частоты (LF), после чего принимается сигнал UHF от датчика. Сигнал содержит идентификатор датчика, давление и температуру. На заводе активация происходит с помощью крупногабаритных антенн, а в сервисах и шиномонтажах — с помощью ручных инструментов, позволяющих также производить диагностику до снятия колеса. Если датчик или его местоположение изменены без повторной регистрации идентификатора, индикатор будет гореть до корректной регистрации[1].

Локализация

Если в системе используются несколько антенн или приёмников, это позволяет определить, от какого колеса поступает сигнал давления. Как альтернатива — при производстве автомобиля можно задать положение шины, связав его с серийным номером датчика, что позволяет выводить уведомление о спущенной шине с указанием её положения[10].

Кроме того, на части автомобилей у каждого колеса устанавливается радиопередатчик LF для принудительной передачи сигнала конкретным датчиком. Обычно используется технология, сходная с применяемой в LF-RFID на частоте 125 кГц, где сигнал преимущественно магнитный и детектируется небольшой антенной датчика. Такой метод локализации называется системой высокого уровня.

LF-антенна также используется для конфигурирования и принудительной передачи, что позволяет переобучить локализацию после замены датчика или перестановки колёс.

Третий метод — определение положения за счёт измерения силы сигнала UHF (пропорционально расстоянию до приёмника); если приёмник расположен ближе к передним колёсам, сигнал от передних датчиков сильнее задних.

В таких системах датчики определяют направление вращения колеса и передают эту информацию в сообщении, что позволяет разнести левую и правую стороны. Совместно с силой сигнала это даёт возможность однозначно идентифицировать нужное колесо.

Особенности датчиков СКДШ

Современные датчики прямой СКДШ, используемые на серийных автомобилях, представляют собой автономные, питаемые от батареи устройства, которые периодически измеряют давление, а также температуру и ускорение. Датчик оснащён радиочастотным передатчиком, передающим параметры внутри шины[11].

Датчик разработан с учётом минимизации энергопотребления для увеличения срока службы батареи: для этого применяются компоненты с низким энергопотреблением, данные передаются максимально редко и на минимальной мощности. Обычно UHF-передатчик датчика работает с мощностью около 250 мкВт (1 мкВт = 1×10−6 ватта).

Датчики СКДШ не оснащаются UHF-приёмниками из-за их высокого энергопотребления, поэтому не могут знать, что несколько датчиков передают одновременно. Но большинство датчиков имеют LF-приёмник, так как эта технология практически не потребляет энергию.

Датчики давления, температуры и ускорения генерируют аналоговые сигналы, преобразуемые в цифровую форму. Датчик ускорения измеряет центробежную силу при вращении колеса (пропорциональную скорости вращения); иногда это простой механический переключатель (ролл-свитч), не требующий питания. Такой переключатель выгоднее акселерометра, так как полностью механический и не потребляет энергию[12].

На стоянке датчики могут периодически передавать данные, что при постоянно включённом приёмнике позволяет водителю получить предупреждение сразу после включения зажигания, а не во время движения.

Все датчики работают на одном радиоканале и отправляют информацию о давлении, температуре, уникальном идентификаторе, состоянии, служебных битах и контрольной сумме.

Обычно датчики не знают правильное давление для покрышки (такое хранение опасно с точки зрения безопасности), но могут иметь алгоритм оповещения о резких или плавных изменениях давления — это может быть отправлено вместе со статусом и вызвать увеличение частоты передачи.

Варианты прямых систем контроля давления в шинах

Существуют два основных класса прямых СКДШ — «high line» (высокого уровня) и «low line» (базовые)[13].

Система высокого уровня

Если у каждого колеса установлен LF-передатчик, автомобиль может «пробуждать» датчики по команде и вызывать передачу данных только по требованию[14]. При старте зажигания датчики передают данные принудительно, что даёт раннее предупреждение о низком давлении. Обычно передатчики активируются поочерёдно, чтобы определить расположение конкретного датчика. Некоторые системы используют только три LF-передатчика для экономии — тогда датчик, не пробуждаемый LF, распознаётся по соседству.

Системы высокого уровня дороже базовых, но обеспечивают быструю локализацию и не требуют постоянной работы основного приёмника. Обычно устанавливаются на автомобилях более высокого класса.

Базовая система

В этих системах датчики передают данные сами, через фиксированные или случайные интервалы. Датчики не «знают», передаёт ли другой датчик одновременно, поэтому возможны коллизии сообщений. Для надёжности используются повторные передачи, случайные/псевдослучайные интервалы[14]. Ещё одна мера — повышение частоты передачи (например раз в минуту) или учащённая передача при резком падении давления или росте температуры. Базовые системы преобладают из-за дешевизны.

Послепродажные системы

Послепродажные СКДШ предназначены для установки на транспортные средства, изначально не оснащённые такой технологией. Они существуют для широкого диапазона техники: от велосипедов и прицепов до тяжёлых грузовиков[15].

В коммерческом транспорте такие системы интегрируются с флит-телематикой и цифровыми системами управления автопарком. Данные с датчиков поступают в центральный телематический блок или GPS-трекер[16], где комбинируются с данными GPS (для геолокации и отслеживания маршрутов). Также информация поступает на платформу управления автопарком, что позволяет диспетчеру удалённо следить за состоянием шин как за активами компании. Мониторинг помогает не допустить разрыва шин и повысить топливную экономичность (правильное давление минимизирует расход топлива); часто эти данные сочетают с показаниями датчиков уровня топлива[17]. Некоторые системы интегрируют данные о давлении шин с видеотелематикой посредством видеорегистратора в рамках оценки стиля вождения.

Правовой статус

США

Использование СКДШ в автомобилях в США стало обязательным с 2008 года в соответствии с Законом о повышении безопасности, квотирования и документации автотранспорта (TREAD). Закон требует, чтобы водитель был предупреждён о снижении давления в шине на 25 % от рекомендуемого значения[18]. Требования определены стандартом 49 CFR Part 571 FMVSS. Минимальное требование — индикация значка неисправности на панели приборов, часто дополняемая графическим изображением автомобиля с указанием спущенного колеса. Все легковые автомобили, выпускаемые с 2008 года, должны быть оборудованы СКДШ (прямой или косвенной), способной фиксировать, если давление хотя бы в одной шине упало на 25 % или более ниже рекомендованного (или минимального по стандарту, если оно выше)[19].

Европейский союз и Дальний Восток

В Евросоюзе (и ряде стран Восточной Азии) введены обязательные требования по оснащению автомобилей СКДШ как меры по сокращению выбросов CO₂[20]. С ноября 2014 года (директива ECE-R 64) все новые модели легковых автомобилей, продаваемые в ЕС, должны быть оборудованы СКДШ[21].

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Hawes, с. 1.
  2. ↑ Hawes, с. 2.
  3. ↑ Hawes, с. 123.
  4. ↑ 1 2 Hawes, с. 185.
  5. ↑ Hawes, с. 51.
  6. ↑ Hawes, с. 690.
  7. ↑ Часто задаваемые вопросы (англ.). ITU (1 июня 2001). Дата обращения: 3 декабря 2021. Архивировано 10 февраля 2006 года.
  8. ↑ Hawes, с. 3.
  9. ↑ Hawes, с. 459.
  10. ↑ WO2006104484 AUTO-LOCATION FOR TIRE PRESSURE MONITORING SYSTEMS (англ.). WIPO (28 марта 2005). Дата обращения: 3 июня 2025. Архивировано 26 декабря 2024 года.
  11. ↑ NXP® Semiconductors Official Site | Home (англ.). Freescale (23 ноября 2021). Дата обращения: 3 декабря 2021. Архивировано 27 декабря 2024 года.
  12. ↑ Отчёт о рынке систем прямого контроля давления в шинах (фр.). Дата обращения: 15 января 2009. Архивировано 5 февраля 2009 года.
  13. ↑ Hawes, с. 361.
  14. ↑ 1 2 Hawes, с. 363.
  15. ↑ Dissanayake, Don. Acoustic Waves : [англ.]. — BoD — Books on Demand, 28 сентября 2010. — P. 344. — ISBN 978-953-307-111-4.
  16. ↑ Gentile, A.; Pinto, S. L. R. C. (январь 2019). “An Innovative Decision Rule Approach to Tyre Pressure Monitoring”. SAE Technical Paper [англ.]. DOI:10.4271/2019-01-0731. Проверьте дату в |date= (справка на английском)
  17. ↑ Контроль давления и температуры в шинах на полуприцепах: решение на базе Wialon (англ.). Wialon. Дата обращения: 30 сентября 2025. Архивировано 17 июля 2024 года.
  18. ↑ Отчёт об анализе воздействия СКДШ (англ.). Дата обращения: 6 ноября 2008. Архивировано 21 сентября 2008 года.
  19. ↑ Окончательное правило о контроле давления в шинах (англ.). Дата обращения: 15 января 2009. Архивировано 9 февраля 2009 года.
  20. ↑ Доклад о влиянии шин на выбросы CO₂ (англ.). Дата обращения: 15 января 2009. Архивировано 17 января 2009 года.
  21. ↑ Регламент № 64 ЕЭК ООН (англ.). European Commission. Дата обращения: 3 июня 2025. Архивировано 25 октября 2023 года.

Литература

  • Hawes, James. Tire Pressure Monitoring Systems Guide : [англ.] / James Hawes, Fisher, John, Mercer, Todd. — Mitchel1, 2008. — ISBN 978-1-58718-177-1.

Ссылки

Категории