کروزکنترل یکی از ویژگی‌های پرکاربرد و حذف‌ناشدنی در خودروهای امروزی است. در این مطلب، این ویژگی مهم را شرح می‌دهیم.
کروزکنترل یکی از ویژگی‌های بسیار باارزش در خودروهای امروزی است. بدون این ویژگی سفر در مسافت‌های طولانی بسیار خسته‌کننده خواهد بود. با وجود افزایش روزافزون ترافیک، نسخه‌های اولیه و ساده‌تر کروزکنترل دیگر کارایی گذشته را ندارند؛ به همین دلیل، خودروسازان با بهبود نسخه‌های اولیه، کروزکنترل تطبیق‌پذیر یا هوشمند را جایگزین نسخه‌های پیشین کرده‌اند. در این سیستم، خودرو به‌طور پیوسته و خودکار با تنظیم سرعت در مقایسه با خودرو جلویی همواره فاصله‌ی ایمن را حفظ می‌کند و دخالت راننده در کنترل پدال گاز و ترمز را به‌حداقل می‌رساند.
در این مطلب، عملکرد نسخه‌ی ابتدایی کروزکنترل را بررسی میکنیم و سپس، نسخه‌های جدیدتر این فناوری را به‌اختصار معرفی خواهیم کرد.
وظیفه‌ی کروزکنترل چیست؟
درحقیقت، کروزکنترل کاری بیشتر از کنترل سرعت انجام می‌دهد. برای مثال، در سیستم نشان داده‌شده در تصویر زیر، می‌توان تنها با فشار یک دکمه به‌اندازه‌ی یک کیلومتربرساعت سرعت خودرو را افزایش یا کاهش داد. با پنج‌بار فشردن دکمه‌ی مدنظر، سرعت خودرو پنج کیلومتربرساعت افزایش یا کاهش می‌یابد. علاوه‌براین، ویژگی‌های ایمنی نظیر فعال‌نشدن کروزکنترل در سرعت‌های کمتر از ۴۰ کیلومتربرساعت و غیرفعال‌شدن آن به‌محض فشردن پدال ترمز درون این سیستم گنجانده شده است.
در کروزکنترل تصویر بالا، به‌ترتیب دکمه‌های روشن (On)، خاموش (Off)، تنظیم/افزایش سرعت (Set/Accel)، بازگشت به قبل (Resume) و کاهش سرعت (Coast) وجود دارد. همچنین، در‌صورتی‌که خودرویی به جعبه‌دنده‌ی دستی مجهز باشد، سیستم کروزکنترل به پدال کلاچ نیز متصل است. البته این ویژگی فقط در کروزکنترل‌های پیشرفته و نه نمونه‌های ابتدایی دیده می‌شود. درادامه، نقش هریک از این دکمه‌ها را توضیح می‌دهیم:
دکمه‌های روشن و خاموش همان‌طورکه از نامشان پیداست، برای فعال و غیرفعال کردن کروزکنترل استفاده می‌شوند. در بعضی از سیستم‌های کروزکنترل، دکمه‌ی روشن و خاموش وجود ندارد و درعوض با فشردن پدال ترمز، کروزکنترل خاموش و با فشردن دکمه‌ی تنظیم (Set) روشن می‌شود.
دکمه‌ی تنظیم/افزایش سرعت (Set/Accel) باعث می‌شود کروزکنترل سرعت فعلی خودرو را حفظ کند، برای مثال، اگر در سرعت ۷۰ کیلومتربرساعت این دکمه را فشار دهید، بدون اینکه نیاز باشد پدال گاز را بفشارید، خودرو با همان سرعت به حرکت ادامه خواهد داد. با پایین نگه‌داشتن این دکمه، خودرو در هر لحظه یک کیلومتربرساعت بر سرعتش افزوده خواهد شد.
اگر با فشردن پدال ترمز کروزکنترل را غیرفعال کرده باشید، می‌توانید با فشردن دکمه‌ی بازگشت به قبل (Resume) به کروزکنترل فرمان دهید سرعت را تا آخرین سرعت قبل فشرده‌شدن پدال ترمز افزایش دهد.
دکمه‌ی کاهش سرعت (Coast) برای کاهش سرعت خودرو بدون گرفتن ترمز استفاده می‌شود. این دکمه نیز سرعت را به‌اندازه‌ی یک کیلومتربرساعت در هربار فشردن کاهش خواهد داد.
پدال‌های ترمز و کلاچ هرکدام به سوئیچی مجهز هستند که به‌محض فشرده‌شدن هریک از پدال‌ها، سیستم کروزکنترل غیرفعال می‌شود.
مکانیزم افزایش و کاهش سرعت در کروزکنترل
با فشردن پدال گاز دریچه‌ی گاز پیشرانه باز می‌شود و سرعت افزایش می‌یابد. سیستم کروزکنترل نیز دقیقا به همین روش و با کنترل دریچه‌ی گاز سرعت خودرو را تنظیم می‌کند. تنها تفاوت این است که به‌جای فشردن پدال گاز، در سیستم کروزکنترل ازطریق عملگر (Actuator) متصل به دریچه‌ی گاز سرعت کنترل می‌شود. این عملگر با کنترل و محدودکردن میزان هوای ورودی به پیشرانه سرعت خودرو را در هر لحظه تنظیم می‌کند.
در تصویر بالا، مشاهده می‌کنید دو کابل به دریچه‌ی گاز متصل‌اند. یکی از کابل‌ها به‌طور مستقیم به پدال گاز و کابل دیگر به عملگر متصل است. هنگام فعال‌بودن سیستم کروزکنترل، عملگر با کشیدن یا شل‌کردن کابل متصل به دریچه‌ی گاز سرعت را کنترل می‌کند. همان‌طورکه در تصویر مشاهده می‌شود، کابل متصل به عملگر سبب کشیده‌شدن کابل متصل به پدال گاز نیز می‌شود؛ به همین دلیل، راننده شاهد تکان‌خوردن پدال گاز هنگام فعال‌بودن کروزکنترل است.
در بسیاری از خودروها سیستم کروزکنترل از عملگر خلأ استفاده میکنند. این سیستم‌ها به شیر کنترل الکترونیکی مجهزند که میزان خلأ را ازطریق دیافراگم کنترل میکنند. عملکرد سیستم دیافراگمی بسیار مشابه بوستر ترمز است.
سیستم کنترل
مغز سیستم کروزکنترل کامپیوتر کوچکی است که معمولا زیر کاپوت یا پشت داشبورد قرار می‌گیرد. این کامپیوتر به واحد کنترل الکترونیکی عملگر و چندین حسگر دیگر متصل است. در تصویر زیر، می‌توانید متغیرهای ورودی و خروجی این کامپیوتر را مشاهده کنید.
سیستم کروزکنترل قدرتمند بدون حرکت ناگهانی سرعت خودرو را افزایش می‌دهد. سپس با اندکی خطا، بدون توجه به میزان وزن موجود در خودرو یا شیب مسیر، سرعت را در عدد تعیین‌شده حفظ می‌کند. کنترل سرعت خودرو یکی از آشناترین کاربردهای تئوری کنترل سیستم‌ها است. سیستم کروزکنترل با تنظیم دریچه‌ی گاز سرعت خودرو را کنترل می‌کند؛ بنابراین، برای اطلاع از سرعت و موقعیت دریچه به حسگر نیاز دارد. به‌علاوه، این سیستم باید کنترل دکمه‌ها و پدال‌ها را برای تشخیص سرعت مدنظر و لحظه‌ی غیرفعال‌شدن سیستم دراختیار داشته باشد.
مهم‌ترین داده برای تحلیل توسط کامپیوتر کروزکنترل، سرعت لحظه‌ای خودرو است. در حقیقت اساس عملکرد مناسب کروزکنترل بر اطلاع از سرعت لحظه‌ای استوار است. ابتدایی‌ترین سیستم کنترل، کنترل نسبی است. در این سیستم کروزکنترل میزان باز بودن دریچه‌ی گاز را به نسبت خطای سرعت تنظیم می‌کند. خطای سرعت میزان اختلاف میان سرعت تنظیم شده و لحظه‌ای است. بنابراین، اگر سرعت کروزکنترل روی ۱۰۰ کیلومتربرساعت تنظیم شده باشد و سرعت لحظه‌ای برابر ۷۰ کیلومتربرساعت باشد، دریچه‌ی گاز باید به میزان بیش‌تری باز شود. هنگامی‌که سرعت خودرو به ۸۵ کیلومتربرساعت رسید، دریچه‌ی گاز نصف حالتی که سرعت ۷۰ کیلومتربرساعت بود، باز می‌ماند. نتیجه اینکه با نزدیک‌تر شدن سرعت لحظه‌ای به سرعت مطلوب شتاب خودرو کاهش می‌یابد. همچنین، در صورت حرکت در سراشیبی شاید خودرو شتابی نداشته باشد.
بیشتر سیستم‌های کروزکنترل به سیستم‌های کنترلی نسبی، انتگرالی، مشتقی (PID) مجهزند. برای درک این سیستم به نکات زیر توجه کنید:
انتگرال سرعت برابر است با مسافت
مشتق سرعت برابر است با شتاب
در سیستم کنترل PID با استفاده از نسبت و مشتق و انتگرال سه عامل سرعت و مسافت و شتاب به‌دست می‌آید و از این سه برای تعیین میزان بازشدن دریچه استفاده می‌شود. عامل انتگرال براساس انتگرال خطای سرعت لحظه‌ای در یک بازه‌ی زمانی عمل می‌کند. به بیان ساده‌تر، اختلاف میان مسافت طی‌شده‌ی واقعی و مسافتی که خودرو با سرعت تنظیم‌شده در طول بازه‌ی زمانی مشخص می‌پیماید، اساس کنترل انتگرالی است. این عامل کمک می‌کند خودرو در پیمایش مسیرهای تپه‌ای سرعت مطلوب را حفظ کند. برای نمونه، تصور کنید خودرویی در حال بالارفتن از شیب است. در حالت عادی، سرعت خودرو شروع به کاهش می‌کند. در گام اول، کنترل نسبی با تشخیص بزرگ‌شدن خطای سرعت اندکی دریچه‌ی گاز را بازتر می‌کند تا سرعت دوباره به میزان تنظیم‌شده برسد. اگر شیب مسیر زیاد باشد، این تغییر نمی‌تواند جلو کاهش سرعت را بگیرد؛ در‌نتیجه، کنترل انتگرالی عمل و با تشخیص افزایش خطای مسافت دوباره دریچه‌ی گاز را تنظیم می‌کند.
آخرین عامل، عامل مشتق یا شتاب است که کنترل کمک می‌کند سیستم کروزکنترل با سرعت به تغییرات سرعت ناشی از مسیر، نظیر تپه‌ها واکنش نشان دهد. اگر سرعت خودرو کاهش یابد، سیستم کروزکنترل این تغییر شتاب را به‌سرعت تشخیص می‌دهد و قبل از آنکه تغییر سرعت محسوس باشد، با تغییر موقعیت دریچه‌ی گاز سرعت را دوباره تنظیم می‌کند.
کروزکنترل تطبیق‌پذیر
در‌حال‌حاضر، دو شرکت در حال ساخت نسخه‌ی پیشرفته‌ای از کروزکنترل هستند که به‌صورت خودکار می‌تواند سرعت خودرو را برای حفظ فاصله‌ی ایمن از وسیله‌ی نقلیه‌ی جلویی تنظیم کند. این تکنولوژی «کروزکنترل تطبیق‌پذیر» نام دارد که از رادار نصب‌شده در پشت جلوپنجره‌ی خودرو برای تشخیص سرعت و فاصله از خودرو جلویی بهره می‌برد.
وظیفه‌ی اصلی این کروزکنترل جدید مانند نمونه‌های قدیمی‌تر حفظ سرعت خودرو روی مقدار ازپیش‌تعیین‌شده است؛ اگرچه این سیستم می‌تواند به‌طور خودکار سرعت را برای حفظ فاصله‌ی ایمن تنظیم کند. برای تحقق این امر، کروزکنترل تطبیق‌پذیر از رادار و پردازنده سیگنال دیجیتال و کنترل‌کننده‌ی طولی استفاده می‌کند. این سیستم با تشخیص کاهش سرعت خودرو جلویی یا وجود مانعی سر راه خودرو، به پیشرانه یا ترمزها فرمان می‌دهد تا سرعت خودرو را کاهش دهند و به‌محض فاصله‌گرفتن خودرو جلویی یا کناررفتن مانع، دوباره فرمان افزایش سرعت و رسیدن به سرعت از‌پیش‌تنظیم‌شده صادر می‌شود. توسعه‌ی سیستم کروزکنترل تطبیق‌پذیر دری به دنیای قابلیت‌های بی‌شمار دیگری نظیر سیستم‌های هشدار تصادف از جلو و بهبود ویژگی‌های ایمنی خودروهای مدرن است.