Sistema de control de presión de neumáticos

Un sistema de monitoreo de presión de neumáticos ( TPMS ) monitorea la presión de aire dentro de los neumáticos de los vehículos. ^[1] Un TPMS informa al conductor sobre la presión de los neumáticos en tiempo real, ya sea mediante un medidor, una pantalla con pictogramas o una simple luz de advertencia de baja presión. El TPMS se puede dividir en dos tipos diferentes: directo (dTPMS) e indirecto (iTPMS).

Los TPMS se instalan cuando se fabrica el vehículo o después de que este se pone en uso. El objetivo de un TPMS es evitar accidentes de tráfico, bajo consumo de combustible y mayor desgaste de los neumáticos debido a neumáticos desinflados mediante el reconocimiento temprano de un estado peligroso de los neumáticos. Esta funcionalidad apareció por primera vez en vehículos de lujo en Europa en la década de 1980, mientras que su adopción en el mercado masivo siguió a la aprobación de la Ley TREAD en 2000 en los EE. UU. después de la controversia sobre los neumáticos Firestone y Ford .

En el siglo XXI, la obligatoriedad de instalar sistemas de control de la presión de los neumáticos (TPMS) en los vehículos nuevos ha seguido proliferando en Rusia, la UE, Japón, Corea del Sur y muchos otros países asiáticos. Desde noviembre de 2014, el sistema TPMS es obligatorio en los vehículos nuevos de la Unión Europea; en una encuesta realizada entre noviembre de 2016 y agosto de 2017, se descubrió que el 54 % de los turismos de Suecia, Alemania y España no tenían TPMS, una cifra que se cree que es una subestimación. ^[2]

Los sistemas dTPMS basados ​​en tapas de válvulas para el mercado de accesorios , que requieren un teléfono inteligente y una aplicación o unidad de pantalla portátil, también están disponibles para bicicletas, ^[3] automóviles y remolques . ^[4]

Debido a la influencia que la presión de los neumáticos tiene en la seguridad y la eficiencia del vehículo , el control de la presión de los neumáticos (TPM) fue adoptado por el mercado europeo como una característica opcional para los vehículos de pasajeros de lujo en la década de 1980. El primer vehículo de pasajeros en adoptar el TPM fue el Porsche 959 en 1986, utilizando un sistema de ruedas de radios huecos desarrollado por PSK. En 1996, Renault utilizó el sistema Michelin PAX ^[5] para el Scenic y en 1999 PSA Peugeot Citroën decidió adoptar el TPM como una característica estándar en el Peugeot 607. Al año siguiente (2000), Renault lanzó el Laguna II , el primer vehículo de pasajeros de tamaño mediano de gran volumen en el mundo equipado con TPM como característica estándar.

En los Estados Unidos, General Motors introdujo el TPM para el modelo 1991 del Corvette junto con los neumáticos antipinchazos Goodyear . ^{[ cita requerida ]} El sistema utiliza sensores en las ruedas y una pantalla para el conductor que puede mostrar la presión de los neumáticos en cualquier rueda, además de advertencias tanto de presión alta como baja. Ha sido estándar en los Corvette desde entonces.

El retiro de Firestone a fines de la década de 1990 (que se relacionó con más de 100 muertes por vuelcos luego de la separación de la banda de rodadura de los neumáticos) impulsó al Congreso de los Estados Unidos a legislar la Ley TREAD . La Ley ordenó el uso de una tecnología TPMS adecuada en todos los vehículos de motor livianos (de menos de 10 000 lb (4500 kg)) para ayudar a alertar a los conductores sobre eventos de inflado insuficiente.

Esta ley afecta a todos los vehículos ligeros de motor vendidos después del 1 de septiembre de 2007. La introducción progresiva comenzó en octubre de 2005 con un 20% y llegó al 100% para los modelos producidos después de septiembre de 2007. En los Estados Unidos, a partir de 2008 y en la Unión Europea, a partir del 1 de noviembre de 2012, todos los nuevos modelos de turismos ( M1 ) lanzados al mercado deben estar equipados con un TPMS. A partir del 1 de noviembre de 2014, todos los nuevos turismos vendidos en la Unión Europea deben estar equipados con un TPMS. Para los vehículos N1 , los TPMS no son obligatorios, pero si se instala un TPMS, debe cumplir con la regulación.

El 13 de julio de 2010, el Ministerio de Tierra, Transporte y Asuntos Marítimos de Corea del Sur anunció una revisión parcial pendiente de las Normas de Seguridad de Vehículos Motorizados de Corea (KMVSS), especificando que "los TPMS se instalarán en vehículos de pasajeros y vehículos de GVW 3,5 toneladas o menos, ... [en vigor] el 1 de enero de 2013 para los nuevos modelos y el 30 de junio de 2014 para los modelos existentes". ^[6] Se espera que Japón adopte la legislación de la Unión Europea aproximadamente un año después de la implementación de la Unión Europea. Otros países que harán obligatorio el TPMS incluyen Rusia, Indonesia, Filipinas, Israel, Malasia y Turquía. Después de que se aprobara la Ley TREAD, muchas empresas respondieron a la oportunidad de mercado lanzando productos TPMS que utilizan módulos de ruedas con transmisores de radio alimentados por batería.

La introducción de neumáticos run-flat y neumáticos de repuesto de emergencia por parte de varios fabricantes de neumáticos y vehículos ha motivado la necesidad de que al menos algunos TPMS básicos sean obligatorios cuando se utilizan neumáticos run-flat. Con neumáticos run-flat, lo más probable es que el conductor no se dé cuenta de que un neumático está desinflado, por lo que se introdujeron los llamados "sistemas de advertencia run-flat". Estos suelen ser iTPMS de primera generación, basados ​​exclusivamente en el radio de inclinación, que garantizan que los neumáticos run-flat no se utilicen más allá de sus límites, normalmente 80 km/h (50 mph) y 80 km (50 millas) de distancia de conducción. El mercado de iTPMS también ha progresado. Los TPMS indirectos pueden detectar la falta de presión de aire mediante el uso combinado del radio de inclinación y el análisis del espectro, por lo que la monitorización de las cuatro ruedas se ha vuelto factible. Con este avance, cumplir con los requisitos legales también es posible con iTPMS.

Los sistemas TPMS indirectos (iTPMS) no utilizan sensores de presión físicos, sino que miden la presión del aire mediante sistemas basados ​​en software que, evaluando y combinando señales de sensores existentes, como la velocidad de las ruedas, los acelerómetros y los datos de la transmisión, calculan y controlan la presión de los neumáticos sin sensores de presión físicos en las ruedas. Los sistemas iTPMS de primera generación se basan en el principio de que los neumáticos con una presión insuficiente tienen un diámetro ligeramente menor (y, por lo tanto, una velocidad angular mayor) que los neumáticos con una presión correcta. Estas diferencias se pueden medir a través de los sensores de velocidad de las ruedas de los sistemas ABS/ESC. Los iTPMS de segunda generación también pueden detectar la presión insuficiente simultánea en hasta cuatro neumáticos mediante el análisis del espectro de las ruedas individuales, que se puede realizar en el software utilizando técnicas avanzadas de procesamiento de señales.

Los sistemas iTPMS a veces reciben otros nombres, como "Sistema de detección de desinflado (DDS)" de Ford ^[7] o "Sistema de advertencia de desinflado (DWS)" de Honda. ^[8]

Los iTPMS no pueden medir ni mostrar valores de presión absolutos; son relativos por naturaleza y el conductor debe restablecerlos una vez que se han comprobado los neumáticos y se han ajustado todas las presiones correctamente. El restablecimiento se realiza normalmente mediante un botón físico o en un menú del ordenador de a bordo. Los iTPMS son, en comparación con los dTPMS, más sensibles a las influencias de los diferentes neumáticos y a las influencias externas, como las superficies de la carretera y la velocidad o el estilo de conducción. El procedimiento de restablecimiento, ^[9] seguido de una fase de aprendizaje automático de normalmente 20 a 60 minutos de conducción en la que el iTPMS aprende y almacena los parámetros de referencia antes de activarse por completo, anula muchos de ellos, pero no todos. Como los iTPMS no implican ningún hardware adicional, piezas de repuesto, residuos electrónicos o tóxicos o servicio (más allá del restablecimiento habitual), se consideran fáciles de manejar y fáciles de usar para el cliente. ^[10] Sin embargo, como se ha mencionado, los sensores deben restablecerse cada vez que se realizan cambios en la configuración de los neumáticos, y algunos consumidores no desean tener esta responsabilidad adicional. ^[11]

Desde que en noviembre de 2014 se hizo obligatoria la instalación de TPMS en fábrica en todos los turismos nuevos de la UE, se han homologado varios iTPMS de acuerdo con el Reglamento R64 de la ONU. Ejemplos de ello son la mayoría de los modelos del grupo VW, pero también numerosos modelos de Honda, Volvo, Opel, Ford, Mazda, PSA, FIAT y Renault. Los iTPMS están ganando cuota de mercado rápidamente en la UE y se espera que se conviertan en la tecnología TPMS dominante en un futuro próximo.

Algunos consideran que los iTPMS son menos precisos debido a su naturaleza (dado que las variaciones simples de temperatura ambiente pueden provocar variaciones de presión de la misma magnitud que los umbrales de detección legales), pero muchos fabricantes de vehículos y clientes valoran la facilidad de uso. ^{[ cita requerida ]}

El sistema TPMS directo (dTPMS) mide directamente la presión de los neumáticos mediante sensores físicos. En cada rueda, normalmente en el interior de la válvula, hay un sensor de presión alimentado por batería que transfiere la información de presión a una unidad de control central que la informa a la computadora de a bordo del vehículo. Algunas unidades también miden y alertan sobre la temperatura de los neumáticos. Estos sistemas pueden identificar la presión insuficiente de cada neumático individual. Aunque los sistemas varían en las opciones de transmisión, muchos productos TPMS (tanto OEM como de posventa) pueden mostrar en tiempo real la presión de los neumáticos individuales, ya sea que el vehículo esté en movimiento o estacionado. Hay muchas soluciones diferentes, pero todas ellas tienen que hacer frente a los problemas de exposición a entornos hostiles. La mayoría funcionan con baterías, lo que limita su vida útil. Algunos sensores utilizan un sistema de alimentación inalámbrico similar al que se utiliza en la lectura de etiquetas RFID, que resuelve el problema de la duración limitada de la batería. Esto también aumenta la frecuencia de transmisión de datos hasta 40 Hz y reduce el peso del sensor, lo que puede ser importante en aplicaciones de deportes de motor. Si los sensores están montados en el exterior de la rueda, como sucede con algunos sistemas de posventa, están expuestos a daños mecánicos, fluidos agresivos y robos. Cuando están montados en el interior de la llanta, ya no son fácilmente accesibles para el cambio de batería y el enlace de RF debe superar los efectos atenuantes del neumático, lo que aumenta la necesidad de energía.

Un sensor TPMS directo consta de las siguientes funciones principales que requieren solo unos pocos componentes externos ( por ejemplo , batería, carcasa, PCB) para colocar el módulo del sensor que está montado en el vástago de la válvula dentro del neumático:

• sensor de presión;
• convertidor analógico-digital;
• microcontrolador;
• controlador del sistema;
• oscilador;
• transmisor de radiofrecuencia;
• receptor de baja frecuencia, y
• regulador de voltaje (gestión de batería).

La mayoría de los dTPMS instalados originalmente tienen el sensor montado en el interior de la llanta y las baterías no son intercambiables. Una batería descargada significa que se debe desmontar el neumático para reemplazarlo, por lo que es deseable una larga vida útil de la batería. Para ahorrar energía y prolongar la vida útil de la batería, muchos sensores dTPMS no transmiten información cuando el vehículo está estacionado (lo que elimina la supervisión de la rueda de repuesto) o aplican una comunicación bidireccional que consume más energía y que permite la activación del sensor. Para que las unidades dTPMS de automóviles OEM funcionen correctamente, deben reconocer las posiciones de los sensores y deben ignorar las señales de otros vehículos.

Las unidades dTPMS de posventa no solo transmiten mientras los vehículos están en movimiento o estacionados, sino que también brindan a los usuarios algunas opciones de monitoreo avanzadas, que incluyen registro de datos, opciones de monitoreo remoto y más. Están disponibles para todo tipo de vehículos, desde motocicletas hasta equipos pesados, y pueden monitorear hasta 64 neumáticos a la vez, lo que es importante para los vehículos comerciales. Muchas unidades dTPMS de posventa no requieren herramientas especializadas para programarse o reiniciarse, lo que las hace mucho más simples de usar.

La primera generación de sensores TPMS que están integrados en el vástago de la válvula puede sufrir corrosión. ^{[12] [13]} Las tapas de válvulas metálicas pueden atascarse en sus vástagos debido a la corrosión galvánica y los esfuerzos por quitar estas tapas pueden romper el vástago, destruyendo el sensor. Un destino similar puede suceder con los núcleos de válvula de latón del mercado de accesorios instalados en sus vástagos por un técnico incauto, reemplazando los núcleos originales especializados recubiertos de níquel. El atascamiento en el vástago de la válvula puede complicar la reparación de una fuga de neumáticos, posiblemente requiriendo el reemplazo del sensor.

Existe controversia sobre la compatibilidad de los selladores de neumáticos del mercado de accesorios con los dTPMS que emplean sensores montados dentro del neumático. Algunos fabricantes de selladores afirman que sus productos son compatibles, ^[14] pero otros advierten que "el sellador puede entrar en contacto con el sensor de una manera que lo deja temporalmente inoperante hasta que un profesional del cuidado de neumáticos lo limpie, inspeccione y vuelva a instalar correctamente". ^[15] Otras personas también han expresado dudas similares. ^{[16] [17]} El uso de dichos selladores puede anular la garantía del sensor TPMS. ^[14]

El comportamiento dinámico de un neumático está estrechamente relacionado con su presión de inflado. Factores clave como la distancia de frenado y la estabilidad lateral requieren que las presiones de inflado se ajusten y se mantengan según lo especificado por el fabricante del vehículo. Un inflado demasiado bajo puede incluso provocar una sobrecarga térmica y mecánica causada por el sobrecalentamiento y la consiguiente destrucción repentina del propio neumático. Además, el ahorro de combustible y el desgaste de los neumáticos se ven gravemente afectados por un inflado insuficiente. Los neumáticos no solo pierden aire si se pinchan, sino que también lo hacen de forma natural y, a lo largo de un año, incluso un neumático nuevo típico, correctamente montado, puede perder de 20 a 60 kPa (3 a 9 psi ), aproximadamente el 10 % o incluso más de su presión inicial.

Las ventajas significativas del TPMS se resumen de la siguiente manera:

• Ahorro de combustible: según el GITI, por cada 10 % de inflado insuficiente en cada neumático de un vehículo, se producirá una reducción del 1 % en el ahorro de combustible. Solo en Estados Unidos, el Departamento de Transporte estima que los neumáticos con inflado insuficiente desperdician 2 mil millones de galones estadounidenses (7 600 000 m ³ ) de combustible cada año.
• Mayor vida útil de los neumáticos: los neumáticos con una presión insuficiente son la principal causa de averías y contribuyen a su desintegración, acumulación de calor, separación de las capas y averías en los flancos y la carcasa. Además, una diferencia de presión de 10 libras por pulgada cuadrada (69 kPa; 0,69 bar) en un juego de neumáticos dobles arrastra literalmente el neumático con menor presión 2,5 metros por kilómetro (13 pies por milla). Además, si se hace funcionar un neumático incluso brevemente con una presión inadecuada, se rompe la carcasa y se impide la posibilidad de recauchutarlo. No todas las averías repentinas de los neumáticos se deben a una presión insuficiente. Los daños estructurales causados, por ejemplo, al chocar contra bordillos pronunciados o baches, también pueden provocar averías repentinas de los neumáticos, incluso un tiempo después del incidente dañino. Estos no pueden detectarse de forma proactiva con ningún TPMS.
• Mayor seguridad: los neumáticos con una presión insuficiente provocan la separación de la banda de rodadura y la rotura de los neumáticos, lo que provoca 40.000 accidentes, 33.000 heridos y más de 650 muertes al año. Además, los neumáticos con una presión adecuada aportan mayor estabilidad, maniobrabilidad y eficacia de frenado, y proporcionan mayor seguridad al conductor, al vehículo, a las cargas y a otras personas en la carretera.
• Eficiencia ambiental: Los neumáticos desinflados, según estimaciones del Departamento de Transporte de Estados Unidos, liberan más de 26 mil millones de kilogramos (57,5 mil millones de libras) de contaminantes innecesarios de monóxido de carbono a la atmósfera cada año sólo en Estados Unidos.

Otras estadísticas incluyen:

La Sécurité Routière francesa, una organización de seguridad vial, estima que el 9% de todos los accidentes de tráfico con víctimas mortales son atribuibles a neumáticos con inflado insuficiente, y la DEKRA alemana , una organización de seguridad de productos, estimó que el 41% de los accidentes con lesiones físicas están relacionados con problemas en los neumáticos. ^{[ cita requerida ]}

La Unión Europea informa que un inflado insuficiente de 40 kPa produce un aumento del consumo de combustible del 2% y una disminución de la vida útil de los neumáticos del 25%. La Unión Europea concluye que, en la actualidad, el inflado insuficiente de los neumáticos es responsable de que se quemen más de 20 millones de litros de combustible innecesariamente, de que se viertan más de 2 millones de toneladas de CO2 _a la atmósfera y de que se desperdicien 200 millones de neumáticos de forma prematura en todo el mundo. ^{[ cita requerida ]}

En 2018, se publicó un estudio de campo sobre el TPMS y la presión de inflado de los neumáticos en la página de inicio del Grupo de Trabajo sobre Frenos y Tren de Rodaje (GRRF) de la CEPE de las Naciones Unidas. ^[18] Abarcó 1.470 vehículos seleccionados al azar en tres países de la UE con dTPMS, iTPMS y sin TPMS. Los principales hallazgos son que la instalación del TPMS previene de manera confiable la subinflación grave y peligrosa y, por lo tanto, produce los efectos deseados para la seguridad del tráfico, el consumo de combustible y las emisiones. El estudio también mostró que no hay diferencia en la efectividad entre el dTPMS y el iTPMS y que la función de reinicio del TPMS no presenta un riesgo de seguridad.

Dado que cada neumático transmite un identificador único, los vehículos pueden rastrearse fácilmente utilizando sensores existentes a lo largo de la carretera. ^[19] Esta preocupación podría resolverse encriptando las comunicaciones de radio de los sensores, pero la NHTSA no estipuló tales disposiciones de privacidad.

Las normas de la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras de Estados Unidos ^[20] solo se aplican a vehículos de menos de 10 000 libras. En el caso de los vehículos pesados ​​(clases 7 y 8, peso bruto del vehículo superior a 26 000 libras), la mayoría de los sistemas mencionados anteriormente no funcionan bien, por lo que es necesario desarrollar otros sistemas.

El Departamento de Transporte de los Estados Unidos ha encargado varios estudios para encontrar sistemas que funcionen en el mercado de vehículos pesados, especificando algunos objetivos que eran necesarios en este mercado. ^{[21] [22]}

La SAE ha intentado difundir las mejores prácticas ya que la reglamentación legal para los vehículos pesados ​​se ha quedado rezagada. ^[23]

El primer país en el que se hizo obligatorio el uso de TPMS fue Estados Unidos. A principios de la década de 2000, se produjeron numerosos accidentes de tráfico, como vuelcos y reventones de neumáticos, debido a un nivel de presión de aire insuficiente. La NHTSA consideró que los neumáticos pinchados eran una amenaza potencial para la seguridad, lo que pronto fue seguido por la promulgación de la Norma Federal de Seguridad de Vehículos Motorizados 138 sobre la instalación de TPMS en todos los vehículos en septiembre de 2007, que se introdujo de forma gradual a partir de 2005. ^[24] La norma tiene por objeto advertir a los conductores de una presión de aire insuficiente significativa en los neumáticos y los problemas de seguridad resultantes de la baja presión de los mismos. ^[25]

Esta norma exige que se instale un sistema de monitoreo de presión de neumáticos (TPMS) en todos los automóviles de pasajeros nuevos, vehículos de pasajeros multipropósito, camiones y autobuses que tengan un peso bruto vehicular (GVWR) de 4536 kg (10 000 lb) o menos, excepto aquellos vehículos con ruedas dobles en un eje. La norma final exige que se le dé una advertencia al conductor cuando la presión de los neumáticos sea un 25 por ciento o más inferior a la presión de inflado en frío recomendada por el fabricante del vehículo (presión indicada en la placa) para uno a cuatro neumáticos. ^[26]

El sistema TPMS se volvió obligatorio para todos los vehículos de menos de 3,5 t vendidos a partir de 2013. Más tarde, en 2015, todos los vehículos debían tenerlo, independientemente de su tamaño. En 2011, Hyundai Mobis desarrolló con éxito el TPMS y lo aplicó por primera vez en el Veloster. Como resultado, el consumo de energía del sensor es aproximadamente un 30 % menor que el de los productos existentes, lo que reduce el tamaño de la batería y el peso del sensor en más del 10 %. ^[27]

• Sistema de inflado central de neumáticos
• Presión de inflado en frío
• Nira Dynamics AB
• Manómetro de presión de neumáticos
• Indicador de tuerca de rueda floja

• Medios relacionados con Sistemas de control de presión de neumáticos en Wikimedia Commons