Sistema de control de la presión de los neumáticos

Debido a la influencia que la presión de los neumáticos tiene en la seguridad y eficiencia del vehículo, el monitoreo de la presión de los neumáticos (TPM) fue adoptado por el mercado europeo como una característica opcional para vehículos de pasajeros de lujo en la década de 1980. El primer vehículo de pasajeros en adoptar 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 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 en estar equipado con TPM como una característica estándar.

En Estados Unidos, General Motors introdujo el sistema TPM para el Corvette modelo 1991, junto con los neumáticos antipinchazos Goodyear . El sistema utiliza sensores en las ruedas y una pantalla para el conductor que muestra la presión de cada neumático, además de alertas por presión alta y baja. Desde entonces, viene de serie en los Corvette.

La retirada de neumáticos Firestone a finales de la década de 1990 (que estuvo relacionada con más de 100 muertes por vuelcos tras el desprendimiento de la banda de rodadura) impulsó al Congreso de los Estados Unidos a legislar la Ley TREAD . Esta ley exigió el uso de una tecnología TPMS adecuada en todos los vehículos ligeros (de menos de 4500 kg ) , para alertar a los conductores sobre la baja presión de los neumáticos.  

Esta ley afecta a todos los vehículos ligeros de motor vendidos en EE. UU. después del 1 de septiembre de 2007. La implementación gradual comenzó en octubre de 2005 con un 20 % y alcanzó el 100 % para los modelos producidos después de septiembre de 2007.

En Estados Unidos, desde 2008, y en la Unión Europea, desde el 1 de noviembre de 2012, todos los turismos nuevos ( M1 ) deben estar equipados con un sistema de monitorización de la presión de los neumáticos (TPMS). Desde el 1 de noviembre de 2014, todos los turismos nuevos vendidos en la Unión Europea deben estar equipados con un TPMS. Para los vehículos N1 (camiones de hasta 3,5 toneladas), el TPMS no es obligatorio, pero si se instala, debe cumplir con la normativa.

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 Automotores de Corea (KMVSS), especificando que "el TPMS deberá instalarse en vehículos de pasajeros y vehículos con un peso bruto vehicular (PBV) de 3,5 toneladas o menos, ... [vigente] a partir del 1 de enero de 2013 para los modelos nuevos y del 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 aprobó la Ley TREAD, muchas empresas respondieron a la oportunidad de mercado lanzando productos TPMS que utilizan módulos de rueda transmisores de radio alimentados por batería.

La introducción de neumáticos antipinchazos y neumáticos de repuesto de emergencia por parte de varios fabricantes de neumáticos y vehículos ha motivado la obligatoriedad de instalar sistemas TPMS básicos al usar este tipo de neumáticos. Con neumáticos antipinchazos, es probable que el conductor no note que un neumático está desinflado, de ahí la introducción de los denominados "sistemas de advertencia de neumáticos antipinchazos". Estos suelen ser sistemas iTPMS de primera generación, basados ​​exclusivamente en el radio de rodadura, que garantizan que los neumáticos antipinchazos no se utilicen más allá de sus límites, normalmente 80  km/h (50  mph) y 80  km (50 millas) de autonomía. El mercado de los sistemas iTPMS también ha avanzado. Los sistemas TPMS indirectos son capaces de detectar la baja presión mediante el uso combinado del radio de rodadura y el análisis espectral, lo que hace posible la monitorización de las cuatro ruedas. Gracias a este avance, también es posible cumplir con los requisitos legales con los sistemas iTPMS.

Los sistemas TPMS indirectos (iTPMS) no utilizan sensores de presión físicos; miden la presión del aire mediante sistemas basados ​​en software, que, al evaluar y combinar señales de sensores existentes, como la velocidad de las ruedas, los acelerómetros y los datos de la transmisión, estiman y monitorizan la presión de los neumáticos sin necesidad de sensores físicos en las ruedas. Los sistemas iTPMS de primera generación se basan en el principio de que los neumáticos con baja presión tienen un diámetro ligeramente menor (y, por lo tanto, una mayor velocidad angular) que los neumáticos con la presión correcta. Estas diferencias se pueden medir mediante los sensores de velocidad de las ruedas de los sistemas ABS/ESC. Los sistemas iTPMS de segunda generación también pueden detectar la baja presión simultánea en hasta los cuatro neumáticos mediante el análisis espectral de cada rueda, lo que se puede implementar en software utilizando técnicas avanzadas de procesamiento de señales.

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

Los sistemas iTPMS no pueden medir ni mostrar valores de presión absolutos; son relativos por naturaleza y el conductor debe reiniciarlos una vez que se hayan revisado los neumáticos y ajustado correctamente todas las presiones. El reinicio se realiza normalmente mediante un botón físico o en un menú del ordenador de a bordo. Los sistemas iTPMS, en comparación con los sistemas dTPMS, son más sensibles a las influencias de los diferentes neumáticos y a factores externos como la superficie de la carretera y la velocidad o el estilo de conducción. El procedimiento de reinicio, ^{[ 9 ]} seguido de una fase de aprendizaje automático de entre 20 y 60 minutos de conducción, durante la cual el sistema iTPMS aprende y almacena los parámetros de referencia antes de activarse por completo, compensa muchas de estas influencias, pero no todas. Dado que los sistemas iTPMS no requieren hardware adicional, piezas de repuesto, residuos electrónicos/tóxicos ni servicio (más allá del reinicio habitual), se consideran fáciles de manejar y amigables para el cliente. ^{[ 10 ]} Sin embargo, como se mencionó, los sensores deben reiniciarse cada vez que se modifica la configuración de los neumáticos, y algunos consumidores no desean asumir esta responsabilidad adicional. ^{[ 11 ]}

Desde que la instalación de fábrica del TPMS se hizo obligatoria en noviembre de 2014 para todos los vehículos de pasajeros nuevos en la UE, diversos sistemas iTPMS han sido homologados según el Reglamento R64 de la ONU. Ejemplos de ello son la mayoría de los modelos del grupo VW, así como numerosos modelos de Honda, Volvo, Opel, Ford, Mazda, PSA, FIAT y Renault. Los sistemas iTPMS están ganando rápidamente cuota de mercado en la UE y se prevé que se conviertan en la tecnología TPMS dominante en un futuro próximo.

Algunos consideran que los sistemas iTPMS son menos precisos debido a su naturaleza —dado que las simples variaciones de la 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 su facilidad de uso.

El sistema TPMS directo (dTPMS) mide directamente la presión de los neumáticos mediante sensores de hardware. En cada rueda, generalmente en el interior de la válvula, hay un sensor de presión alimentado por batería que transmite la información de presión a una unidad de control central , la cual la comunica al ordenador de a bordo del vehículo. Algunas unidades también miden y alertan sobre la temperatura del neumático. Estos sistemas pueden identificar la baja presión de cada neumático. Si bien los sistemas varían en sus opciones de transmisión, muchos productos TPMS (tanto de fabricantes de equipos originales como de posventa) pueden mostrar la presión de cada neumático en tiempo real, tanto si el vehículo está en movimiento como estacionado. Existen diversas soluciones, pero todas deben afrontar el problema de la exposición a entornos adversos. La mayoría se alimentan con baterías, lo que limita su vida útil. Algunos sensores utilizan un sistema de alimentación inalámbrica similar al empleado en la lectura de etiquetas RFID, lo 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 cual puede ser importante en aplicaciones de automovilismo. Si los sensores se montan en la parte exterior de la rueda, como ocurre en algunos sistemas de posventa, están expuestos a daños mecánicos, fluidos agresivos y robos. Al montarse en la parte interior de la llanta, resultan más difíciles de acceder para cambiar la batería y el enlace de radiofrecuencia debe superar la atenuación que produce el neumático, lo que aumenta el consumo de energía.

Un sensor TPMS directo consta de las siguientes funciones principales y requiere solo unos pocos componentes externos  ( por ejemplo , batería, carcasa, PCB  ) para obtener el módulo sensor que se monta 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 la batería).

La mayoría de los sistemas dTPMS instalados de fábrica tienen el sensor montado en el interior de la llanta y las baterías no son reemplazables. Una batería descargada obliga a desmontar el neumático para cambiarlo, por lo que es deseable que tenga una batería de larga duración. 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 monitorización de la rueda de repuesto) o utilizan una comunicación bidireccional, que consume más energía, para activar el sensor. Para que las unidades dTPMS de los fabricantes de automóviles funcionen correctamente, deben reconocer la posición de los sensores e ignorar las señales de otros vehículos.

Los sistemas TPMS del mercado de repuestos están diseñados para ser adaptados a vehículos que no venían equipados de fábrica con esta tecnología. Estos sistemas están disponibles para una amplia gama de vehículos, desde bicicletas y remolques hasta camiones de servicio pesado. ^{[ 12 ]}

En flotas comerciales, los sistemas TPMS de posventa se utilizan como parte de la digitalización de la flota . Los sensores en cada neumático transmiten de forma inalámbrica datos de presión y temperatura en tiempo real a una unidad de seguimiento GPS en el vehículo. ^{[ 13 ]} Estos datos se transmiten a una plataforma de software de gestión de flotas , lo que permite a los gestores de flotas supervisar de forma remota el estado de los neumáticos, recibir alertas por baja presión y ayudar a prevenir reventones o consumo excesivo de combustible. ^{[ 14 ]}

Los sensores TPMS de primera generación, integrados en el vástago de la válvula, pueden sufrir corrosión. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Las tapas metálicas de las válvulas pueden atascarse en sus vástagos debido a la corrosión galvánica , y los intentos por retirarlas pueden romper el vástago, destruyendo el sensor. Un destino similar puede ocurrir con los núcleos de válvula de latón del mercado de repuestos instalados en sus vástagos por un técnico inexperto, en sustitución de los núcleos originales niquelados especializados. El atascamiento en el vástago de la válvula puede complicar la reparación de una fuga de neumático, posiblemente requiriendo el reemplazo del sensor.

Existe controversia respecto a la compatibilidad de los selladores de neumáticos del mercado de repuestos con los sistemas dTPMS que utilizan sensores montados dentro del neumático. Algunos fabricantes de selladores afirman que sus productos son compatibles, ^{[ 17 ]} pero otros advierten que el "sellador puede entrar en contacto con el sensor de forma que lo deje temporalmente inoperable hasta que un profesional del cuidado de neumáticos lo limpie, inspeccione y reinstale correctamente". ^{[ 18 ]} Otros también informan de estas dudas. ^{[ 19 ] [ 20 ]} El uso de dichos selladores puede anular la garantía del sensor TPMS. ^{[ 17 ]}

El primer país en hacer obligatorio el 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 una presión de aire insuficiente. La NHTSA consideró los neumáticos desinflados como una amenaza potencial para la seguridad, lo que pronto llevó a la promulgación de la Norma Federal de Seguridad de Vehículos Motorizados 138 sobre la instalación de TPMS en todos los vehículos para septiembre de 2007, implementada gradualmente desde 2005. ^{[ 27 ]} La norma tiene como objetivo advertir a los conductores sobre la baja presión de los neumáticos y los problemas de seguridad que esta conlleva. ^{[ 28 ]}

Esta norma exige la instalación de TPMS en todos los turismos nuevos, vehículos multipropósito, camiones y autobuses con un peso bruto vehicular (PBV) de 4536  kg (10 000  lb) o menos, excepto aquellos vehículos con ruedas dobles en un eje. La norma final exige que se le advierta al conductor cuando la presión de los neumáticos sea un 25 % o más inferior a la presión de inflado en frío recomendada por el fabricante del vehículo (presión indicada en la placa) para entre uno y cuatro neumáticos. ^{[ 29 ]}

El sistema TPMS se volvió obligatorio para todos los vehículos de menos de 3,5 t vendidos después de 2013. Posteriormente, en 2015, todos los vehículos debían tener TPMS, independientemente de su tamaño. En 2011, Hyundai Mobis desarrolló con éxito el TPMS y lo aplicó por primera vez en el Veloster. El sensor resultante consume aproximadamente un 30 % menos de energía que los productos anteriores, lo que permite una batería más pequeña y reduce el peso del sensor en más de un 10 %. ^{[ 30 ]}