Come funzionano gli pneumatici autogonfiabili

Linee Hummer CTIS. Foto per gentile concessione di Manny's Hummer Swampers

James Bond li ha, Hummers li ha, la maggior parte dei camionisti li ha e l'esercito li ha da anni. Gli pneumatici autogonfiabili consentono a un veicolo di adattarsi al terreno attuale per prestazioni e sicurezza ideali in quelle condizioni.

Attualmente, molti veicoli di consumo sono dotati di sistemi di monitoraggio della pressione, ma il conducente non può fare nulla al riguardo senza una fonte d'aria esterna. Ci sono molti sistemi di pneumatici autogonfiabili sul mercato, ma la maggior parte di essi è disponibile solo per applicazioni commerciali e militari. L'eccezione, ovviamente, è il sistema CTIS sull'Hummer.

In questo articolo, impareremo alcuni dei sistemi di gonfiaggio dei pneumatici disponibili e vedremo quando potrebbe essercene uno sul mercato per noi persone normali che guidano auto normali.

Foto per gentile concessione di Goodyear

Secondo AAA, circa l'80% delle auto sulla strada guida con uno o più pneumatici sgonfiati. I pneumatici perdono aria a causa della normale guida (specialmente dopo aver colpito buche o cordoli), permeazione e sbalzi di temperatura stagionali. Possono perdere uno o due psi (libbre per pollice quadrato) ogni mese in inverno e anche di più in estate. E non puoi dire se sono gonfiati correttamente solo guardandoli. Devi usare un manometro per pneumatici. Non solo il gonfiaggio insufficiente è dannoso per i tuoi pneumatici, ma è anche dannoso per il tuo chilometraggio del gas, influisce sul modo in cui la tua auto si comporta ed è generalmente pericoloso.

Quando gli pneumatici non sono gonfiati, il battistrada si usura più rapidamente. Secondo Goodyear, ciò equivale al 15 percento in meno di miglia che puoi percorrere per ogni 20 percento di gonfiaggio insufficiente. Anche i pneumatici sgonfiati si surriscaldano più rapidamente di quelli gonfiati correttamente, il che causa maggiori danni agli pneumatici. Le aree sbiadite sotto indicano aree di eccessiva usura del battistrada.

Poiché i pneumatici sono flessibili, si appiattiscono sul fondo quando rotolano. Questa zona di contatto rimbalza alla sua forma originale una volta che non è più a contatto con il suolo. Questo rimbalzo crea un'onda di movimento insieme a un certo attrito. Quando c'è meno aria nel pneumatico, quell'onda è più grande e l'attrito creato è maggiore e l'attrito crea calore. Se viene generato abbastanza calore, la gomma che tiene insieme le corde del pneumatico inizia a sciogliersi e il pneumatico si guasta. Guarda come funzionano gli pneumatici per saperne di più.

A causa della resistenza extra che ha uno pneumatico sgonfio quando rotola, il motore della tua auto deve lavorare di più. Le statistiche AAA mostrano che i pneumatici con un gonfiaggio insufficiente di appena 2 psi si riducono efficienza del carburante del 10 percento. Oltre un anno di guida, ciò può ammontare a diverse centinaia di dollari in acquisti di benzina extra.

I sistemi di gonfiaggio dei pneumatici hanno tre obiettivi generali:

• Rileva quando la pressione dell'aria in un particolare pneumatico è diminuita - Ciò significa che devono monitorare costantemente (o in modo intermittente) la pressione dell'aria in ogni pneumatico.
• Notificare il driver del problema
• Gonfiare che il pneumatico torni al livello corretto - Ciò significa che deve esserci un'alimentazione d'aria e una valvola di ritegno che si apre solo quando necessario.

Sebbene i sistemi di gonfiaggio dei pneumatici disponibili differiscano nel design, condividono alcuni elementi comuni.

• Usano tutti un tipo di file valvola isolare i singoli pneumatici per impedire il flusso d'aria da tutti i pneumatici quando uno viene controllato o gonfiato.
• Hanno un metodo per rilevare la pressione dei pneumatici. Questo viene risolto nella maggior parte dei casi con sensori centrali che trasmettono le informazioni a una centralina elettronica e quindi al conducente.

• Hanno un file fonte d'aria, che di solito è una fonte di bordo esistente come i sistemi frenanti o pneumatici. Quando si utilizza un sistema esistente, tuttavia, devono assicurarsi di non compromettere la sua funzione originale. Per questo motivo, ci sono controlli di sicurezza per garantire che ci sia una pressione dell'aria sufficiente per l'uso principale della sorgente prima di aspirare l'aria per il gonfiaggio dei pneumatici.
• Deve esserci un modo per farlo portare l'aria dalla sorgente d'aria ai pneumatici, che di solito è attraverso l'asse. I sistemi utilizzano un asse con mozzo sigillato con un tubo flessibile dal mozzo alla valvola del pneumatico oppure fanno scorrere i tubi attraverso l'asse con l'asse che funge da condotto.
• Ci deve essere un file sfiato di sfiato della pressione per sfiatare l'aria dal pneumatico senza rischiare di danneggiare il mozzo o le guarnizioni dell'asse posteriore.

Vediamo ora come ciascuno dei principali sistemi di gonfiaggio degli pneumatici presenti sul mercato utilizza questi elementi per far funzionare il sistema, a partire dal Central Tyre Inflation System (CTIS).

Sistemi di monitoraggio della pressione e autogonfiamento vs run-flat

Ci sono molte tecnologie per la pressione dei pneumatici attualmente sul mercato e alcune saranno presto sul mercato. A causa del TREAD Act, tutti i veicoli dovranno presto disporre di un sistema di monitoraggio della pressione dei pneumatici in modo che tutti i conducenti sappiano quando i pneumatici della loro auto stanno perdendo pressione dell'aria.

Questi tipi di sistemi di monitoraggio della pressione esistono da decenni e sono già standard in alcuni modelli di auto. Monitorano semplicemente la pressione dell'aria in ciascuno degli pneumatici dell'auto e avvisano il conducente se uno pneumatico scende al di sotto di un punto di pressione ottimale prestabilito.

I nostri pneumatici non sono ciò che sopporta il peso delle nostre auto e camion: è l'aria all'interno degli pneumatici. I pneumatici run-flat utilizzano un robusto materiale del fianco che supporta l'auto anche se non c'è aria in uno o più pneumatici. Ciò consente di arrivare dove stai andando anche se un pneumatico è forato e sgonfio. I pneumatici run-flat sono costruiti utilizzando strati alternati di corda resistente al calore e gomma e solitamente cunei a forma di mezzaluna di materiale di supporto del peso, rafforzando le pareti laterali per evitare che si pieghino quando non c'è pressione dell'aria.

Gli pneumatici autogonfiabili, invece, sono progettati per mantenere costantemente la pressione degli pneumatici al livello corretto. I sistemi autogonfiabili sono progettati più per perdite lente e per ottimizzare prestazioni e sicurezza che per mantenere un veicolo in movimento su un pneumatico che non trattiene più l'aria.

L'idea alla base del CTIS è di fornire il controllo sulla pressione dell'aria in ogni pneumatico come un modo per migliorare le prestazioni su diverse superfici. Ad esempio, l'abbassamento della pressione dell'aria in uno pneumatico crea un'area di contatto più ampia tra il pneumatico e il suolo e rende molto più facile la guida su terreni più morbidi. Inoltre fa meno danni alla superficie. Questo è importante nei cantieri e nei campi agricoli. Dando al guidatore il controllo diretto sulla pressione dell'aria in ogni pneumatico, la manovrabilità è notevolmente migliorata.

Un'altra funzione del CTIS è quella di mantenere la pressione nei pneumatici in caso di lenta perdita o foratura. In questo caso, il sistema controlla automaticamente il gonfiaggio in base alla pressione selezionata che il conducente ha impostato.

Ci sono due principali produttori del CTIS: Dana Corporation con sede negli Stati Uniti e Syegon con sede in Francia (una divisione di GIAT). Dana Corporation ha due versioni, il CTIS per uso militare (sviluppato da PSI) e il Tyre Pressure Control System (TPCS) per uso commerciale, macchinari pesanti.

CTIS: Dentro

Ecco uno sguardo al sistema generale:

UN valvola della ruota si trova su ciascuna estremità della ruota. Per le ruote doppie, le valvole sono tipicamente collegate solo alla ruota esterna in modo che la pressione tra i due pneumatici possa essere bilanciata. Parte del lavoro della valvola della ruota consiste nell'isolare il pneumatico dal sistema quando non è in uso, al fine di scaricare la pressione dalla guarnizione e prolungarne la durata. La valvola della ruota consente anche il gonfiaggio e lo sgonfiaggio su richiesta dei pneumatici.

Un centralina elettronica (ECU) montato dietro il sedile del passeggero è il cervello del sistema. Elabora i comandi del conducente, monitora tutti i segnali in tutto il sistema e dice al sistema di controllare la pressione dei pneumatici ogni 10 minuti per assicurarsi che la pressione selezionata venga mantenuta. La ECU invia i comandi al centralina pneumatica, che controlla direttamente le valvole delle ruote e il sistema pneumatico. La centralina pneumatica contiene anche un sensore che trasmette le letture della pressione dei pneumatici all'ECU.

Un pannello di controllo operatore consente al conducente di selezionare le modalità di pressione dei pneumatici in base alle condizioni attuali. Questo pannello montato sul cruscotto mostra le pressioni attuali dei pneumatici, le modalità selezionate e lo stato del sistema. Quando il conducente seleziona una regolazione della pressione dei pneumatici, i segnali dal pannello di controllo viaggiano alla centralina elettronica alla centralina pneumatica alle valvole delle ruote.

Quando i veicoli si muovono più velocemente (come su un'autostrada), la pressione dei pneumatici dovrebbe essere maggiore per evitare danni ai pneumatici. Il CTIS include un file sensore di velocità che invia le informazioni sulla velocità del veicolo alla centralina elettronica. Se il veicolo continua a muoversi a una velocità superiore per un determinato periodo di tempo, il sistema gonfia automaticamente i pneumatici a una pressione appropriata per quella velocità.

Questo tipo di sistema utilizza l'aria dallo stesso compressore che fornisce aria ai freni. UN pressostato assicura la priorità dell'impianto frenante, impedendo al CTIS di prelevare aria dal serbatoio di alimentazione fino a quando l'impianto frenante non è completamente carico.

Sistema di pneumatici autogonfiabili Hummer: al volante

Uno sguardo più da vicino

Ecco cosa succede su strada: La centralina elettronica comunica alla centralina pneumatica di controllare la pressione attuale e di gonfiare o sgonfiare il pneumatico alla pressione selezionata dal guidatore. Se il sistema determina che è necessario il gonfiaggio, controlla innanzitutto che le riserve di pressione dei freni siano dove dovrebbero essere; se lo sono, applica una leggera pressione alla valvola della ruota per consentire il gonfiaggio. Se i pneumatici sono gonfiati eccessivamente, il sistema applica un leggero vuoto alla valvola della ruota. Quando la centralina pneumatica legge che è stata raggiunta la pressione adeguata, la valvola si chiude.

In questa illustrazione, puoi vedere il percorso che l'aria percorre per il gonfiaggio o lo sgonfiaggio una volta che arriva alla ruota. Il tubo va dal compressore d'aria del veicolo attraverso il mozzo della ruota e poi alla valvola del pneumatico. Il "raccordo a sgancio rapido" consente di separare il pneumatico dal sistema CTIS per la rimozione o la manutenzione. (Questo diagramma mostra anche la funzione run-flat dell'Hummer, che consente al pneumatico di continuare a supportare il veicolo anche quando non trattiene l'aria.)

CTIS precoce

Già nel 1984, GM ha offerto il CTIS su blazer e pickup CUCV. CUCV sta per Commercial Utility Cargo Vehicle, e questi camion sono stati utilizzati dalle forze armate statunitensi dalla metà degli anni '80. Sono essenzialmente Chevrolet Blazer e pick-up a grandezza naturale che hanno attrezzature speciali aggiunte per applicazioni militari.

Il Tyre Maintenance System (TMS) di Dana Corporation è un sistema "intelligente" per rimorchi di trattori che monitora la pressione dei pneumatici e gonfia i pneumatici secondo necessità per mantenere la pressione al giusto livello. Utilizza l'aria dal serbatoio di alimentazione del freno del rimorchio per gonfiare i pneumatici.

Il sistema ha tre componenti principali:

• Il assemblaggio tubo pneumatico fornisce la rotta aerea per gonfiare il pneumatico e ha controlla le valvole in modo che le linee d'aria e le guarnizioni non debbano essere pressurizzate quando il sistema non sta controllando o gonfiando i pneumatici. Ciò riduce l'usura delle guarnizioni.
• Il Giunto rotante è composto da guarnizioni per aria e olio e cuscinetti e collega il tubo dell'aria dall'asse non rotante al coprimozzo rotante. Le sue guarnizioni dell'aria prevengono le perdite e il paraolio previene la contaminazione. Il mozzo rotante ha anche uno sfiato per scaricare la pressione dell'aria nel coprimozzo.
• Il collettore ospita la valvola di protezione della pressione, che assicura che il sistema non aspiri aria se l'alimentazione d'aria dei freni è inferiore a 80 psi. Ospita anche un filtro di ingresso per mantenere l'aria pulita, a sensore di pressione per misurare la pressione dei pneumatici e i solenoidi che controllano il flusso d'aria ai pneumatici.

Come il CTIS, anche questo sistema ha un'estensione centralina elettronica che gestisce l'intero sistema. Effettua controlli per assicurarsi che il sistema sia operativo, avvisa il conducente tramite una spia sul rimorchio (visibile attraverso lo specchietto retrovisore) se la pressione di un pneumatico scende di oltre il 10% al di sotto della sua pressione normale ed esegue la diagnostica del sistema.

Il sistema esegue un controllo della pressione iniziale e aggiunge aria a qualsiasi pneumatico che ne abbia bisogno. Le valvole di ritegno in ciascun tubo flessibile del pneumatico assicurano che gli altri pneumatici non perdano pressione mentre uno viene gonfiato. Dopo un controllo della pressione iniziale, il sistema si depressurizza per scaricare la pressione dalle guarnizioni. Ogni 10 minuti, il sistema pressurizza le linee e ricontrolla la pressione dei pneumatici.

Il sistema misura la pressione dei pneumatici utilizzando una serie di impulsi d'aria nelle linee d'aria. Se la pressione target nella linea non viene raggiunta dopo un certo periodo di tempo, il sistema inizia a gonfiare il / i pneumatico / i fino a raggiungere la pressione corretta.

Sistema AIRGO

Il sistema AIRGO è un sistema di monitoraggio costante che utilizza una serie di controlla le valvole per rilevare una perdita di pressione dell'aria.

A differenza di altri sistemi, AIRGO non utilizza l'aria dall'impianto frenante del veicolo. Quando si sono verificate infiltrazioni d'aria in uno qualsiasi dei vari punti del sistema (1), il sistema aspira aria (2) dal sistema pneumatico (non mostrato) e lo invia attraverso gli assi del veicolo (3) - attraverso gli assi stessi se sono pressurizzati o tramite tubi se non lo sono - attraverso il gruppo coprimozzo (4) e nel pneumatico che richiedono inflazione.

UN spia di avvertimento, situato sul rimorchio ma visibile attraverso lo specchietto retrovisore del conducente, si accende quando il sistema ha gonfiato un pneumatico.

Poiché questo è un file sistema di monitoraggio costante, che mette molta usura sulle guarnizioni, AIRGO utilizza per le sue guarnizioni acciaio al carbonio-grafite e cementato piuttosto che in gomma.

Altri sistemi

• PressureGuard: Il sistema PressureGuard convoglia l'aria dall'alimentazione d'aria del rimorchio attraverso gli assi, ai mozzi e quindi alle valvole dei pneumatici. (Per ulteriori informazioni, vedere PressureGuard.)
• TIREMAAX: Il sistema TIREMAAX utilizza l'alimentazione d'aria del rimorchio per mantenere un livello specifico di gonfiaggio dei pneumatici. Quando rileva una bassa pressione dei pneumatici, segnala all'operatore e quindi dirige l'aria dal serbatoio dell'aria del rimorchio al pneumatico che necessita di gonfiaggio. (Per ulteriori informazioni, vedere Henrickson TIREMAAX.)

Il Meritor Tyre Inflation System (MTIS) è progettato per l'uso su rimorchi di trattori. Utilizza l'aria compressa del rimorchio per gonfiare qualsiasi pneumatico che scende al di sotto della pressione appropriata. L'aria proveniente dall'attuale alimentazione d'aria del rimorchio viene convogliata a una scatola di controllo e quindi a ciascun asse.

Le linee d'aria attraversano gli assi per trasportare l'aria attraverso un gruppo di unione rotante all'estremità del mandrino per distribuire l'aria a ciascun pneumatico. Se c'è una significativa perdita di pressione dell'aria, una spia informa il conducente.

Il sistema complessivo è costituito da un gruppo mozzo ruota e un modulo di controllo.

Assemblaggio estremità ruota

Assemblaggio estremità ruota

Il gruppo estremità ruota include un tubo flessibile con valvole di ritegno. Il controlla le valvole consentire solo il flusso d'aria in ogni pneumatico; questo assicura che mentre uno pneumatico viene gonfiato, gli altri pneumatici non perdono pressione.

Questo gruppo incorpora anche uno statore (una parte non rotante) all'interno del perno dell'asse e a tee flow-through che è attaccato al coprimozzo. Il raccordo a T di flusso ha una tenuta dinamica per consentire la rotazione prevenendo la perdita di pressione quando l'aria pressurizzata passa dall'asse al mozzo, che avviene attraverso un tubo che va dallo statore nel raccordo a T.

Nell'assieme coprimozzo, c'è un file sfogo per assicurarsi che la pressione non si accumuli all'estremità della ruota. UN scudo deflettore impedisce a contaminanti come sporco e acqua di entrare nella ruota.

Per assi con mandrini cavi, a premere la spina sigilla l'interno dell'asse pressurizzato dall'estremità della ruota per fissare lo statore.

Sistema di controllo

Controlli

Il modulo di controllo del sistema ha un'estensione valvola di intercettazione per impedire che l'aria venga inviata al sistema, nonché a filtro per rimuovere umidità e contaminanti. Il petcock rilascia la pressione del sistema in modo da poter eseguire la manutenzione. Come alcuni degli altri sistemi che utilizzano le forniture d'aria di bordo, questo sistema ha un valvola di protezione della pressione in modo che non aspiri aria se l'alimentazione d'aria è inferiore a 80 psi.

UN manopola regolazione pressione impianto consente di regolare la pressione dell'aria nel sistema. UN interruttore di rilevamento del flusso attiva il spia per far sapere al guidatore se una quantità significativa di aria viene pompata in un pneumatico, il che indicherebbe una potenziale foratura.

Michelin sta lavorando con diverse altre società per sviluppare un sistema di gestione della pressione attivo chiamato TIPM (Tire Intelligent Pressure Management), che sarà disponibile nel 2005. Questo sistema ha un compressore che regola automaticamente la pressione in ogni pneumatico mentre il veicolo è in funzione per compensare le perdite e le forature lente. Il guidatore sarà in grado di regolare la pressione in base alla modalità di guida desiderata: comfort, sportiva, fuoristrada o su ostacoli.

Ci sono almeno altri due sistemi nelle prime fasi di sviluppo che sono orientati verso il mercato consumer: il EnTire sistema e il cicloide Pompa d'aria sistema.

Il sistema autogonfiabile EnTire utilizza una valvola che aspira l'aria dall'atmosfera. Quindi pompa l'aria nel pneumatico sotto-gonfiato utilizzando un'azione di pompa peristaltica. L'obiettivo è mantenere costantemente una pressione specifica.

Il sistema di gonfiaggio dei pneumatici AutoPump di Cycloid ha una piccola pompa montata sul mozzo della ruota che è alimentata dalla rotazione delle ruote. Quando il monitor del sistema rileva una caduta di pressione da 2 a 3 psi, pompa aria nel pneumatico sgonfio. AutoPump dispone di un sistema di allarme che si attiva in caso di foratura. 

Per ulteriori informazioni sugli pneumatici autogonfiabili e sugli argomenti correlati, consultare i collegamenti nella pagina successiva.

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fonti

• EnTire
• Got Air? Wacky Weather Wack Tyre Woes
• Tendenze in Giappone: costruire una bicicletta migliore
• Lynch Hummer: Central Tyre Inflation
• Roadranger: Sistema di gonfiaggio degli pneumatici centrale Goodyear Investor Relations: Rapporto annuale 2001
• Meritor Tyre Inflation Systems (MTIS) di P.S.I
• Sistemi di gestione degli pneumatici Dana Spicer
• CM Automotive Systems: specifiche CTIS
• Dipartimento dei trasporti degli Stati Uniti: 49 CFR parte 571
• CarandDriver.com: The Anti-Geneva Show
• Autotrasporti pesanti: Air Apparent
• LandLine: sistemi di monitoraggio e gonfiaggio degli pneumatici
• Gerald's Hummer Page: Central Tire Infllation System
• The Groves: i camion dell'esercito americano presenteranno la nuova tecnologia di Dana Corp.
• Innovazione Michelin nell'elettronica per pneumatici
• "Solchi superficiali di marciapiedi sottili e strade sterrate con pressioni di gonfiaggio dei pneumatici standard e ridotte", di Ahmed Shalaby e Alan Reggin, Canadian Journal of Civil Engineering, 29, 679-691, 2002.
• "Under (Controlled) Pressure", di Carol Ludorf, Transportation Communications, Fleet Equipment, agosto 2002.
• "Air as Needed", di David Cullen, proprietario della flotta, settembre 2003.
• Editoria integrata: sistema di gonfiaggio centrale dei pneumatici
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