همانطور که بارها در مقالات مختلف اشاره شده است. اگر به تاریخ پیشرفت و توسعه در علوم مهندسی توجه شود، ملاحظه می‌شود ابداعات و اختراعات در این بخش عموماً به‌منظور تأمین افزایش ایمنی یا سهولت استفاده کاربر، هستند. کنترل حرکت خودرو نیز از این مورد مستثنی نمی‌باشد. یکی از اختراعات مهم در این حوزه، سیستم کروز کنترل (Criuse Control) است. در این مقاله با هدف استفاده از سیستم کروز کنترل آشنا شده و به معرفی انواع و اجزا اصلی این سیستم پرداخته می‌شود. در مقاله‌های بعدی به‌صورت تخصصی به عملکرد این سیستم مؤثر در هدایت خودرو پرداخته خواهد شد .

هدف

در نظر بگیرید برای مدت‌زمان طولانی در یک جاده مستقیم بدون مانع قرار است رانندگی کنید. یکنواختی فشردن پدال گاز خسته‌کننده خواهد بود. سیستم کروز کنترل در ساده‌ترین حالت وظیفه ثابت نگه‌داشتن سرعت خودرو را بدون فشردن پدال گاز بر عهده دارد. در واقع هدف از ابداع سیستم کنترل سرعت خودرو (کروز کنترل)، افزایش ایمنی خودرو و کاهش تصادفات ناشی از بی‌احتیاطی راننده و بی‌توجهی راننده در کنترل حداکثر سرعت خودرو است بعلاوه استفاده از این سیستم سبب آسایش راننده در هدایت خودرو و قرارگرفتن در سرعت مطمئن بر اساس تنظیمات راننده خواهد شد. به‌عبارت‌ دیگر هدف از سیستم کروز کنترل حرکت با سرعت ثابت بر اساس تنظیمات راننده و شرایط رانندگی است.

تاریخچه

اولین تلاش‌ها برای کنترل سرعت خودرو به‌صورت اتوماتیک به اوایل دهه 1900 میلادی بر می‌گردد، اما اولین نمونه موفق استفاده از این سیستم برای کنترل سرعت خودرو در سال 1948 توسط رالف تتور (Ralph Teetor) ابداع شد و در سال ۱۹۵۸ برای اولین‌بار روی خودرو امپریال شرکت کرایسلر به بازار عرضه شد. شکل ۱ بروشور تبلیغاتی این خودرو در تشریح عملکرد اولین نوع از این سامانه را نشان می‌دهد .

شکل 1- بروشور تبلیغاتی معرفی کروز کنترل – خودرو امپریال کرایسلر 1958

همانطور که در شکل 1 ملاحظه می‌شود با عنوان Auto-Pilot معرفی شده است. این سیستم کروز کنترل از نوع مکانیکی (خلایی) بود. بعدها با اضافه‌شدن مدیریت الکترونیک در سیستم‌های مختلف خودرو، کیفیت عملکرد آن بسیار افزایش پیدا کرد.
اولین کروز کنترل با مدیریت الکترونیکی در دهه 1990 ارائه شد. این نوع کروز کنترل به کروز کنترل استاتیک نیز شناخته می‌شود.

انواع سیستم کروز کنترل

سیستم‌های کروز کنترل را می‌توان به روش‌های مختلف دسته‌بندی کرد. شکل 2 نمونه‌ای از این روش دسته‌بندی را نشان می‌دهد.

شکل 2- نوعی دسته‌بندی سیستم‌های کروز کنترل

در شکل 3 به روش دیگر و بر اساس خط زمانی تقسیم‌بندی انواع سیستم‌های کروز کنترل انجام شده است.

شکل 3- خط زمانی تکامل کروز کنترل

کروز کنترل – مکانیکی (سیمی)

همانطور که در بخش قبل اشاره شد اولین کروز کنترل در سال 1958 روی خودرو امپریال مورداستفاده قرار گرفت. ساختار عملکرد آن مطابق شکل 4 است.

شکل 4- کروز کنترل مکانیکی – خلایی

همانطور که در شکل 4 ملاحظه می‌شود این سیستم به‌صورت موازی با سیم گاز کار می‌کند. سیم دوم دریچه گاز توسط یک سیستم خلایی کنترل می‌شود. تفاوت فشار در طرفین دیافراگم واحد خلایی باعث کشیده شدن سیم گاز دوم خواهد شد. ایجاد تفاوت فشار در طرفین دیافراگم توسط شیر برقی و سرو موتور کنترل می‌شود. میزان عملکرد سرو موتور و شیر برقی را واحد کنترلر تعیین می‌شود. واحد کنترلر به کلیدهای جلو داشبورد متصل بوده و راننده با استفاده از این کلیدها میزان سرعت موردنظر را تعیین می‌کند. با ظهور کنترلرهای الکترونیکی بهتر، سروو موتورها و استپر موتورهای دقیق‌تر، این سیستم جای خود را در خودروها به سیستم الکترونیکی داد. البته هنوز کیت‌های این نوع کروز کنترل برای برخی خودروها وجود دارد. تعدادی از موتورسیکلت‌ها نیز از سیستم خلایی برای کنترل سرعت موتورسیکلت استفاده می‌کنند. پس از مدتی تغییراتی در این مدل وجود آمد. بسیاری از مدل‌های کروز کنترل که در بازار به‌صورت آپشن برای خودروهای مختلف با دریچه گاز سیمی نصب می‌شود هنوز هم از این نسل است و دلیل آن عدم نیاز به تجهیزات مکانیکی خاص است. البته در این کیت‌های کروز کنترل ساختار خلایی (شامل پوسته و دیافراگم و شیرهای خلایی) جای خود را به مکانیزم موتور الکتریکی داده‌اند. این نوع کروز کنترل‌ها در بازار به کروز کنترل‌های سیمی نیز شناخته می‌شوند. شکل 5- نمونه‌ای از این کیت‌ها که در بازار وجود دارد را نشان می‌دهد.

شکل 5- نمونه‌ای از کروز کنترل مکانیکی – سیمی با موتور الکتریکی

نظر به اینکه در این مقاله فقط سیستم‌های مختلف کروز کنترل معرفی می‌شوند، عملکرد سیستم در مقالات بعدی تشریح خواهد شد.

کروز کنترل الکترونیکی – استاتیک

تصور ما از کروز کنترل در واقع نسل اول کروز کنترل الکترونیکی است که به کروز کنترل استاتیکی یا ساده نیز معروف است. این سیستم به تجهیزات الکترونیکی و برقی زیادی نیاز ندارد. مهم‌ترین اجزا در این سیستم سنسورهای پدال گاز و وجود موتور دریچه گاز در سیستم سوخت‌رسانی خودرو است. شکل 6 اجزا این نوع سیستم کروز کنترل را نشان می‌دهد.

A- فشنگی پدال ترمز B- سنسور پدال گاز C- یونیت مدیریت موتور D- دسته کروز کنترل
E- موتور دریچه گاز F- کانکتور عیب‌یاب G- یونیت کروز کنترل H- سنسور سرعت خودرو
شکل 6- اجزا سیستم کروز کنترل استاتیک

همانطور که در شکل 6 ملاحظه می‌شود. تفاوت این مدل استفاده از دریچه گاز برقی است. در این سیستم روی پدال گاز سنسوری (پتانسیومتر پدال گاز) نصب شده است که میزان فشرده شدن پدال گاز را به کنترل یونیت موتور (ECM) ارسال می‌شود. هم‌زمان اطلاعات دیگری مانند سرعت خودرو از سنسور سرعت خودرو (از گیربکس یا ABS) , فشرده شده پدال ترمز از فشنگی ترمز نیز دریافت می‌شود و همه این موارد پس از تطبیق با میزان سرعت تعیین شده توسط دسته کلید کروز کنترل، باعث حرکت موتور دریچه گاز و ارسال مناسب و دقیق سوخت و جرقه بر اساس دور موتور و سرعت خودرو خواهد شد. نظر به اینکه بیشتر خودروهای روز دارای سیستم مدیریت الکتریکی دریچه گاز هستند. استفاده از این نوع کروز کنترل و اضافه‌کردن آن به‌صورت آپشن در بیشتر خودروهای امروزی به‌عنوان یک آپشن مشکل چندانی نخواهد داشت.

کروز کنترل الکترونیکی – تطبیقی

یکی از مشکلات کروز کنترل ساده یا استاتیکی دامنه عملکرد این نوع کروز کنترل‌ها است. معمولاً محدوده عملکرد کروز کنترل‌ها استاتیک حدود سرعت 70 الی 80 کیلومتر در ساعت است. درصورتی‌که بخواهیم روی سرعت پایین‌تر این تنظیم انجام شود. امکان‌پذیر نیست. بعلاوه کاهش سرعت در این سیستم با اعمال ترمز از طریق راننده است و اگر سرعت خودرو از محدوده معینی پایین‌تر بیاید. سیستم از وضعیت کروز کنترل خارج شده و برای تنظیم مجدد آن با استفاده از کلیدهای کروز باید مجدداً اقدام کرد. در نسل بعدی کروز کنترل سرعت خودرو تا حد بیشتری تحت کنترل سیستم الکترونیکی قرار می‌گیرد. شکل 7 این عملکرد را نشان می‌دهد.

1- تنظیم سرعت خودرو روی یک عدد
2- تشخیص فاصله/سرعت کم در خودرو جلویی
3- کاهش اتوماتیک سرعت خودرو
شکل 7- عملکرد کروز کنترل فعال

شکل 7 به‌صورت ساده عملکرد کروز کنترل فعال را نشان می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌شود بعد از تنظیم سرعت توسط راننده اگر فاصله خودرو جلویی از حد خاصی کمتر شود (که نشان‌دهنده کم‌تر بودن سرعت خودرو جلویی است) به‌صورت اتوماتیک و بدون دخالت راننده سرعت خودرو کاهش پیدا می‌کند. پس از بر طرف شده این وضعیت مجدداً سرعت خودرو افزایش‌یافته تا به عدد تنظیم شده توسط راننده برسد. تشخیص تنظیم فاصله با خودرو جلویی با سنسور رادار که در قسمت جلوی خودرو نصب می‌شود انجام می‌شود.

شکل 8- سنسور رادار کروز کنترل

علاوه بر استفاده از رادار در قسمت جلو، این نسل از کروز کنترل، با سیستم ترمز الکتریکی (نسل‌های مختلف EBD) نیز در ارتباط باشد تا بتواند فرایند کاهش سرعت خودرو را به‌صورت اتوماتیک انجام دهد.
سیستم کروز کنترل فعال (Active Cruise control) را با نام‌های کروز کنترل دینامیک (Dynamic Cruise control) یا کروز کنترل تطبیقی (َAdaptive cruise Control) و یا کروز کنترل راداری (Radar cruise control) نیز شناخته می‌شوند و معمولاً اختصار آن را به ACC نشان می‌دهند. فیلم زیر عملکرد ساده سیستم کروز کنترل را نشان می‌دهد.

کروز کنترل‌های فعال معمولاً در محدوده حداقل 30 الی 40 کیلومتر در ساعت نیز عملکرد مناسبی از خود نشان می‌دهند. اما در سرعت‌های پایین‌تر از حالت کروز خارج می‌شوند نسل‌های پیشرفته‌تر کروز کنترل فعال، قابلیت ترمز تا توقف کامل را نیز دارند. این سیستم‌ها به نوع Stop and Go نیز شناخته می‌شوند. متناسب با نوع خودرو اگر حالت توقف کامل در اثر متوقف شدن خودرو جلویی بین 3 الی 10 ثانیه باشد سیستم کروز کنترل همچنان به کار خود ادامه داده و پس از حرکت خودرو جلویی، خودرو به‌صورت اتوماتیک با حفظ فاصله مناسب شروع به حرکت خواهد کرد، اما اگر زمان بیشتری در حالت توقف بماند، باید برای استفاده مجدد از آن، با استفاده از کلیدهای مربوطه، تنظیم مجدد انجام شود.
نسل بعدی کروز کنترل فعال بررسی شیب جدا و مدیریت مصرف انرژی است. در این سیستم کروز کنترل با استفاده از Navigation یا سنسور شیب سرعت حرکت خودرو را طوری تنظیم می‌کنند که در مراحلی از حرکت در زمان حرکت و در بخشی دیگر در انرژی مصرفی صرفه‌جویی شود. این طرح ابتدا برای خودروهای تجاری در نظر گرفته شد. این نسل به نام مصرف اقتصادی (Eco-mode Cruise control system) نیز شناخته می‌شوند. شکل 9 عملکرد کروز کنترل فعال از نوع ECO را در خودرو تجاری نشان می‌دهد.

1- افزایش سرعت – صرفه‌جویی در زمان پیمودن
2- کاهش سرعت – صرفه‌جویی در انرژی
شکل 9- Eco- cruise control در خودروهای تجاری

ملاحظه می‌گردد در مسافتی قبل از رسیدن به ابتدای شیب به بالا با افزایش سرعت در واقع کمتر دچار کاهش سرعت می‌شود و در شروع شیب به سمت پایین با کاهش سرعت خودرو ( حاصل از انرزی خودرو، نه حاصل از نیروی شیب به پایین) در میزان مصرف سوخت صرفه جویی می‌کند. پس از موفقیت آمیز بودن این طرح برای خودروهای تجاری مخصوصاً در مسیرهایی که جاده دارای گردنه‌های زیادی بود از این طرح برای مدیریت مصرف انرژی در خودروهای سواری هیبریدی یا برقی نیز استفاده شد. شکل 10 مدیریت مصرف انرزی با استفاده از Eco-cruise در خودرو سواری را نشان می‌دهد.

شکل 10 – Eco-cruise در خودروهای سواری

در این خودروها علاوه بر سامانه‌های مدیریتی و کنترلی ذکر شده، خودرو باید از سیستم شیب‌سنج در برخی خودروها و یا استفاده از navigation در برخی دیگر از خودروها بهره ببرند.

در این مقاله آمد یکی از معروف‌ترین آپشن‌های خودرو یعنی سیستم کروز کنترل و انواع آن مورد بررسی قرار گرفت در مقاله‌های بعدی در مورد عملکرد هر یک از انواع ذکر شده مطالبی ارائه خواهد شد.