タイヤ空気圧監視システム

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] TPMSは、ゲージ、ピクトグラム表示、または単純な低圧警告灯のいずれかを使用して、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車両の使用後に取り付けられます。TPMS の目的は、タイヤの危険な状態を早期に認識することで、交通事故、燃費の低下、タイヤの空気圧不足によるタイヤの摩耗の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で初めて登場し、ファイアストンとフォードのタイヤ論争の後、米国で 2000 年のTREAD 法が可決されてから一般市場で採用されました。

21世紀に入り、ロシア、EU、日本、韓国、その他多くのアジア諸国では、新車へのTPMS技術の搭載義務化が拡大し続けている。2014年11月から、欧州連合では新車にTPMSが義務付けられた。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たが、この数字は過小評価されていると考えられている。^[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できます。^[4]

タイヤ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、TPM はゼネラルモーターズによって 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導入されました。^[要出典]このシステムは、ホイールのセンサーとドライバーディスプレイを使用して、どのホイールでもタイヤ空気圧を表示し、高圧と低圧の両方の警告を表示します。それ以来、コルベットの標準となっています。

1990 年代後半のファイアストン社のリコール(タイヤのトレッドが剥がれたことによる横転事故で 100 人以上が死亡したことと関連) をきっかけに、米国議会はTREAD 法を制定しました。この法律は、空気圧不足をドライバーに警告するために、すべての軽自動車 (10,000 ポンド (4,500 kg) 以下) に適切な TPMS 技術を使用することを義務付けました。

この法律は、2007 年 9 月 1 日以降に販売される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% から始まり、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 年現在、欧州連合では 2012 年 11 月 1 日現在、リリースされるすべての新しい乗用車モデル ( M1 ) に TPMS を装備する必要があります。2014 年 11 月 1 日以降、欧州連合で販売されるすべての新しい乗用車に TPMS を装備する必要があります。N1車両の場合、TPMS は必須ではありませんが、TPMS が装備されている場合は、規制に準拠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）の保留中の部分改正を発表し、「TPMSは、乗用車およびGVW3.5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。…[有効]は、新型車については2013年1月1日、既存車については2014年6月30日である。^[6]日本は、欧州連合の施行の約1年後に欧州連合の法律を採用すると見込まれている。TPMSを義務化するその他の国には、ロシア、インドネシア、フィリピン、イスラエル、マレーシア、トルコがある。TREAD法が可決された後、多くの企業が市場の機会に応えて、電池駆動の無線送信機ホイールモジュールを使用したTPMS製品をリリースした。

複数のタイヤおよび車両メーカーによるランフラット タイヤおよび緊急用スペア 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 を義務付ける動機が生まれました。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 1 世代の純粋な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 80 km/h (50 mph) および 80 km (50 マイル) の走行距離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使用​​することで空気圧不足を検出できるため、4 輪の監視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できます。

間接 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、ホイール速度、加速度計、ドライブライン 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、ホイールに物理的な圧力センサーがなくてもタイヤの空気圧を推定および監視します。第 1 世代の iTPMS システムは、空気圧が低いタイヤは適切に空気圧が入った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高い) という原理に基づいています。これらの違いは、ABS/ESC システムのホイール速度センサーを通じて測定できます。第 2 世代の iTPMS は、個々のホイール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不足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「デフレーション検出システム（DDS）」 [7]}やホンダの「デフレーション警告システム（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または表示できません。それらは本質的に相対的なものであり、タイヤを点検し、すべての圧力を正しく調整したら、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ーのメニューで行います。iTPMS は、dTPMS と比較して、さまざまなタイヤの影響や、路面や運転速度や運転スタイルなどの外部の影響に敏感です。リセット手順^[9]の後に、通常 20 ～ 60 分の運転の自動学習フェーズが続き、このフェーズで iTPMS は参照パラメータを学習して保存し、その後完全にアクティブになります。これにより、これらの多く (すべてではない) がキャンセルされます。iTPMS は追加のハードウェア、スペアパーツ、電子廃棄物/有毒廃棄物、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、顧客フレンドリーであると見なされています。^[10]ただし、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、一部の消費者はこの追加の責任を負いたくないと考えています。^[11]

2014 年 11 月に EU のすべての新型乗用車に TPMS の工場設置が義務付けられて以来、さまざまな iTPMS がUN 規則R64に従って型式承認されています。この例としては、VW グループのほとんどのモデルが挙げられますが、ホンダ、ボルボ、オペル、フォード、マツダ、PSA、フィアット、ルノーの多数のモデルも挙げられます。iTPMS は EU で急速に市場シェアを拡大​​しており、近い将来には 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。^[要出典]

ダイレクト TPMS (dTPMS) は、ハードウェア センサーを使用してタイヤの空気圧を直接測定します。各ホイール (ほとんどの場合、バルブの内側) には、バッテリー駆動の圧力センサーがあり、圧力情報を中央制御ユニットに送信し、中央制御ユニットはそれを車両のオンボード 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て警告します。これらのシステムでは、個々のタイヤの空気圧不足を識別できます。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 (OEM およびアフターマーケットの両方) は、車両が移動中か駐車中かに関係なく、個々のタイヤの空気圧をリアルタイムで表示できます。さまざまなソリューションがありますが、そのすべてが過酷な環境にさらされるという問題に直面しています。大多数はバッテリーで駆動するため、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使用しており、バッテリー寿命の制限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 40 Hz まで増加し、センサーの重量が軽減されます。これは、モータースポーツ アプリケーションで重要になる場合があります。一部のアフターマーケット システムのように、センサーがホイールの外側に取り付けられている場合、センサーは機械的損傷、腐食性液体、盗難の危険にさらされます。リムの内側に取​​り付けられている場合は、バッテリー交換のために簡単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、エネルギー需要が増加します。

ダイレクト 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-デジタルコンバーター;
• 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、および
• 電圧レギュレータ（バッテリー管理）。

最初に装着されたほとんどの dTPMS では、センサーがリムの内側に取​​り付けられており、バッテリーは交換できません。バッテリーが放電すると、タイヤを取り外さなければ交換できないため、バッテリー寿命が長いことが望まれます。エネルギーを節約し、バッテリー寿命を延ばすために、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が不要になる) か、センサーの起動を可能にするより電力コストの高い双方向通信を適用します。OEM の自動車 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、他の車両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の dTPMS ユニットは、車両の移動中や駐車中にデータを送信するだけでなく、データ ロギング、リモート モニタリング オプションなど、高度なモニタリング オプションもユーザーに提供します。オートバイから重機まで、あらゆる種類の車両で使用でき、一度に最大 64 個のタイヤをモニタリングできます。これは商用車にとって重要です。アフターマーケットの dTPMS ユニットの多くは、プログラムやリセットに特別なツールを必要としないため、はるかに簡単に使用できます。

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。^{[12] [13]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ことがあり、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、センサーが破損す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コーティングされたコアの代わりに、アフターマーケットの真鍮バルブコアをステムに取り付けた場合にも、同様の運命が訪れる可能性があります。バルブステムの固着により、タイヤの漏れの修理が複雑になり、センサーの交換が必要になる可能性があります。

タイヤ内にセンサーを取り付けた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る。一部のシーラント製造業者は自社製品が確かに互換性があると主張しているが^[14] 、他の製造業者は「シーラントがセンサーに接触し、タイヤケアの専門家が適切に洗浄、検査、再取り付けす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」と警告している。^[15]このような疑問は他の者からも報告されている。^{[16] [17]}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る。^[14]

空気入りタイヤの動的挙動は、空気圧と密接に関係しています。ブレーキ距離や横方向の安定性などの重要な要素には、空気圧を調整して車両メーカーの指定どおりに保つことが必要です。空気圧が極端に不足すると、過熱による熱的および機械的過負荷が発生し、タイヤ自体が突然破損する恐れがあります。また、空気圧不足は燃費やタイヤの摩耗に深刻な影響を及ぼします。タイヤはパンクした場合だけでなく、自然に空気が漏れることもあり、1 年で、適切に取り付けられた一般的な新品タイヤでも、初期圧力の約 10% 以上、つまり 20 ～ 60 kPa (3 ～ 9 psi ) 低下することがあります。

TPMS の重要な利点は次のようにまとめられます。

• 燃料節約: GITI によると、車両の各タイヤの空気圧が 10% 不足するごとに、燃費が 1% 低下します。米国運輸省は、米国だけでも、空気圧不足のタイヤによって毎年20 億米ガロン (7,600,000 m ^{3 ) の燃料が無駄になっていると推定しています。}
• タイヤ寿命の延長: 空気圧不足のタイヤはタイヤ故障の一番の原因で、タイヤの崩壊、熱の蓄積、プライの分離、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、デュアルセットの圧力差が 10 ポンド/平方インチ (69 kPa、0.69 bar) の場合、低圧タイヤは文字通り 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) 引きずられます。さらに、不十分な空気圧でタイヤを短時間でも走行させると、ケーシングが破損し、リトレッドができなくなります。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。たとえば、鋭い縁石や道路のくぼみにぶつかることによる構造的損傷も、損傷事故から一定時間が経過した後であっても、突然のタイヤ故障につながる可能性があります。これらは、どの TPMS でも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 40,000 件の事故、33,000 件の負傷、650 人以上の死亡を引き起こしています。さらに、適切な空気圧のタイヤは安定性、操縦性、ブレーキ効率を高め、ドライバー、車両、積荷、道路上のその他の人々の安全性を高めます。
• 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。

その他の統計は次のとおりです:

フランスの交通安全団体であるセキュリテ・ルティエールは、死亡事故を伴う全交通事故の9%がタイヤの空気圧不足に起因すると推定しており、ドイツの製品安全団体である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る。^[要出典]

欧州連合は、平均 40 kPa の空気圧不足により、燃料消費が 2% 増加し、タイヤ寿命が 25% 短くなると報告しています。欧州連合は、現在、タイヤの空気圧不足が原因で、2,000 万リットル以上の燃料が不必要に燃やされ、200 万トン以上の CO2 が大気中に放出され、世界中で 2 億本のタイヤが早期に廃棄されていると結論付けています_。 [^{引用が必要]}

2018年、TPMSとタイヤ空気圧に関する現地調査が国連ECEブレーキ・走行装置作業部会（GRRF）のホームページで公開されました。^[18]この調査は、dTPMS、iTPMS、およびTPMSなしの3つのEU諸国で無作為に選ばれた1,470台の車両を対象としています。主な調査結果は、TPMSの装備により、深刻で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の有効性に違いはなく、TPMSリセット機能に安全上のリスクはないことを示しました。

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。^[19]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。

米国道路交通安全局の規制^[20]は、10,000ポンド未満の車両にのみ適用されます。大型車両（クラス7および8、車両総重量26,000ポンド以上）の場合、上記のシステムのほとんどはうまく機能しないため、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必要とされるいくつかの目標を特定し、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いくつかの研究を委託した。^{[21] [22]}

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。^[23]

TPMSを義務化した最初の国はアメリカ合衆国でした。2000年代初頭、空気圧不足による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はパンクしたタイヤを安全に対する潜在的な脅威とみなし、その後すぐに連邦自動車安全基準138を制定し、2007年9月までにすべての車両にTPMSを取り付けることを義務付け、2005年から段階的に導入しました。 ^[24]この基準は、タイヤの空気圧が大幅に不足していることと、その結果生じるタイヤ空気圧の低下による安全上の問題についてドライバーに警告するためのものです。^[25]

この基準では、車軸に2輪が付いている車両を除き、総重量が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、バスにTPMSを設置することが義務付けられています。最終規則では、タイヤの空気圧が、1～4本のタイヤについて、車両メーカーが推奨する冷間時のタイヤ空気圧（プラカード圧力）より25％以上低い場合、運転者に警告を与えることが義務付けられています。^[26]

TPMSは2013年以降に販売される3.5t以下のすべての車両に義務付けられ、2015年にはサイズに関係なくすべての車両にTPMSが搭載されるようになりました。2011年にヒュンダイモービスはTPMSの開発に成功し、初めてベロスターに採用しました。その結果、センサーの電力使用量は既存製品よりも約30％削減され、バッテリーサイズが縮小され、センサー重量が10％以上削減されました。^[27]

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