Come funzionano i sistemi di controllo della crociera

Il cervello di un sistema di controllo della crociera è un piccolo computer che si trova normalmente sotto il cofano o dietro il cruscotto. Si collega al controllo dell’acceleratore visto nella sezione precedente, così come a diversi sensori. Il diagramma qui sotto mostra gli ingressi e le uscite di un tipico sistema di controllo di crociera.

Un buon sistema di controllo di crociera accelera in modo aggressivo fino alla velocità desiderata senza superarla, e poi mantiene quella velocità con poca deviazione, non importa quanto peso ci sia nella macchina, o quanto sia ripida la collina su cui si guida. Il controllo della velocità di un’auto è una classica applicazione della teoria dei sistemi di controllo. Il sistema di controllo di crociera controlla la velocità dell’auto regolando la posizione dell’acceleratore, quindi ha bisogno di sensori che gli comunichino la velocità e la posizione dell’acceleratore. Ha anche bisogno di monitorare i controlli in modo da poter dire qual è la velocità desiderata e quando disinserirla.

L’input più importante è il segnale di velocità; il sistema di controllo di crociera fa molto con questo segnale. Per prima cosa, iniziamo con uno dei sistemi di controllo più basilari che si possano avere – un controllo proporzionale.

In un sistema di controllo proporzionale, il cruise control regola l’acceleratore proporzionalmente all’errore, l’errore essendo la differenza tra la velocità desiderata e quella reale. Così, se il cruise control è impostato a 60 mph e l’auto sta andando a 50 mph, la posizione dell’acceleratore sarà abbastanza aperta. Quando l’auto sta andando a 55 mph, l’apertura della posizione dell’acceleratore sarà solo la metà di quello che era prima. Il risultato è che più l’auto si avvicina alla velocità desiderata, più lentamente accelera. Inoltre, se siete su una collina abbastanza ripida, l’auto potrebbe non accelerare affatto.

La maggior parte dei sistemi di controllo della crociera usa uno schema di controllo chiamato controllo proporzionale-integrale-derivativo (detto anche controllo PID). Non preoccupatevi, non c’è bisogno di conoscere alcun calcolo per farcela con questa spiegazione — basta ricordare che:

Un sistema di controllo PID usa questi tre fattori – proporzionale, integrale e derivato, calcolando ciascuno individualmente e sommandoli per ottenere la posizione dell’acceleratore.

Abbiamo già discusso il fattore proporzionale. Il fattore integrale si basa sull’integrale temporale dell’errore di velocità del veicolo. Traduzione: la differenza tra la distanza effettivamente percorsa dall’auto e la distanza che avrebbe percorso se fosse andata alla velocità desiderata, calcolata su un periodo di tempo stabilito. Questo fattore aiuta l’auto ad affrontare le colline, e la aiuta anche a stabilirsi alla velocità corretta e a rimanerci. Diciamo che l’auto inizia a salire una collina e rallenta. Il controllo proporzionale aumenta un po’ l’acceleratore, ma si può ancora rallentare. Dopo un po’, il controllo integrale inizierà ad aumentare l’acceleratore, aprendolo sempre di più, perché più a lungo l’auto mantiene una velocità inferiore a quella desiderata, più grande diventa l’errore di distanza.

Ora aggiungiamo il fattore finale, la derivata. Ricordate che la derivata della velocità è l’accelerazione. Questo fattore aiuta il cruise control a rispondere rapidamente ai cambiamenti, come le colline. Se l’auto inizia a rallentare, il cruise control può vedere questa accelerazione (rallentare e accelerare sono entrambe accelerazioni) prima che la velocità possa effettivamente cambiare molto, e rispondere aumentando la posizione dell’acceleratore.