سیستم اندازه‌گیری فشار باد تایر (TPMS)

همان طور که می‌دانید بسیاری از تصادفات جاده‌ای ناشی از ترکیدن تایرهای خودرو به دلیل کم باد بودن و یا مستهلک بودن تایرها است. از سال 2007 میلادی در ایالات متحده قانون یادآوری حمل و نقل ومسولیت پذیری، اسناد (TREAD) را تصویب نمود.
این قانون تمامی خودروسازها را الزام نمود که جهت جلوگیری از وارد شدن باد تایر در سطح ناامن (کم باد شدن) و اطلاع دادن به راننده از این موضوع، سیستم کنترل فشار مانیتورینگ باد تایر یا سیستم TPMS را نصب نمایند.

تاریخچه
قبل از اینکه استفاده از سیستم TPSM به‌عنوان یک واحد مهم در خودروهای امروزی در نظر گرفته شود. سال‌ها پیش به‌عنوان یک سیستم تجملی در خودروها استفاده می‌شد. اولین خودرو که از این سیستم استفاده کرد خودرو پورشه 959 در سال 1986 بود. (شکل 1)

شکل 1- خودرو پورشه 959 – واحد چرخ

بعد از شرکت پورشه، شرکت رنو و پژو به‌عنوان پیشگامان استفاده از سیستم اندازه‌گیری فشار باد تایر در خودرو مطرح هستند.

وظیفه – دلیل استفاده از TPMS

سیستم TPMS (TIRE PRESSURE MONITORING SYSTEMS) همانطور که از نام آن برمیاید وظیفه بررسی میزان فشار باد تایر را بر عهده دارد. تغییرات در فشار باد تایر می‌تواند در کیفیت رانندگی تأثیر فراوانی داشته باشد. فشار بیش از حد در تایر باعث می‌شود سطح تماس تایر با جاده کم شود در این حالت اگرچه فرمان‌پذیری خودرو به دلیل وجود نیروی مقاوم کمتر به‌ظاهر بهتر می‌شود؛ اما در پایداری خودرو تأثیر منفی می‌گذارد به این معنی که در هنگام فرمان‌دادن احتمال انحراف و لغزش خودرو بیشتر می‌شود.
در نقطه مقابل زمانی که فشار باد تایر کمتر از حد استاندارد باشد. سطح تماس بین تایر و جاده افزایش می‌یابد. به همین دلیل اصطکاک در این ناحیه افزایش‌یافته و نیاز به نیروی بیشتری برای غلبه بر این اصطکاک خواهد بود که به همین دلیل در کنار استهلاک بیشتر تایر (برای اطلاعات بیشتر از فرم ساییدگی می‌تواند به مقاله انواع خرابی تایر مراجعه کنید) ، مصرف سوخت نیز بالاتر خواهد رفت.
بنابراین اطلاع از میزان فشار باد تایر سبب میشود به موقع آن مقدار را تصحیح کرده و درتیجه از عواقب کاهش یا افزایش این فشار مصون بماند.

عملکرد عمومی

زمانی که یکی تا چند تایر خودرو دچار کم بادی و یا افت فشار می‌شود. همان‌طور که در شکل شماره 2 مشاهده می‌کنید از طریق روشن‌شدن چراغ پشت آمپر و یا دادن آلارم به راننده، اعلام می‌کند. این موضوع از بروز حوادثی مانند ترکیدن لاستیک حتی افزایش مصرف سوخت خودرو جلوگیری می‌کند.

شکل 2- روشن‌شدن چراغ آلارم TPMS

انواع سیستم اندازه‌گیری فشار باد تایر

به روش‌های مختلف می‌توان سیستم TPMS را دسته‌بندی کرد یکی از بهترین روش‌های دسته‌بندی در شکل 3 نشان‌داده‌شده است.

انواع سیستم TPMS شکل 3- روش دسته‌بندی سیستم اندازه‌گیری فشار باد تایر

TPMS نوع غیرمستقیم: (In-direct TPMS system)

یک TPMS غیرمستقیم معمولاً به سنسورهای چرخ سیستم ABS متکی است . به‌طوری‌که، با تقریب گرفتن از سرعت 4 چرخ، تایر کم باد را شناسایی کرده و آن را اطلاع می‌دهد. شکل 4 نمونه‌ای از این روش را نشان می‌دهد.

1- سنسور سرعت ABS 2- کنترل یونیت ABS 3- نشانگر هشدار ABS 4- نشانگر هشدار TPMS
شکل 4- ساختار سیستم TPMS از نوع غیرمستقیم

شاید برای شما جالب باشد که چه‌طور این موضوع را متوجه می‌شود، همان‌طور که در شکل شماره 5 مشاهده می‌کنید. هنگامی که چرخی کم باد می‌شود شعاع تایر کاهش می‌یابد و متناسب با آن سرعت خطی تایر نیز افزایش می‌یابد.

1- فشار باد مناسب 2- فشار باد کم
شکل 5- تأثیر فشار باد در قطر مؤثر تایر

شکل 6 نمونه‌ای از ارتباط اجرا مختلف در سیستم غیرمستقیم را نشان می‌دهد.

1- سنسور سرعت چرخ 2- یونیت ABS 3- جعبه فیوز 4- یونیت BCM
شکل 6- نوعی ارتباط شبکه بین یونیت ABS و سیستم TPMS

بر اساس شکل 6، تغییرات سرعت در یک چرخ و تفاوت آن با چرخ‌های دیگر توسط سنسور روی چرخ (شماره 1) اندازه‌گیری شده و به اطلاع یونیت ABS (شماره 2) می‌رسد یونیت ABS این موضوع را متوجه شده و به یونیت مرتبط با کنترل فشار باد تایر که می‌تواند یونیت BCM ( شماره 4) باشد و یا یونیت مجزا برای TPMS ( یا واحد پشت آمپر) اطلاع می‌دهد و در نهایت سبب روشن‌شدن چراغ هشدار فشار باد تایر خواهد شد.

مزایا و معایب سیستم TPMS غیرمستقیم:

1-TPMS غیرمستقیم به دلیل برنامه‌نویسی نیاز به نگهداری و هزینه کمتری نسبت به TPMS مستقیم دارد.
2- در سیستم TPMS غیرمستقیم در صورت خرید تایر جدید با سایز بزرگ‌تر و یا کوچک‌تر میزان فشار باد تایرها را نمی‌توان دقیق تشخیص داد.
3- در سیستم TPMS غیرمستقیم در صورت لاستیک‌سایی مقادیر داده شده توسط این سیستم غیرقابل‌اعتماد خواهد شد.
4- در صورت کم بادشدن یکی از چرخ‌ها، می‌بایست مقادیر 4 چرخ ریست شود.

سیستم TPMS نوع مستقیم:

همان‌طور که در شکل 7 مشاهده می‌کنید در این نوع سیستم در هر چرخ 1 عدد سنسور فشار TPMS قرار دارد که به طور مداوم اطلاعات فشار هر چرخ را از طریق امواج رادیویی به یونیت TPMS اطلاع می‌دهد و درصورتی‌که هرکدام از تایرها کم باد شود. به‌صورت مجزا پایین‌بودن فشار همان تایر را به‌صورت آلارم اخطار، اطلاع می‌دهد.

1- سنسور چرخ TPMS 2- آتن دریافتی امواج سنسورها 3- یونیت TPMS 4- یونیت پشت آمپر
شکل 7-سیستم TPMS نوع مستقیم

اجزای سیستم TPMS نوع مستقیم

1- سنسور فشار باد تایر: همان‌طور که در شکل 8 مشاهده می‌کنید این سنسور دارای یک حسگر فشار محیط داخل تایر و یک باتری لیتیومی دارای طول عمر 3 تا 7 سال و یک مدار الکترونیکی است و اطلاعات فشار باد تایر از طریق آنتن سنسور که ساق بدنه والو است به یونیت TPMS ارسال می‌شود.یک سنسور فشار می‌تواند مقادیر فشار باد تایر، دمای هوای تایر، کد شناسایی حسگر و در مواردی ولتاژ باتری سنسور را به یونیت اطلاع دهد.این سنسور به طور کلی دو حالت عملکردی دارد

حالت خواب: حالت خواب وقتی است که خودرو در حالت توقف است و برای اینکه طول عمر باتری سنسور بهبود یابد هرچند وقت یک‌بار اطلاعات باد تایر به یونیت ارسال می‌گردد.
حالت هشدار: در صورت تورم تایر و یا کاهش فشار تایر بلافاصله اطلاعات کاهش فشار به یونیت TPMS ارسال می‌شود.

شکل 8 – سنسور فشار تایر

خودروی که تایرهای آن دارای سیستم TPMS است را می‌توان از روی رزوه والو و یا انتهای والو تشخیص داد. معمولاً تایرهای TPMS در قسمت ساق والو از جنس آلومینیوم بوده و یا اگر از نوع لاستیکی باشند کمی کوتاه‌تر و انتهای آن یک قسمت برنجی خواهد داشت. شکل 9 تفاوت والو های روی چرخ را نشان می‌دهد.

1-والو TPMS 2- والو معمولی
شکل 9- انواع والو

2-یونیت TPMS (گیرنده):گیرنده TPMS معمولاً در یکی از یونیت‌های BCM،PEPS و..قرار دارد.زمانی که اطلاعات از آنتن سنسور فشار با فرکانس حدود 434HZ به یونیت (گیرنده) ارسال می‌شود. گیرنده این اطلاعات را دریافت نموده و در قسمت نمایشگر پشت آمپر به‌صورت مجزا نمایش می‌دهد. شکل 10 نمونه‌ای از نحوه نمایش اطلاعات سیستم TPMS را روی صفحه پشت آمپر نشان می‌دهد.

شکل 10- نوعی نمایشگر TPMS