タイヤ空気圧監視システム

タイヤの空気圧が車両の安全性と効率性に影響を与えるため、タイヤ空気圧監視システム（TPM）は1980年代に高級乗用車のオプション機能としてヨーロッパ市場で採用されました。TPMを採用した最初の乗用車は、PSKが開発した中空スポークホイールシステムを使用した1986年のポルシェ959でした。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年にはPSAプジョーシトロエンがプジョー607にTPMを標準装備することを決定しました。翌年（2000年）、ルノーはTPMを標準装備した世界初の大量生産ミッドサイズ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向けに、グッドイヤーのランフラットタイヤと併せてTPM（タイヤ空気圧モニタリングシステム）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、各ホイールのタイヤ空気圧を表示するとともに、高圧と低圧の両方を警告します。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よる横転事故で100人以上が死亡したとされている）をきっかけに、米国議会はTREAD法を制定した。この法律は、すべての軽自動車（4,500kg未満）に適切なTPMS（タイヤ空気圧監視システム）技術の搭載を義務付け、タイヤの空気圧不足をドライバーに警告することを目的とした。  

この法律は、2007年9月1日以降に販売されたすべての米国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月以降に製造されたモデルでは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モデル（M1）にTPMS（タイヤ空気圧監視システム）の装備が義務付けられています。2014年11月1日以降、欧州連合で販売されるすべての新型乗用車にもTPMSの装備が義務付けられています。N1車両（3.5トン以下のトラック）については、TPMSの装備は義務付けられていませんが、TPMSが装備されている場合は、規制に準拠している必要があります。

2010年7月13日、韓国国土交通省は、韓国自動車安全基準（KMVSS）の部分的な改訂が予定されていることを発表し、「TPMSは乗用車および総重量3.5トン以下の車両に装着しなければならない。新モデルについては2013年1月1日から、既存モデルについては2014年6月30日から施行される」と規定した。^{[ 6 ]}日本は、欧州連合の実施から約1年後に欧州連合の法制を採用すると予想されている。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対応し、バッテリー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。

複数のタイヤメーカーや自動車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は、ランフラットタイヤ使用時に少なくとも基本的なTPMSを義務付ける動機付けとなった。ランフラットタイヤの場合、ドライバーはタイヤがパンクしていることに気づ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」が導入された。これらは多くの場合、第一世代の純粋にロール半径に基づくiTPMSであり、ランフラットタイヤが制限を超えて使用されないようにする（通常、 時速80km（50 マイル）および 走行距離80km（50マイル））。iTPMS市場も進歩している。間接TPMSは、ロール半径とスペクトル分析を組み合わせることで空気圧不足を検出できるため、4輪監視が可能になった。このブレークスルーにより、iTPMSでも法的要件を満たすことが可能になった。

間接式TPMS（iTPMS）システムは、物理的な圧力センサーを使用せず、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設置せずに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、適切に空気圧が調整されたタイヤよりも直径がわずかに小さく（したがって角速度が高くなる）、これらの差はABS/ESCシステムの車輪速度センサーで測定できます。第2世代のiTPMS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る個々の車輪のスペクトル分析を使用して、最大4本のタイヤすべてで同時に空気圧が低い状態を検出することもできます。

^{iTPMSシステムは、フォードの「空気圧低下検知システム（DDS）」 [ 7 ]}やホンダの「空気圧低下警告システム（DWS）」^{[ 8 ]}など、他の名称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することはできません。iTPMSは本質的に相対的な値であり、タイヤの点検とすべての圧力の適切な調整が完了したら、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、異なるタイヤの影響や、路面、運転速度や運転スタイルなどの外部要因の影響を受けやすいです。リセット手順^{[ 9 ]}に続いて、通常20～60分間の自動学習フェーズがあり、このフェーズ中にiTPMSは基準パラメータを学習して保存し、完全にアクティブになる前に、これらの影響の多くを解消しますが、すべてではありません。iTPMSは追加のハードウェア、スペアパーツ、電子/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、顧客フレンドリーであると考えられています。^{[ 10 ]}ただし、前述のように、タイヤの設定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で新車乗用車へのTPMS（タイヤ空気圧監視システム）の工場装着が義務化されて以来、様々なiTPMSが国連規則R64に基づき型式認証を取得しています。その例として、フォルクスワーゲン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、ルノーの多数のモデルが挙げられます。iTPMSはEUで急速に市場シェアを拡大​​しており、近い将来、TPMS技術の主流になると予想されています。

iTPMSは、その性質上、周囲温度のわずかな変化でも法的な検出基準値と同程度の圧力変動が生じる可能性があるため、精度が低いと見なされる場合もあるが、多くの自動車メーカーや顧客はその使いやすさを高く評価している。

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、多くの場合バルブの内側に、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、中央制御ユニットが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。これらのシステムは、個々のタイヤの空気圧不足を特定できます。システムの送信オプションは異なりますが、多くのTPMS製品（OEMとアフターマーケットの両方）は、車両が走行中または駐車中であっても、リアルタイムで個々のタイヤの空気圧を表示できます。さまざまなソリューションがありますが、すべて過酷な環境にさらされるという問題に直面しなければなりません。大部分はバッテリーで駆動するため、バッテリーの寿命が限られています。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給電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、データ送信の周波数が最大40Hzまで増加し 、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になります。センサーをホイールの外側に取り付ける場合（一部のアフターマーケットシステムと同様）、機械的な損傷、腐食性の液体、盗難の危険性があります。一方、リムの内側に取​​り付けると、バッテリー交換が容易ではなくなり、RFリンクはタイヤによる減衰効果を克服する必要があるため、エネルギー消費量が増加します。

直接式TPMSセンサーは、以下の主要機能を備えており、タイヤ内部のバルブステムに取り付けられるセンサーモジュールに必要な外部部品は 、バッテリー、ハウジング、PCBなどごくわずかです。 

• 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、および
• 電圧レギュレータ（バッテリー管理）。

純正装着の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、バッテリーは交換できません。バッテリーが切れると、交換するにはタイヤを取り外す必要があるため、バッテリー寿命が長いことが望ましいです。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センサーは駐車中は情報を送信しない（スペアタイヤの監視は行わない）か、センサーを起動させるための電力消費の大きい双方向通信を採用しています。純正の自動車用dTPMSユニットが正しく機能するには、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。^{[ 12 ]}

商用車両では、アフターマーケットのTPMSが車両のデジタル化の一環として使用されています。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GPS追跡ユニットに送信します。 ^{[ 13 ]}このデータはその後、車両管理ソフトウェアプラットフォームに転送され、車両管理者はタイヤの状態を遠隔で監視したり、空気圧不足の警告を受け取ったり、バーストや過剰な燃料消費を防ぐことができます。^{[ 14 ]}

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、センサーが破壊される可能性があります。同様の運命は、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ステムに取り付けたアフターマーケットの真鍮製バルブコアにも起こる可能性があります。バルブステムへの固着はタイヤの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。

タイヤ内部にセンサーが取り付けられている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。シーラントメーカーの中には、自社製品は確かに互換性があると主張するところもありますが^{[ 17 ]}、「シーラントがセンサーに接触すると、タイヤケアの専門家が適切に洗浄、点検、再取り付けするまで、センサーが一時的に動作しなくなる可能性がある」と警告しているところもあります^{[ 18 ]} 。このような疑問は他のユーザ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場合があります^{[ 17 ]。}

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破裂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、2005年から段階的に導入され、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る連邦自動車安全基準138がすぐに制定されました。^{[ 27 ]}この基準は、タイヤの空気圧が著しく低いことと、それに伴うタイヤの空気圧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ことを目的としています。^{[ 28 ]}

 この基準では、総車両重量定格 (GVWR) が 4,536 kg (10,000ポンド)以下のすべての新型乗用車、多目的乗用車、トラック、バスに TPMS を設置することを義務付けています。 ただし、車軸に二重車輪が付いている車両は除きます。最終規則では、1 ～ 4 本のタイヤの空気圧が車両メーカー推奨の冷間タイヤ空気圧(プラカード圧力) より 25 パーセント以上低い場合に、運転者に警告を与えることを義務付けています。^{[ 29 ]}

2013 年以降に販売される 3.5 トン以下のすべての車両に TPMS が義務付けられました。その後 2015 年に、すべての車両にサイズに関係なく TPMS が搭載されなければならなくなりました。2011 年に Hyundai Mobis は TPMS の開発に成功し、最初に Veloster に搭載しました。結果として得られたセンサーは、以前の製品よりも約 30% 消費電力が少なく、バッテリーを小型化でき、センサーの重量を 10% 以上削減できます。^{[ 30 ]}