Détection du sous gonflage des pneumatiques

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Description détaillée

Selon les statistiques de constructeurs, 85% des problèmes de pneumatiques sont le résultat de fuites lentes et inaperçues. Ceci explique la présence de plus en plus importante sur les véhicules de système de détection de sous gonflage des pneumatiques. Les systèmes de surveillance de pression de pneumatiques (SSPP ou TPMS) sont obligatoires depuis novembre 2012 sur toutes les nouvelles homologations de véhicules du segment M1 et seront obligatoires sur tous les véhicules neufs vendus à partir de novembre 2014.
Le système doit être capable de détecter une perte de pression supérieure à 20% de la pression normale à chaud.

Cas des capteurs par mesure directe:

Ce système de surveillance analyse la pression et la température des pneumatiques, afin d'alerter le conducteur en cas de sous gonflage.
Des émetteurs intégrés derrière les valves de chaque roue transmettent les informations de température et de pression par haute fréquence à un calculateur situé dans l'habitacle du véhicule.

Après traitement des informations, le calculateur informe le conducteur si il détecte une perte de pression sur les pneumatiques supérieur à 0,3 bar par rapport à la valeur nominale.

Le message d'alerte généralement affichée sur un écran  du tableau de bord peut se faire de deux façons différentes :

     - alerte de sous gonflage sans identification de la ou des roues concernées, si le système est sans localisation

     - alerte de sous gonflage avec identification de la ou des roues concernées, si le système est possède la fonction autolocalisation.


Les émetteurs plaçés dans chacune des roues font partis intégrante de la valve et sont alimentés par une pile dont la durée de vie va de 3 à 10 ans.
 

Pour remplir leur fonction ils contiennent plusieurs éléments :

   - un capteur de pression qui assure la mesure par une membrane qui se déforme plus ou moins en fonction de la pression présente dans le pneumatique

   - un capteur de température  qui mesure la température de l'air du pneumatique. Il convient en effet de corriger la pression en fonction de la température.

   - un microcontroleur qui analyse et traite ses informations.

   - un micro émetteur HF qui envoie le message d'alerte par l'intermédiaire d'une antenne imprimée dans l'émetteur. Chaque émetteur possède un code identifiant différent.


Le calculateur de sous gonflage doit pouvoir identifier une roue en défaut. La procédure d'identification est fonction de la technologie installée sur le véhicule:

1/ Pour les systèmes utilisant un récepteur unique en l'occurence le calculateur de sous gonflage, ce calculateur met en oeuvre des procédures de reconnaissance des roues avants et arrières, puis des roues droites et gauches.

Cette technologie n'impose aucune contrainte pour le positionnement des roues.

2/ Pour les systèmes utilisant quatre récepteurs et un calculateur de sous gonflage, ce calculateur reconnait séparément chaque roue par son identifiant par l'intermédiaire du réseau multiplexé. Un récepteur est placé à proximité de chaque roue. Cette technologie impose le respect de la position initiale des roues, chaque roue est repéré par une bague de couleur prés de la valve, afin que la valeur affichée soit toujours celle du bon pneu.
Dans tout les cas, un afficheur de la planche de bord signale le message d'alerte.

Exemple de système composé d'une antenne par roue (dans le passage de roue):

1/ Consommation du capteur

Par exemple, si les batteries devaient fournir 50 uA en permance, elles ne pourraient le faire que pendant 3 semaines ! Mais grâce au mode de transmission par "burst", ou petit paquet de données à intervalles réguliers et espacés (entre temps le système s'éteint), la consommation totale se résume à environ 2 uA (avec en veille un courant de fuite d'environ 0,5 uA).

Donc, en fonction de la capacité de la batterie du système utilisé par l'équipementier ainsi que de la fréquence de l'émission et de la température ambiante, la durée de vie de la batterie oscille entre 3 et 10 ans.

2/ Températures de fonctionnement

Ces sytèmes sont faits pour fonctionner à des températures ambiantes de :

- mini : - 40°C
- maxi : 120°C

3/ Principe de captage

- Pression :

La cellule de détection est le plus souvent basée sur une cellule capacitive déformée par la pression. Celle-ci sera couplée à convertisseur "Capacité en Tension".  Un cellule de mémoire type Flash ROM contient les données de calibration. Une cellule de conversion "Analogique vers Numérique" (CAN trasmettra les résultats de la mesure au microcontrôleur intégré.

- Température :

La cellule de mesure de température est basée sur un capteur type thermistance (CTN le plus souvent). La ROM contient également les données relatives à sa calibration (cartographie), puis celle-ci sera traitée par un convertisseur "Analogique vers Numérique" avant d'être envoyée dans le microcontrôleur.

4/ Emission de données

- Type de modulation :

Le transmetteur HF peut utiliser soit une modulation d'amplitude (AM ou ASK), soit une modulation de fréquence (FM ou FSK) ou les deux.

- Débit des données :

Le débit varie selon les constructeurs mais oscille autour d'environ 10 kbit/s.

- Fréquence porteuse :

Les fréquences que l'on rencontre sont : 315, 433 ou 868 MHz.

5/ Exemple de procédure d'identification

- Reconnaissance des roues AV et AR :

À la mise du contact, le calculateur sollicite l'émission des deux modules émetteurs de roues AV  gràce aux deux antennes BF, situées derrière les pare-boue AV.
Les deux modules émettent leur identifiant  que le calculateur identifie comme roues AV. Dès le roulage, les deux émetteurs de roues AR émettent leur identifiant que le calculateur identifie comme roues AR.

- Reconnaissance des roues D et G :

Pendant le roulage, le calculateur est informé de l'angle volant, de l'accélération et de la vitesse de chaque roue. Ces informations lui permettent d'identifier la droite et la gauche du véhicule, donc les roues D et G, car dans un virage les roues intérieures tournent moins vite que les roues extérieures.


Cas des capteurs par mesure indirecte:

Les avertisseurs de perte de pression des pneumatiques indirect eux ne disposent pas de capteurs de pression instrumentés.

Ils vont se baser au minimum sur:

• Calculateur ABS/ESC ou ESP
• Tableau de bord ou combiné
• Les 4 capteurs de vitesse de roues du système ABS/ESC ou ESP

Le calculateur ABS-ESP compare les valeurs données par les capteurs de vitesse de roues en phase de roulage. Lorsque le système a détecté qu'une ou plusieurs roues sont sous-gonflées, une alter apparaîtra.

Pour réaliser ces contrôles, il va se baser sur 2 algorithmes:

• temporel: détecte en comparant la vitesse des 4 roues
• fréquentiel: détecte en comparant la vitesse d'une roue par rapport à son historique suite à un apprentissage-initialisation.

Le réapprentissage permet :

- L'extinction du témoin d'alerte sous-gonflage,
- L'apprentissage de nouvelles valeurs.

Cette fonction est intégrée au calculateur de correction de trajectoire mais celle-ci est bien spécifique et indépendante des autres fonctions.


Le réapprentissage se fait en trois étapes :

1 - Vérification et réajustement des pressions en fonction des données constructeur.
2 - Déclenchement du réapprentissage en appuyant sur le bouton ou la commande dédiée.
3 - Période de roulage dans laquelle le système apprend les valeurs de référence et le comportement des pneus.

Afin de pouvoir surveiller une perte de pression lente sur les quatre roues en même temps, le système surveille la fréquence et l'amplitude de chaque signal de vitesse.

Lors du roulage, le flanc du pneu s'écrase et se détend, ce qui engendre une fréquence de variation de vitesse.

Lorsque le pneu perd de la pression, sa rigidité diminue. Les flancs s'écrasent plus et se détendent plus, les variations de vitesse sont plus importantes avec des fréquences plus faibles.

Exemple de variation de vitesse pour un véhicule roulant à 120 km/h.
En rose la fréquence, en mauve l'amplitude maximum.

Grâce à l'analyse de ces données, le calculateur est capable de déterminer la perte de pression sur une roue sans avoir à la comparer avec les autres. En résumé le système est capable de reconnaître une perte de pression simultanée sur les quatre roues.

Le système est capable de détecter si le véhicule est chargé (fréquences différentes sur les roues arrière…)

L'analyse ne se fait pas dans certaines phases de roulage car elles ne sont pas représentatives et peuvent perturber le fonctionnement.

En effet, lors des transferts de charge (freinage, accélération….) les flancs se déforment.

Le système ne prend pas de valeurs durant ces phases.

Le calculateur a besoin des informations suivantes pour écarter ces phases :

- freinage, par le contacteur de stop,
- accélération longitudinale, par le couple et le régime moteur donnés par le calculateur moteur,
- accélération transversale, par le capteur gyromètre/accéléromètre,
- marche arrière, par le contacteur de marche arrière.

Les variations brutales et rapides de la vitesse de la roue dues à un passage sur un nid de poule ou une bosse sont filtrées par le calculateur pour ne pas perturber les mesures.

Enfin, la conformité des pneus est très importante : un pneu pas compatible peut entraîner l'éclairage du voyant.

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Méthodes et pratiques

Pour tous les intervenants:
1 Remplacement des pneumatiques
2  Remplacement des valves émettrices.
=> Dépose et repose des roues en respectant les procédures constructeur, position des roues et des valves, etc.

Les pneumatiques devront être conformes à la monte d'origine du véhicule.(Taille, indices de charge et de vitesse)

Un réinitialisation est impérative lors du remplacement des pneumatiques ou lors de l'ajustement de la pression.

Pour les techniciens:

Paramétrage du calculateur

=> Réglage du seuil des pressions d'alerte, grâce aux informations du véhicule et à l'aide d'un outil de diagnostic.
=> Paramétrage du calculateur, à l'aide d'un outil de diagnostic.

Opérateur de service rapide : dépose et repose des roues et des pneumatiques.

Mécanicien et technicien confirmé : dépose et repose des roues et des pneumatiques, réglage des seuils de pression.

Électricien et électronicien automobile : réglage des seuils de pression, paramétrage du calculateur, diagnostic et remise en état du système.

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Impact sur les compétences en atelier

L'intervention sur ces systèmes exige pour le diagnostic des techniciens:

• de connaître la structure des réseaux multiplexés,
• connaître les protocoles et leurs modes dégradés,
• de maîtriser la lecture des schémas schémas électriques,
• de maîtriser toutes les fonctions de l'outil de diagnostic,
• maîtriser toutes les fonctions de l'oscilloscope et du multimètre,
• de connaître les différentes procédures liées à ce système.

Pour les non techniciens, ils doivent être en mesure de:

• réaliser la pose et dépose des valves
• réaliser les apprentissages requis

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Exemple d’outillage approprié

Outil de diagnostic
Forceur de valves