SISTEM AUTOMAT DE CONTROL AL VITEZEI DE CROAZIERA

( CRUISE-CONTROL )

1

CUPRINS

1) Introducere,scurt istoric…………………………………………….3

2) Principiul de funtionare……………………………………………..5

3) Clasificare……………………………………………………….…12

4) Informatii utile pentru conducatorul auto………………………….13

5) Avantaje/dezavantaje………………………………………………14

2

1.Introducere

Sistemul automat de control al vitezei de croaziera ( cruise control) cunoscut ca

(speed-control,autocruise sau tempomat in anumite tari) este un sistem care controleaza automat

viteza unui autovehicul.

A aparut din nevoia conducatorului de a mai apasa pe pedala acceleratie atunci cand se deplaseaza

pe autostrada,drumuri in afara localitatilor.Aceste sisteme avand niste avantaje destul de mari au

evoluat continuu,iar sistemele moderne nu doar ca mentin viteza constanta dar sunt capabile sa

recunoasca un autovehicul care ruleaza înaintea sa, sa-i înregistreze viteza si sa mentina o distanta

de siguranta fata de acesta, cu ajutorul sistemului de franare si managementului motorului.

Precedentele sisteme au fost dezvoltate pentru viteze mai mari de 30 km/h, iar în viitor vor putea fi

utilizate si la viteze mai mici.

Exemplu panou de comanda cruise control pe volan la indemana conducatorului

Scurt istoric

Primul sistem de control al vitezei de croaziera a fost folosit inca din 1910,acesta era bazat pe un

regulator centrifugal,o tehnica inventata de James Watt si Boulton Matei in 1788 pentru utilizarea

pe motoarele cu abur de la locomotive.

În 1945 americanul Ralph Teetor a inventat cruise control-ul modern pe care il cunoastem astazi.

În 1958 un Chrysler Imperial a devenit prima masina care a fost echipata cu un sistem automat de

control al vitezei de croaziera.

3

Mod general de activare/utilizare

Odata atinsa viteza dorita, cu ajutorul unui buton, se poate stabiliza viteza la acea valoare. Exista

mai multe variante ale acestui sistem. Unele nu functioneaza decat pentru anumite trepte de viteza,

altele insa pot fi cuplate inca din treapta I pina intr-a V-a. Unele sisteme permit accelerarea peste

viteza stabilita (spre exemplu intr-o depasire) dupa care se poate lua piciorul de pe acceleratie si

viteza revine la valoarea selectata. La aparitia unui obstacol sau cind se doreste incetinirea, sistemul

este decuplat imediat ce sunt actionate frina sau ambreiajul. Spre exemplu, tempomatul oferit de

Skoda pe modelele sale creeaza posibilitatea mentinerii in mod automat a vitezei dorite de

conducatorul auto, incepind de la viteza de 30 km/h, fara ca acesta sa actioneze pedala de

acceleratie.. Daca viteza de rulare reala este mai mica decit valoarea vitezei memorate de catre

sofer, calculatorul motorului va trece la o functie de accelerare pentru a mentine viteza dorita.

Alte modele sunt dotate cu un buton „I/O“ care porneste/opreste sistemul si butoane adiacente „+“

si „-“ cu ajutorul carora se poate se poate regla viteza dorita, mai mare, respectiv mai mica decit cea

a masinii in momentul activarii functiei.Pentru memorarea vitezei de deplasare dorite se activeaza

butonul central ( exemplu autombil Bmw seria 5).

1.Principiul sistemelor de control al vitezei

Daca sunt luate în considerare conditiile de functionare în timp real ale4

sistemului (guvernat numeric) motor-automobil rezulta imediat ca programul sistemului de

reglare a controlului digital al vitezei de croaziera trebuie structurat, din proiectare, pe

diferite nivele de prioritate ale functiilor realizate. Exista mai multe variante ale sistemelor

de acest tip (Cruise Control) elementul distinctiv fiind sistemul de executie (dispozitivul ce

realizeaza actiunea asupra cablului de acceleratie).

Legenda:

1-panou de control

2-traductor de viteza

3-servomecanism de actionare a clapetei

4-unitate de control UC

5-senzor pedala frana

6-senzor pedala ambreiaj

5

Funcionarea de baza a unui operator de viteza este de a seta viteza vehiculului, compara

aceasta viteza la o setare dorita de conducator, si apoi accelereaza sau decelereaza automobilul daca

este necesar.

Schema bloc a unui sistem de feedback

Sistemul de control de croazieraa unei masini este un sistem de feedback comun care se foloseste

foarte des in zilele noastre mai ales in tarile cu o infrastructura foarte dezvoltata a drumurilor.

Sistemul încearca sa mentina o viteza constanta, în prezenta perturbatiilor în principal, cauzate de

schimbari în panta a unui drum. Controlerul compenseaza pentru aceste necunoscute de masurare,

viteza masinii si regleaza acceleratia in mod corespunzator.

Identificare parti mecanice

6

Actionarea clapetei de

acceleratieSenzor de

Viteza

Calculare/evaluare

Schema cruise control

7

Cruise control

computer

Control

Volan

Semnal viteza

autovehicul

Comutator pedala de ambreiaj

Comutator pedala de

frana

Actuator de vacuum

Clapeta de acceleratie

Schema bloc a sistemului automat de control al vitezei de croaziera

v-viteza autovehiculului

v.r-viteza dorita ( de referinta )

v primeste semnale iar v.r genereaza un semnal de comanda u care este trimis la mecanismul

servomotorului care controleaza pozitia pedalei de acceleratie.

Acceleratia la randul sau, controleaza cuplul T emis de motor pe care il transmite prin intermediul

transmisiei rotilor,generand o forta F cu care se deplaseaza automobilul. Exista forte perturbare Fd

datorita variatiilor în panta a drumului, rezistenta la rulare Rr si fortele aerodinamice Fa.

Regulatorul de croaziera are, de asemenea, o interfata om-masina, care permite soferului

posibilitatea de a seta si modifica viteza dorita.

Exista, de asemenea, functii care deconecteaza cruise control atunci cand frana este atinsa

( pentru siguranta).

Sistemul are multe componente individuale de actionare precum motorul, transmisia,

rotile si caroseria ,iar un model detaliat poate fi foarte complicat,dar putem simplifica acest model

pentru a proiecta controlerul de croaziera.

T F

Supapele controlate ale motorului genereazaun cuplu T, care este transmis la sol prin intermediul

cutiei de viteze si a rotilor.

Ecuatia de miscare a autovehiculului

8

Acceleratie/motorTransmisie &

rotiCaroserie

Actuator Controler

Interfata

conducator

auto

Fd

v

u

vr On/off

Set/decel

Resume/accel

Anulare

Forta F este generate de motor,a carui cuplu este proportional cu rata de injectie a

combustibilului,care este ea insasi proportional cu un sistem de control care verifica pozitia

pedalei de acceleratie.

Fie n raport de transmisie si r raza rotii. Turatia motorului este legata de viteza, prin expresia

Forta motoare

Cuplul depinde de ω

La deplasarea autovehicului apar forte directe,numite rezistente la inaintare precum Rezistenta la

rulare Rr,rezistenta la panta Rp,rezistenta la demarare Rd,rezistenta aerului Ra,rezistenta transmisiei

Rt.

Aceste rezistente influenteaza negativ mentinerea unei viteze constante si pentru mentinerea vitezei

constante trebuie invinse aceste forte ( de exemplu trebuie comandata clapeta de acceleratie la

motoarele MAS sau sistemul de injectie la motoarele MAC astfel incat sa determine accelerarea

automobilului la urcarea unei rampe sau atunci cand vantul bate cu putere contrarar sensului de

deplasare (rezistenta aerului) sau sa reduca viteza in cazul coborarii pantelor ( in acest caz sistemele

moderne de cruise-control poate actiona si asupra sistemului de franare).

Ga*sinαp

9

Ga*cosαp

Ga

Z2

Z1

X1

Rr2

Rr2X2

V

αp

Rezistenta la rulare

Rr=f*Ga*cosαp [daN] –rezistenta la rulare

f-coeficientul de rezistenta la rulare

Ga-greutatea totala a autovehiculului

αp-unghiul de inclinare a suprafetei

Puterea necesara invingerii rezistentei la rulare

Prul=Rr*V/360=f*Ga* cosαp*V/360 [daN] unde V este viteza autovehiculului [km/h]

Rezistenta la panta

Rezistenta la urcarea pantei,este,de fapt,componenta paralela cu panta a greutatii autovehicului,indreptata catre baza pantei.Ea este aplicata,ca si forta de greutate,in central de greutate al autovehiculului.

Rp=Ga*sinαp

Conventional,la urcare panta este denumita rampa,iar la coborare panta.In acest din urma caz,rezistenta la coborarea pantei devine negative ( contribuie la deplasarea autovehiculului).

Puterea necesara invingerii rezistentei la urcarea pantei este:

Pp=Rp*V/360=Ga*sinαp*V/360 [kW] unde R psi Ga [daN],iar V in km/h.

Rezistenta totala la inaintare din partea drumului

Rѱ=Rr+Rp=(f*cosαp+sinαp)*Ga

Pѱ=Rѱ*V/360=ѱ*Ga*V/360 unde Rѱ [daN],Ga[daN] si V in km/h

Rezistenta din partea aerului

Reprezinta forta aerodinamica longitudinal,Fax,sensul ei de actionare fiind intotdeauna opus

sensului vitezei de deplasare a autovehiculului.

Ra=k*A*Vx*Vx/13 respectv Ra=K*Vx*Vx/13 [daN]

Pa=K*Vx*Vx*V/4680 [kW]-puterea necesara invingerii rezistentei aerului

K=k*A

10

k =

δa-densitatea aerului

cx-coeficientul fortei aerodinamice pe directive longitudinal

k –coeficient aerodinamic

K-factor aerodinamic

Forta de perturbare Fd are trei componente majore: Fg,fortele datorate

gravitatiei,FR,fortele din cauza frecarii de rulare si Fa sau Ra,rezistenta aerodinamica.Inclinarea

drumului formeaza o panta care este caracterizata prin αp,iar gravitatia da Fg=m*g*sinαp,unde

g=9.81 m/s2.

Un model simplu al frecarii de rulare este:

CR=coeficientul de frecare al rotii

sng (v)-semnul ±1 sau zero în cazul în care v = 0

ρ-densitatea aerului [kg/m^3]

C d -dependenta aerodinamica a coeficientul de rezistenta

A-aria automobilului

Adunand,constatam ca autovehiculului i se poate atribui modelul:

Intrarea este semnalul u care controleaza pozitia clapetei de acceleratie, iar perturbatiile sunt Fd , care depind de panta drumului. Sistemul este neliniar, deoarece forta cuplului in curba, fortele gravitationale si cele de frecare a rotilor cat si fortele aerodinamice au un caracter neliniar.

Noi adaugam la acest model un controler de feedback care încearca sa reglementeze viteza din masina în prezenta perturbatiilor. Vom folosi un controller proportional-integral, care are urmatoarea forma:

Acest controler se poate realiza ca o intrare/iesire in acest sistem dinamic, prin definirea unei caracteristici controlerului z si punerea în aplicare a ecuatiei diferentiale.

11

3.CLASIFICARE

1) Sistem de control al vitezei de deplasare cu servomecanism electric servoasistatPneumatic

Acesta este compus dintr-o unitate electronica de calcul,un bloc de conversie al semnalelor de

intrare ( de la traductoarele de turatie ale rotii,de la pedala de frana si ambreiaj,turatia arbore

motor,deplasare element de executie ES-ACT)

Tot la unitatea centrala ajung comenzile date de conducatorul auto (SET- de setare a

vitezei dorite,MENTIN - de mentinere a vitezei setate anterior, dupao franare sau

accelerare,ON/OFF de angajare sau deconectare a sistemului Cruise control). Comenzile

de la unitatea central sunt initiate catre înfasurarile electrice ale actuatorului ACT,

servoasistat pneumatic.

Partile componente ale sistemului de control numeric al vitezei de deplasare sunt:

-TV,traductorul inductiv de turatie montat rigid pe caroserie,are rol in determinarea vitezei

instantanee a autovehiculului

-ON/OFF-intrerupator la pedala de frana,ambreiaj ( poate lipsi la autovehiculele cu transmisie

automata),are rol sistarea operarii asupra vitezei de deplasare în momentul actionarii acesteia de

catre conducatorul auto

-VM, traductor de inductie plasat pe fisa bobinei de inductie (sau a cilindrului 1)

la MAS, sau pe arborele de antrenare al pompei de injectie (MAC) cu rol în informarea

unitatii centrale asupra turatiei motorului si prevenirea supraturarii acestuia

ES, traductor de cursa inductiv,informeaza unitatea centrala asupra pozitiei clapetei de acceleratie.

-CONTR, panoul de control ce contine setul de instructiuni aflat la interfata cu

conducatorul auto, instructiuni de tipul: ON/OFF (sistem activat / dezactivat)

-SET, (setarea de catre conducatorul auto a vitezei de croaziera dorita pentru

deplasarea autovehiculului)

- MENTIN -mentinerea valorii dorite în cazul în care s-au efectuat de curand manevre

de franare

-EV, electrovalva cu actiune asupra circuitului de servoasistare vacuumatica cu rol

în dezangajarea imediata a sistemului de mentinere a vitezei de deplasare la manevre

prioritare (de tip frana, schimbare treapta)

-ACT servomecanism pentru comanda pozitiei pedalei de acceleratie

12

- UC, unitatea central de guvernare a vitezei de croaziera(ce asigura controlul activ

al mentinerii acestui parametru în limitele alese de conducatorul auto)

- STOP, comutatorul de lumini frana(utilizat în scopul dezactivarii sistemului de

control numeric al vitezei de deplasare)

2) Sistem de control al vitezei cu mecanism cu reductor planetar si actionare cumotor electric

In varianta mecanismului ce actioneaza clapeta de acceleratie (MAS) sau parghia pompei de

injective ( MAC ),cu actionare cu motor electric este nevoie de un redactor cu raport mare de

transmisie pentru a prelua cuplul de rotire a clapetei si de asemenea pentru implementarea unei

comenzi pentru manevrarea in ambele sensuri ale obturatorului.

3.Informatii utile pentru conducatorul auto

Sistemul se ativeaza dupa actionarea comutatorului de pornire al sistemului ( dupa viteze de 30-50

km/h).La viteza dorita se apasa butonul SET si se ridica piciorul de pe acceleratie.Astfel s-a

memorat viteza dorita.Sistemul va mentine viteza dorita cu erori de maxim ±5 km/h.Viteza se poate

mari,daca este nevoie,de exemplu intr-o depasire,iar apoi dupa luarea piciorului de pe

acceleratie,viteza va reveni la cea de referinta ( dorita ).Pentru micsorarea vitezei de croaziera se

apasa frana iar apoi prin intermediul butonului SET se seteaza noua viteza dorita.Dezactivarea

sistemului se realizeaza la oprirea motorului,la actionarea butonului OFF sau a franei.

4.AVANTAJE/DEZAVANTAJE

AVANTAJE CRUISE-CONTROL

-sistemul este ideal la rularea pe autostrada deoarece permite relaxarea conducatorului auto

-cel mai mare avantaj este economia de combustil deorece la rularea cu viteza constanta se

realizeaza un consum optim de combustibil ( fara accelerari,decelerari inutile)

-este confortabil

13

DEZAVANTAJE CRUISE-CONTROL

-dezavantajul major,din punctul meu de vedere este in legatura cu soferul deorece acest sistem de

mentinere constanta a vitezei de croaziera implica luare picioarelor de pe pedale,ceea ce incetineste

viteza de reactie in cazul unor situatii neprevazute.

Per total acest sistem este foarte util mai ales in tarile cu o infrastructura bogata in autostrazi.

Acest sistem este intr-o continua evolutie,sistemele actuale pot adapta viteza in functie de viteza

autovehiculului din fata,poate frana in caz de coliziune.Compania auto care se concentreaza mult

asupra acestor sisteme de confort si mai ales siguranta este Volvo.

Bibliografie

Mecatronica Automobilelor-conf. dr. ing. Florin Sernan

http://en.wikipedia.org/wiki/Cruise_control

http://www.youtube.com/watch?v=wPlV2-OQqwg14

http://www.bosch.com.ro/products/car_equip/news/ACC.htm

http://auto.howstuffworks.com/cruise-control.htm

http://autorepair.about.com/cs/generalinfo/a/aa100302a.htm

www.regielive.ro

15