Автоматическое управление скоростью автомобиля

Введение

Круиз-контроль (также известный как регулятор скорости, круиз-команда, автокруиз или темпомат) – это система, которая автоматически поддерживает заданную скорость транспортного средства. Система является сервомеханизмом, который управляет дроссельной заслонкой автомобиля для поддержания постоянной скорости, установленной водителем.

История

Контроль скорости существовал в ранних автомобилях, таких как Wilson Pilcher в начале 1900-х годов. На рулевой колонке был рычаг, который можно было использовать для установки скорости, которую должен поддерживать двигатель. В 1908 году Peerless оснастили регулятором для поддержания скорости двигателя с помощью дополнительного рычага дроссельной заслонки на рулевом колесе. Peerless успешно использовал центробежный регулятор (флайбол-губернатор). Они рекламировали свою систему как способную "поддерживать скорость как при подъеме в гору, так и при спуске". Регулятор (губернатор) использовался Джеймсом Уаттом и Мэтью Болтоном в 1788 году для управления паровыми двигателями, но использование регуляторов восходит как минимум к XVII веку. В двигателе регулятор использует центробежную силу для регулировки положения дроссельной заслонки, адаптируя скорость двигателя к различным нагрузкам (например, при движении в гору). Современный круиз-контроль (также известный как спидостат или темпомат) был изобретен в 1948 году слепым изобретателем и инженером-механиком Ральфом Титором. Механизм, управляемый водителем, оказывал сопротивление дальнейшему нажатию на педаль акселератора, когда автомобиль достигал желаемой скорости. Он разработал это устройство во время вождения по Пенсильванской магистрали и установил его в свой автомобиль в 1948 году. Другой изобретатель, Гарольд Эклайн, работавший независимо от Титора, также изобрел тип круиз-контроля, который он сначала установил на свой автомобиль и автомобили друзей. Эклайн подал заявку на патент США на "вакуумный регулятор дроссельной заслонки с электрическим воздушным клапаном" в 1951 году, который был выдан в 1956 году. Несмотря на эти патенты, Титору, Эклайну и последующим владельцам патентов не удалось получать роялти за изобретения круиз-контроля. Первым автомобилем с системой "спидостат" Титора был Chrysler Imperial 1958 года выпуска (под названием "автопилот"), использующий регулятор скорости на приборной панели. Эта система вычисляла скорость автомобиля на основе вращающегося троса спидометра и использовала двунаправленный электродвигатель с винтовым приводом для изменения положения дроссельной заслонки по мере необходимости. Вскоре Cadillac переименовал и начал продавать устройство под названием "круиз-контроль". Блок "cruise command" от AMC приводился в действие нажатием кнопки на приборной панели после достижения автомобилем желаемой скорости. Положение дроссельной заслонки автоматически регулировалось вакуумным приводом, который открывал и закрывал дроссельную заслонку на основе данных от троса спидометра, а не с помощью регулируемого управления на приборной панели. Блок отключался при нажатии на тормоз. Дэниел Аарон Виснер изобрел "автомобильный электронный круиз-контроль" в 1968 году, работая инженером в отделе промышленных и автоматизированных систем RCA в Плимуте, штат Мичиган. Его изобретение описано в двух патентах, поданных в том же году (патенты США 3570622 и 3511329), второй из которых представил цифровую память и стал первым электронным устройством, управляющим автомобилем. В связи с нефтяным кризисом 1973 года и ростом цен на топливо устройство стало более популярным в США. "Круиз-контроль может экономить топливо, предотвращая резкие ускорения и замедления, которые приводят к повышенному расходу топлива" при движении с постоянной скоростью. Преимущество электронного контроля скорости перед его механическим предшественником заключалось в том, что его можно было интегрировать с электронными системами предотвращения аварий и управления двигателем.

Speed control existed in early automobiles such as the Wilson Pilcher in the early 1900s. They had a lever on the steering column that could be used to set the speed to be maintained by the engine. In 1908, the Peerless included a governor to keep the speed of the engine through an extra throttle lever on the steering wheel. Peerless successfully used a flyball governor. They advertised their system as being able to "maintain speed whether uphill or down." A governor was used by James Watt and Matthew Boulton in 1788 to control steam engines, but the use of governors dates at least back to the 17th century. On an engine, the governor uses centrifugal force to adjust the throttle position to adapt the engine's speed to different loads (e. g., when going up a hill). Modern cruise control (also known as a speedostat or tempomat) was invented in 1948 by the blind inventor and mechanical engineer Ralph Teetor. A mechanism controlled by the driver provided resistance to further pressure on the accelerator pedal when the vehicle reached the desired speed. He conceived the device while driving on the Pennsylvania Turnpike and installed his invention in his car in 1948. Another inventor named Harold Exline, working independently of Riley, also invented a type of cruise control that he first installed on his car and friends' cars. Exline filed a U. S. patent for a "vacuum powered throttle control with electrically controlled air valve" in 1951, which was granted in 1956. Despite these patents, Riley, Exline, and subsequent patent holders were not able to collect royalties for any cruise control inventions. The first car with Teetor's "speedostat" system was the 1958 Chrysler Imperial (called "auto pilot"), using a speed control dial on the dashboard. This system calculated ground speed from the rotating speedometer cable and used a bi directional screw drive electric motor to vary the throttle position as needed. Cadillac soon renamed and marketed the device as "cruise control." The AMC "cruise command" unit was actuated through a push button on the dashboard once the car's desired speed was reached. The throttle position was automatically adjusted by a vacuum control that opened and closed the throttle based on input from the speedometer cable rather than through an adjustable control on the dashboard. The unit would shut off anytime the brakes were applied. Daniel Aaron Wisner invented an "automotive electronic cruise control" in 1968 as an engineer for RCA's Industrial and Automation Systems Division in Plymouth, Michigan. His invention is described in two patents filed that year (US patents 3570622 and 3511329), with the second introducing digital memory, and was the first electronic device that controlled a car. Due to the 1973 oil crisis and rising fuel prices, the device became more popular in the U. S. "Cruise control can save gas by avoiding surges that expel fuel" while driving at steady speeds. The advantage of electronic speed control over its mechanical predecessor was that it could be integrated with electronic accident avoidance and engine management systems.

Операция

Водитель должен вручную разогнать транспортное средство до необходимой скорости и использовать кнопку для установки круиз-контроля на текущую скорость. Круиз-контроль получает сигнал о скорости от вращающегося карданного вала, троса спидометра, датчика скорости колеса, оборотов двигателя или внутренних электронных импульсов скорости, генерируемых транспортным средством. Большинство систем не позволяют использовать круиз-контроль на скоростях ниже определенного значения, обычно около [укажите значение]. Транспортное средство будет поддерживать заданную скорость, воздействуя на трос дроссельной заслонки с помощью соленоида, вакуумного сервопривода или используя встроенные электронные системы (полностью электронные), если в автомобиле используется система управления дроссельной заслонкой по проводам (drive-by-wire). Все системы круиз-контроля должны иметь возможность принудительного и автоматического отключения при нажатии водителем на педаль тормоза, а часто и на педаль сцепления. Системы круиз-контроля часто включают функцию памяти для возобновления заданной скорости после торможения и функцию поддержания скорости при движении накатом для снижения заданной скорости без торможения. При включенном круиз-контроле педаль газа все еще может увеличить скорость автомобиля, но после отпускания педали автомобиль замедлится до ранее установленной скорости. На новейших автомобилях, оснащенных электронным управлением дроссельной заслонкой, круиз-контроль может быть интегрирован в систему управления двигателем. Современные "адаптивные" системы способны автоматически снижать скорость при уменьшении дистанции до впереди идущего автомобиля или при приближении к ограничению скорости. Системы круиз-контроля некоторых автомобилей включают функцию "ограничителя скорости", которая не позволит автомобилю разгоняться выше установленного предела; эту функцию обычно можно отключить, полностью нажав на педаль акселератора. Большинство систем не позволят двигателю набирать обороты для разгона выше выбранной скорости. Однако они не будут активировать тормоза при превышении скорости на спуске и не остановят автомобиль, если он движется быстрее выбранной скорости, даже на холостом ходу. Круиз-контроль менее эффективен на автомобилях с механической коробкой передач, поскольку нажатие на педаль сцепления и переключение передач обычно отключают круиз-контроль. Функция "возобновление" должна использоваться каждый раз после выбора новой передачи и отпускания сцепления. Поэтому круиз-контроль наиболее полезен на скоростях, развиваемых на автомагистралях, где практически постоянно используется высшая передача. Функция ограничения скорости не имеет этой проблемы.

The driver must manually bring the vehicle up to speed and use a button to set the cruise control to the current speed. The cruise control takes its speed signal from a rotating driveshaft, speedometer cable, wheel speed sensor from the engine's RPM, or internal speed pulses produced electronically by the vehicle. Most systems do not allow the use of the cruise control below a certain speed typically around The vehicle will maintain the desired speed by pulling the throttle cable with a solenoid, a vacuum driven servomechanism, or by using the electronic systems built into the vehicle (fully electronic) if it uses a 'drive by wire' system. All cruise control systems must have the capability to be turned off explicitly and automatically when the driver depresses the brake pedal and often also the clutch. Cruise control systems frequently include a memory feature to resume the set speed after braking and a coast feature to reduce the set speed without braking. When the cruise control is engaged, the throttle can still accelerate the car, but once the pedal is released, it will slow down the vehicle until it reaches the previously set speed. On the latest vehicles fitted with electronic throttle control, cruise control can be integrated into the vehicle's engine management system. Modern "adaptive" systems include the ability to automatically reduce speed when the distance to a car in front, or the speed limit, decreases. The cruise control systems of some vehicles incorporate a "speed limiter" function, which will not allow the vehicle to accelerate beyond a preset maximum; this can usually be overridden by fully depressing the accelerator pedal. Most systems will prevent the vehicle from increasing engine speed to accelerate beyond the chosen speed. However, they will not apply the brakes in the event of overspeeding downhill, nor stop the car from going faster than the selected speed even with the engine just idling. Cruise control is less flexible on vehicles with a manual transmission because depressing the clutch pedal and shifting gears usually disengages the cruise control. The "resume" feature has to be used each time after selecting the new gear and releasing the clutch. Therefore, cruise control is most beneficial at motorway/highway speeds when top gear is used virtually all the time. The speed limiter function, however, does not have this problem.

Адаптивный круиз-контроль

Некоторые современные автомобили оснащены адаптивным круиз-контролем (ACC) – это общее название для усовершенствованных систем круиз-контроля. Динамические системы поддержания скорости используют данные GPS о местоположении знаков ограничения скорости из базы данных. Многие системы также включают камеры, лазеры и радиолокационное оборудование миллиметрового диапазона для определения расстояния до других транспортных средств или объектов на дороге. Эти технологии позволяют задать поддержание определенной дистанции до впереди идущего автомобиля; система автоматически снижает скорость в зависимости от дистанции до впереди идущего транспорта или поддерживает заданную скорость.