نظام مراقبة ضغط الإطارات

نظراً لتأثير ضغط الإطارات على سلامة وكفاءة المركبة ، اعتمد السوق الأوروبي نظام مراقبة ضغط الإطارات (TPM) كميزة اختيارية لسيارات الركاب الفاخرة في ثمانينيات القرن الماضي. وكانت سيارة بورش 959 أول سيارة ركاب تعتمد هذا النظام عام 1986، باستخدام نظام عجلات ذي أضلاع مجوفة طورته شركة PSK. وفي عام 1996، استخدمت رينو نظام ميشلان PAX ^{[ 5 ]} في سيارة سينيك، وفي عام 1999، قررت مجموعة PSA بيجو سيتروين اعتماد نظام مراقبة ضغط الإطارات كميزة قياسية في سيارة بيجو 607. وفي العام التالي (2000)، أطلقت رينو سيارة لاجونا II ، أول سيارة ركاب متوسطة الحجم ذات إنتاج ضخم في العالم مزودة بنظام مراقبة ضغط الإطارات كميزة قياسية.

في الولايات المتحدة، قدمت شركة جنرال موتورز نظام مراقبة ضغط الإطارات (TPM) لسيارة كورفيت موديل عام 1991 بالتزامن مع إطارات جوديير المقاومة للثقب . يستخدم النظام مستشعرات في العجلات وشاشة عرض للسائق تُظهر ضغط الإطارات في أي عجلة، بالإضافة إلى تنبيهات لارتفاع وانخفاض الضغط. ومنذ ذلك الحين، أصبح هذا النظام قياسياً في سيارات كورفيت.

أدى سحب شركة فايرستون لإطاراتها في أواخر التسعينيات (والذي ارتبط بأكثر من 100 حالة وفاة نتيجة انقلاب السيارات بسبب انفصال مداس الإطارات) إلى دفع الكونغرس الأمريكي لإصدار قانون TREAD . وقد نص القانون على إلزامية استخدام تقنية TPMS المناسبة في جميع المركبات الخفيفة (التي يقل وزنها عن 4500 كيلوغرام ) لتنبيه السائقين في حالات انخفاض ضغط الإطارات.  

يؤثر هذا القانون على جميع المركبات الخفيفة الأمريكية التي تم بيعها بعد 1 سبتمبر 2007. بدأ تطبيق القانون تدريجياً في أكتوبر 2005 بنسبة 20%، ووصل إلى 100% بالنسبة للطرازات المنتجة بعد سبتمبر 2007.

في الولايات المتحدة، اعتبارًا من عام 2008، وفي الاتحاد الأوروبي اعتبارًا من 1 نوفمبر 2012، يُشترط تزويد جميع طرازات سيارات الركاب الجديدة ( M1 ) بنظام مراقبة ضغط الإطارات (TPMS). واعتبارًا من 1 نوفمبر 2014، يُشترط تزويد جميع سيارات الركاب الجديدة المباعة في الاتحاد الأوروبي بنظام مراقبة ضغط الإطارات. أما بالنسبة لمركبات N1 (الشاحنات التي يصل وزنها إلى 3.5 طن)، فإن نظام مراقبة ضغط الإطارات ليس إلزاميًا، ولكن في حال تركيبه، يجب أن يتوافق مع اللوائح.

في 13 يوليو/تموز 2010، أعلنت وزارة الأراضي والنقل والشؤون البحرية في كوريا الجنوبية عن مراجعة جزئية مرتقبة لمعايير السلامة الكورية للمركبات (KMVSS)، تنص على أنه "يجب تركيب نظام مراقبة ضغط الإطارات (TPMS) في سيارات الركاب والمركبات التي لا يتجاوز وزنها الإجمالي 3.5 طن، ... [بأثر رجعي] اعتبارًا من 1 يناير/كانون الثاني 2013 للطرازات الجديدة، وفي 30 يونيو/حزيران 2014 للطرازات الحالية". ^{[ 6 ]} ومن المتوقع أن تتبنى اليابان تشريعات الاتحاد الأوروبي بعد عام تقريبًا من تطبيقها. وتشمل الدول الأخرى التي جعلت نظام مراقبة ضغط الإطارات إلزاميًا: روسيا، وإندونيسيا، والفلبين، وإسرائيل، وماليزيا، وتركيا. بعد إقرار قانون TREAD، استجابت العديد من الشركات لفرصة السوق بطرح منتجات نظام مراقبة ضغط الإطارات باستخدام وحدات إرسال لاسلكية تعمل بالبطارية مثبتة على العجلات.

أدى طرح الإطارات المقاومة للثقب والإطارات الاحتياطية الطارئة من قبل العديد من مصنعي الإطارات والمركبات إلى تحفيز فرض استخدام أنظمة مراقبة ضغط الإطارات الأساسية على الأقل عند استخدام هذه الإطارات. مع الإطارات المقاومة للثقب، من غير المرجح أن يلاحظ السائق انخفاض ضغط أحد الإطارات، ومن هنا جاءت فكرة ما يُسمى بـ"أنظمة الإنذار الخاصة بالإطارات المقاومة للثقب". غالبًا ما تكون هذه الأنظمة من الجيل الأول، وتعتمد كليًا على قياس نصف قطر الدوران، مما يضمن عدم تجاوز الإطارات المقاومة للثقب حدودها القصوى، والتي عادةً ما تكون 80  كم/ساعة (50 ميل/  ساعة) ومسافة قيادة 80  كم (50 ميل). وقد شهد سوق أنظمة مراقبة ضغط الإطارات غير المباشرة تطورًا ملحوظًا. إذ باتت هذه الأنظمة قادرة على اكتشاف انخفاض ضغط الإطارات من خلال الجمع بين قياس نصف قطر الدوران وتحليل الطيف، مما جعل مراقبة ضغط الإطارات على العجلات الأربع أمرًا ممكنًا. وبفضل هذا التطور، أصبح من الممكن تلبية المتطلبات القانونية باستخدام أنظمة مراقبة ضغط الإطارات غير المباشرة.

لا تستخدم أنظمة مراقبة ضغط الإطارات غير المباشرة (iTPMS) مستشعرات ضغط مادية؛ بل تقيس ضغط الهواء باستخدام أنظمة برمجية، تقوم بتقييم ودمج إشارات المستشعرات الموجودة، مثل سرعات العجلات ومقاييس التسارع وبيانات نظام نقل الحركة، لتقدير ومراقبة ضغط الإطارات دون الحاجة إلى مستشعرات ضغط مادية في العجلات. تعتمد أنظمة iTPMS من الجيل الأول على مبدأ أن الإطارات غير المنفوخة جيدًا يكون قطرها أصغر قليلًا (وبالتالي سرعتها الزاوية أعلى) من الإطارات المنفوخة بشكل صحيح. ويمكن قياس هذه الاختلافات من خلال مستشعرات سرعة العجلات في أنظمة ABS/ESC. كما يمكن لأنظمة iTPMS من الجيل الثاني اكتشاف نقص ضغط الهواء في جميع الإطارات الأربعة في آنٍ واحد باستخدام تحليل طيفي لكل عجلة على حدة، وهو ما يمكن تحقيقه برمجيًا باستخدام تقنيات معالجة الإشارات المتقدمة.

تُعرف أنظمة iTPMS أحيانًا بأسماء أخرى، مثل نظام فورد للكشف عن انخفاض ضغط الإطارات (DDS) ^{[ 7 ]} أو نظام هوندا للتحذير من انخفاض ضغط الإطارات (DWS) ^{[ 8 ] .}

لا يستطيع نظام iTPMS قياس أو عرض قيم الضغط المطلقة؛ فهي نسبية بطبيعتها، ويجب على السائق إعادة ضبطها بعد فحص الإطارات وضبط ضغطها بشكل صحيح. تتم إعادة الضبط عادةً إما عن طريق زر فعلي أو من خلال قائمة الكمبيوتر الموجود في السيارة. يُعد نظام iTPMS، مقارنةً بنظام dTPMS، أكثر حساسية لتأثيرات الإطارات المختلفة والعوامل الخارجية مثل حالة الطريق وسرعة القيادة وأسلوبها. تُزيل عملية إعادة الضبط ^{[ 9 ]} ، متبوعةً بمرحلة تعلم تلقائية تستغرق عادةً من 20 إلى 60 دقيقة من القيادة، يتعلم خلالها نظام iTPMS ويخزن المعايير المرجعية قبل تفعيله بالكامل، العديد من هذه العوامل، ولكن ليس جميعها. ونظرًا لأن نظام iTPMS لا يتطلب أي أجهزة إضافية أو قطع غيار أو نفايات إلكترونية/سامة أو صيانة (باستثناء إعادة الضبط العادية)، فإنه يُعتبر سهل الاستخدام ومناسبًا للعملاء. ^{[ 10 ]} ومع ذلك، وكما ذُكر، يجب إعادة ضبط المستشعرات في كل مرة يتم فيها إجراء تغييرات على إعدادات الإطارات، ولا يرغب بعض المستهلكين في تحمل هذه المسؤولية الإضافية. ^{[ 11 ]}

منذ أن أصبح تركيب نظام مراقبة ضغط الإطارات (TPMS) إلزاميًا في مصانع جميع سيارات الركاب الجديدة في الاتحاد الأوروبي في نوفمبر 2014، تم اعتماد العديد من أنظمة iTPMS وفقًا للائحة الأمم المتحدة R64. ومن الأمثلة على ذلك معظم طرازات مجموعة فولكس فاجن، بالإضافة إلى العديد من طرازات هوندا، وفولفو، وأوبل، وفورد، ومازدا، وبيجو، وفيات، ورينو. وتشهد أنظمة iTPMS نموًا سريعًا في حصتها السوقية في الاتحاد الأوروبي، ومن المتوقع أن تصبح التقنية السائدة في مجال مراقبة ضغط الإطارات في المستقبل القريب.

يعتبر البعض أن أنظمة مراقبة ضغط الإطارات الذكية (iTPMS) أقل دقة بسبب طبيعتها - بالنظر إلى أن التغيرات البسيطة في درجة الحرارة المحيطة يمكن أن تؤدي إلى تغيرات في الضغط بنفس حجم عتبات الكشف القانونية - لكن العديد من مصنعي السيارات والعملاء يقدرون سهولة الاستخدام.

يقيس نظام مراقبة ضغط الإطارات المباشر (dTPMS) ضغط الإطارات مباشرةً باستخدام مستشعرات مادية. يوجد في كل عجلة، غالبًا داخل الصمام، مستشعر ضغط يعمل بالبطارية ينقل معلومات الضغط إلى وحدة تحكم مركزية تُرسل بدورها إلى كمبيوتر السيارة. كما تقيس بعض الوحدات درجة حرارة الإطار وتُرسل تنبيهات في حال حدوث ذلك. تستطيع هذه الأنظمة تحديد نقص ضغط كل إطار على حدة. على الرغم من اختلاف خيارات الإرسال بين الأنظمة، إلا أن العديد من منتجات TPMS (سواءً من الشركات المصنعة الأصلية أو من السوق البديلة) تعرض ضغط كل إطار على حدة في الوقت الفعلي، سواء كانت السيارة متحركة أو متوقفة. تتعدد الحلول المتاحة، لكن جميعها تواجه مشكلة التعرض للظروف البيئية القاسية. تعتمد معظم هذه الأنظمة على البطاريات، مما يحد من عمرها الافتراضي. تستخدم بعض المستشعرات نظام طاقة لاسلكي مشابهًا لنظام قراءة علامات RFID، مما يحل مشكلة محدودية عمر البطارية. كما يزيد هذا من تردد نقل البيانات إلى 40  هرتز ويقلل من وزن المستشعر، وهو أمر بالغ الأهمية في تطبيقات رياضة السيارات. إذا تم تركيب الحساسات على الجزء الخارجي من العجلة، كما هو الحال في بعض الأنظمة المُعدّلة، فإنها تكون عرضة للتلف الميكانيكي، والسوائل الكيميائية، والسرقة. أما عند تركيبها على الجزء الداخلي من حافة العجلة، فيصعب الوصول إليها لتغيير البطارية، كما يجب على وصلة الترددات اللاسلكية التغلب على تأثيرات التوهين الناتجة عن الإطار، مما يزيد من استهلاك الطاقة.

يتكون مستشعر TPMS المباشر من الوظائف الرئيسية التالية التي تتطلب فقط عددًا قليلاً من المكونات الخارجية  - مثل البطارية، والهيكل، ولوحة الدوائر المطبوعة  - للحصول على وحدة المستشعر المثبتة على ساق الصمام داخل الإطار:

• مستشعر الضغط؛
• محول تناظري-رقمي؛
• وحدة تحكم دقيقة؛
• وحدة تحكم النظام؛
• مذبذب؛
• جهاز إرسال الترددات اللاسلكية؛
• جهاز استقبال التردد المنخفض، و
• منظم الجهد (إدارة البطارية).

معظم أنظمة مراقبة ضغط الإطارات الديناميكية (dTPMS) الأصلية تُركّب حساساتها داخل جنط العجلة، وبطارياتها غير قابلة للاستبدال. يؤدي نفاذ شحن البطارية إلى ضرورة فك الإطار لاستبدالها، لذا يُفضّل أن تدوم البطارية لفترة طويلة. لتوفير الطاقة وإطالة عمر البطارية، لا تُرسل العديد من حساسات dTPMS معلومات عند ركن السيارة (مما يُلغي مراقبة الإطار الاحتياطي)، أو تستخدم اتصالاً ثنائي الاتجاه أكثر استهلاكاً للطاقة لتنشيط الحساس. لكي تعمل وحدات dTPMS الأصلية للسيارات بشكل صحيح، يجب أن تتعرف على مواقع الحساسات وأن تتجاهل الإشارات من المركبات الأخرى.

صُممت أنظمة مراقبة ضغط الإطارات (TPMS) المُضافة بعد البيع ليتم تركيبها على المركبات التي لم تكن مُجهزة بهذه التقنية في الأصل. وتتوفر هذه الأنظمة لمجموعة واسعة من المركبات، بدءًا من الدراجات الهوائية والمقطورات وصولًا إلى الشاحنات الثقيلة. ^{[ 12 ]}

في أساطيل المركبات التجارية، تُستخدم أنظمة مراقبة ضغط الإطارات (TPMS) المُضافة كجزء من عملية التحول الرقمي للأسطول . تقوم المستشعرات الموجودة على كل إطار بنقل بيانات الضغط ودرجة الحرارة لاسلكيًا في الوقت الفعلي إلى وحدة تتبع GPS داخل المركبة. ^{[ 13 ]} ثم تُنقل هذه البيانات إلى منصة برمجية لإدارة الأسطول ، مما يسمح لمديري الأسطول بمراقبة حالة الإطارات عن بُعد، وتلقي تنبيهات في حالة انخفاض ضغط الهواء، والمساعدة في منع انفجار الإطارات أو استهلاك الوقود الزائد. ^{[ 14 ]}

قد تتعرض مستشعرات نظام مراقبة ضغط الإطارات (TPMS) من الجيل الأول، المدمجة في ساق الصمام، للتآكل. ^{[ 15 ] [ 16 ]} قد تلتصق أغطية الصمامات المعدنية بساق الصمام نتيجة للتآكل الجلفاني ، وقد تؤدي محاولات إزالة هذه الأغطية إلى كسر الساق وتلف المستشعر. وقد يحدث المصير نفسه مع صمامات النحاس البديلة التي يركبها فني غير متمرس في ساق الصمام، بدلاً من الصمامات الأصلية المطلية بالنيكل. ويمكن أن يؤدي التصاق الصمام بساقه إلى تعقيد إصلاح تسرب الإطار، وقد يتطلب الأمر استبدال المستشعر.

يثار جدلٌ حول توافق مواد منع تسرب الإطارات المتوفرة في السوق مع نظام مراقبة ضغط الإطارات الديناميكي (dTPMS) الذي يستخدم حساسات مثبتة داخل الإطار. يؤكد بعض مصنّعي هذه المواد توافق منتجاتهم، ^{[ 17 ]} بينما يحذر آخرون من أن "المادة المانعة للتسرب قد تتلامس مع الحساس بطريقة تجعله غير قابل للتشغيل مؤقتًا إلى حين تنظيفه وفحصه وإعادة تركيبه بشكل صحيح من قِبل فني متخصص في صيانة الإطارات". ^{[ 18 ]} وقد أبلغ آخرون عن هذه الشكوك أيضًا. ^{[ 19 ] [ 20 ]} وقد يؤدي استخدام هذه المواد إلى إلغاء ضمان حساس نظام مراقبة ضغط الإطارات. ^{[ 17 ]}

كانت الولايات المتحدة الأمريكية أول دولة تُلزم باستخدام نظام مراقبة ضغط الإطارات (TPMS). في أوائل العقد الأول من الألفية الثانية، وقعت حوادث مرورية عديدة، مثل انقلاب المركبات وانفجار الإطارات، نتيجةً لانخفاض ضغط الهواء فيها. اعتبرت الإدارة الوطنية لسلامة المرور على الطرق السريعة (NHTSA) الإطارات المثقوبة خطرًا محتملاً على السلامة، وسرعان ما أعقب ذلك سنّ المعيار الفيدرالي لسلامة المركبات رقم 138، الذي ينص على تركيب نظام مراقبة ضغط الإطارات في جميع المركبات بحلول سبتمبر 2007، على أن يبدأ تطبيقه تدريجيًا منذ عام 2005. ^{[ 27 ]} يهدف هذا المعيار إلى تنبيه السائقين إلى انخفاض ضغط الإطارات بشكل ملحوظ، وما يترتب على ذلك من مشاكل تتعلق بالسلامة. ^{[ 28 ]}

يشترط هذا المعيار تركيب نظام مراقبة ضغط الإطارات (TPMS) في جميع سيارات الركاب الجديدة، ومركبات الركاب متعددة الأغراض، والشاحنات، والحافلات التي يبلغ وزنها الإجمالي 4536  كجم (10000  رطل) أو أقل، باستثناء المركبات ذات العجلات المزدوجة على المحور الواحد. وينص المعيار النهائي على ضرورة تنبيه السائق عندما يكون ضغط الإطارات أقل بنسبة 25% أو أكثر من ضغط النفخ الموصى به من قبل الشركة المصنعة للإطارات الباردة (الضغط المذكور على الملصق) لإطار واحد إلى أربعة إطارات. ^{[ 29 ]}

أصبح نظام مراقبة ضغط الإطارات (TPMS) إلزاميًا لجميع المركبات التي يقل وزنها عن 3.5 طن والتي بيعت بعد عام 2013. وفي عام 2015، أصبح النظام إلزاميًا في جميع المركبات بغض النظر عن حجمها. في عام 2011، نجحت شركة هيونداي موبيس في تطوير نظام مراقبة ضغط الإطارات (TPMS) وطبقته لأول مرة في سيارة فيلوستر. يستهلك المستشعر الناتج طاقة أقل بنسبة 30% تقريبًا من المنتجات السابقة، مما يسمح باستخدام بطارية أصغر حجمًا ويقلل وزن المستشعر بأكثر من 10%. ^{[ 30 ]}