Cualquiera que quiera saber qué no le gustó el control de crucero y qué se propone mejorar: bienvenido bajo el gato.
En general, los sistemas electrónicos modernos de un automóvil, que son directamente responsables del movimiento, son bastante complejos. En particular, la ECU junto con la PCU (unidad de control del tren motriz, controlador de transmisión automática, puede ser un dispositivo separado o integrado con la ECU), conocen no solo las características (es decir, tienen y usan un modelo físico) del motor y la transmisión, sino también el modelo físico del automóvil en sí.
¿Por qué es importante este último y cuáles son los beneficios de esto cuando se combina con un pedal de acelerador electrónico? Porque, a diferencia de un acelerador mecánico, un pedal electrónico es solo un órgano maestro (comando), como el telégrafo del motor de un barco.
Si el accionamiento mecánico determina imperativamente el caudal de aire del motor, y la ECU no tiene más remedio que mantener la estequiometría de acuerdo con el caudal dado, entonces en el caso de un pedal electrónico, el controlador, independientemente del conductor a) forma la dinámica de apertura o cierre del acelerador para proteger la transmisión de momentos pico, b) límites el momento en las ruedas con la máxima fuerza de tracción que se puede realizar (según el modelo físico de la transmisión y el propio automóvil), c) limita la velocidad de las ruedas motrices cuando se detecta un deslizamiento, d) mantiene la velocidad del automóvil monitoreando la frecuencia de las ruedas motrices en el modo de control de crucero, es decir, el controlador siempre conoce el asentamiento actual(si también supiera el valor real, por ejemplo, a través del sensor del giro angular de la puntera del cigüeñal con respecto al volante, habría espacio en general) el valor del par suministrado a las ruedas y la función de control objetivo, ya que controla este momento en sí. Ésta es la diferencia fundamental entre sistemas con pedal electrónico y mecánicos.
¿Qué no me gustó de todo este huerto? Y esto es lo que, a pesar de la disponibilidad de información sobre las propiedades físicas del sistema motor-transmisión-automóvil (el controlador, en teoría, puede incluso calcular la carga actual del automóvil a través del análisis estadístico de las características dinámicas (la respuesta de la aceleración en respuesta al momento que actúa sobre las ruedas), pero difícilmente lo hace) , el control de crucero en él es muy primitivo: reacciona al hecho de un cambio en la velocidad, y no al hecho de un cambio en la resistencia al movimiento, lo que resulta en un cambio en la velocidad y, por lo tanto, a diferencia de un conductor humano, lucha contra el efecto, no la causa.
Ahora veamos qué puede causar el cambio en la resistencia al movimiento. Este, con una precisión de o-small, consta de cuatro componentes: a) todas las pérdidas estructurales (por ejemplo, debido a la fricción viscosa en la transmisión), b) las pérdidas debidas a la fricción de rodadura de la rueda-carretera (depende principalmente del tipo y calidad del pavimento, tipo de goma, masa del automóvil), c) pérdidas por resistencia del aire (dependen principalmente de la velocidad del aire (un término de aviación, pero debe quedar claro aquí), d) proyección de la gravedad sobre el eje de movimiento (puede acelerar o desacelerar el automóvil, según el signo ).
Hagamos una valoración de la importancia de estos factores en cuanto a su influencia en la calidad de la regulación de velocidad y la posibilidad de su contabilización y compensación automáticas durante el tiempo de funcionamiento del control de crucero:
- El factor a) está disponible para el modelado (depende de la temperatura de la transmisión, la marcha engranada, los parámetros de viscosidad del ATF; todos estos datos están disponibles para el controlador), pero es insignificante en el modo de conducción en régimen permanente en el rango de autorregulación (transmisión calentada, velocidad de crucero> 30 km / h). en el modelo PID, simplemente puede descuidar
- El factor b) es bastante significativo, al menos en el rango de velocidades permitidas, y consta de componentes estáticos (tipo de neumáticos, peso del vehículo), dinámicos (velocidad del vehículo) y estocásticos (tipo de cobertura debajo de las ruedas).
Tomados en conjunto, los factores a) yb) se pueden poner simplemente en el modelo en forma de parámetros promediados, o sus coeficientes se pueden derivar mediante análisis estadístico de la dinámica actual del automóvil, como respuesta al momento calculado en las ruedas.
Además, el factor c) depende principalmente de la velocidad actual, la proyección de la velocidad del viento en el eje de movimiento y la presencia de elementos anormales que cambian la sección media y Cx del automóvil. Los parámetros básicos (sección media, Cx, densidad del aire en condiciones estándar) se pueden codificar en un modelo de automóvil, las desviaciones de diseño se pueden determinar mediante un análisis a largo plazo de la dinámica a altas velocidades (cuando la fuerza de resistencia del aire prevalece sobre el resto), a corto plazo (a partir de la proyección de la velocidad del viento en el eje de movimiento) se puede considerar aleatorio momento perturbador (limitando su valor desde arriba a un límite razonable [digamos, 20 m / s - a una velocidad del viento más alta, no como en un crucero - es difícil mantener el automóvil a la velocidad en modo manual]), el controlador conoce la velocidad actual relativa a la carretera casi exactamente - total, el factor c) con un cierto componente estocástico se puede calcular.
Finalmente, el factor d) es bastante significativo; tiene un componente estocástico del 100% en ausencia de acelerómetro, y prácticamente cero en presencia de uno.
Entonces, conduciendo en terreno montañoso con el crucero encendido y observando su reacción retardada a los cambios de velocidad debido al movimiento del automóvil cuesta arriba, tuve la idea de agregar un acelerómetro al sistema de control. Muchos sistemas de control incluso contienen un sensor de carretera irregular (necesario para ignorar el análisis de la rotación desigual del cigüeñal debido al movimiento sobre los baches); este es esencialmente el mismo acelerómetro, solo que se interpreta de manera diferente.
Tenga en cuenta que el acelerómetro en sí (sin API) no es un giroscopio ni un "dispositivo milagroso" en nuestros dispositivos, que supuestamente "conoce" la verdadera posición de lo normal a la superficie de la tierra (de hecho, se recalibra con expansión de memoria a lo largo de los ejes en esos momentos cuando la magnitud del vector de aceleración emitida por el sensor de aceleración es estrictamente 1g), pero dado que solo el propio controlador puede ser el iniciador de la tracción en las ruedas (hola a los sistemas con un pedal electrónico), el valor de la aceleración longitudinal en relación con el eje del vehículo se puede calcular y compensar fácilmente, y luego promediando, obtenemos una buena aproximación del valor del perfil longitudinal de la carretera, que podemos introducir en el modelo de control de velocidad.
Esa es toda la idea. Está claro que es casi imposible implementarlo en el firmware del controlador a nivel de bricolaje (fuera de la fábrica de automóviles). Sin embargo, podemos construir nuestra computadora junto al controlador principal del automóvil, analizar los parámetros de conducción actuales a través de CAN y realizar acciones de control allí. No estoy seguro de que el momento actual en las ruedas se pueda tomar de CAN, pero la marcha engranada, el flujo de aire y las rpm son definitivamente posibles (esto le permite calcular indirectamente el momento). Además, es muy probable que sea imposible controlar el acelerador directamente a través de CAN (sería muy peligroso), pero lo más probable es que podamos dar comandos proactivos para aumentar o disminuir la velocidad de crucero establecida, o (si CAN no admite esto) conectarnos a los botones correspondientes en volante del coche. Todo lo demás parece serse puede implementar en este controlador externo.
ACTUALIZACIÓN: Diálogo con lonelymypme llevó a una solución más simple: dado que en un estado estable el automóvil se mueve de manera uniforme, la magnitud del vector de aceleración del acelerómetro es siempre 1g (independientemente de su posición en relación con el sistema de coordenadas del automóvil). Si el acelerómetro detecta la rotación de este vector a lo largo de un eje perpendicular al eje de movimiento, esto significa la aparición de resistencia adicional (subida, cobertura, viento en contra) o fuerza de movimiento (descenso, viento en cola). El sistema de control está guiado por la dinámica de rotación del vector y genera una acción preventiva. Entonces no necesitamos un modelo de pérdidas en la transmisión, neumáticos, etc., aunque sí necesitamos información sobre la masa actual, ya que la característica del control directo depende de ello (la relación entre la aceleración en el eje longitudinal y el delta del momento en las ruedas)