El TPMS directo , o sistema de monitoreo directo de presión de neumáticos (TPMS con sensor directo), se refiere al uso de un sensor de presión montado directamente en las ruedas o neumáticos de un vehículo. [1] La presión dentro del neumático se mide utilizando un transductor de presión y la información de presión se envía posteriormente al vehículo para advertir al conductor si el neumático está inflado demasiado o demasiado poco. La información de presión se transmite comúnmente al vehículo utilizando tecnología de radiofrecuencia (RF), aunque en los últimos años se han utilizado sistemas que utilizan métodos mecánicos, eléctricos o magnéticos . [2]
En la mayoría de los diseños actuales de TPMS directos, un pequeño conjunto electrónico que es lo suficientemente resistente como para montarse dentro de un neumático, mide la presión utilizando un sensor de presión de sistema microelectromecánico (MEMS) [1] y luego transmite esta y otra información a uno o más receptores del vehículo . [1] Otra información puede incluir un número de serie, temperatura , aceleración , dirección de rotación y el estado del sistema completo de monitoreo de presión de neumáticos. [3] El propósito del número de serie es permitir que el vehículo ignore las transmisiones de otros vehículos y funcione con un campo de datos único. Un TPMS directo típico (por ejemplo, Ford , [4] BMW [5] o Toyota [6] ) comprende los siguientes componentes en un vehículo:
La mayoría de los sistemas TPMS directos utilizan radio de frecuencia ultraalta (UHF) en una de las bandas ISM "sin licencia" (industrial, científica y médica) para transmitir los datos, [7] a menudo alrededor de 433 MHz en Europa y 315 MHz en gran parte del resto del mundo. En algunos sistemas hay un receptor o antena independiente cerca de cada rueda, mientras que lo más habitual es que haya un único receptor que recibe datos de todas las ruedas del vehículo. Comúnmente, este receptor también se utiliza para el sistema de entrada remota sin llave (RKE), ya que este también suele utilizar transmisiones de radio UHF .
Los sensores TPM se pueden instalar en las ruedas de varias maneras. Se pueden montar en la parte posterior del vástago de la válvula del neumático [8] o se pueden fijar con un adhesivo o a una banda que luego se envuelve de forma segura alrededor de la llanta dentro del neumático, generalmente en la zona de caída. [9]
Cuando se enciende la luz de advertencia del TPMS directo, uno de los neumáticos está desinflado, demasiado inflado o hay una falla en el sistema. [1] Si la luz está fija, entonces inflar a la presión correcta indicada en la placa debería apagarla. Si este no es el caso, esto indica que hay un pinchazo. Si la luz es intermitente o permanece encendida después de inflar correctamente o reemplazar un neumático pinchado, esto indica una falla en el sistema TPMS directo. [1]
Cuando se instala el sistema TPMS directo en la fábrica, los números de identificación únicos de los sensores TPM (monitoreo de presión de neumáticos) deben registrarse junto con su posición en el vehículo con la ECU de monitoreo de presión de neumáticos. Esto también se aplica si alguno de los componentes del sistema se cambia posteriormente, por ejemplo, en caso de rotar los neumáticos, cambiar los sensores, reemplazar la ECU, etc. [4]
Este proceso requiere la activación del sensor TPMS directo mediante radio de baja frecuencia (LF) y la captura de los datos UHF transmitidos. Estos datos incluyen el ID del TPMS directo, la presión y la temperatura. En las plantas de fabricación de automóviles , la activación se lleva a cabo utilizando grandes sistemas de antena, mientras que en los concesionarios y talleres de neumáticos se utilizan herramientas manuales. Estas herramientas también se pueden utilizar para verificar si el TPMS directo tiene fallas antes del desmontaje. Si se cambia un sensor TPM o su posición en el automóvil sin volver a registrar los ID, la luz de advertencia del TPMS se encenderá y permanecerá encendida hasta que se vuelvan a registrar los ID. [1]
Si hay varias antenas o receptores, esto permite la localización del TPM de modo que el vehículo pueda saber de qué rueda provienen los datos de presión. Como alternativa a este método, el vehículo puede programarse en el momento de la fabricación con la posición del neumático junto con su número de serie del TPM. Esto permite que el vehículo muestre qué neumático tiene baja presión. [10]
Además, algunos vehículos tienen transmisores de radio de baja frecuencia montados cerca de cada rueda que se pueden utilizar para obligar a los TPM individuales a transmitir a voluntad. Estos suelen utilizar una tecnología similar a las etiquetas RFID de 125 kHz , donde el campo transmitido es predominantemente magnético y se puede detectar fácilmente mediante una pequeña antena de baja frecuencia ubicada en el TPM. Este método de localización se suele denominar sistema de línea alta.
El TPM también suele utilizar la antena LF para la configuración y para forzar la transmisión de modo que el vehículo pueda volver a aprender la localización si se cambia un sensor o se giran las ruedas.
Un tercer método utiliza la intensidad de la señal UHF, que es proporcional a la distancia entre el TPM y el receptor. Si el receptor está ubicado hacia la parte delantera del vehículo, la señal del TPM de las ruedas delanteras será más fuerte que la de las ruedas traseras.
En estos sistemas, los TPM tienen un método para detectar la dirección de rotación de la rueda, que forma parte del mensaje que se transmite al receptor. Esta información permite al receptor identificar desde qué lado del vehículo se transmite el TPMS. Combinada con la intensidad de la señal, se puede identificar la rueda correcta.
Los sensores TPM que se instalan actualmente en los automóviles de producción en serie en todo el mundo son unidades autónomas alimentadas por batería que miden periódicamente la presión de los neumáticos y, a menudo, la temperatura y la aceleración. El sensor está equipado con un circuito transmisor de RF que se utiliza para transmitir la presión medida, etc., dentro del neumático. [11]
El TPM está diseñado para utilizar la menor cantidad de energía posible para maximizar la vida útil de la batería. Esto se logra utilizando circuitos de muy baja potencia y transmitiendo los datos con la menor frecuencia y potencia posibles. El transmisor UHF en un TPM normalmente transmite alrededor de 250 μW (1 μW es igual a una millonésima (10 −6 ) de un vatio ).
Los TPM no tienen receptores UHF incorporados debido a los requisitos de potencia relativamente altos de esta tecnología. Esto significa que no pueden saber si están transmitiendo al mismo tiempo que otro TPM. La mayoría de los TPM tienen receptores LF, ya que consumen poca o ninguna energía.
Los sensores de presión, temperatura y aceleración generan señales analógicas que se convierten en sus equivalentes digitales mediante convertidores analógicos a digitales. El sensor de aceleración mide la fuerza centrífuga generada cuando la rueda gira. Esta fuerza es proporcional a la velocidad de rotación. El sensor de aceleración puede ser un simple interruptor en lugar de un transductor analógico (acelerómetro). Esto generalmente se conoce como interruptor de balanceo . El sensor de aceleración permite colocar el TPM en un modo de dispositivo de comunicación de bajo consumo , cuando el vehículo está parado, lo que puede extender la vida útil de la batería. La ventaja de un interruptor de balanceo sobre un acelerómetro es que el interruptor es puramente mecánico y no utiliza energía para tomar una medición. [12]
Cuando el vehículo está parado, el TPM puede transmitir periódicamente información al vehículo. Esto permite (siempre que el receptor del vehículo esté siempre encendido) que el conductor o el operador del vehículo reciban una advertencia de baja presión tan pronto como se encienda el sistema de encendido en lugar de tener que esperar hasta que el vehículo se ponga en movimiento.
Todas las unidades TPM de un vehículo funcionan en la misma frecuencia de canal de RF y cada mensaje incluye datos de presión, datos de temperatura, un código de identificación único, datos de estado operativo, información de estado y dígitos de control. El dígito de control es una suma de comprobación o una verificación de redundancia cíclica (CRC).
El TPM no suele tener información sobre la presión correcta de los neumáticos, ya que sería muy difícil y posiblemente peligroso mantenerla. Sin embargo, puede tener un algoritmo incorporado que detecta cambios de presión tanto lentos como rápidos. Esta condición puede transmitirse como parte del estado del TPM. También puede hacer que el TPM transmita información con mayor frecuencia.
En la actualidad, se utilizan dos tipos principales de sistemas de control directo de la presión de los neumáticos, conocidos como "línea alta" y "línea baja". [13]
Si el vehículo está equipado con transmisores de baja frecuencia (LF) cerca de cada rueda, el vehículo puede utilizarlos para obligar a los sensores a transmitir. En este caso, el TPM puede no transmitir por sí solo, pero el vehículo ordenará periódicamente a los sensores que envíen su información. [14]
Además, los TPM se verán obligados a transmitir cuando se encienda el encendido. Esto dará una indicación temprana de baja presión sin tener que tener el receptor del vehículo encendido cuando el vehículo no está en uso. Los transmisores generalmente se activan uno a la vez en secuencia para que el vehículo pueda informar al conductor de la ubicación de la rueda con baja presión. Esta información se puede utilizar más tarde para la localización haciendo coincidir el ID único del TPM con su posición descubierta por esta activación secuencial. Este método se utiliza en algunos sistemas de alta línea donde el TPM también transmite periódicamente.
En algunos vehículos, solo se utilizan tres transmisores LF para ahorrar dinero. El vehículo supone que las transmisiones de un TPM cercano que no haya sido activado por el LF pertenecen al TPM ubicado donde no hay transmisor LF.
Los sistemas de alta presión son inherentemente más costosos que los de baja presión, pero tienen la ventaja de que el vehículo conoce la presión al arrancar sin agotar la batería principal del vehículo y proporciona localización. Estos sistemas tienden a usarse en modelos de gama alta.
En este sistema, las unidades TPM transmiten por sí solas a intervalos fijos o aleatorios. Como las unidades TPM individuales del vehículo no saben si otra unidad TPM está transmitiendo al mismo tiempo, es posible que se produzcan colisiones entre los mensajes transmitidos. Se deben tomar medidas para garantizar que el vehículo reciba el mensaje. En algunos sistemas, el mensaje se retransmite varias veces para reducir el efecto de la interferencia (comunicación) . El patrón de transmisión puede ser aleatorio o pseudoaleatorio para reducir la posibilidad de colisiones entre las transmisiones de los sensores del vehículo. [14]
Otro método para intentar evitar colisiones es simplemente transmitir con mayor frecuencia, por ejemplo una vez por minuto. Además, si el TPM detecta un cambio rápido de presión o una temperatura demasiado alta, comenzará a transmitir con mayor frecuencia para que el vehículo tenga más posibilidades de recibir la información. El sistema de línea baja se utiliza en la mayoría de los vehículos debido a su menor costo.
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, [15] automóviles y remolques . [16]
El uso de TPMS en vehículos en los EE. UU. fue obligatorio en 2008 por la Ley de Mejora, Responsabilidad y Documentación de Retiradas del Transporte (o TREAD). Esta establece que se debe advertir al conductor de un vehículo si la presión de inflado es inferior en un 25 %. [17] La advertencia se muestra al conductor de acuerdo con la Norma Federal de Seguridad de Vehículos Motorizados (FMVSS) 49 CFR Parte 571. El requisito mínimo para la advertencia es en forma de un simple símbolo iluminado en el tablero, y esto a menudo se complementa con la visualización de un gráfico del automóvil que muestra la posición de la rueda a la que corresponde la luz de advertencia. Todos los vehículos livianos del nuevo modelo del año 2008 deberán tener un TPMS (directo o indirecto) instalado que sea capaz de detectar cuando uno o más de los neumáticos del vehículo, hasta los cuatro neumáticos, están un 25 % o más por debajo de la presión de inflado recomendada por el fabricante (presión de la placa) o una presión de activación mínima especificada en la norma, la que sea mayor. [18]
Los legisladores de la Unión Europea (UE) y del Lejano Oriente consideraron el TPMS como una forma de reducir las emisiones de CO2 . [19] Desde noviembre de 2014 (Directiva ECE-R 64 de la UE), todos los modelos nuevos de turismos vendidos en la UE deben estar equipados con un TPMS. [20]
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