タイヤ空気圧監視システム

2013年式シボレー クルーズのドライバーインフォメーションセンター（TPMSの測定値を表示）

タイヤ空気圧監視システム（TPMS）は、車両の空気入りタイヤ内の空気圧を監視します。[ 1 ]車両テレマティクスの一種であるTPMSは、ゲージ、ピクトグラム表示、または単純な低圧警告灯を使用して、リアルタイムのタイヤ空気圧情報をドライバーに報告します。TPMSは、直接型（dTPMS）と間接型（iTPMS）の2種類に分けられます。

TPMSは、車両の製造時または使用開始後に搭載されます。より広範なインテリジェント交通システム（ITS）を構成する要素としてのTPMSの目的は、タイヤの危険な状態を早期に検知することで、交通事故、燃費の悪化、タイヤの摩耗増加を回避することです。この機能は1980年代にヨーロッパの高級車に初めて搭載され、ファイアストンとフォードのタイヤ論争の後、米国で2000年にTREAD法が可決されたことで一般市場への導入が進みました。

21世紀に入り、ロシア、EU、日本、韓国、そして多くのアジア諸国において、新車へのTPMS搭載義務化が急速に進んでいます。2014年11月以降、EUでは新車へのTPMS搭載が義務付けられました。2016年11月から2017年8月にかけて実施された調査では、スウェーデン、ドイツ、スペインの乗用車の54%にTPMSが搭載されていないことが判明しました。この数値は過小評価されていると考えられます。[ 2 ]

スマートフォンとアプリまたはポータブルディスプレイユニットを必要とするアフターマーケットのバルブキャップベースのdTPMSシステムは、自転車、 [ 3 ]自動車、トレーラーにも利用可能です。[ 4 ]

歴史

最初の採用

タイヤの空気圧が車両の安全性と効率性に及ぼす影響から、タイヤ空気圧モニタリング（TPM）は1980年代に高級乗用車のオプション機能として欧州市場に採用されました。TPMを採用した最初の乗用車は1986年のポルシェ959で、PSKが開発した中空スポークホイールシステムを使用していました。1996年にルノーはセニックにミシュランPAXシステム[ 5 ]を使用し、1999年にPSAプジョーシトロエンはプジョー607にTPMを標準機能として採用することを決定しました。翌年（2000年）、ルノーは標準機能としてTPMを装備した世界初の量産中型乗用車である ラグナIIを発売しました。

米国では、ゼネラルモーターズが1991年モデルのコルベットに、グッドイヤーのランフラットタイヤと組み合わせてTPMを導入しました。このシステムは、ホイールに搭載されたセンサーとドライバーディスプレイを使用し、どのホイールのタイヤ空気圧も表示できるほか、高圧と低圧の両方の警告も表示します。それ以来、コルベットには標準装備となっています。

1990年代後半に発生したファイアストン社のリコール（タイヤのトレッド剥離に起因する横転事故で100人以上の死亡者を出した）をきっかけに、米国議会はTREAD法（タイヤ空気圧低下法）を制定しました。この法律は、すべての軽自動車（10,000ポンド（4,500kg）未満）に適切なTPMS技術を搭載することを義務付け、空気圧不足をドライバーに警告することを目的としました。

この法律は、2007 年 9 月 1 日以降に販売される米国のすべての軽自動車に適用されます。段階的な導入は 2005 年 10 月に 20% から開始され、2007 年 9 月以降に生産されたモデルでは 100% に達しました。

米国では2008年以降、欧州連合では2012年11月1日以降、発売されるすべての新型乗用車（M1）にTPMSの搭載が義務付けられています。また、2014年11月1日以降、欧州連合で販売されるすべての新型乗用車にTPMSの搭載が義務付けられています。N1車両（総重量3.5トン以下のトラック）の場合、TPMSの搭載は義務付けられていませんが、TPMSを搭載する場合は規制に適合する必要があります。

2010年7月13日、韓国国土海洋部は韓国自動車安全基準（KMVSS）の一部改正を発表し、「TPMSは乗用車および車両総重量3.5トン以下の車両に搭載されなければならない」と規定した。…（新型車は2013年1月1日発効、既存車は2014年6月30日発効）。[ 6 ]日本は、欧州連合（EU）の施行から約1年後にEUの法律を採用すると見込まれている。TPMSを義務付けるその他の国には、ロシア、インドネシア、フィリピン、イスラエル、マレーシア、トルコなどがある。TREAD法が可決された後、多くの企業が市場機会に応えて、電池駆動の無線送信ホイールモジュールを使用したTPMS製品を発売した。

ランフラットタイヤ

いくつかのタイヤメーカーと車両メーカーによるランフラットタイヤと緊急用スペアタイヤの導入により、ランフラットタイヤを使用する際に、少なくとも基本的なTPMSの装備を義務付ける動きが活発化しました。ランフラットタイヤでは、ドライバーはタイヤがパンクしていることに気付かない可能性が高いため、いわゆる「ランフラット警告システム」が導入されました。これらは、ほとんどの場合、第一世代の純粋にロール半径ベースのiTPMSであり、ランフラットタイヤが通常時速80km（50マイル）、走行距離80km（50マイル）の制限を超えて使用されないようにします。iTPMS市場も進歩しています。間接TPMSは、ロール半径とスペクトル分析を組み合わせて空気圧不足を検出できるため、四輪モニタリングが可能になりました。この画期的な進歩により、iTPMSでも法的要件を満たすことが可能になりました

直接型と間接型

間接型TPMS

間接型TPMS（iTPMS）システムは物理的な圧力センサーを使用しません。ソフトウェアベースのシステムを使用して空気圧を測定します。このシステムは、車輪速度、加速度計、駆動系データなどの既存のセンサー信号を評価および組み合わせることで、車輪に物理的な圧力センサーを取り付けることなくタイヤの空気圧を推定および監視します。第一世代のiTPMSシステムは、空気圧が低いタイヤは適正な空気圧のタイヤよりも直径がわずかに小さい（したがって角速度が速い）という原理に基づいています。これらの違いは、ABS/ESCシステムの車輪速度センサーを通じて測定できます。第二世代のiTPMSは、個々の車輪のスペクトル分析を使用して最大4つのタイヤの同時空気圧低下を検出することもできます。これは、高度な信号処理技術を使用してソフトウェアで実現できます

iTPMSシステムは、フォードの「空気圧低下検出システム（DDS）」 [ 7 ]やホンダの「空気圧低下警告システム（DWS）」[ 8 ]など、他の名前で呼ばれることもあります。

iTPMSは絶対圧力値を測定・表示することはできません。その性質上、相対的な値であるため、タイヤを点検し、すべての空気圧を正しく調整した後、ドライバーがリセットする必要があります。リセットは通常、物理的なボタンまたは車載コンピュータのメニューで行います。iTPMSはdTPMSと比較して、タイヤの違いや路面状況、運転速度、運転スタイルなどの外的要因の影響を受けやすいという欠点があります。リセット手順[ 9 ]の後には、通常20～60分の運転でiTPMSが基準パラメータを学習・保存し、完全に作動するまでの自動学習フェーズが続きます。このフェーズでは、これらの要因の多くが除去されますが、全てではありません。iTPMSは追加のハードウェア、スペアパーツ、電子廃棄物/有害廃棄物、またはサービス（通常のリセット以外）を必要としないため、扱いやすく、顧客にとって使いやすい製品とされています。[ 10 ]しかし、前述のように、タイヤのセットアップを変更するたびにセンサーをリセットする必要があり、このような追加の作業を望まない消費者もいます。[ 11 ]

2014年11月、EUではすべての新型乗用車にTPMSの工場設置が義務付けられました。これを受けて、様々なiTPMSが国連規則R64に基づき型式承認を取得しました。VWグループのほとんどのモデルに加え、ホンダ、ボルボ、オペル、フォード、マツダ、PSA、フィアット、ルノーの多くのモデルもこれに該当します。iTPMSはEUで急速に市場シェアを拡大​​しており、近い将来、TPMS技術の主流になると予想されています。

iTPMS は、単純な周囲温度の変化によって法定検出閾値と同じ大きさの圧力変化が生じる可能性があるため、その性質上、精度が低いと考える人もいますが、多くの自動車メーカーや顧客は使いやすさを重視しています。

ダイレクトTPMS

バルブシステムに取り付けられたダイレクトTPMセンサー、メーカー： VDO
損傷した直接TPMSセンサーの取り外し

ダイレクトTPMS（dTPMS）は、ハードウェアセンサーを用いてタイヤの空気圧を直接測定します。各ホイール（通常はバルブの内側）には、バッテリー駆動の圧力センサーが搭載されており、圧力情報は中央制御ユニットに送信され、中央制御ユニットは車両のオンボードコンピューターに報告します。一部のユニットは、タイヤの温度も測定し、警告を発します。これらのシステムは、個々のタイヤの空気圧低下を識別できます。システムによって送信オプションは異なりますが、多くのTPMS製品（純正品とアフターマーケット品の両方）は、車両が走行中か駐車中かに関わらず、個々のタイヤの空気圧をリアルタイムで表示できます。様々なソリューションがありますが、いずれも過酷な環境への曝露という問題に直面しています。ほとんどのTPMSはバッテリー駆動であるため、耐用年数が限られています。一部のセンサーは、 RFIDタグ読み取りで使用されるものと同様のワイヤレス電源システムを採用しており、バッテリー寿命の問題を解決しています。これにより、データ送信周波数が最大40Hzまで向上し、センサーの重量が軽減されるため、モータースポーツ用途では重要なポイントとなります。一部のアフターマーケットシステムのようにセンサーをホイールの外側に取り付けると、機械的損傷、腐食性液体、盗難の危険にさらされます。一方、リムの内側に取​​り付けると、バッテリー交換の際に容易にアクセスできなくなり、RFリンクはタイヤの減衰効果を克服する必要があり、その結果、必要な電力が増加します。

直接 TPMS センサーは、タイヤ内部のバルブ ステムに取り付けられたセンサー モジュールを取得するために、バッテリー、ハウジング、PCBなどのいくつかの外部コンポーネントのみを必要とする次の主な機能で構成されています。

  • 圧力センサー
  • アナログ-デジタル変換器
  • マイクロコントローラ
  • システムコントローラ
  • 発振器
  • 無線周波数送信機
  • 低周波受信機、そして
  • 電圧レギュレータ（バッテリー管理）。

純正装備のdTPMSのほとんどは、センサーがリムの内側に取​​り付けられており、電池は交換できません。電池が切れると、交換のためにタイヤを取り外す必要があるため、長い電池寿命が求められます。消費電力を節約し、電池寿命を延ばすため、多くのdTPMSセンサーは駐車時には情報を送信しない（スペアタイヤの監視は不要）か、センサーの起動を可能にする、より電力消費量の多い双方向通信を採用しています。OEMの自動車用dTPMSユニットが適切に動作するには、センサーの位置を認識し、他車からの信号を無視する必要があります。

アフターマーケットTPMS

アフターマーケットTPMSシステムは、元々この技術が搭載されていない車両に後付けできるように設計されています。これらのシステムは、自転車やトレーラーから大型トラックまで、幅広い車両に利用できます。[ 12 ]

商用車においては、アフターマーケットTPMSが車両デジタル化の一環として利用されています。各タイヤに搭載されたセンサーは、車両に搭載されたGPS追跡ユニットにリアルタイムの圧力と温度データをワイヤレスで送信します。 [ 13 ]このデータは車両管理ソフトウェアプラットフォームに中継され、車両管理者はタイヤの状態を遠隔監視し、空気圧不足の警告を受信して​​、パンクや過剰な燃料消費を防ぐことができます。[ 14 ]

メンテナンスの問題

バルブステムの腐食

バルブステムと一体化した第一世代のTPMSセンサーは、腐食の影響を受ける可能性があります。[ 15 ] [ 16 ]金属製のバルブキャップは、ガルバニック腐食 によりバルブステムに固着する可能性があり、これらのキャップを取り外そうとするとステムが破損し、センサーが破壊される可能性があります。不注意な技術者が、元の特殊なニッケルメッキコアの代わりに、アフターマーケットの真鍮製バルブコアをステムに取り付けた場合にも、同様の運命をたどる可能性があります。バルブステムの固着は、タイヤの空気漏れの修理を複雑にし、センサーの交換が必要になる可能性があります

タイヤシーラントの互換性

タイヤ内にセンサーを搭載したdTPMSとアフターマーケットのタイヤシーラントの互換性については議論があります。一部のシーラントメーカーは、自社製品は確かに互換性があると主張していますが[ 17 ]、他のメーカーは「シーラントがセンサーに接触し、タイヤケアの専門家によって適切に洗浄、検査、再設置されるまでセンサーが一時的に動作不能になる可能性がある」と警告しています[ 18 ] 。このような疑問は他のメーカーからも報告されています[ 19 ] 。 [ 20 ]。このようなシーラントを使用すると、TPMSセンサーの保証が無効になる可能性があります[ 17 ]

TPMSの利点

空気入りタイヤの動的挙動は、空気圧と密接に関連しています。制動距離や横方向の安定性といった重要な要素を確保するには、空気圧を調整し、車両メーカーが指定した値に保つ必要があります。極端な空気圧不足は、過熱による熱的および機械的過負荷を引き起こし、タイヤ自体が突然破損する恐れがあります。さらに、燃費とタイヤの摩耗は空気圧不足によって深刻な影響を受けます。タイヤはパンクした時だけでなく、自然に空気が漏れることもあり、1年間で、適切に取り付けられた一般的な新品タイヤであっても、20～60kPa（3～9psi）（初期圧力の約10%以上）も空気が抜ける可能性があります

TPMS の利点として以下が挙げられます。

  • 燃料節約：GITIによると、車両のタイヤの空気圧が10%不足するごとに、燃費は1%低下します。米国運輸省の推定によると、空気圧不足のタイヤは毎年20億米ガロン（760万立方メートル）の燃料を無駄にしています。
  • タイヤ寿命の延長：空気圧不足のタイヤはタイヤ故障の最大の原因であり、タイヤの崩壊、発熱、プライの剥離、サイドウォール/ケーシングの破損につながります。さらに、デュアルタイヤの空気圧差が1平方インチあたり10ポンド（69 kPa、0.69 bar）の場合、空気圧の低いタイヤは1キロメートルあたり2.5メートル（1マイルあたり13フィート）も引きずられます。さらに、空気圧不足のタイヤを短時間でも走行させると、ケーシングが破損し、リトレッドが不可能になります。突然のタイヤ故障はすべて空気圧不足が原因であるわけではありません。例えば、鋭利な縁石や道路の穴にぶつかるなどによる構造的な損傷も、損傷から一定期間が経過してからでも、突然のタイヤ故障につながる可能性があります。これらの損傷は、TPMSでは事前に検出できません。
  • 安全性の向上：空気圧が低いタイヤは、トレッドの剥離やタイヤの破損につながり、年間4万件の事故、3万3千人の負傷、そして650人以上の死亡につながっています。適切な空気圧のタイヤは、安定性、操縦性、そしてブレーキ効率を向上させます。
  • 環境効率: 米国運輸省の推定によると、空気圧が低いタイヤは、米国だけで毎年 260 億キログラム (575 億ポンド) を超える不要な一酸化炭素汚染物質を大気中に放出しています。

その他の統計は以下の通りです。

フランスの道路安全機関であるセキュリテ・ルティエールは、死亡事故を含むすべての道路事故の9%がタイヤの空気圧不足に起因すると推定しており、ドイツの製品安全機関であるDEKRAは、身体的損傷を伴う事故の41%がタイヤの問題に関連していると推定しています

欧州連合（EU）の報告によると、平均40kPaのタイヤ空気圧不足は、燃料消費量を2%増加させ、タイヤ寿命を25%短縮させます。EUは、今日のタイヤ空気圧不足が、2,000万リットル以上の燃料を不必要に燃焼させ、200万トン以上のCO2を大気中に排出し、世界中で2億本のタイヤが早期に廃棄されている原因となっていると結論付けています。

2018年、TPMSとタイヤ空気圧に関するフィールドスタディが、国連欧州経済委員会（ECE）ブレーキ・走行装置作業部会（GRRF）のホームページに掲載されました。[ 21 ]この調査は、EU3カ国で無作為に選ばれた1,470台の車両を対象とし、dTPMS、iTPMS、およびTPMS非搭載車両が対象となりました。主な調査結果は、TPMSの装着により、重度かつ危険な空気圧不足を確実に防止し、交通安全、燃費、排出量に望ましい効果が得られるというものです。また、この調査では、dTPMSとiTPMSの有効性に差はなく、TPMSリセット機能は安全上のリスクをもたらさないことも示されました。

直接TPMSに関するプライバシーの懸念

各タイヤは固有の識別子を送信するため、道路沿いの既存のセンサーを使用して車両を簡単に追跡できます。 [ 22 ]この懸念は、センサーからの無線通信を暗号化することで対処できますが、そのようなプライバシー規定はNHTSAによって規定されていません。

大型車両

米国運輸省道路交通安全局（NHTSA ）の規制[ 23 ]は、10,000ポンド未満の車両にのみ適用されます。車両管理の中心となる大型車両（クラス7および8、車両総重量26,000ポンドを超える）の場合、上記のシステムのほとんどはうまく機能せず、他のシステムの開発が必要になります

米国運輸省は、大型トラック市場で機能するシステムを見つけるために、この市場で必要とされるいくつかの目標を特定したいくつかの調査を委託しました。[ 24 ] [ 25 ]

SAEは、大型車両に関する法的規制が遅れているため、ベストプラクティスの普及に努めてきました。[ 26 ]

義務化

アメリカ合衆国

TPMSを義務付けた最初の国はアメリカ合衆国でした。2000年代初頭、空気圧不足が原因で、横転やタイヤのパンクなどの交通事故が多数発生しました。NHTSA（米国運輸省道路交通安全局）はパンクを安全上の潜在的な脅威と見なし、その後すぐに、2007年9月までにすべての車両にTPMSを取り付けることを規定する連邦自動車安全基準138が制定され、2005年から段階的に導入されました。[ 27 ]この基準は、タイヤの空気圧が著しく低下し、その結果として生じる安全上の問題についてドライバーに警告することを目的としています。[ 28 ]

この基準では、車両総重量（GVWR）が4,536kg（10,000ポンド）以下のすべての新車乗用車、多目的乗用車、トラック、バス（車軸に双輪を有する車両を除く）にTPMSの設置が義務付けられています。最終規則では、タイヤ空気圧が車両メーカー推奨の冷間時空気圧（プラカード圧力）より1～4本のタイヤで25%以上低下した場合、運転者に警告を発することが義務付けられています。[ 29 ]

韓国

2013年以降に販売される3.5t未満のすべての車両にTPMSの搭載が義務付けられました。2015年には、サイズに関係なくすべての車両にTPMSの搭載が義務付けられました。2011年、ヒュンダイモービスはTPMSの開発に成功し、初めてヴェロスターに搭載しました。このセンサーは、従来の製品に比べて消費電力が約30%削減され、バッテリーの小型化とセンサー重量の10%以上の軽量化を実現しました。[ 30 ]

アイコン

TPMSシステムダッシュボードアイコン
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  • TPMSシステム障害アイコン
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参照

参考文献

  1. ^ Reina, Giulio (2015). 「動的モデルベースの推定器を用いたタイヤ圧モニタリング」. Vehicle System Dynamics . 53 (4): 568–586 . Bibcode : 2015VSD....53..568R . doi : 10.1080/00423114.2015.1008017 . S2CID 53472315 
  2. ^ TPMSの装着とタイヤ空気圧、EU現地調査2016/2017 - 非公式文書、第86回GRRFセッション（PDF）。国連欧州経済委員会（UNECE）（報告書）。2018年2月12～16日。GRRF-86-17。
  3. ^ Langley, Jim (2019年9月2日). 「StatCap P1 タイヤ空気圧モニタリングシステム (TPMS) レビュー」 . Road Bike Rider .
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  8. ^ホンダ. 「デフレーション警告システム ユーザーガイド」(PDF) .トライデント・ホンダUK . 2022年7月7日閲覧。
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  10. ^ “Reifendruck voll unter Kontrolle” . www.elektronikpraxis.vogel.de。
  11. ^直接TPMSと間接TPMSの比較 | シュレーダーTPMSソリューション
  12. ^ディサナヤケ、ドン（2010年9月28日）『音響波』BoD - Books on Demand、344ページ。ISBN 978-953-307-111-4。
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