Sistemele de monitorizare a presiunii aerului din anvelope (TPMS)

    Presiunea aerului din anvelope are o importanță deosebită asupra siguranței active a automobilului cât și a consumului de combustibil. Dacă presiunea din anvelopele unui automobil este sub limita specificată de constructor, în timpul deplasării automobilului, anvelopele se vor deforma excesiv. Acestă deformare conduce la creșterea temperaturii anvelopei precum și la reducerea aderenței transversale. În cazuri extreme, mai ales dacă anvelopa este la limita duratei de viață, aceasta se poate dezintegra.

    Anvelopele cu presiunea aerului scăzută cauzează instabilitatea automobilului în viraje datorită pierderii aderenței. În plus, pe suprafețe umede distanța de frânare până la oprire, crește considerabil.

    De asemenea, deformarea excesivă a anvelopei conduce la creșterea rezistenței la rulare. Din acest motiv consumul de combustibil va crește simțitor în cazul în care se rulează cu anvelope cu presiunea aerului sub limita specificată de constructor.

Foto: Afișarea informațiilor legate de presiunea din anvelope pe bordul automobilului

    În anii '90 în SUA au avut loc o serie de incidente soldate cu 250 de morți și peste 3000 de răniți datorită unor probleme legate de un anumit tip de anvelope. Companiile implicate în acest incident sunt Ford și Firestone. Automobilele Ford Explorer echipate cu anvelope Firestone au fost implicate într-o serie de incidente datorită dezintegrării anvelopelor în timpul rulajului. Dezintegrarea anvelopelor s-a datorat presiunii insuficiente a aerului combinată cu rularea la viteze mari și temperaturi exterioare ridicate.

    În urma acestor evenimente organismul care se ocupa cu siguranța traficului rutier din SUA (NHSTA – National Highway Traffic Safety Administration) a impus o serie de reglementări pentru a preveni accidentele automobilelor datorate presiunii incorecte din anvelope.

    Reglemetările au fost incluse într-un document numit TREAD (Transportation Recall Enhancement, Accountability and Documentation). Documentul, adoptat de congresul SUA în anul 2000, printre altele, impune constructorilor de automobile utilizarea de sisteme care să monitorizeze presiunea aerului din anvelope. Aceste sisteme se numesc TPMS (Tire Pressure Monitoring System), iar reglementări se aplică automobilelor precum și autovehiculelor de transport persoane.

Calendarul reglementării TPMS în SUA și UE

    Producătorii de automobile sunt obligați să echipeze automobilele cu sisteme TPMS după cum urmează:

SUA

Octombrie 2005 20% din modelele noi de automobile vândute

Septembrie 2006 70% din modelele noi de automobile vândute

Septembrie 2007 100% din modelele noi de automobile vândute

Ianuarie 2008 100% din automobilele noi vândute

UE

Noiembrie 2012 100% din modelele noi de automobile vândute

Noiembrie 2014 100% din automobilele noi vândute

   

Pe lângă SUA și UE, Corea de Sud, Rusia, Indonezia, Filipine, Israel, Malaezia și Turcia vor adopta regulamente care impun echiparea automobilelor comercializate cu TPMS.

Foto: Martorul din bordul automobilului utilizat de TPMS pentru avertizarea conducătorului auto

    Actul TREAD conține o serie de reglementări care se impun sistemelor de monitorizare a presiunii din anvelope (TPMS):o automobilele noi trebuie să fie echipate cu senzori care monitorizează presiunea aerului din toate cele

patru anvelope (anvelopa de rezervă nu este obligatori să fie monitorizată)o sistemul TPMS trebuie să fie activ la punerea contactului motoruluio în cazul în care presiunea din anvelope scade cu mai mult de 25% din valoarea specificată de

constructor, sistemul TPMS trebuie să avertizeze conducătorul autoo sistemul TPMS trebuie să avertizeze conducătorul auto prin aprinderea unui martor luminos din bordul

automobiluluio martorul TPMS trebuie să rămână aprins până când presiune din anvelopele cu probleme este adusă la

valoarea nominalăo sistemul TPMS trebuie să fie diagnosticat și să alerteze conducătorul auto când nu funcționează în

parametrii nominalio manualul de utilizarea al automobilului trebuie să avertizeze conducătorul auto cu privire la utilizarea

unor anvelope care nu sunt echipate pentru TPMS

Foto: Afișarea informațiilor legate de presiunea din anvelope pe bordul automobilului

    Monitorizarea și menținerea presiunii aerului din anvelope la valorile nominale are impact asupra siguranței automobilului și a consumului de combustibil. Anvelopele cu presiunea nominală, comparativ cu cele slab presurizate:

o îmbunătățesc maniabilitatea și stabilitatea automobiluluio reduc distanța de frânareo reduc riscul acvaplanăriio se uzează mai greu și au durata de viață mai mareo reduc consumul de combustibilo reduc riscul apariției accidentelor

Tipurile de sisteme de monitorizare a presiunii aerului din anvelope

    Primele sisteme de monitorizare a presiunii din anvelope au fost utilizate în Europa ca sisteme opționale pentru automobilele de lux începând cu anii 1980. Primul automobil echipat cu TPMS a fost Porsche 959 în 1986. La mijlocul anilor 90, în SUA, Chevrolet Corvette este comercializat cu TPMS. În 1999 grupul PSA (Peugeot – Citroen) echipează Peugeot 607 cu TPMS. Un an mai târziu, în 2000, Renault lansează Laguna II având în echipamentul standard sistem TPMS.

    Există două tipuri de sisteme de monitorizare a presiunii aerului din anvelope:

o indirecte (iTPMS)o directe (dTPMS)

iTPMS

    Sistemele iTPMS utilizează semnalele de viteză ale roților furnizate de sistemului ABS. Algoritmul de control compară aceste semnale și detectează care din cele patru roți are presiune aerului sub limita impusă de constructor.

Foto: Sistemul indirect de monitorizare a presiunii aerului din anvelope (iTPMS)

1. senzor viteză roată2. calculator automobil

    Principiul de funcționare al acestui sistem se bazează pe raza de rulare a roții. La presiunea nominală anvelopa are o anumită rază de rulare. Viteza tangențială a roții este dată de produsul dintre turația roții și raza de rulare. Dacă presiunea din anvelopă scade atunci scade și raza de rulare a roții. În același timp pentru ca roata să aibă aceeași viteză tangențială, turația acesteia va fi mai mare. Astfel, comparând turațiile celor patru roți se poate decide care are raza de rulare mai mică, deci presiune a aerului scăzută.

    Sistemele iTPMS au avantajul că utilizează echipamentele deja existente pe automobile (sistemul ABS). Modificările sunt doar la nivel de software (ex. în calculatorul ABS) și nu necesită echipamente adiționale. Pe de altă parte, la iTPMS, presiunea aerului din anvelope este aproximată, nu se măsoară direct. Din acest motiv apar o serie de dezavantaje:

o presiunea estimată nu este precisăo dacă presiunea este scăzută în toate cele patru anvelope sistemul nu va avertiza conducătorul autoo înlocuirea unei anvelope uzate cu una noua (celelalte trei fiind uzate) poate declanșa o alarmă falsăo datorită condițiilor meteo, dacă una sau mai multe roți patinează, se poate declanșa o alarmă falsă

    În SUA sistemele iTPMS nu îndeplinesc reglementările impuse de actul TREAD.

Warnair - sistemul iTPMS de la Dunlop    Dunlop în colaborare cu Bosch a creat sistemul Warnair. Acesta este un sistem ce monitorizează indirect presiunea aerului din anvelope utilizând informațiile venite de la senzorii de viteză a roților a sistemului ABS.

    Sistemul Warnair este parte integrantă a sistemelor ABS/ESP de la Bosch. Acest sistem a fost lansat pentru prima oară pe piața europeană de automobile și a echipat BMW seria 5 (E30), fiind o componentă a sistemului DSC (Dynamic Stablity Control).

    A doua generație a sistemului Warnair numit DDWS (Dunlop Deflation Warning System), conține algoritmi de calcul mai avansați care, pe lângă analiza vitezei roții, realizează și o analiză în frecvență pentru a detecta care anvelopă are presiune în afara limitelor precizate de constructor.

    Sistemul DDWS este operațional de la viteze de deplasare mai mari de 15 km/h până la viteza maximă a automobilului. Acesta trebuie recalibrat de fiecare dată când o anvelopă este schimbată sau înlocuită.DDS – sistemul iTPMS de la Continental    Sistemul DDS (Deflation Detection System) determină indirect presiunea aerului din anvelope utilizând informațiile de viteză ale roților ale sistemului ABS. Acest sistem este 100% software și utilizează echipamentele deja existente pe automobil (senzorii ABS) pentru alertarea conducătorului auto în cazul unei presiuni insuficiente în anvelope.

Foto: Sistemul DDS de la Continental

    De obicei automobilele care sunt echipate cu anvelope care permit rulalea și în cazul pierderii presiunii (en: runflat tires) au sisteme iTPMS pentru a alerta conducătorul auto de existența unui defect la nivelul anvelopelor. fără avertisment conducătorul auto nu sesizează defectul și poate rula cu o anvelopă presurizată insuficient cu efect negativ asupra siguranței active și a consumului de combustibil .

dTPMS

    Sistemele dTPMS utilizează senzori în fiecare anvelopă care transmit în timp real informații legate de presiunea și temperatura aerului din anvelope. Aceștia transmit informația wireless, pe frecvențe de 315 MHz sau 434 MHz la calculatoarele automobilului.

Foto: Sistemul direct de monitorizare a presiunii aerului din anvelope (dTPMS)

1. senzori de presiune și temperatură2. receptoare semnal wireless (antene)3. modul electronic de control TPMS4. informația afișată pe tabloul de bord

    Sistemul dTPMS îndeplinește următoarele funcții:

o monitorizează continuu presiunea aerului din anvelope atât în repaus cât și în timpul mișcăriio avertizează instantaneu conducătorul auto cu privire la scăderea presiunii din anvelopeo previne avertizările false din timpul umflării anvelopeloro identifică și localizează automat anvelopele de pe automobil

Foto: Exemplu de informații de presiune pentru fiecare anvelopă a automobilului

    Senzorii (1), alimentați de baterii interne, măsoară și trimit în timp real informațiile de presiune și temperatură. Pe lângă aceste informații, senzorii mai trimit și câte un identificator unic pentru fiecare roată precum și starea de încărcare a bateriei.

    În apropierea fiecărei roți este montată un receptor/antenă (2) care primește informațiile de la senzori. Mai departe, informația este transmisă, prin intermediul unei conexiuni electrice directe, către un modul electronic de control TPMS (3). Sistemele mai avansate utilizează protocolul LIN pentru comunicația dintre receptor și modulul de control. Utilizând magistrala CAN, modulul electronic de control TPMS comunică și transmite informațiile tabloului de bord (4) care afișează, pentru fiecare roată informațiile de presiune și temperatură.

Foto: Exemplu de informații de presiune și temperatură pentru fiecare anvelopă a automobilului

    Opțional sistemele dTPMS pot monitoriza și presiunea aerului din anvelopa de rezervă.

Senzori TPMS

    Sistemul dTPMS conține două tipuri de senzori:

o senzori integrați în supapa anvelopeio senzori bandă, fixați pe suprafața interioară a jantei cu ajutorul unui colier    Senzorii de tip bandă sunt specifici automobilelor Ford și Mazda, restul producătorilor utilizînd senzori integrați în supapa anvelopei.

Foto: Senzor TPMS integrat în supapa Foto: Poziția de montare pe jantă a senzorului TPMS integratanvelopei

Foto: Senzori TPMS bandă și colierul de fixare

    Cei mai des utilizați senzori sunt cei integrați în supapa de aer a anvelopei. Indiferent de tipul producătorului componentele de bază ale acestui senzor sunt aproximativ aceleași. Un kit complet de senzor TPMS conține următoarele elemente:

Foto: Componentele senzorului TPMS integrat în supapa anvelopei

1. capac supapă aer anvelopă2. capac de fixare a anvelopei pe jantă3. corpul supapei4. șurub de fixare a senzorului de presiune pe supapă5. corpul senzorului6. orificiu de contact cu aerul

    Este deosebit de important ca consumul de energie electrică a senzorului să fie foarte mic, pentru ca durata de viață a bateriei să fie relativ mare (în jur de 5-7 ani). De asemenea, masa totală a senzorului trebuie să fie mică pentru a nu induce dezechilibre la nivelul roții, care se pot resimții la viteze mari.

    Sistemul electronic la nivelul senzorului conține: elementul sensibil de măsurare a presiunii, un circuit de procesare a semnalului, un circuit de transmitere prin radio-frecvență (RF) și o baterie de alimentare cu energie electrică.

Foto: Schema bloc a sistemului electronic al senzorului TPMS

    Pe lîngă informația de presiune senzorul măsoară și temperatura aerului din anvelope. Pentru a transmite aceste informații senzorul este alimentat de la o baterie litiu-ion cu durată mare de viață. Bateria nu se poate înlocui, dacă este descărcată senzorul trebuie schimbat cu unul nou.

    Senzorul TPMS trebuie să funcționeze nominal în condiții deosebit de severe. Temperaturile extreme de funcționare sunt de -40 și +150 °C. Șocurile la care reziste pot atinge valori de 2000 g. De asemenea acesta trebuie să reziste la umezeală, condens și praf.

Sistemul dTPMS hibrid de la TRW    Acest sistem dezvoltat de TRW este un sistem dTPMS simplificat hibrid. Pe lângă informațiile de presiune și  temperatură primite de la senzorii din roți utilizează și semnalele de viteză ale sistemului ABSpentru a determina poziția roții cu presiune scăzută.

Foto: Sistemul dTPMS hibrid

    Prin acestă combinație între un sistem dTPMS și unul iTPMS se poate utiliza doar un singur receptor wireless pentru toți cei patru senzori de de presiune și temperatură. Astfel se reduce costul total al sistemului păstrîndu-se în același timp modul de funcționare.

Sistemul dTPMS Beru pentru automobilele de competiție

    Echipa Aston Martin Racing a utilizat sistemul TPMS de la Beru pentru automobile de competiție, în cursa de 24 de ore de la Le Mans. Sistemul a echipat automobilele Aston Martin V12 Vantage și Rapide.

Foto: Componentele sistemului TPMS pentru automobile de competiție

    Sistemul este compus din câte un senzor și o antenă receptoare pentru fiecare roată. Antenele sunt conectate la un modul electronic de control care transmite informațiile de presiune și temperatură din anvelope atât pilotului cât și echipei tehnice de la standuri.

    Prin intermediul unei magistrale CAN de mare viteză informațiile de presiune și temperatură ale anvelopelor sunt transmise și afișate pe un ecran din bordul automobilului pentru a informa pilotul cu privire la eventualele probleme legate de anvelope.

Foto: Ecran pentru afișarea informațiilor legate de anvelope

    Pe baza informațiilor primite de la sistemul TPMS echipa tehnică de la standuri este informată în timp util în legătură cu anvelopele cu probleme. În acest mod se evită rularea cu o anvelopă defectă care se poate

dezintegra în timpul cursei și se reduce substanțial timpul de staționare la standuri deoarece se cunoaște exact care anvelopă trebuie înlocuită.