Comment fonctionnent les systèmes de régulation de vitesse

Le cerveau d’un système de régulation de vitesse est un petit ordinateur qui se trouve normalement sous le capot ou derrière le tableau de bord. Il se connecte à la commande de l’accélérateur vue dans la section précédente, ainsi qu’à plusieurs capteurs. Le diagramme ci-dessous montre les entrées et les sorties d’un système de régulation de vitesse typique.

Un bon système de régulation de vitesse accélère agressivement jusqu’à la vitesse souhaitée sans dépassement, puis maintient cette vitesse avec peu d’écart, quel que soit le poids de la voiture, ou la pente de la colline que vous montez. Le contrôle de la vitesse d’une voiture est une application classique de la théorie des systèmes de contrôle. Le système de régulation de vitesse contrôle la vitesse de la voiture en ajustant la position de l’accélérateur, il a donc besoin de capteurs pour connaître la vitesse et la position de l’accélérateur. Il a également besoin de surveiller les commandes pour pouvoir dire quelle est la vitesse désirée et quand débrayer.

L’entrée la plus importante est le signal de vitesse ; le système de régulation de vitesse fait beaucoup avec ce signal. Tout d’abord, commençons par l’un des systèmes de contrôle les plus basiques que vous pourriez avoir — un contrôle proportionnel.

Dans un système de contrôle proportionnel, le régulateur de vitesse ajuste l’accélérateur proportionnellement à l’erreur, l’erreur étant la différence entre la vitesse désirée et la vitesse réelle. Ainsi, si le régulateur de vitesse est réglé à 60 mph et que la voiture roule à 50 mph, la position de l’accélérateur sera ouverte assez loin. Lorsque la voiture roule à 55 mph, l’ouverture de la position de l’accélérateur ne sera que la moitié de ce qu’elle était auparavant. Il en résulte que plus la voiture se rapproche de la vitesse souhaitée, plus elle accélère lentement. En outre, si vous étiez sur une colline assez raide, la voiture pourrait ne pas accélérer du tout.

La plupart des systèmes de régulation de vitesse utilisent un schéma de contrôle appelé contrôle proportionnel-intégral-dérivé (alias contrôle PID). Ne vous inquiétez pas, vous n’avez pas besoin de connaître le calcul pour arriver à cette explication — rappelez-vous simplement que :

Un système de contrôle PID utilise ces trois facteurs — proportionnel, intégral et dérivé, en calculant chacun individuellement et en les additionnant pour obtenir la position du papillon.

Nous avons déjà discuté du facteur proportionnel. Le facteur intégral est basé sur l’intégrale temporelle de l’erreur de vitesse du véhicule. Traduction : la différence entre la distance que votre voiture a réellement parcourue et la distance qu’elle aurait parcourue si elle allait à la vitesse désirée, calculée sur une période de temps donnée. Ce facteur aide la voiture à franchir les pentes et à s’installer à la bonne vitesse et à y rester. Imaginons que votre voiture commence à monter une côte et qu’elle ralentisse. La commande proportionnelle augmente un peu l’accélérateur, mais vous pouvez encore ralentir. Après un petit moment, la commande intégrale commencera à augmenter l’accélérateur, en l’ouvrant de plus en plus, parce que plus la voiture maintient une vitesse inférieure à la vitesse désirée, plus l’erreur de distance devient importante.

Ajoutons maintenant le dernier facteur, la dérivée. Rappelez-vous que la dérivée de la vitesse est l’accélération. Ce facteur aide le régulateur de vitesse à répondre rapidement aux changements, comme les collines. Si la voiture commence à ralentir, le régulateur de vitesse peut voir cette accélération (le ralentissement et l’accélération sont tous deux des accélérations) avant que la vitesse ne puisse réellement changer beaucoup, et répondre en augmentant la position de l’accélérateur.