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ダイレクトTPMS、またはダイレクトタイヤ空気圧監視システム（ダイレクトセンサーTPMS）とは、車両のホイールまたはタイヤに直接取り付けられた圧力センサーの使用を指します。 [ 1 ]タイヤ内部の圧力は圧力トランスデューサーを使用して測定され、その後、圧力情報が車両に送信されて、タイヤの空気圧が不足または過剰であることをドライバーに警告します。圧力情報は一般的に無線周波数（RF）技術を使用して車両に送信されますが、近年では機械的、電気的、または磁気的方法を使用するシステムも使用されています。 [ 2 ]
直動式TPMSの現在の設計のほとんどでは、タイヤ内部に取り付けられるほど頑丈な小型電子アセンブリが、マイクロ電気機械システム（MEMS）[ 1 ]圧力センサーを使用して圧力を測定し、この情報とその他の情報を1つ以上の車両受信機に送信します。[ 1 ]その他の情報には、シリアル番号、温度、加速度、回転方向、およびタイヤ空気圧監視システム全体の状態が含まれます。[ 3 ]シリアル番号の目的は、車両が他の車両からの送信を無視し、固有のデータフィールドで動作できるようにすることです。一般的な直動式TPMS（例：フォード[ 4 ]、BMW [ 5 ]、トヨタ[ 6 ]）は、車両上で次のコンポーネントで構成されています。
ほとんどの直接式TPMSシステムは、データの送信に「免許不要」のISMバンド（産業、科学、医療）のいずれかの超高周波（UHF）無線を使用します[ 7 ] 。ヨーロッパでは433MHz付近、世界の他の地域では315MHz付近です。一部のシステムでは、各ホイールの近くに個別の受信機またはアンテナがありますが、より一般的なのは、車両のすべてのホイールからデータを受信する単一の受信機です。この受信機は、通常UHF無線送信を使用するリモートキーレスエントリーシステム（RKE）にも一般的に使用されます。
TPMセンサーは、さまざまな方法でホイールに取り付けることができます。タイヤのバルブステムの裏側に取り付けることもできます[ 8 ]、接着剤を使用して取り付けたり、バンドに取り付けて、タイヤの内側のリムにしっかりと巻き付けたりすることもできます。通常はドロップゾーンにあります[ 9 ] 。
直接TPMS警告灯が点灯した場合、タイヤのいずれかの空気圧が不足しているか、著しく過剰に空気圧がかかっているか、またはシステムに不具合があるかのいずれかです。[ 1 ]警告灯が点灯しっぱなしの場合は、ラベルに記載されている正しい空気圧まで空気を入れると消灯します。そうでない場合は、パンクを示しています。警告灯が断続的に点灯する場合、または正しい空気圧に調整したりパンクしたタイヤを交換したりしても点灯したままの場合は、直接TPMSシステムに不具合があることを示しています。[ 1 ]
工場で直接TPMSシステムが取り付けられている場合、TPM（タイヤ空気圧監視）センサーの固有ID番号と車両上の位置をタイヤ空気圧モニターECUに登録する必要があります。これは、タイヤのローテーション、センサーの交換、ECUの交換など、システムコンポーネントが後で変更された場合にも当てはまります。[ 4 ]
このプロセスでは、低周波（LF）無線を使用して直接TPMSセンサーをアクティブ化し、送信されたUHFデータを取得する必要があります。このデータには、直接TPMS ID、圧力、温度が含まれます。自動車製造工場では、大型アンテナシステムを使用してアクティブ化が行われますが、ディーラーやタイヤショップでは、手工具が使用されます。これらの工具は、分解前に直接TPMSの故障をチェックするためにも使用できます。TPMSセンサーまたは車上のその位置がIDを再登録せずに変更された場合、TPMS警告灯が点灯し、IDが再登録されるまで点灯したままになります。[ 1 ]
アンテナや受信機が複数ある場合、TPMの位置を特定できるため、車両はどの車輪から圧力データが送信されたかを判別できます。この方法の代替として、製造時にタイヤの位置とTPMのシリアル番号を車両にプログラムすることもできます。これにより、車両はどのタイヤの空気圧が低いかを表示できます。[ 10 ]
また、一部の車両では、各車輪付近に低周波無線送信機が搭載されており、これを用いて個々のTPMに任意の送信を強制することができます。これらの送信機は通常、125kHz RFIDタグと同様の技術を使用しており、送信される電磁場は主に磁場であり、TPMに内蔵された小型の低周波アンテナで容易に検出できます。この位置特定方法は、しばしばハイラインシステムと呼ばれます。
LFアンテナは、TPMによって設定や送信を強制するためにもよく使用され、センサーが変更されたり、車輪が回転したりした場合に、車両が位置を再学習できるようにします。
3つ目の方法は、UHF信号強度を利用するもので、信号強度はTPMと受信機の距離に比例します。受信機が車両の前方にある場合、前輪のTPMからの信号は後輪のTPMからの信号よりも強くなります。
これらのシステムでは、TPMS（タイヤ空気圧監視装置）はホイールの回転方向を検出する機能を備えており、この情報は受信機に送信されるメッセージの一部となります。この情報により、受信機はTPMSが車両のどちら側から送信しているかを識別できます。信号強度と組み合わせることで、正しいホイールを特定することが可能になります。
現在、世界中で大量生産されている自動車に搭載されているTPMセンサーは、バッテリー駆動の自己完結型ユニットで、定期的にタイヤの空気圧、そして多くの場合、温度や加速度を測定します。センサーには、タイヤ内部で測定された圧力などを送信するために使用されるRF送信回路が装備されています。[ 11 ]
TPMは、バッテリー寿命を最大限に延ばすために、できるだけ少ない電力を使用するように設計されています。これは、非常に低電力の回路を使用し、データをできるだけ低い頻度で、できるだけ低い電力で送信することによって実現されます。TPMのUHF送信機は通常、約250μW（1μWは100万分の1（10⁻⁶ ）ワットに相当）で送信します。
TPMには、UHF受信機は内蔵されていません。これは、UHF技術が比較的高い電力を必要とするためです。つまり、他のTPMと同時に送信しているかどうかを判別できないということです。ほとんどのTPMにはLF受信機が搭載されています。これは、LF受信機の消費電力がほとんど、あるいは全くないためです。
圧力、温度、加速度センサーはアナログ信号を生成し、アナログ-デジタル変換器を使用してデジタル信号に変換されます。加速度センサーは、車輪が回転するときに発生する遠心力を測定します。この力は回転速度に比例します。加速度センサーは、アナログ変換器（加速度計）ではなく、単純なスイッチである場合があります。これは通常、ロールスイッチと呼ばれます。加速度センサーを使用すると、車両が停止しているときに TPM を低電力通信デバイスモードに設定できるため、バッテリー寿命を延ばすことができます。加速度計に対するロールスイッチの利点は、スイッチが純粋に機械的であり、測定に電力を使用しないことです。[ 12 ]
車両が停止している場合、TPMは定期的に車両に情報を送信することがあります。これにより、（車両受信機が常にオンになっている限り）車両が動き出すまで待つことなく、点火システムがオンになった直後に、ドライバーまたは車両オペレーターは低圧の警告を受けることができます。
車両に搭載されたすべてのTPMユニットは同じRFチャネル周波数で動作し、各メッセージには圧力データ、温度データ、固有のIDコード、動作状態データ、ステータス情報、およびチェックデジットが含まれます。チェックデジットは、チェックサムまたは巡回冗長検査（CRC）のいずれかです。
TPM（タイヤ空気圧監視システム）は通常、タイヤの適正空気圧に関する情報を保持していません。これは、適正空気圧の維持が非常に困難で、場合によっては危険を伴うためです。ただし、TPM内部には、空気圧の緩やかな変化と急激な変化の両方を検出するアルゴリズムが組み込まれている場合があります。この状態は、TPMのステータスの一部として送信される可能性があります。また、TPMからの送信頻度が高くなる原因となる場合もあります。
現在使用されている直接タイヤ空気圧監視システムには、主に2つのタイプがあります。これらは「ハイライン」と「ローライン」として知られています。[ 13 ]
車両に各車輪付近に低周波（LF）送信機が装備されている場合、車両はこれらを使用してセンサーに強制的に送信させることができます。この場合、TPMは自発的に送信しないかもしれませんが、車両は定期的にセンサーに情報を送信するように指示します。[ 14 ]
さらに、イグニッションスイッチをオンにすると、TPMは強制的に送信を開始します。これにより、車両が使用されていないときに車両の受信機をオンにする必要なく、低圧を早期に検知できます。通常、送信機は順番に1つずつ起動され、低圧のホイールの位置をドライバーに通知します。この情報は、TPM固有のIDと、この順番起動によって検出された位置を照合することで、後で位置特定に使用できます。この方法は、TPMが定期的に送信を行う一部のハイエンドシステムでも使用されています。
コスト削減のため、一部の車両では3つのLF送信機のみを使用しています。LFによって起動されていない近隣のTPMからの送信は、LF送信機が設置されていない場所にあるTPMからの送信であると車両は判断します。
ハイラインシステムはローラインシステムよりも本質的に高価ですが、車両のメインバッテリーを消耗させることなく始動時の圧力を車両が把握でき、位置情報を提供できるという利点があります。これらのシステムは、ハイエンドモデルに採用される傾向があります。
このシステムでは、TPMユニットは固定間隔またはランダム間隔でそれぞれ独立して送信します。車両上の個々のTPMは、他のTPMが同時に送信しているかどうかを知ることができないため、送信されるメッセージ間で衝突が発生する可能性があります。メッセージが車両に確実に受信されるように対策を講じる必要があります。一部のシステムでは、干渉（通信）の影響を軽減するために、メッセージが複数回再送信されます。送信パターンは、車両上のセンサーからの送信間の衝突の可能性を減らすために、ランダムまたは擬似ランダムにすることができます。 [ 14 ]
衝突を回避するためのもう一つの方法は、1分に1回など、より頻繁に送信することです。さらに、TPMが圧力の急激な変化や温度の上昇を検知すると、車両が情報を受信できる可能性を高めるために、送信頻度を高めます。低ラインシステムは、コストが低いため、ほとんどの車両で使用されています。
アフターマーケットのTPMSシステムは、元々この技術が搭載されていなかった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、幅広い車両で利用可能です。[ 15 ]
商用車両では、アフターマーケットのTPMSを車両テレマティクスシステムや車両のデジタル化に統合できます。車両追跡システムの一部として、各タイヤのセンサーはリアルタイムの圧力と温度データを無線で車両の中央テレマティクス制御ユニットまたはGPS追跡ユニットに送信します。 [ 16 ]このテレマティクスデータは、自動車両位置特定および追跡操作のためにGPSデータと組み合わせることができます。データは車両管理プラットフォームに中継され、車両管理者は資産追跡の一形態としてタイヤの状態を遠隔で監視できます。この監視は、タイヤの空気圧が適切であることを保証するため、バーストを防ぎ、燃費を向上させるのに役立ちます。これは多くの場合、燃料レベルセンサーからのデータと組み合わせて、全体の燃料消費量を監視するのに役立ちます。[ 17 ]一部のシステムでは、TPMSデータをダッシュカムからのビデオテレマティクスと統合して、ドライバー評価モデルの一部として使用します。
米国では、2008年に運輸リコール強化・説明責任・文書化法（TREAD）により、車両へのTPMSの使用が義務付けられました。この法律では、車両の運転者は25%空気圧不足を警告されなければならないと規定されています。[ 18 ]警告は、49 CFR Part 571連邦自動車安全基準（FMVSS）に従って運転者に表示されます。警告の最低限の要件は、ダッシュボード上の単純な点灯シンボルの形であり、これは多くの場合、警告灯が対応するホイールの位置を示す車のグラフィックの表示によって補完されます。2008年モデルのすべての新型軽自動車には、車両のタイヤの1つ以上（最大4つすべて）が、メーカー推奨の空気圧（プラカード圧力）または基準で指定された最小作動圧力のいずれか高い方より25%以上低いことを検出できるTPMS（直接または間接）が装備されていなければなりません。[ 19 ]
欧州連合（EU）と極東の立法者は、二酸化炭素排出量を削減する方法としてTPMSを検討した。[ 20 ] 2014年11月（ECE-R 64 EU指令）以降、EUで販売されるすべての新型乗用車モデルにはTPMSを装備しなければならない。[ 21 ]
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