Pedeorelha | Wie selbstaufpumpende Reifen funktionieren

Paul Sparks
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Hummer CTIS Linien. Foto mit freundlicher Genehmigung von Manny's Hummer Swampers

James Bond hat sie, Hummers haben sie, die meisten Trucker haben sie und das Militär hat sie seit Jahren. Selbstaufpumpende Reifen ermöglichen es einem Fahrzeug, sich an das aktuelle Gelände anzupassen, um unter diesen Bedingungen eine optimale Leistung und Sicherheit zu erzielen.

Gegenwärtig sind viele Verbraucherfahrzeuge mit Drucküberwachungssystemen ausgestattet, aber ohne eine externe Luftquelle kann der Fahrer nichts dagegen tun. Es gibt viele selbstaufpumpende Reifensysteme auf dem Markt, aber die meisten sind nur für kommerzielle und militärische Anwendungen erhältlich. Die Ausnahme ist natürlich das CTIS-System auf dem Hummer.

In diesem Artikel lernen wir einige der Reifenfüllsysteme kennen und sehen, wann es für uns normale Leute, die normale Autos fahren, möglicherweise eines auf dem Markt gibt.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Goodyear

Laut AAA fahren etwa 80 Prozent der Autos auf der Straße mit einem oder mehreren Reifen mit zu geringem Luftdruck. Reifen verlieren Luft durch normales Fahren (insbesondere nach dem Auftreffen auf Schlaglöcher oder Bordsteine), Permeation und saisonale Temperaturänderungen. Sie können im Winter jeden Monat ein oder zwei psi (Pfund pro Quadratzoll) und im Sommer sogar noch mehr verlieren. Und Sie können nicht erkennen, ob sie richtig aufgeblasen sind, wenn Sie sie nur ansehen. Sie müssen ein Reifendruckmessgerät verwenden. Die Unterfüllung ist nicht nur schlecht für Ihre Reifen, sondern auch schlecht für Ihren Kraftstoffverbrauch, wirkt sich auf die Handhabung Ihres Autos aus und ist im Allgemeinen unsicher.

Wenn die Reifen zu wenig aufgepumpt sind, nutzt sich das Profil schneller ab. Laut Goodyear entspricht dies 15 Prozent weniger Meilen, die Sie auf ihnen fahren können, für jeweils 20 Prozent, in denen sie nicht ausreichend aufgepumpt sind. Reifen mit zu geringem Luftdruck überhitzen sich auch schneller als Reifen mit richtigem Luftdruck, was zu mehr Reifenschäden führt. Die verblassten Bereiche unten weisen auf Bereiche mit übermäßigem Profilverschleiß hin.

Da die Reifen flexibel sind, werden sie beim Rollen unten platt. Dieses Kontaktfeld kehrt in seine ursprüngliche Form zurück, sobald es nicht mehr den Boden berührt. Dieser Rückprall erzeugt eine Bewegungswelle zusammen mit etwas Reibung. Wenn sich weniger Luft im Reifen befindet, ist diese Welle größer und die erzeugte Reibung ist größer - und Reibung erzeugt Wärme. Wenn genügend Wärme erzeugt wird, beginnt der Gummi, der die Reifenschnüre zusammenhält, zu schmelzen und der Reifen fällt aus. Weitere Informationen finden Sie unter Funktionsweise von Reifen.

Aufgrund des zusätzlichen Widerstands, den ein Reifen mit zu geringem Luftdruck beim Rollen hat, muss der Motor Ihres Autos härter arbeiten. AAA-Statistiken zeigen, dass Reifen, die nur um 2 psi zu wenig Luft haben, weniger werden Kraftstoffeffizienz um 10 Prozent. Über ein Jahr Autofahren kann dies mehrere hundert Dollar für zusätzliche Benzinkäufe bedeuten.

Reifenfüllsysteme haben drei allgemeine Ziele:

Erkennen Wenn der Luftdruck in einem bestimmten Reifen gesunken ist - Dies bedeutet, dass der Luftdruck in jedem Reifen ständig (oder zeitweise) überwacht werden muss.
Benachrichtigen der Treiber des Problems
Aufblasen der Reifen wieder auf das richtige Niveau - Dies bedeutet, dass eine Luftzufuhr sowie ein Rückschlagventil vorhanden sein müssen, das nur bei Bedarf öffnet.

Die verfügbaren Reifenfüllsysteme unterscheiden sich zwar im Design, haben jedoch einige gemeinsame Elemente.

Sie alle benutzen irgendeine Art von Ventil einzelne Reifen zu isolieren, um einen Luftstrom von allen Reifen zu verhindern, wenn einer geprüft oder aufgepumpt wird.
Sie haben eine Methode zum Erfassen des Reifendrucks. Dies wird in den meisten Fällen mit angesprochen zentrale Sensoren Diese Informationen werden an ein elektronisches Steuergerät und dann an den Fahrer weitergeleitet.

Sie haben eine Luftquelle, Dies ist normalerweise eine vorhandene Bordquelle wie Brems- oder Pneumatiksysteme. Bei Verwendung eines vorhandenen Systems müssen sie jedoch sicherstellen, dass die ursprüngliche Funktion nicht gefährdet wird. Aus diesem Grund werden Sicherheitsüberprüfungen durchgeführt, um sicherzustellen, dass genügend Luftdruck für den primären Gebrauch der Quelle vorhanden ist, bevor Luft zum Aufpumpen der Reifen gezogen wird.
Es muss einen Weg geben Bringen Sie die Luft von der Luftquelle zu den Reifen, Das ist in der Regel durch die Achse. Systeme verwenden entweder eine abgedichtete Nabenachse mit einem Schlauch von der Nabe zum Reifenventil oder sie führen Schläuche durch die Achse, wobei die Achse als Leitung fungiert.
Es muss eine geben Druckentlastungsentlüftung Luft aus dem Reifen abzulassen, ohne die Nabe oder die Hinterachsdichtungen zu beschädigen.

Schauen wir uns nun an, wie jedes der wichtigsten selbstaufpumpenden Reifensysteme auf dem Markt diese Elemente verwendet, damit das System funktioniert, beginnend mit dem Central Tire Inflation System (CTIS)..

Drucküberwachungssysteme und Selbstaufblasen vs. Notlauf

Derzeit sind viele Reifendrucktechnologien auf dem Markt und einige werden bald auf dem Markt sein. Aufgrund des TREAD Act müssen alle Fahrzeuge bald über ein Reifendrucküberwachungssystem verfügen, damit alle Fahrer wissen, wann die Reifen ihres Autos Luftdruck verlieren.

Diese Arten von Drucküberwachungssystemen gibt es seit Jahrzehnten und sie sind bereits in einigen Automodellen Standard. Sie überwachen einfach den Luftdruck in jedem Fahrzeugreifen und benachrichtigen den Fahrer, wenn ein Reifen einen zuvor festgelegten, optimalen Druckpunkt unterschreitet.

Unsere Reifen tragen nicht das Gewicht unserer Autos und Lastwagen - es ist die Luft in den Reifen. Notlaufreifen verwenden ein starkes Seitenwandmaterial, das das Auto auch dann unterstützt, wenn sich in einem oder mehreren Reifen keine Luft befindet. Auf diese Weise können Sie auch dann dorthin gelangen, wo Sie unterwegs sind, wenn ein Reifen beschädigt und entleert ist. Notlaufreifen bestehen aus abwechselnden Schichten hitzebeständiger Schnur und Gummi und normalerweise halbmondförmigen Keilen aus gewichtsstützendem Material, die die Seitenwände verstärken, um ein Umklappen zu verhindern, wenn kein Luftdruck herrscht.

Selbstaufpumpende Reifen hingegen sind so konzipiert, dass der Reifendruck ständig auf dem richtigen Niveau gehalten wird. Selbstaufblasende Systeme sind eher für langsame Lecks und zur Optimierung von Leistung und Sicherheit ausgelegt als dafür, dass ein Fahrzeug auf einem Reifen in Bewegung bleibt, der keine Luft mehr hält.

Die Idee hinter dem CTIS ist es, den Luftdruck in jedem Reifen zu kontrollieren, um die Leistung auf verschiedenen Oberflächen zu verbessern. Zum Beispiel erzeugt das Verringern des Luftdrucks in einem Reifen einen größeren Kontaktbereich zwischen dem Reifen und dem Boden und erleichtert das Fahren auf weicherem Boden erheblich. Es fügt auch der Oberfläche weniger Schaden zu. Dies ist auf Arbeitsplätzen und in landwirtschaftlichen Bereichen wichtig. Durch die direkte Kontrolle des Fahrers über den Luftdruck in jedem Reifen wird die Manövrierfähigkeit erheblich verbessert.

Eine weitere Funktion des CTIS besteht darin, den Druck in den Reifen aufrechtzuerhalten, wenn ein langsames Leck oder eine Reifenpanne auftritt. In diesem Fall steuert das System das Aufpumpen automatisch basierend auf dem vom Fahrer eingestellten Druck.

Es gibt zwei Haupthersteller des CTIS: die in den USA ansässige Dana Corporation und das in Frankreich ansässige Syegon (ein Geschäftsbereich von GIAT). Die Dana Corporation verfügt über zwei Versionen, das CTIS für militärische Zwecke (entwickelt von PSI) und das Reifendruckkontrollsystem (TPCS) für den gewerblichen Einsatz schwerer Maschinen.

CTIS: Drinnen

Hier ist ein Blick auf das Gesamtsystem:

EIN Radventil befindet sich an jedem Radende. Bei Doppelrädern sind die Ventile normalerweise nur mit dem Außenrad verbunden, damit der Druck zwischen den beiden Reifen ausgeglichen werden kann. Ein Teil der Aufgabe des Radventils besteht darin, den Reifen vom System zu trennen, wenn er nicht verwendet wird, um den Druck von der Dichtung abzulassen und seine Lebensdauer zu verlängern. Das Radventil ermöglicht auch das Aufpumpen und Entleeren der Reifen nach Bedarf.

Ein elektronische Kontrolleinheit (ECU) hinter dem Beifahrersitz ist das Gehirn des Systems. Es verarbeitet Fahrerbefehle, überwacht alle Signale im gesamten System und weist das System an, den Reifendruck alle 10 Minuten zu überprüfen, um sicherzustellen, dass der ausgewählte Druck beibehalten wird. Das Steuergerät sendet Befehle an die pneumatische Steuereinheit, die direkt die Radventile und das Luftsystem steuert. Das pneumatische Steuergerät enthält außerdem einen Sensor, der die Reifendruckwerte an die ECU überträgt.

Ein Bedienfeld ermöglicht es dem Fahrer, Reifendruckmodi auszuwählen, die den aktuellen Bedingungen entsprechen. Dieses am Armaturenbrett montierte Bedienfeld zeigt den aktuellen Reifendruck, ausgewählte Modi und den Systemstatus an. Wenn der Fahrer eine Reifendruckeinstellung wählt, gelangen die Signale vom Bedienfeld zum elektronischen Steuergerät zum pneumatischen Steuergerät zu den Radventilen.

Wenn sich Fahrzeuge schneller bewegen (wie auf einer Autobahn), sollte der Reifendruck höher sein, um Reifenschäden zu vermeiden. Das CTIS enthält a Geschwindigkeitsmesser das sendet Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen an das elektronische Steuergerät. Wenn sich das Fahrzeug für einen festgelegten Zeitraum mit einer höheren Geschwindigkeit weiterbewegt, pumpt das System die Reifen automatisch auf einen für diese Geschwindigkeit geeigneten Druck auf.

Diese Art von System verwendet Luft aus demselben Kompressor, der die Bremsen mit Luft versorgt. EIN Druckschalter stellt sicher, dass das Bremssystem Vorrang hat, und verhindert, dass das CTIS Luft aus dem Vorratsbehälter entnimmt, bis das Bremssystem vollständig aufgeladen ist.

Hummer selbstaufpumpendes Reifensystem: Am Steuer

Eine genauere Betrachtung

Folgendes passiert auf der Straße: Das elektronische Steuergerät weist das pneumatische Steuergerät an, den aktuellen Druck zu prüfen und den Reifen entweder auf den vom Fahrer gewählten Druck aufzupumpen oder zu entleeren. Wenn das System feststellt, dass eine Inflation erforderlich ist, prüft es zunächst, ob die Bremsdruckreserven dort sind, wo sie sein sollten. Wenn dies der Fall ist, wird ein leichter Druck auf das Radventil ausgeübt, um das Aufpumpen zu ermöglichen. Wenn die Reifen überfüllt sind, legt das System ein leichtes Vakuum an das Radventil an. Wenn das pneumatische Steuergerät anzeigt, dass der entsprechende Druck erreicht ist, schließt das Ventil.

In dieser Abbildung sehen Sie den Weg, den die Luft zum Aufblasen oder Entleeren zurücklegt, sobald sie das Rad erreicht. Der Schlauch verläuft vom Luftkompressor des Fahrzeugs durch die Radnabe und dann zum Reifenventil. Durch die "Schnellkupplung" kann der Reifen zum Entfernen oder Warten vom CTIS-System getrennt werden. (Dieses Diagramm zeigt auch die Notlauffunktion des Hummers, mit der der Reifen das Fahrzeug auch dann weiter stützen kann, wenn er keine Luft hält.)

Frühes CTIS

Bereits 1984 bot GM das CTIS für CUCV Blazer und Pickups an. CUCV steht für Commercial Utility Cargo Vehicle, und diese Lastwagen werden seit Mitte der 1980er Jahre vom US-Militär eingesetzt. Es handelt sich im Wesentlichen um Chevrolet Blazer und Pick-ups in voller Größe, die mit einer speziellen Ausrüstung für militärische Anwendungen ausgestattet sind.

Das Reifenwartungssystem (TMS) der Dana Corporation ist ein "intelligentes" System für Sattelzugmaschinen, das den Reifendruck überwacht und die Reifen nach Bedarf aufpumpt, um den Druck auf dem richtigen Niveau zu halten. Es verwendet Luft aus dem Bremsvorratsbehälter des Anhängers, um die Reifen aufzupumpen.

Das System besteht aus drei Hauptkomponenten:

Das Reifenschlauchanordnung bietet den Luftweg zum Aufpumpen des Reifens und hat prüfe Ventile Damit die Luftleitungen und Dichtungen nicht unter Druck gesetzt werden müssen, wenn das System die Reifen nicht prüft oder aufpumpt. Dies verringert den Verschleiß der Dichtungen.
Das Drehgelenk besteht aus Luft- und Öldichtungen und Lagern und verbindet den Luftschlauch von der nicht rotierenden Achse mit der rotierenden Radkappe. Die Luftdichtungen verhindern ein Auslaufen und die Öldichtung verhindert eine Kontamination. Die Drehnabe hat auch eine Entlüftung, um den Luftdruck in der Radkappe abzulassen.
Das Verteiler beherbergt das Druckschutzventil, das sicherstellt, dass das System keine Luft zieht, wenn die Luftzufuhr der Bremsen unter 80 psi liegt. Es beherbergt auch einen Einlassfilter, um die Luft sauber zu halten, a Drucksensor zum Messen von Reifendrücken und Magneten, die den Luftstrom zu den Reifen steuern.

Wie das CTIS verfügt auch dieses System über ein elektronische Kontrolleinheit das läuft das gesamte System. Es führt Überprüfungen durch, um sicherzustellen, dass das System betriebsbereit ist, benachrichtigt den Fahrer über eine Warnleuchte am Anhänger (sichtbar durch den Rückspiegel), wenn der Reifendruck um mehr als 10 Prozent unter seinen Normaldruck fällt, und führt eine Systemdiagnose durch.

Das System führt eine anfängliche Druckprüfung durch und fügt jedem Reifen, der dies benötigt, Luft hinzu. Die Rückschlagventile in jedem Reifenschlauch stellen sicher, dass die anderen Reifen keinen Druck verlieren, während ein Reifen aufgepumpt wird. Nach einer anfänglichen Druckprüfung wird das System drucklos, um den Druck von den Dichtungen zu entlasten. Alle 10 Minuten setzt das System die Leitungen unter Druck und überprüft den Reifendruck erneut.

Das System misst den Reifendruck anhand einer Reihe von Luftimpulsen in den Luftleitungen. Wenn der Zieldruck in der Leitung nach einer bestimmten Zeit nicht erreicht wird, beginnt das System mit dem Aufpumpen der Reifen, bis der richtige Druck erreicht ist.

AIRGO System

Das AIRGO-System ist ein konstantes Überwachungssystem, das eine Reihe von verwendet prüfe Ventile einen Luftdruckverlust zu erkennen.

Im Gegensatz zu einigen anderen Systemen verwendet AIRGO keine Luft aus dem Bremssystem des Fahrzeugs. Wenn an einem der verschiedenen Punkte im System (1) ein Versickern der Luft aufgetreten ist, zieht das System Luft (2) aus dem Fahrzeug pneumatisches System (nicht gezeigt) und sendet es über die Fahrzeugachsen (3) - durch die Achsen selbst, wenn sie unter Druck stehen, oder über Schläuche, wenn sie nicht sind - durch die Radkappenbaugruppe (4) und in den Reifen Inflation erfordern.

EIN Warnlicht, Befindet sich auf dem Anhänger, ist aber durch den Rückspiegel des Fahrers sichtbar und leuchtet auf, wenn das System einen Reifen aufgepumpt hat.

Da dies ein ist konstantes Überwachungssystem, AIRGO verwendet Kohlenstoff-Graphit und einsatzgehärteten Stahl für seine Dichtungen anstelle von Gummi.

Andere Systeme

PressureGuard: Das PressureGuard-System leitet Luft von der Luftzufuhr des Anhängers durch die Achsen zu den Naben und dann zu den Reifenventilen. (Weitere Informationen finden Sie unter PressureGuard.)
TIREMAAX: Das TIREMAAX-System nutzt die Luftzufuhr des Anhängers, um einen bestimmten Reifenfüllstand aufrechtzuerhalten. Wenn ein niedriger Reifendruck festgestellt wird, signalisiert dies dem Fahrer und leitet die Luft vom Anhängerluftbehälter zum Reifen, der aufgepumpt werden muss. (Weitere Informationen finden Sie unter Henrickson TIREMAAX.)

Das Meritor Tire Inflation System (MTIS) ist für den Einsatz an Sattelzugmaschinen konzipiert. Es verwendet Druckluft aus dem Anhänger, um Reifen aufzupumpen, die unter den entsprechenden Druck fallen. Luft aus der vorhandenen Anhängerluftversorgung wird zu einem Steuerkasten und dann in jede Achse geleitet.

Die Luftleitungen verlaufen durch die Achsen, um Luft durch eine Drehverbindungsanordnung am Spindelende zu befördern, um Luft auf jeden Reifen zu verteilen. Bei erheblichem Luftdruckverlust informiert eine Kontrollleuchte den Fahrer.

Das Gesamtsystem besteht aus einer Radendbaugruppe und einem Steuermodul.

Radendmontage

Die Radendanordnung umfasst a flexibler Schlauch mit Rückschlagventilen. Das prüfe Ventile Lassen Sie nur Luft strömen in jeder Reifen; Dies stellt sicher, dass während ein Reifen aufgepumpt wird, die anderen Reifen keinen Luftdruck verlieren.

Diese Anordnung enthält auch einen Stator (ein nicht rotierendes Teil) innerhalb der Achsspindel und a Durchfluss-T-Stück das ist an der Radkappe befestigt. Das Durchfluss-T-Stück hat eine dynamische Abdichtung, um eine Drehung zu ermöglichen und gleichzeitig einen Druckverlust zu verhindern, wenn Druckluft von der Achse zur Nabe strömt, die durch ein Rohr erfolgt, das vom Stator in das T-Stück verläuft.

In der Radkappenbaugruppe befindet sich eine entlüften um sicherzustellen, dass sich am Radende kein Druck aufbaut. EIN Deflektorschild verhindert, dass Verunreinigungen wie Schmutz und Wasser in das Radende gelangen.

Für Achsen mit Hohlspindeln a Stecker drücken dichtet das Innere der unter Druck stehenden Achse vom Radende ab, um den Stator zu sichern.

Kontrollsystem

Kontrollen

Das Systemsteuermodul hat eine Absperrventil um zu verhindern, dass Luft zum System gesendet wird, sowie a Filter Feuchtigkeit und Verunreinigungen zu entfernen. Das Benzinhahn Löst den Systemdruck, damit Wartungsarbeiten durchgeführt werden können. Wie einige der anderen Systeme, die Luftversorgung an Bord verwenden, verfügt dieses System über eine Druckschutzventil damit keine Luft angesaugt wird, wenn die Luftzufuhr unter 80 psi liegt.

EIN Systemdruck-Einstellknopf ermöglicht die Anpassung des Luftdrucks des Gesamtsystems. EIN Flow-Sensing-Schalter aktiviert die Kontrollleuchte um den Fahrer wissen zu lassen, ob eine erhebliche Menge Luft in einen Reifen gepumpt wird, was auf einen möglichen Reifenschaden hinweisen würde.

Michelin arbeitet mit mehreren anderen Unternehmen zusammen, um ein aktives Druckmanagementsystem namens zu entwickeln TIPM (Tire Intelligent Pressure Management), voraussichtlich im Jahr 2005 verfügbar. Dieses System verfügt über einen Kompressor, der den Druck in jedem Reifen automatisch anpasst, während das Fahrzeug in Betrieb ist, um Undichtigkeiten und Reifenpannen mit langsamen Leckagen auszugleichen. Der Fahrer kann den Druck je nach gewünschtem Fahrmodus einstellen: Komfort, sportlich, geländegängig oder über Hindernis.

Es gibt mindestens zwei andere Systeme in der frühen Entwicklungsphase, die auf den Verbrauchermarkt ausgerichtet sind - das EnTire System und die Zykloide Luftpumpe System.

Das EnTire Self-Inflating Tire-System verwendet ein Ventil, das Luft aus der Atmosphäre ansaugt. Anschließend pumpt es die Luft mithilfe einer peristaltischen Pumpwirkung in den zu wenig aufgepumpten Reifen. Ziel ist es, ständig einen bestimmten Druck aufrechtzuerhalten.

Das AutoPump-Reifenfüllsystem von Cycloid verfügt über eine kleine, an der Radnabe montierte Pumpe, die durch Drehen der Räder angetrieben wird. Wenn der Systemmonitor einen Druckabfall von 2 bis 3 psi feststellt, pumpt er Luft in den Reifen mit zu geringem Luftdruck. AutoPump verfügt über ein Warnsystem, das bei einer Reifenpanne aktiviert wird.

Weitere Informationen zu selbstaufpumpenden Reifen und verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

Weitere großartige Links

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ArvinMeritor MTIS
GM Goodwrench Videos

Quellen

EnTire
Luft bekommen? Verrücktes Wetter Löhne Reifen Weh
Trends in Japan: Ein besseres Fahrrad bauen
Lynch Hummer: Zentrale Reifeninflation
Roadranger: Zentrales Reifenfüllsystem Goodyear Investor Relations: Jahresbericht 2001
Meritor Tire Inflation Systems (MTIS) von P.S.I.
Dana Spicer Reifenmanagementsysteme
CM Automotive Systems: CTIS-Spezifikationen
US-Verkehrsministerium: 49 CFR Part 571
CarandDriver.com: Der Anti-Genf-Show
Schwerlast-LKW: Luft scheinbar
LandLine: Reifenüberwachungs- und Reifensysteme
Geralds Hummer Seite: Zentrales Reifenfüllsystem
The Groves: Lastwagen der US-Armee mit neuer Technologie von Dana Corp..
Michelin-Innovation in der Reifenelektronik
"Oberflächenrinnen von dünnen Gehwegen und Schotterstraßen unter normalem und reduziertem Reifenfülldruck", von Ahmed Shalaby und Alan Reggin, Canadian Journal of Civil Engineering, 29, 679-691, 2002.
"Unter (kontrolliertem) Druck" von Carol Ludorf, Transportation Communications, Fleet Equipment, August 2002.
"Air as Needed" von David Cullen, Flottenbesitzer, September 2003.
Integriertes Publishing: Zentrales Reifenfüllsystem
Forester.net: Ihren Reifen neues Leben einhauchen

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