Präzise Reifenüberwachung für Lkw
Intelligente Reifensensoren für mehr Sicherheit und Effizienz
Lkw-Flotten stehen vor steigenden Anforderungen an Effizienz, Sicherheit und Emissionsreduzierung. Moderne Reifenüberwachungssysteme (TMS) spielen dabei eine zentrale Rolle. Ihre Sensoren erfassen in Echtzeit Reifendruck, Temperatur und Belastung, was Pannen vorbeugt und Wartungskosten senkt.
Lkw und Schwerlastfahrzeuge sind für die Lieferketten von grundlegender Bedeutung. Täglich transportieren sie Lebensmittel, Medikamente, Kraftstoffe, elektronische Bauelemente und vieles mehr rund um den Globus. Weil rund 77 Prozent des Binnenfrachtverkehrs in der EU mit Lkw abgedeckt werden, legen Hersteller und Flottenbetreiber gleichermaßen großen Wert auf effiziente, sichere und zuverlässige Transportfahrzeuge. Diese drei Hauptanforderungen tragen zusammen mit dem Umstieg auf Elektrofahrzeuge zu geringeren Emissionen im Transportwesen bei – und zu „intelligenteren“ Lkw: Funktionen, die von Fahrerassistenzsystemen (ADAS) bis hin zu vollständig autonomen Lkw reichen, sind alle darauf ausgelegt, die Transportnetze effizienter und mit weniger Unfällen zu betreiben.
Digitale Überwachungssysteme für mehr Sicherheit
Um die Funktion und Zuverlässigkeit zu verbessern, sind Lkw heute mit digitalen und elektrischen Sensorsystemen ausgestattet, die verschiedene Parameter überwachen wie etwa das Einhalten der Spurposition und des Abstands zu anderen Fahrzeugen, aber auch die Überwachung des Reifendrucks. Reifendrucküberwachungssysteme (TPMS; Tire Pressure Monitoring System) kontrollieren kontinuierlich den Reifenzustand und sind damit für die Unfallverhütung sowie für effizienteren Kraftstoffverbrauch und geringere Wartungskosten entscheidend.
Für die Lkw-Branche, in der die Gewinnspannen gering und die Betriebssicherheit essenziell ist, sind Reifenüberwachungssensoren (TMS; Tire Monitoring Sensor) maßgeblich.
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TMS: entscheidend für elektrische und autonome Lkw
Reifen sind ein kritischer Schwachpunkt bei Schwerfahrzeugen, besonders im Fernverkehr. Laut der Federal Motor Carrier Safety Administration (FMCSA) sind Reifenpannen für etwa sechs Prozent aller Lkw-Unfälle in den USA verantwortlich – das sind etwa 8000 Unfälle pro Jahr. Eine kontinuierliche Reifenüberwachung könnte die Risiken mindern und die Betriebszuverlässigkeit erhöhen.
Im Vergleich zu Elektrofahrzeugen für den Personenverkehr ist TMS bei schweren Nutzfahrzeugen aufgrund der höheren Achszahl, der größeren Reichweite und des deutlich höheren Gesamtgewichts zwingend notwendig. Bei Elektro-Lkw erhöht das zusätzliche Gewicht der Batterien die Belastung der Reifen, was den Verschleiß beschleunigt und das Risiko eines Reifenschadens erhöht. Gerade bei sehr schweren Lkw sind TMS essenziell, weil sie einen optimalen Reifendruck gewährleisten – was wiederum die Sicherheit und die Lebensdauer der Reifen erhöht und die Fahrzeugeffizienz durch einen geringeren Rollwiderstand verbessert. Nicht zuletzt macht sich die eingesparte Energie auch in höheren Reichweiten bemerkbar.
Autonome Lkw bringen einen weiteren Aspekt mit sich. Weil kein menschlicher Fahrer da ist, der Reifenprobleme erkennen kann, muss man sich vollständig auf integrierte elektronische Systeme verlassen, die den Zustand des Fahrzeugs und der Straße überwachen und darauf reagieren. In diesem Szenario wird ein TMS zu einem wichtigen Indikator, der den Steuerungssystemen des Fahrzeugs wesentliche Daten zur Verfügung stellt, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Zur Veranschaulichung: Bei Erkennung einer Reifenstörung kann der Sensor mit dem zentralen Steuerungssystem des Lkw verbunden werden und bei Bedarf Maßnahmen wie Umleitung oder Notbremsung einleiten.
Erweiterte Sensortechnologie für autonomes Fahren
Die herkömmliche Reifenüberwachung beschränkt sich weitgehend auf die Messung des Reifendrucks. Vollständig autonome Fahrzeuge benötigen jedoch detailliertere Daten, um einen zuverlässigen Betrieb über längere Strecken und für unvorhersehbare Fahrbedingungen zu gewährleisten. Durch die Integration zusätzlicher Sensoren, z. B. eines Beschleunigungssensors, können autonome Fahrzeuge den Zustand der Straßenoberfläche sowie die Reifenbelastung intelligent erkennen und überladene oder unausgeglichene Fahrzeuge identifizieren.
Reifensensoren integrieren
Die steigende Nachfrage nach Straßengüterverkehr treibt die Entwicklung intelligenterer, stärker vernetzter Transportnetze voran. Immer mehr Flottenbetreiber setzen auf Telematik und das IoT, um die Logistik zu optimieren. Ein intelligentes TMS fügt sich hier nahtlos ein und liefert wichtige Reifendaten, die in Fahrzeuge und Flottenmanagementsysteme integriert werden können. Damit ist eine vorausschauende Wartung möglich, die Ausfallzeiten werden reduziert und die allgemeine Betriebseffizienz verbessert.
Hinzu kommt, dass die Vorschriften zur Reifensicherheit weltweit verschärft werden. Seit Juli 2024 müssen alle in Europa verkauften neuen Lkw, Anhänger und Busse
bei der Zulassung mit einem TPMS ausgestattet sein. In Zukunft werden Behörden zunehmend Vorschriften für Schwerfahrzeuge (besonders autonome) erlassen, um die Verkehrssicherheit und den Umweltschutz zu verbessern. Folglich werden Fahrzeughersteller nach intelligenteren Reifensensoren suchen, die herkömmliche TPMS übertreffen. Dabei ist es jedoch entscheidend, dass die neue Technik einfach zu integrieren und zu skalieren ist.
Reifensensor-Multitalent von Melexis
Mit all den genannten Aspekten im Blick hat Melexis den MLX91805 entwickelt – einen intelligenten Reifensensor, der mehrere Sensorfunktionen in einem kompakten System-in-Package (SiP) von 4 mm x 5 mm vereint. Ein hochpräzises Drucksensorelement ist die Basis dieses Bausteins, der präzise Druckmessungen bis 1400 kPa ermöglicht und zuverlässige Lkw-Reifendruckmessungen gewährleistet. Im Gegensatz zu herkömmlichen TPMS-Sensoren verfügen die intelligenten Sensoren von Melexis jedoch über viel mehr Funktionen, darunter zusätzliche Temperatur- und Spannungsmessung sowie einen 800g-XZ-Achsen-Beschleunigungssensor, der bis zu 10.000 Messwerte pro Sekunde erfasst.
Proaktive Echtzeit-Überwachung
Im Betrieb ermöglicht der Beschleunigungssensor detaillierte Messungen der Reifenverformung. Mit diesen Daten lassen sich Anzeichen von ungleichmäßigem Verschleiß erkennen, wann eine Wartung erforderlich ist sowie die Reifenaufstandsfläche und die Fahrzeuglastverteilung abschätzen (Bild 1). Diese Erkenntnisse helfen Fahrern schwerer Lkw, bei denen ein ungleichmäßiges Ladungsgewicht die Sicherheit und die Effizienz beeinträchtigen. Darüber hinaus ermöglichen die Echtzeit-Multisensordaten des MLX91805 in autonomen Fahrzeugen mit modernen Steuerungssystemen, den Reifenzustand, die Fahrzeuglast und die Straßenbedingungen zu erkennen. Damit sind eine proaktive Überwachung des Reifenzustands und autonome Betriebsanpassungen möglich.
Die Überwachung von Druck und Temperatur trägt auch dazu bei, potenzielle Probleme wie zu geringen Reifendruck, Überhitzung und mechanische Probleme wie langsame Raddrehung frühzeitig zu erkennen und so vorzeitigen Reifenverschleiß zu verhindern. Bei schweren Elektro-Lkw ist die Steuerung der Reifenbelastung unter Berücksichtigung des zulässigen Gesamtgewichts des Fahrzeugs entscheidend für eine lange Reifenlebensdauer und hohe Betriebseffizienz.
Kompakt und genügsam
Der stromsparende MLX91805 basiert auf einer 16-bit-RISC-MCU und wird im kundenspezifischen, druckdurchlässigen Kunststoff-DFN14-Gehäuse geliefert. Dies ermöglicht einen effizienten Betrieb mit niedriger Spannung (3,6 bis 1,8 V) und geringem Ruhestrom (90 nA), was wiederum die Batterielebensdauer maximiert. Ein integrierter 315/433-MHz-HF-Sender und ein 125-kHz-NF-Transceiver sorgen für die Datenübertragung vom Reifeninneren zur externen Elektronik. Zusammen mit einigen externen Komponenten und einer Batterie ist der MLX91805 die optimale Lösung für intelligente Lkw-Reifensensoranwendungen.
Melexis bietet auch ein Referenzdesign-Board (RDB) auf Basis eines qualifizierten Bluetooth-Low-Energy-/BLE-Transceivers sowie eine vollständige Hardware- und Software-Designreferenz von der Leiterplatte bis zur Software an, einschließlich NF/HF-Leistungsoptimierung. Das beschleunigt die Entwicklung und ermöglicht eine TMS-Lösung mit sehr niedrigem Stromverbrauch auf kleinstem Raum.
Flottenmanagement: Mehr Einblick für mehr Betriebseffizienz
Neben mehr Sicherheit und Fahrzeugleistung bietet der MLX91805 Flottenbetreibern einen weiteren Mehrwert: Der Zugriff auf detaillierte Reifendaten in Echtzeit ermöglicht den Betreibern, Strategien für die vorausschauende Wartung umzusetzen, Ausfallzeiten zu reduzieren und die Lebensdauer der Reifen zu verlängern. Die Fähigkeit des Systems, Reifenverformung und Lastverteilung zu überwachen, trägt auch zu einem sichereren und effizienteren Transport bei. Ungleichmäßige Lastverteilung lässt sich erkennen und beheben, bevor sie zu schwerwiegenderen Problemen führt. Darüber hinaus kann das TMS im Notfall (z.B. plötzlicher Reifendruckverlust) die Flottenmanager sofort benachrichtigen, um entsprechende Maßnahmen einzuleiten.
Fazit: Die Zukunft von TMS im Transportwesen
Intelligente Reifensensoren in Transportfahrzeugen stellen einen nahezu unsichtbaren, aber dennoch wichtigen Schritt in der Entwicklung der Transportbranche dar. Für elektrische und autonome Lkw liefern sie die entscheidenden Daten, die Sicherheit, Effizienz und Zuverlässigkeit gewährleisten.
Die Lösung von Melexis wird bereits von mehreren Fahrzeugherstellern in ihren autonomen Fahrzeugen eingesetzt. Der MLX91805 und ähnliche Sensoren von Melexis (wie der MLX91804) sind kompakt und effizient konzipiert, sodass sie sich für die Integration in aktuelle und zukünftige Fahrzeuge eignen – ohne die Komplexität zu erhöhen. Während sich Lkw weiterentwickeln, werden TMS weiterhin unverzichtbar sein, um Sicherheit, Zuverlässigkeit und Betrieb im gesamten Transportsektor zu verbessern.
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