tpms Sistema Monitoraggio Pressione Pneumatici

Transcript

1

2 tpms Sistema Monitoraggio Pressione Pneumatici

3 Sommario PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 4 Impianti TPMS diretti 5 Gruppo sensore ruota 5 Strategie di funzionamento 6 Tipo codifica dati 6 Sistemi TPMS indiretti Pneumatici - Generalita 11 Pneumatici run-flat Sistemi controllo della pressione pneumatici 12 Sistema di sorveglianza pressione pneumatici Renault 16 Sistema di rilevamento pressione pneumatici BMW 23 Il sistema AUDI 29 Il sistema sviluppato da FIAT 32 Sistemi Opel 36 Trasmettitori pressione pneumatici commerciali 38 Appunti tecnico - pratici Procedure di ripristino e memorizzazione 40 Alfa Romeo 44 Audi 56 BMW 77 Chrysler 80 Dodge 88 Fiat 92 Ford 96 Honda 100 Hummer 102 Jaguar 104 Jeep 107 Land Rover 109 Lexus 113 Mercedes 170 Mini 178 Nissan 182 Opel 188 Peugeot 189 Porsche 191 Renault 195 Seat 201 Toyota 203 Volkswagen TEKNICAR declina ogni responsabilità su danni derivati da operazioni errate del Lettore riferite alla presente documentazione tecnica. TEKNICAR è un marchio registrato, tutti i diritti sono riservati. Teknè Consulting S.r.l. - info@tekneconsulting.it

4 Premessa Una componente fondamentale della sicurezza di marcia per un autovettura è indiscutibilmente rappresentata da una completa efficienza dei pneumatici: un loro danneggiamento o funzionamento anomalo può comportare seri pericoli. Si è rilevato infatti che lo scoppio dei pneumatici è delle volte causato da perdite di pressione lente ed impercettibili, ma assolutamente deleterie per la salute del pneumatico, in quanto queste provocano, per effetto della sollecitazione alternata a cui è sottoposta la gomma, un surriscaldamento alle alte velocità. Sono così stati sviluppati gli speciali pneumatici denominati runflat (nella lingua inglese significa avanzare piatti ) che, in caso di una graduale o repentina perdita di pressione (ad esempio una foratura), sono in grado di deformarsi molto limitatamente ed in maniera controllata tale da garantire comunque una buona stabilità al veicolo, anche se a velocità ridotta. Generalmente il conducente rileva un anomalia negli pneumatici dal comportamento della vettura, ma ciò potrebbe in parte essere attenuato dall adozione di pneumatici anti-stallonamento (runflat). In questo caso l unico modo per accorgersi della foratura è appunto quello di adottare un sistema di rilevamento specifico; la tecnologia ha messo a disposizione del mondo dell auto sistemi in grado di monitorare in tempo reale lo stato del pneumatico attraverso la misura continua della sua pressione di gonfiaggio (e anche della sua temperatura di esercizio), tenendo quindi sotto controllo lo stato di efficienza di tutte e quattro le ruote della vettura. Questo mese Teknicar si occuperà di descrivere la struttura ed il funzionamento del sistema TPMS di sorveglianza pressione pneumatici, ed in particolare di quelli adottati da Renault, BMW, Audi, Fiat ed Opel, mettendo in evidenza le peculiarità di ciascun impianto, e l insieme completo delle segnalazioni di avviso e relative spie, importanti per interpretare quale tipo di guasto si sia verificato sui pneumatici. In ultimo, è stata posta a corredo una vasta serie di schede tecniche inerenti le procedure da adottare in seguito ad un qualsiasi intervento di sostituzione, riparazione, o semplice manutenzione sui pneumatici delle vetture dotate del sistema di monitoraggio della pressione di gonfiaggio. N.B. Data la varietà dei sistemi esistenti e la loro continua evoluzione, i valori numerici delle grandezze menzionate sono valori di massima; per lo stesso motivo, le procedure e le norme di seguito riportate possono essere soggette a variazioni.

5 Principio di funzionamento Principio di funzionamento Un sistema di monitoraggio della pressione pneumatici TPMS, Tyre Pressure Monitoring System è un sistema elettronico per il controllo della pressione di gonfiaggio di tutti i pneumatici di un autoveicolo: in tal modo vengono trasmesse al conducente informazioni in tempo reale riguardo la pressione di gonfiaggio, visualizzate direttamente sul display del quadro strumenti attraverso dei pittogrammi, o spie di segnalazione. Questi sistemi si dividono in due categorie specifiche: la prima è costituita da sistemi dotati di un hardware (centraline, sensori, cablaggi) e software (programmi di gestione) dedicati appositamente al controllo della pressione pneumatici, e detti TPMS diretti, mentre alla seconda appartengono i sistemi TPMS indiretti, ossia sistemi di monitoraggio che rilevano una variazione della pressione di un pneumatico sfruttando la sensoristica dell impianto ABS ESP utilizzando però un software specifico. I maggiori produttori di sistemi TPMS sono la BERU Continental AG, Schrader Electronics, Advantage PressurePro LLC, Lionax Inc., Stemco s BatRF, SmarTire Systems, Shanghai Industries Baolong, TPMS wireless Wi-Gauge, Hangsheng Electronics Corp HSAE, Siemens VDO, TRW Automotive, ETV Corporation PL (VisiTyre), NIRA Dynamics AB (Tire Pressure Indicator), Transense Technologies, e la Ste Ingegneria. La prima autovettura ad adottare il monitoraggio della pressione pneumatici è stata la Porsche 959 nel 1986, utilizzando un sistema sviluppato dalla PSK. L esempio della Porsche venne seguito poi da altre prestigiose case, quali la BMW, la Mercedes e l Audi che montarono questi sistemi sulle loro vetture top di gamma (Serie 7, Classe S, A8); a loro fece seguito nel 1999 il gruppo PSA (Citroen Peugeot), che decise di equipaggiare con il TMPS come dotazione di serie le Peugeot 607, seguita l anno successivo dalla Renault, che lanciò la Laguna II come la prima media al mondo ad essere dotata di TPMS. Impianti TPMS diretti In linea generale, i sistemi TPMS diretti possono offrire le seguenti funzionalità: Misurare e visualizzare sul quadro strumenti la pressione dei pneumatici, con una precisione in grado di rilevare la condizione il sotto gonfiaggio inferiore al 25% della pressione normale; Misurare e visualizzare sul quadro strumenti (optional) la temperatura all interno dei pneumatici; Individuare i pneumatici con la perdita di pressione; Reagire a perdite di pressione repentine e perdite di pressione lente; Monitorare anche la pressione della ruota di scorta. Detti sistemi impiegano sensori di pressione inseriti all interno di ogni pneumatico in grado di rilevare anche la temperatura dell aria di gonfiaggio, parametro determinante per stabilire lo stato reale del pneumatico; i dati così raccolti vengono poi trasmessi tramite un segnale di radiofrequenza (RF) ad un unità elettronica (centralina). I sensori possono essere quattro o cinque, a seconda che venga monitorato o meno lo stato della ruota di scorta, e sono alimentati da una batteria interna (solitamente al litio) dotata di una vita di esercizio che va dai 7 ai 10 anni; in alcuni sensori esiste la possibilità di sostituirla, mentre in altri casi la scarica della batteria obbliga a rimpiazzare il sensore completo. Le unità sono contraddistinte da un numero seriale che permette al sistema di individuare le ruote su cui sono montate; ognuna di esse è costituita da due parti distinte: una sensoristica in grado di misurare la pressione e la temperatura interna del pneumatico, e un unità elettronica integrata (microchip, o microcontrollore), la quale si occupa dell elaborazione e della trasmissione via radio dei dati raccolti, e della gestione dell energia della batteria attraverso l implementazione di specifici algoritmi. Il chip è il vero punto di forza dell unità montata sulla ruota. La particolare struttura dell elettronica interna ha permesso di realizzare un elevata integrazione dell unità, limitando al minimo la componentistica esterna, aumentando così l efficienza ed abbattendo i costi: ad esempio il chip dispone di un trasmettitore a radio frequenza, e di un convertitore A/D (analogico - digitale) che consente l utilizzo di sensori di pressione e temperatura analogici molto più convenienti dal punto di vista economico rispetto a quelli digitali. In sostanza il chip implementa le seguenti funzioni: controllare ed elaborare i dati in arrivo dalla sensoristica; trasmettere periodicamente i dati Porsche 959 (1986) 4

6 Principio di funzionamento alla centralina TPMS, oppure trasmetterli in maniera continuativa su interrogazione diretta della centralina stessa. ruota: bisogna quindi tenerne conto al momento del montaggio dei pneumatici. I dati inviati via radio vengono poi raccolti da un antenna centrale posta al centro del pianale, oppure da antenne più piccole localizzate su ogni singolo passaruota o mozzo ruota, realizzate in maniera tale da ricevere dati solo dai più vicini trasmettitori. Nel caso si abbia l antenna centralizzata i sensori vengono riconosciuti dalla centralina TPMS attraverso i loro numeri seriali, mentre se viene utilizzata un antenna per ogni gruppo ruota, essa viene univocamente accoppiata ad un sensore specifico: in entrambi i casi si rende così possibile da parte della centralina TPMS l esatta individuazione di eventuali anomalie alle ruote senza incorrere in errori. Questo richiede che, in seguito ad interventi di riparazione o manutenzione sui pneumatici, il sistema TPMS deve essere inizializzato attraverso un opportuno strumento diagnostico, cioè che tutti i sensori montati siano correttamente identificati e associati a ciascuna ruota. A questo punto la centralina è in grado di ricevere i dati provenienti da tutti i sensori, e quindi di sorvegliare i pneumatici in maniera continuativa ed in tutta sicurezza: il sistema è in grado di riconoscere abbassamenti progressivi o repentini della pressione, e di conseguenza comunicare al conducente la presenza di problemi ai pneumatici tramite l accensione delle apposite spie di segnalazione sul quadro strumenti, unitamente alla comparsa di messaggi e/o pittogrammi. Chip Impianti TPMS diretti strategie di funzionamento Tutte le strategie sono mirate alla problematica fondamentale di questi sistemi, che è la gestione dell energia: il principale obbiettivo è quello di ridurre quanto più possibile il consumo delle batterie, per assicurare ad esse una lunga durata pur mantenendo una piena efficienza del sistema. Allo scopo, l unità elettronica del gruppo sensore, dopo un iniziale ciclo di configurazione compiuto nella fase di accensione del veicolo, si porta in uno stato a consumo ridotto di energia, detto di Sleep. Il chip abbandona questo stato nel momento in cui si verifica una variazione della linea d ingresso della sensoristica, determinata da una qualsiasi variazione di pressione e temperatura interne del pneumatico: tale linea realizza una condizione chiamata di risveglio (Wake-up, in inglese) che porta il chip in uno stato di run (funzionamento), stato in cui acquisisce ed elabora i dati per poi inviarli alla centralina TPMS. Una gestione particolare è prevista anche per la parte sensoristica. Essa gestisce le misure di pressione e temperatura secondo cinque modalità diverse a seconda dello stato dei pneumatici: Chip Gruppo sensore ruota Come anticipato, ogni gruppo elettronico ruota è dotato di un identificativo a 32 bit, programmabile sulla sua memoria flash, che gli permette di essere riconosciuto dalla centralina con esattezza. Il gruppo elettronico ruota viene montato insieme con la valvola del pneumatico, formando così un unico insieme, direttamente sul cerchio; il peso di ciascun gruppo è di circa grammi, ed è importante ricordare che questa massa va ad influire sull equilibratura della 1 Storage mode : in questo stato il sensore rileva la pressione ogni 60 secondi se inferiore a 1,5 bar, non inviando però nessun valore. 2 Initial mode : questa modalità viene inserita all accensione del veicolo oppure quando la pressione sale oltre 1,5 bar; i valori vengono acquisiti ogni 0,85 secondi, e con la stessa frequenza inviati al microcontrollore, ripetendo la sequenza 256 volte. 3 Normal mode : è lo stato successivo all Initial, in questo caso la pressione viene rilevata ogni 3,4 secondi, ed i dati trasmessi ogni 60 secondi. Se la pressione differisce più di 200 millibar rispetto a quella misurata secondo il ciclo di 60 secondi (cioè nello Storage mode ), allora il sensore si pone sullo stato di Pressure alert mode. 4 High temperature alert mode : se la temperatura misurata è di oltre 120 C, il sensore entra in questa modalità. Queste modalità di funzionamento permettono di semplificare l implementazione del software del gruppo sensore ruota, e di gestire al meglio la carica della batteria. 5

7 Principio di funzionamento Per la trasmissione, i dati sono codificati attraverso un segnale di tipo duty cycle PWM 1/3, e duty cycle PWM 2/3: ciò vuol dire che il bit 1 verrà trasmesso tramite un duty cycle pari a 2/3, mentre il bit 0 verrà codificato con un duty cycle pari a 1/3. Il valore alto del segnale è denominato T E, ed è di 400 μs (micro secondi), mentre l intero periodo del segnale è esattamente pari a tre T E, cioè 1,2 ms. Tipo codifica dati I dati vengono trasmessi in gruppi di un certo numero, che in gergo tecnico si definiscono a pacchetti, ed ognuno di esso è costituito da un insieme di campi, che corrispondono ai seguenti: Preamble : serve alla sincronizzazione con il ricevitore; Trasmitter ID : costituisce l associazione tra i valori ricevuti dalla centralina e il gruppo sensore ruota che li ha trasmessi; Pressure : è il valore di pressione; Temperature : è il valore di temperatura; Battery : rappresenta lo stato di carica della batteria; Status : è uno degli stati descritti in precedenza; CRC : viene utilizzato per garantire l integrità dei dati. I campi elencati sono codificati come segue: Campo Bits Preamble 32 Trasmitter ID 32 Pressure 8 Temperature 8 Battery 8 Status 8 CRC 16 I parametri di funzionamento tipici di un sistema TPMS efficiente sono costituiti da almeno 16 db m ( db mw, unità di misura della potenza elettrica espressa in decibel milliwatt attraverso la forma abbreviata db m ) di picco di potenza emessa, pari a 13 db m /10 Hz ( chilo Hertz ossia 1000 Hertz, dove l Hertz è l unità di misura della frequenza) di densità di potenza (limiti determinati dalla normativa), ed una corrente di funzionamento pari a circa 500 na ( 1 nanoampere, un miliardo di volte più piccolo di un Ampere). Sistemi TPMS indiretti Le case automobilistiche adottano questo sistema perché semplice e conveniente dal punto di vista economico. I TPMS indiretti fanno uso dei sensori di velocità delle ruote dell impianto ABS-ESP: non richiedono alcun componente aggiuntivo all interno o all esterno della ruota, ma necessitano dell implementazione di un software specifico. Così come avviene per i sistemi diretti, questi sistemi sono in grado di rilevare una variazione di pressione su ciascuno dei pneumatici, ma presentano una grande limitazione: nel caso che la variazione sia la stessa sulle ruote dello stesso assale, il sistema non è in grado di rilevare la presenza della perdita di pressione. Ciò risulta chiaro da come il sistema funziona. L impianto ABS-ESP apprende la velocità media con cui ogni ruota gira quando si viaggia ad una velocità costante: se un pneumatico perde pressione, il suo diametro diminuisce leggermente e questo fa sì che ruoti ad una velocità maggiore rispetto agli altri. La velocità viene poi confrontata con quella dell altra ruota dell assale, presa come riferimento: ma se come detto anche l altro pneumatico ha subito la stessa perdita di pressione, il confronto è nullo. In sostanza, il TPMS indiretto rileva le perdite di pressione dei pneumatici attraverso il riconoscimento dell aumento di velocità di rotazione della ruota, incrementi che saranno proporzionali all entità della perdita. Per la tipologia di funzionamento, i TPMS indiretti hanno una sensibilità ridotta rispetto a quelli dedicati: affinché il sistema rilevi un aumento della velocità di rotolamento della ruota in seguito ad una riduzione di diametro del pneumatico, la perdita di pressione deve essere di una certa portata, e più in generale questo dipende dalle caratteristiche dei pneumatici stessi, come la tipologia (invernali, da fango, ecc) ed il coefficiente di aspetto. Infatti un pneumatico sportivo (i classici ribassati), dopo un parziale afflosciamento, ha una diminuzione del diametro in misura ridotta rispetto ad una gomma tradizionale: se ad esempio il differenziale di pressione è di 0,7 bar, la diminuzione risulta essere di un solo millimetro. Quindi l efficacia di questi sistemi dipende dal tipo di pneumatico montato, e soprattutto dalla sensibilità dell impianto ABS-ESP a rilevare le variazioni di velocità di rotazione delle ruote. 6

8 Procedure di ripristino e memorizzazione Procedure di ripristino e memorizzazione Questa ultima parte è dedicata alle procedure di ripristino delle indicazioni e/o memorizzazione del sistema di monitoraggio pressione in seguito ad un qualsiasi intervento di manutenzione o riparazione. Ogni procedura, per ciascun veicolo, è costituita da una scheda composta da un piccolo promemoria iniziale sul tipo di sistema montato a bordo (tipo di sensore, sigle associate, ecc), seguito da un elenco che riporta le condizioni in cui è necessario effettuare la procedura descritta, le modalità di segnalazione delle spie inerenti il sistema, e le operazioni da compiere ai fini della procedura stessa 39

9 HUMMER HUMMER H3 Versione Codice motore 3.5 L ruote motrici V

10 HUMMER 101