TPMS

TPMS

TPMS, acronimo di Tire Pressure Monitoring System è un sistema di controllo della pressione degli pneumatici che è ormai ampiamente utilizzato nelle auto di serie, anche in quelle di fascia media. Ma come funzionano? Quali sono le tipolgie e le differenze?

Pressione degli pneumatici e tenuta di strada

Prima di parlare del sistema, perchè è importante monitorare la pressione degli pneumatici? Semplice…è una questione principalmente di sicurezza. Ma quali sono i meccanismi che incidono sulla sicurezza?

Rispetto ad una condizione ideale di riferimento, uno pneumatico gonfiato ad una pressione eccessiva ha una superficie di contatto con il suolo (impronta a terra) ridotta. Gli effetti principali di questa condizione sono una riduzione di grip ed una usura nel tempo irregolare, maggiore al centro dello pneumatico e minore all’esterno. Ne risente anche il confort di marcia perchè aumenta la rigidezza verticale dello pneumatico. Si percepisce il volante più “leggero” perchè diminuisce il momento di autoallineamento, cioè quel momento che nasce dallo scambio di forze a terra tra pneumatico e suolo e che in condizioni di normale aderenza si oppone alla coppia applicata al volante.

Al contrario una pressione troppo bassa porta comunque ad una riduzione di impronta a terra riducendo il grip e ad una usura irregolare, maggiore verso l’esterno e minore verso il centro. La trasmissione delle vibrazioni all’abitacolo diminuisce perchè si riduce la rigidezza verticale, ma aumentando l’ampiezza delle deformazioni lo pneumatico si scalda di più, aumentando la possibilità che si danneggi. In entrambi casi cambia anche la rigidezza di deriva, che in questo caso diminuisce, per cui lo pneumatico tende a generare meno forza laterale.

La perdita di pressione

Lo pneumatico può perdere pressione principalmente in due modi:

  • Urto/foratura o anomalia di una valvola: questi due casi comportano una rapida riduzione di pressione e sono i più pericolosi
  • Diffusione: le molecole d’aria permeano attraverso lo pneumatico e la pressione interna si riduce lentamente. Questo è il motivo per cui le case automobilistiche consigliano un controllo periodico della pressione. Nella fascia più interna dello pneumatico viene integrato uno strato chiamato inner liner la cui funzione è proprio quella di ridurre al minimo la diffusione.

Tipologie di TPMS

Esistono essenzialmente due tipologie di TPMS in commercio, differenziate l’una dall’altra dall’accuratezza e quindi dal costo differente: sistema diretto e indiretto.

 1. Sistema diretto

E’ un impianto vero e proprio installato in vettura. E’ costituito da sensori montati nel cerchio al posto delle valvole (immagine seguente) che emettono i segnali contenenti informazioni di pressione e a volte anche temperatura a un ricevitore. Questi segnali sono ricevuti da una o più antenne che inviano il tutto ad una Electronic Control Unit che li elabora.

Valvola TPMS

Questo sistema è in grado di rilevare non solo se la pressione nello pneumatico è troppa o troppo poca rispetto ad un valore di riferimento, ma indica su quale ruota è presente l’anomalia e qual’è il valore della pressione ed eventualmente della temperatura di ciascun pneumatico.

L’algoritmo che elabora i segnali in centralina tiene conto di tutte quelle condizioni al contorno che variano la pressione interna allo pneumatico ma che comunque rientrano nella normalità, come ad esempio l’incremento o la riduzione di carico verticale sulla ruota, causato dai trasferimenti di carico in accelerazione, frenata o in curva.

Per avere sempre una corretta pressione di riferimento, questa deve attivata manualmente. Quando ad esempio si cambia la pressione o si cambiano gli pneumatici il sistema deve essere azzerato mediante l’apposito pulsante, che una volta attivato inizializza la fase di apprendimento. In questa fase i sensori si mettono in “ascolto” e iniziano a registrare la pressione in un intervallo temporale, considerando quei valori come il riferimento. Essendo una strumentazione molto sensibile, deve essere inizializzata correttamente in modo da evitare falsi allarmi.

Tra i vantaggi troviamo sicuramente l’accuratezza di misura, la possibilità di leggere i valori di pressione ed eventualmente anche la temperatura.

Tra gli svantaggi c’è il costo maggiore rispetto al sistema indiretto, giustificato dalla necessità di sviluppare un sistema hardware e software ad hoc, la possibilità che qualche componente hardware si rompa, soprattutto i sensori durante il cambio gomme, e la presenza di una batteria nei sensori che ha una sua vita finita.

 2. Sistema indiretto

Questo TPMS non necessita di componenti aggiuntivi installati in vettura, ma la sua logica di controllo sfrutta i sensori già presenti nel veicolo, principalmente i sensori di velocità angolari ruota già utilizzati dall’ ABS.

Possiamo già individuare il primo vantaggio, cioè la riduzione del costo grazie all’assenza di parti aggiuntive da installare, calibrare, programmare. Lo svantaggio lo troviamo nel titolo del paragrafo: essendo un metodo indiretto non misura la pressione ma la stima, anzi, stima la differenza tra un valore di riferimento e un valore limite, in alto o in basso, di pressione.

Principio di funzionamento

Immaginiamo di percorrere un rettilineo con la nostra auto che monta 4 ruote uguali. Con le 4 pressioni uguali la velocità lineare di ogni ruota, calcolata come prodotto tra la velocità angolare $\omega$ e il raggio di rotolamento, deve essere uguale a quella delle altre e quindi a quella del veicolo. Se una di queste è sgonfia, per avere la stessa velocità lineare a quella del veicolo deve ruotare ad una $\omega$ maggiore. Il TPMS rileva che quest’ultima è maggiore delle altre, “comprende” che il suo raggio di rotolamento è diminuito a causa di una riduzione di pressione, segnalando il problema.

Come al solito il funzionamento reale non è così semplice. La misura del raggio di rotolamento è influenzata da parecchi fattori, tra cui:

  • Trasferimenti di carico longitudinali e laterali;
  • Una diversa distribuzione dei carichi verticali sulle quattro ruote quando la nostra auto è piena perchè stiamo andando in vacanza;
  • La sola percorrenza di una curva per cui le ruote hanno una diversa velocità angolare;
  • Le alte velocità che tendono a deformare lo pneumatico.
  • Differente usura di uno pneumatico rispetto ad un altro.

La ECU dunque deve valutare tutte queste variabili per evitare di fornire falsi allarmi.

Anche in questo caso ogni volta che si sostituiscono gli pneumatici, si regolano le pressioni, o si eseguono altre operazioni il sistema dovrebbe essere resettato ed inizializzato alle nuove pressioni di riferimento.

Un altro svantaggio sta nel fatto che il messaggio di allarme è molto generico, non viene segnalata nè la pressione, nè in alcuni casi neanche la ruota interessata, il sistema indica semplicemente che c’è un’anomalia, come nell’immagine seguente.

Spia warning TPMS

Esistono dei TPMS indiretti che permettono di stimare la riduzione di pressione causata dalla diffusione. Mediante l’analisi in frequenza delle oscillazioni della carcassa dello pneumatico, legata alla sua rigidezza e quindi alla pressione di gonfiaggio, riescono a stimare il lento sgonfiaggio avvertendoci anche in questo caso.

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