Mózgiem tempomatu jest mały komputer, który zwykle znajduje się pod maską lub za deską rozdzielczą. Łączy się on z układem sterowania przepustnicą, o którym była mowa w poprzednim rozdziale, a także z kilkoma czujnikami. Poniższy diagram przedstawia wejścia i wyjścia typowego tempomatu.
Dobry tempomat agresywnie przyspiesza do żądanej prędkości bez przekroczenia, a następnie utrzymuje tę prędkość z niewielkimi odchyleniami bez względu na to, ile waży samochód lub jak strome jest wzgórze, na które wjeżdża. Kontrolowanie prędkości samochodu jest klasycznym zastosowaniem teorii układów sterowania. Tempomat kontroluje prędkość samochodu poprzez regulację położenia przepustnicy, dlatego potrzebuje czujników, które poinformują go o prędkości i położeniu przepustnicy. Musi również monitorować elementy sterujące, aby móc określić, jaka jest pożądana prędkość i kiedy się wyłączyć.
Reklama
Najważniejszym sygnałem wejściowym jest sygnał prędkości; tempomat robi z nim bardzo wiele. Po pierwsze, zacznijmy od jednego z najbardziej podstawowych systemów sterowania, jakie możesz mieć – sterowania proporcjonalnego.
W systemie sterowania proporcjonalnego, tempomat dostosowuje przepustnicę proporcjonalnie do błędu, przy czym błąd jest różnicą między prędkością pożądaną a rzeczywistą. Tak więc, jeśli tempomat jest ustawiony na 60 mph, a samochód jedzie 50 mph, pozycja przepustnicy będzie otwarta dość daleko. Gdy samochód będzie jechał 55 mph, otwarcie przepustnicy będzie tylko o połowę mniejsze niż wcześniej. W rezultacie, im bardziej samochód zbliża się do pożądanej prędkości, tym wolniej przyspiesza. Ponadto, na wystarczająco stromym wzniesieniu samochód może w ogóle nie przyspieszać.
Większość tempomatów wykorzystuje schemat sterowania zwany sterowaniem proporcjonalno-całkująco-pochodnym (a.k.a. PID). Nie martw się, nie musisz znać żadnego rachunku, aby przebrnąć przez to wyjaśnienie – po prostu pamiętaj, że:
- Całka prędkości to odległość.
- Pochodna prędkości to przyspieszenie.
System sterowania PID używa tych trzech współczynników — proporcjonalnego, całkowego i pochodnego, obliczając każdy z osobna i dodając je, aby uzyskać pozycję przepustnicy.
Omówiliśmy już współczynnik proporcjonalny. Czynnik integralny jest oparty na całce czasowej błędu prędkości pojazdu. Tłumaczenie: różnica między odległością, którą samochód faktycznie przebył, a odległością, którą przebyłby, gdyby jechał z żądaną prędkością, obliczona w określonym czasie. Ten czynnik pomaga samochodowi radzić sobie na wzniesieniach, a także pomaga mu w osiągnięciu prawidłowej prędkości i utrzymaniu jej. Załóżmy, że Twój samochód zaczyna jechać pod górę i zwalnia. Regulator proporcjonalny zwiększa nieco przepustnicę, ale samochód nadal zwalnia. Po chwili sterowanie całkujące zacznie zwiększać przepustnicę, otwierając ją coraz bardziej, ponieważ im dłużej samochód utrzymuje prędkość wolniejszą od pożądanej, tym większy staje się błąd odległości.
Teraz dodajmy ostatni czynnik, pochodną. Pamiętaj, że pochodną prędkości jest przyspieszenie. Ten czynnik pomaga tempomatowi szybko reagować na zmiany, takie jak wzniesienia. Jeżeli samochód zaczyna zwalniać, tempomat widzi to przyspieszenie (zwalnianie i przyspieszanie to przyspieszenie), zanim prędkość może się znacznie zmienić, i reaguje zwiększając położenie przepustnicy.
Przyspieszenie