Come misura la pressione degli pneumatici il TPMS?

Il TPMS, ovvero il sistema di monitoraggio della pressione degli pneumatici, è un dispositivo elettronico di sicurezza che avvisa il conducente accendendo la spia gialla sul cruscotto quando la pressione di uno pneumatico si riduce in modo significativo. Lo determina o tramite i veri sensori di pressione all'interno di ogni pneumatico o calcolando i dati di velocità di ruota dell'ABS; quale metodo venga utilizzato dipende interamente dall'architettura del veicolo.

Come funziona il TPMS? Due approcci ingegneristici distinti

Quando la tua auto ti parla della pressione degli pneumatici, in realtà è in azione una di due tecnologie completamente diverse: una misura direttamente, l'altra stima in modo indiretto. Entrambe accendono la stessa spia gialla, ma la storia al loro interno è completamente diversa. Vediamole entrambe.

Sistema diretto: un vero sensore all'interno dello pneumatico

Nel TPMS diretto, ogni ruota contiene un vero sensore sensibile alla pressione. Nella maggior parte dei veicoli passeggeri questo sensore è montato sulla base interna del corpo della valvola; nei veicoli ad alte prestazioni viene invece fissato con nastro sulla parte laterale del cerchio. Cosa c'è dentro il sensore? Una cella di pressione che monitora la pressione in tempo reale, un microcontrollore, un trasmettitore RF, un sensore di temperatura e una piccolissima batteria. In pratica, dentro lo pneumatico vive un mini computer.

Ogni sensore ha un numero di serie univoco; grazie a questo numero il sistema capisce sia quale pneumatico ha un problema sia che i dati non provengano da un altro veicolo. Tutti i dati arrivano wireless all'unità di controllo centrale. La precisione di misurazione è a livello di 0,1 PSI - una differenza minima difficile da rilevare persino con i misuratori di pressione manuali.

Anche la fisica alla base del rilevamento della pressione è interessante: i sensori possono funzionare secondo i principi piezoelettrico, piezoresistivo, strain gauge e MEMS. Per risparmiare energia è stato ideato un sistema intelligente: a veicolo parcheggiato i sensori dormono e si svegliano quando la ruota inizia a girare. Durante la guida trasmettono dati in genere ogni 30-60 secondi ; se la pressione cambia rapidamente, iniziano a inviare segnali più frequentemente.

Sistema indiretto: dedurre dai dati dell'ABS

Il TPMS indiretto (iTPMS) invece non porta alcun sensore dentro lo pneumatico. Funziona invece con algoritmi software che analizzano i dati di velocità di rotazione provenienti dai sensori di velocità di ruota già presenti nell'ABS e nell'ESC. La logica è questa: man mano che la pressione dell'aria diminuisce, il raggio di rotolamento dello pneumatico si riduce, cioè lo pneumatico si sgonfia e deve girare più velocemente per coprire la stessa distanza. Se la ruota gira più velocemente del previsto, il computer calcola che la pressione di quello pneumatico è diminuita e emette un avviso.

Uno degli esempi più noti di questo approccio è stato brevettato come un sistema di rilevamento della sgonfiaggio senza sensori che valuta le variazioni della circonferenza di rotolamento. Offre un'architettura più semplice ed economica rispetto al sistema diretto, perché non richiede hardware sensoristico dedicato. In compenso è basato su stime e non può mostrare il valore reale della pressione - la spia si accende, ma non dice mai a quale pressione si trovi.

Capricciosità della temperatura: perché la spia si accende al freddo?

Se hai visto accendersi la spia TPMS avviando l'auto in una mattina invernale, niente panico - nella maggior parte dei casi non si tratta di una vera perdita, ma di pura fisica. Ogni volta che la temperatura scende di 10°F (circa 5,5°C), la pressione degli pneumatici diminuisce di circa 1 PSI. L'aria non è sfuggita dal pneumatico; il gas al suo interno si è semplicemente contratto. Proprio come l'aria in un palloncino che al freddo sembra sgonfiarsi. Man mano che lo pneumatico si scalda, la pressione torna a salire - è per questo che le misurazioni della pressione si effettuano a pneumatico caldo.

Ma c'è di più. Il sensore all'interno della valvola in realtà non misura la temperatura del gas nello pneumatico, ma di solito quella del cerchio. Il calore trasmesso dal disco freno al cerchio o improvvisi cambiamenti di temperatura, come uscire da un garage caldo verso la strada fredda, creano una differenza di temperatura tra cerchio e gas e il sensore può fare letture errate. Inoltre, man mano che la temperatura dello pneumatico aumenta, la pressione sale naturalmente; il sistema può scambiare questo aumento per un guasto.

Gli ingegneri cercano di risolvere questo problema con metodi di compensazione. In un brevetto correlato si descrive il calcolo della temperatura del gas da almeno due fonti di informazione - sensori fisici e/o un modello di temperatura virtuale derivato da variabili di dinamica di guida come coppia ruota, accelerazione longitudinale e laterale, yaw rate. I valori misurati vengono convertiti alla temperatura di riferimento di 20°C e riportati sul quadro strumenti in questo modo. L'obiettivo è unico e chiaro: ridurre i falsi allarmi.

Da dove vengono i falsi allarmi?

Non pensare ogni volta che lo pneumatico stia per scoppiare solo perché si è accesa la spia TPMS. Le principali fonti di falsi allarmi sono note:

• Aria fredda e calo naturale della pressione - la contrazione del gas di cui abbiamo appena parlato.
• Le perdite lente restano silenziose finché il sistema non supera la soglia, poi avvisano all'improvviso.
• La mancata azzeramento del sistema dopo la rotazione degli pneumatici.

Anche il comportamento della spia fornisce indizi: dopo qualche minuto di guida, una spia fissa indica in genere una pressione seriamente bassa; al contrario, una spia lampeggiante segnala di solito un guasto di comunicazione del sensore o una batteria scarica. Dopo la rotazione, molti veicoli riapprendono automaticamente le posizioni dei sensori guidando a velocità superiore a 20 mph; alcuni modelli richiedono invece uno strumento di relearn manuale.

Nei sistemi indiretti la probabilità di falso allarme è un po' più alta. Un'usura non uniforme degli pneumatici o il montaggio della ruota di scorta possono ingannare il sistema perché modificano la circonferenza di rotolamento. La mancata corrispondenza della circonferenza delle ruote può confondersi con gli avvisi ESC; un errore di calibrazione dell'ABS e guasti ai sensori di velocità delle ruote sono anch'essi fonti note di diagnosi errate. E un punto critico: se tutti gli pneumatici perdono aria alla stessa velocità, il sistema indiretto potrebbe non accorgersene per nulla.

C'è anche un limite da conoscere: il TPMS non può prevedere perdite lente né scoppi non causati da temperature elevate. Genera un allarme solo quando la pressione scende sotto una certa soglia. Per individuare la perdita, il metodo classico resta valido: la prova con schiuma di sapone. Il TPMS non sostituisce mai il controllo manuale dell'aria.

Diretto o Indiretto? Confronto

Quale è migliore? La risposta corretta è discutibile. Il sistema diretto è sicuramente più preciso e fornisce dati dettagliati, ma non è del tutto infallibile - senza compensazione della temperatura può generare falsi allarmi. Il sistema indiretto è economico e semplice, ma si basa su stime. Diamo un'occhiata alla tabella:

La batteria del sensore diretto dura circa 5-10 anni, con una vita di circa 100.000 miglia. Temperature estreme e sale stradali possono ridurre questa durata. La batteria non è sostituibile separatamente; in caso di guasto si sostituisce l'intera unità del sensore. Al cambio degli pneumatici è invece indispensabile rinnovare il kit del corpo valvola (guarnizione, rondella, valvola).

Normativa e Sicurezza: il TPMS è Obbligatorio?

Il TPMS non è un lusso, ma un requisito imposto dalla normativa. Negli Stati Uniti, lo standard FMVSS No. 128... no, il FMVSS No. 138 rende obbligatorio il sistema su tutti i nuovi veicoli passeggeri e multipurpose sotto le 10.000 lb di GVW; il sistema deve avvisare il conducente quando la pressione scende al 25% o al di sotto del valore raccomandato. Dal 2008 questa funzionalità è obbligatoria su tutti i veicoli passeggeri venduti negli Stati Uniti.

In Europa, il TPMS è obbligatorio su tutte le nuove automobili passeggeri vendute dal 1 novembre 2014; per i veicoli commerciali leggeri di classe N1 non esiste questo obbligo. Per i veicoli commerciali c'è una soglia separata: da luglio 2024 il TPMS è richiesto su camion, autobus e rimorchi di nuova immatricolazione. Euro NCAP applica invece severi requisiti minimi di sicurezza aggiornati ogni tre anni per ciascuna valutazione a stelle; il ruolo delle apparecchiature di sicurezza nel punteggio viene valutato nell'ambito di questi requisiti.

Cosa c'è all'Ordine del Giorno? L'Epoca degli TPMS Intelligenti

Certo, la tecnologia non si ferma. Si stanno diffondendo gli TPMS intelligenti che inviano i dati direttamente al telefono tramite Bluetooth Low Energy, senza richiedere l'unità cruscotto. Ancora più impressionante: gli algoritmi software analizzano le tendenze della pressione e possono generare un avviso preventivo prima dello scoppio - cioè il sistema ormai non si limita a rilevare il raffreddore, ma prevede lo starnuto prima del raffreddore.

Nel settore delle flotte e dei veicoli pesanti spiccano i sensori a ampia gamma in grado di monitorare fino a 150 PSI. Sono all'ordine del giorno anche i ricevitori alimentati a energia solare e l'integrazione con la guida autonoma; la riduzione automatica della velocità in caso di sgonfiaggio critico è uno degli esempi concreti di questa integrazione. Le discussioni normative sull'avvenire dei sistemi indiretti, sotto l'egida dell'UNECE, proseguono invece ancora.

Domande Frequenti

• Perché la spia si accende al freddo? Quando la temperatura scende a 10°F, la pressione diminuisce di circa 1 PSI; il gas non sfugge, si contrae.
• La spia è fissa o lampeggia? Una spia lampeggiante indica in genere un guasto del sensore/della batteria; una spia fissa di solito significa pressione bassa.
• Quanto dura la batteria? 5–10 anni; non può essere sostituita singolarmente, l'intera unità sensore viene rinnovata.
• È necessario un reset dopo la rotazione degli pneumatici? Sulla maggior parte dei veicoli sì; molti riapprendono automaticamente guidando oltre i 20 mph.
• Un sistema indiretto mostra la pressione reale? No, fornisce solo un avviso.
• Rileva una perdita lenta? Indica lo pneumatico a bassa pressione; la posizione della perdita si trova con il test della schiuma di sapone.

In sintesi: il TPMS è un piccolo interprete che ti invita a parlare con i tuoi pneumatici. Sapere con quale architettura funziona ti evita di andare nel panico quando si accende la spia o, al contrario, di sentirti troppo rassicurato. Ti sei mai chiesto quale sistema porta la tua auto? Ricordati di chiederlo al prossimo tagliando.

Fonti

• What is TPMS & How Does it Work?
• What Are TPMS Valve Stems and Sensors?
• Method for compensating temperature in a tyre pressure monitoring system
• Standard Federali di Sicurezza dei Veicoli a Motore; Sistemi di Monitoraggio della Pressione degli Pneumatici
• FMVSS n. 138 Sistemi di Monitoraggio della Pressione degli Pneumatici
• Sistema TPMS
• Requisiti legali TPMS per i veicoli commerciali
• Come vengono testate le auto - Euro NCAP
• Spia TPMS: cosa significa e cosa fare
• Pressione degli pneumatici con il freddo
• Entra in vigore l'obbligo del monitoraggio della pressione degli pneumatici
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• TPMS diretto e indiretto nei veicoli moderni
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