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Reifendruckkontrollsystem

elektronisches System in Kraftfahrzeugen

Reifendruckkontrollsysteme (zu RDKS, RDC oder RDK abgekürzt; englisch tire pressure monitoring systems (TPMS)) dienen der Überwachung des Reifendrucks bei Kraftfahrzeugen, insbesondere um Unfälle durch fehlerhaften Reifendruck zu verhindern. Ein optimal eingestellter Reifendruck spart Kraftstoff, vermeidet unnötigen Reifenverschleiß und dient der Fahrsicherheit. Als Erweiterung zur reinen Überwachung haben Geländewagen und LKW gelegentlich eine Reifendruckregelanlage.

Kontrollleuchtensymbol Druckverlust

Konstruktiv wird zwischen direkten und indirekten Systemen unterschieden. Bei direkten Systemen wird permanent mit einem elektronischen Sensor der Luftdruck des Reifens gemessen. Bei indirekten Systemen werden die Raddrehzahlschwankungen erfasst.[1]

Direkte Systeme

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Reifendrucksensor von VDO für PKW
 
Vorderseite
 
Rückseite
Der aktive Sensor ist mit dem Ventil – das auch als Antenne dient – verbunden. Druckmesssystem, Elektronik und Spannungsquelle sind durch eine Vergussmasse im Gehäuse hermetisch verschlossen, so dass bei verbrauchter Spannungsquelle (ca. nach zehn Jahren bzw. 225.000 km) der Sensor komplett ausgetauscht werden muss.
 
Ausbau eines beschädigten RDKS-Sensors

Bei direkt messenden Systemen erfasst ein Drucksensor aktiv den Innendruck und, je nach Ausführung, auch die Lufttemperatur eines Reifens. Diese Informationen werden zusammen mit einem Identifikator in gewissen Intervallen über Funk an ein Anzeigegerät zum Ablesen der Daten im Fahrzeug übertragen. Diese Systeme können Druckverluste an allen Reifen erkennen, da sie direkt den Reifenluftdruck überwachen. Je nach Anzeigekonzept bekommt der Fahrer Information über die aktuellen Druckwerte der Reifen im Klartext, die er entweder ständig in einer Anzeige sieht, oder über Knopfdruck abfragen kann, oder auch nur eine Warnung bei zu geringem Reifendruck.

Für die Anbringung der Sensoren gibt es zurzeit folgende Systeme:

  • Befestigung im Reifen am Ventil
  • Befestigung außerhalb des Reifens auf dem Ventil anstatt der Ventilkappe

Für die Befestigung innen am Ventil werden die Funksensoren von speziell dafür vorgesehenen Metallventilen angeschraubt; dafür muss der Reifen demontiert werden; am einfachsten geschieht dies deswegen beim Montieren von neuen Reifen. Die Unwucht, die durch das Sensorgewicht (ca. 40 Gramm) entsteht, wird beim Auswuchten des Rads kompensiert. Um eine Drucküberwachung auch bei stehendem Fahrzeug beziehungsweise eine automatische Zuordnung der Modulpositionen zu gewährleisten, können die TPMS-Sensoren mit einem Niederfrequenz-Signal angetriggert werden. Hierzu sind in den Radkästen Niederfrequenz-Antennen verbaut. Die Sensorbatterien haben eine Lebensdauer von etwa sieben bis zehn Jahren; danach muss der Sensor ersetzt werden, da die Batterien nicht gewechselt werden können. Es kommen Lithiumzellen zum Einsatz.[2]

Ventilkappen-Funksensoren werden auf die Ventile anstatt der normalen Ventilkappen aufgeschraubt. Sie wiegen nur zirka 10 Gramm (inkl. Batterie), und die Batterie kann einfach ausgewechselt werden. Beim Aufschrauben ist zu beachten, dass die Sensoren nicht aus der Felgenkontur herausragen dürfen, sonst muss ein kürzeres Ventil montiert werden. Auch hier sollten die Räder mit den Sensoren ausgewuchtet werden. Die Ventilkappen-Sensoren kann man einfach von Sommer- auf Winterräder und umgekehrt wechseln. Die Vorteile bei diesem System liegt in der einfachen Anwendung. Zu beachten ist, dass bei kleineren Reifendurchmessern und höheren Geschwindigkeiten das Ventil durch die auftretende Zentrifugalbeschleunigung mechanisch belastet wird. Daher sind diese Systeme nur bei langsameren Fahrzeugen empfehlenswert.

Für zukünftige Systeme werden von verschiedenen Herstellern Sensormodule entwickelt, die direkt in den Reifen eingeklebt sind. Hierdurch werden Schwierigkeiten vermieden, die bei der Montage von Felgenmodulen auftreten können (z. B. Undichtigkeiten am Ventil oder Zerstörung bei der Montage). Weiterhin ergibt sich mit einer Modulposition am Reifen die Möglichkeit, Reifendaten an das Fahrzeug zu übertragen (z. B. DOT-Nummer oder Geschwindigkeitsindex). Mit Hilfe dieser Reifeninformationen können zum einen Regelsysteme wie Fahrdynamikregelung oder Antiblockiersystem angepasst werden, zum anderen erhält der Fahrer komfortabel zusätzliche Informationen über seine Reifen. Grundsätzlich können auch diese Reifenmodule wie herkömmliche Module über Batterien mit Spannung versorgt werden. Es wird jedoch auch an Generatoren auf Piezobasis gearbeitet, die im Reifen die notwendige Betriebsspannung zum Betrieb der Module zur Verfügung stellen.[3][4][5][6]

Indirekte Systeme

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Indirekte Systeme schließen passiv aus der Drehzahl der Räder auf einen Druckverlust. Zur Gewinnung der erforderlichen Daten wird auf die in Fahrzeugen sowieso vorhandenen Sensoren zurückgegriffen. Die Raddrehzahlen werden für ABS, ESP und ASR mit einer Zahnscheibe und einem Hallgeber abgetastet. Indirekte Systeme sind daher in der Regel im ABS-/ESP-Steuergerät integriert, vereinzelt existieren auch Lösungen mit eigenen Steuergeräten.

Indirekte Systeme nutzen zur Drucküberwachung zwei physikalische Effekte:

  • Abrollumfang: Im Falle eines Druckabfalls in einem Reifen verringert sich dessen Außendurchmesser, wodurch die Drehzahl dieses Rades in Relation zu den anderen ansteigt. Es wird also festgestellt, wenn ein Rad sich im Vergleich zu den anderen Rädern durch Luftverlust des Reifens schneller dreht. Dieser Drehzahlanstieg wird als Druckabfall interpretiert und der Fahrer wird gewarnt. Da dieser Effekt nur auf dem Vergleich der Raddrehzahlen untereinander basiert, wird ein gleichzeitiger Druckverlust in allen Reifen (z. B. durch vernachlässigte Reifendruckkontrolle durch den Benutzer) nicht erkannt.
  • Frequenzeffekt: Die Räder weisen einen charakteristischen Schwingungsmodus auf, der als Schwingung zwischen Reifengürtel und Felge interpretiert werden kann. Da diese Schwingung druckabhängig ist, kann bei einer Verschiebung dieser Schwingung auf einen Druckverlust geschlossen werden. Da dieser Effekt radindividuell ist, können hier auch Druckverluste an allen Reifen gleichzeitig (Diffusion) erkannt werden. Die Schwingungen werden durch einen Hallgeber erfasst, der dafür deutlich hochfrequenter als für die Reifendrehzahl abgefragt werden muss.[7]

Bei allen indirekten Systemen muss bei einer Anpassung des Luftdrucks oder der Montage anderer Reifen ein Reset durch den Fahrer durchgeführt werden. Das System lernt dann das aktuelle Systemverhalten als Referenz. Während der ersten Phase nach dem Reset misst es die Raddrehzahlen und Frequenzen und speichert diese. Im weiteren Fahrbetrieb werden dann die auftretenden Werte mit den gelernten Werten verglichen. Sobald eine bestimmte Veränderung auftritt, wird der Fahrer gewarnt. Somit werden bei beiden Effekten (Abrollumfang, Frequenzeffekt) Änderungen zum Soll betrachtet – eine Messung des Drucks ist nicht möglich.

Die gesetzlichen Anforderungen nach ECE R64 und FMVSS 138 werden von Systemen erfüllt, die beide Effekte nutzen.[8] Namhafte Fahrzeughersteller haben diese Systeme homologiert und rüsten ihre Fahrzeuge serienmäßig damit aus.

Viele Zulieferer arbeiten an indirekten Reifendruckkontrollsystemen, bekannt sind vor allem NIRA Dynamics AB, Sumitomo Rubber Industries und DUNLOP TECH.

Als Erweiterung der Reifendruckkontrolle kann mit einer ähnlichen Software auch ein loses Rad erkannt werden, engl. Loose Wheel Indicator.[9]

Vor- und Nachteile, Kosten

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Die Vor- und Nachteile zwischen direkten und indirekten System sind im Wesentlichen die Kosten und der Funktionsumfang. Direkt messende Systeme benötigen im Gegensatz zu indirekten Systemen eigene Hardware in Form von Steuergerät und in jedem Reifen ein Sensormodul mit Batterie. Für einen zusätzlichen Satz (Winter)-Reifen kosten die Sensoren 250 bis 300 €, ebenso wenn die Batterien nach einigen Jahren leer sind.[10] Dadurch fällt auch zusätzlicher Elektroschrott an. Bei jedem Reifenwechsel müssen die Sensoren mit einem RDKS-Programmiergerät angelernt werden, daher kostet ein Reifenwechsel 50 bis 100 € mehr.[11]

Direkte Systeme sind daher teurer, funktionieren aber genauer. Indirekte Systeme nutzen Hardware, die ohnehin im Fahrzeug vorhanden ist, lediglich die Software wird erweitert. Dieser Kostenvorteil setzt sich im Betrieb fort, da keine Module mit leeren Batterien ausgetauscht werden müssen.

Eine Feldstudie fand, dass Autos mit Reifendruckkontrollsystem etwas seltener zu geringen Druck haben als solche ohne. Ein signifikanter Unterschied zwischen den Systemen fand sich nicht.[12]

Die Funkübertragung (in Europa um 433 MHz) bei direkten Systemen ist weitestgehend unverschlüsselt und unsigniert. Sie kann mit verhältnismäßig geringem Aufwand aus bis zu 40 m Entfernung abgefangen und ausgewertet werden.[13]

Neuere Systeme verwenden für die Funkübertragung Bluetooth Low Energy (BLE).[14]

Automarken

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Mit indirektem System

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  • Seat, Mazda und Honda verbauten bisher nur indirekte Systeme.
  • Audi, VW und Skoda haben in fast allen Modellen ein indirektes System, Ausnahme sind bei Audi wenige S- und R-Modelle, sowie manche A8 (D4), bei VW der Touareg II und Crafter und bei Skoda einige Kodiaq-Ausführungen (z. B. RS mit 20" Felgen).
  • Fiat hat fast nur indirekte Systeme.

(Quelle:[15][11])

Mit ausschließlich direktem System

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(Quellen:[15][11])

Peugeot und Citroen haben in günstigen Fahrzeugen indirekte und in teureren direkte Systeme installiert.

Anwendung im Motorrad

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Im Motorrad haben auch ohne gesetzliche Vorgaben Reifendruckkontrollsysteme Einzug gehalten. Die Anforderungen sind allerdings anders als beim PKW. Auf der einen Seite ist ein Reifendruckverlust noch gefährlicher als beim PKW, auf der anderen Seite erkennt ein routinierter Fahrer den Luftverlust am Vorderrad schnell beim Lenken, aufgrund der direkten Lenkung ohne Servo-Unterstützung. Beim Rangieren kann die höhere Reibung eines platten Hinterreifens erkannt werden. Beim Kurvenfahren verhält sich das Motorrad mit zu geringen Luftdruck auch deutlich träger.

Eine Besonderheit bei Geländemotorrädern ist der Einsatz von Speichenrädern mit Schlauchreifen. Hier sind noch keine RDC-Systeme möglich. Im harten Geländeeinsatz wird zur Erhöhung der Traktion der Luftdruck deutlich abgesenkt. KTM und BMW umgehen dieses Problem mit schlauchlosen Speichenrädern in verschiedenen Konzepten. KTM dichtet die Speichennippel in der Felge ab, wodurch 40 potentielle Leckagen vorhanden sind. BMW setzt mit seinen schweren Kreuzspeichenrädern auf einen geschlossenen Felgenring mit außenliegenden Speichenköpfen.

Bei Motorrollern werden nur bei wenigen Premium-Fahrzeugen mit großen Felgen RDC-Systeme angeboten. Der Peugeot Metropolis 400 ist damit serienmäßig ausgestattet.

Die Unwucht spielt bei den leichten Rädern eine größere Rolle. Es kommen aber trotzdem nur direkt messende Systeme zum Einsatz, weil der hohe Reifenabrieb und nur eine Fahrspur zu wenig redundante Informationen für die indirekte Messung liefern. Ein Aufkleber auf der Felge soll einen Hinweis geben, damit das RDC bei der Montage nicht beschädigt wird.

Gesetzeslage

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USA

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In den Vereinigten Staaten werden seit 2007 Reifendruckkontrollsysteme für alle Neufahrzeuge (PKW, LKW, Busse) mit einem zulässigen Gesamtgewicht bis zu 10.000 lbs (4.536 kg) gefordert. Die Gesetzesvorgabe des National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) FMVSS 138[17] beschreibt außerdem die genauen Anforderungen, die von direkten und bedingt von indirekten Systemen erfüllt werden müssen.

EU

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In Europa leitete die Europäische Union durch die EU-Verordnung Nr. 661/2009[18] eine ähnliche Gesetzgebung ein. Mit der am 19. August 2010 in Kraft getretenen ECE-Regelung Nr. 64[19] müssen seit dem 1. November 2012 alle neu homologierten Fahrzeugmodelle mit einem Reifendruckkontrollsystem ausgestattet sein. Seit 1. November 2014 ist ein solches System für alle Neuwagen vorgeschrieben.

In Österreich will das BMVIT drei Jahre Übergangsfrist gewähren: Vor 1. November 2017 wird ein fehlendes oder defektes Kontrollsystem bei der §-57a-Überprüfung noch als leichter Mangel gewertet, das Kfz (Pkw oder leichtes Nfz) erhält also das „Pickerl“ und darf weiterfahren, danach als schwerer Mangel, der behoben werden muss. Ein Reserve- oder Notrad benötigt kein Druckkontrollsystem.[20][21][22]

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Einzelnachweise

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  1. ↑ KFZ-Meister Johannes Wiesinger: Reifendruckkontrollsysteme RDKS / TPMS. In: kfztech.de. 29. April 2019;.
  2. ↑ Johannes Wiesinger: Reifendruckkontrollsysteme RDKS. In: www.kfztech.de. Abgerufen am 25. April 2016.
  3. ↑ Thomas Zimmermann: Energieautarker MEMS-basierter kabelloser Sensorknoten. In: Helmuth Gesch, Jürgen Niedermaier, Peter Meißner, Cluster Mikrosystemtechnik (Hrsg.): Tagungsband / 3. Landshuter Symposium Mikrosystemtechnik: 13. und 14. März 2012, Hochschule Landshut. Hochsch, Landshut, Germany, Landshut 2012, ISBN 978-3-9812696-2-8, S. 183–192.
  4. ↑ T. Zimmermann, A. Frey, M. Schreiter, J. Seidel, I. Kühne: 5.1.4 MEMS-basierter energieautonomer kabelloser Sensorknoten. AMA Service GmbH, Von-Münchhausen-Str. 49, 31515 Wunstorf, Germany, 2012, S. 522–530, doi:10.5162/sensoren2012/5.1.4 (ama-science.org [abgerufen am 24. Juli 2023]).
  5. ↑ Thomas Zimmermann, Alexander Frey, Matthias Schreiter, Julian Seidel, Ingo Kuehne: MEMS-based piezoelectric energy harvesting modules for distributed automotive tire sensors. In: International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices. März 2012, S. 1–4, doi:10.1109/SSD.2012.6198097 (ieee.org [abgerufen am 24. Juli 2023]).
  6. ↑ J. Warmuth, T. Zimmermann, M. Schreiter, A. Frey, I. Kuehne: C3.2 – WIRELESS-BASED ENERGY AUTONOMOUS TIRE PRESSURE MONITORING SYSTEM. AMA Service GmbH, Von-Münchhausen-Str. 49, 31515 Wunstorf, Germany, 2013, S. 384–388, doi:10.5162/sensor2013/C3.2 (ama-science.org [abgerufen am 24. Juli 2023]).
  7. ↑ Patent EP1272365: Reifendruckschätzung. (PDF).‌
  8. ↑ Robert Sünder: Entwicklung eines optimierten Verfahrens zur Reifenabsicherung für indirekte Reifendruckkontrollsysteme. Hrsg.: Prof. Dr.-Ing. Günther Prokop. Cuvillier, 2018, ISBN 978-3-7369-9712-7 (cuvillier.de [PDF]): „Sowohl die direkten als auch die in der vorliegenden Arbeit diskutierten indirekten Systeme der 2. Generation erfüllen die gesetzlichen Anforderungen in den USA sowie in der EU.“
  9. ↑ Patent DE102015000998: Erfassung eines losen Rades.‌
  10. ↑ Winterreifen: Teurer Spaß dank Reifendrucksensoren. In: Deutsche Handwerks Zeitung. 13. November 2017, abgerufen am 3. November 2019.
  11. ↑ a b c Lena Trautermann: RDKS-Pflicht: Reifenwechsel mit Reifendruckkontrollsystem. In: Autobild. 11. September 2018, abgerufen am 31. Oktober 2019.
  12. ↑ TPMS and Tyre Inflation Pressure Field Study 2016/2017. In: itpmsadvantage.com. 19. September 2017, abgerufen am 3. November 2019 (englisch).
  13. ↑ TPMS-Sensoren auslesen. Chaos Computer Club Aachen, abgerufen am 29. Oktober 2014.
  14. ↑ World’s first TPMS integrated by OEMs with Bluetooth Technology. Melexis, abgerufen am 16. April 2021.
  15. ↑ a b Aktuell angebotene Pkw-Modellreihen mit direkt und indirekt messendem Reifendruck-Kontrollsystemen. ADAC, 1. November 2016, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 3. November 2019; abgerufen am 31. Oktober 2019.
  16. ↑ Joe Clifford: Tyre Pressure Monitoring System (TPMS): What is it? How does it work? 5. Dezember 2017; (britisches Englisch): „Every new or revised Toyota passenger vehicle launched in the UK market since November 2012 has been equipped with a TPMS. The majority of Toyota models use the direct method of electronic tyre pressure monitoring, while Aygo and Proace use the indirect method.“
  17. ↑ Office of Regulatory Analysis and Evaluation Plans and Policy: Tire pressure monitoring system. FMVSS No. 138 (Memento vom 2. März 2013 im Internet Archive) (July 2001; PDF, 330 kB)
  18. ↑ Verordnung (EG) Nr. 661/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 13. Juli 2009 über die Typgenehmigung von Kraftfahrzeugen, Kraftfahrzeuganhängern und von Systemen, Bauteilen und selbstständigen technischen Einheiten für diese Fahrzeuge hinsichtlich ihrer allgemeinen Sicherheit, abgerufen am 14. März 2018
  19. ↑ Regelung Nr. 64 der Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen (UN/ECE) – Einheitliche Bedingungen für die Genehmigung von Fahrzeugen hinsichtlich ihrer Ausstattung mit einem Komplettnotrad, Notlaufreifen und/oder einem Notlaufsystem und/oder einem Reifendrucküberwachungssystem, abgerufen am 14. März 2018
  20. ↑ http://www.oeamtc.at/portal/reifendruck-kontrollsysteme+2500+1607190 Reifendruck-Kontrollsysteme, ÖAMTC, 23. Juni 2014, abgerufen am 27. Oktober 2014
  21. ↑ Archivierte Kopie (Memento vom 27. Oktober 2014 im Internet Archive) Technische Neuerungen, Für Typisierungen ab 1. November 2012, ÖAMTC, 30. Oktober 2012, abgerufen am 27. Oktober 2014
  22. ↑ http://ooe.orf.at/news/stories/2675885/ Reifendruckkontrollsystem für Neuwagen Pflicht, ORF.at, 27. Oktober 2014, 14. März 2018 abrufbar
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