Lucrare de disertație [615187]

Universitatea “Politehnica” din București
Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației

Lucrare de disertație
prezentată ca cerință parțială pentru obținerea titlului de
Master în domeniul Inginerie electronicӑ, telecomunicații și tehnologii informaționale
programul de studii de masterat Tehnolgii integrate avansate ȋn electronica auto

Coordonator științific Absolvent: [anonimizat].d r.ing. Andrei DRUMEA Ing. Flavius Gabriel FRĂȚILĂ

2017

2
Cuprins
Introducere
– Motiva ṭie
– Descriere
– Scurt istoric
– Tempomatul inteligent

Capitolul 1 – Prezenatrea Sistemului
1.1 Definiții
1.2 Stǎrile sistemului
1.3 Schemǎ fizicǎ
1.4 PID
1.5 Siguran ṭǎ

Capitolul 2 – Descriere operaționalǎ
2.1 Interfețele sistemului de control
2.2 Inițializare
2.3 Implicarea Cruise Control
2.4 Funcționarea în modul de control al vitezei (ACC Speed Control)
2.5 Funcționare ȋn modul urmǎrire (ACC Time Gap Control)
2.6 Trecerea între controulul vitezei și modul urmǎrire
2.7 Anularea operațiunii de control de croazierǎ

Capitolul 3 – Analizǎ SWOT

Capitolul 4 – Caz experimental
4.1 Introduce re
4.2 Platformǎ experimentalǎ
4.3 Design experimental

Capitolul 5 – Parte practicӑ
5.1 Descrierea circuitului inițial și a mașinilor
5.2 Realizarea proiectului
5.2.1 Listӑ componente
5.2.2 Descrierea componentelor
5.2.3 Modificӑri efectuate
5.5 Rezultate obținute

Capitolul 6 – Concluzii

Bibliografie

3

Lista acronimelor

4

Lista figurilor și lista tabelelor

5

Pilot Automat Adaptiv

Introducere

Autopilotul adaptiv este un sistem de autopilot utilizat în vehiculele moderne. Sistemul utilizează
ori un radar ori un laser pentru a permite vehiculului să încetinească atunci când se apropie de alt
vehicul și să accelereze apoi la viteza presetată atunci când condițiile de trafic o permit.
Sistem ul de control pentru croazieră ada ptabil, tempomat, se adaptează la vitezele variate ale
celorlalti participanți la trafic și ajustează distanța dintre vehicule.
Sistemul permite menținerea vitezei de deplasare a autovehiculului l a un nivel prestabilit dar, fa țǎ de
sistemul clasic de control al vitezei de croazier ǎ, permite, totodat ǎ, și adaptarea acesteia astfel încât să
se asigurare o distanță optimă de siguranță față de vehiculul din față.
Monitorizarea distanței se realizează cu ajutorul unui senzor radar capabil sa detec teze vehiculul din
față de la o distanță de peste 120 m, indiferent de condițiile de vizibilitate (cea țǎ, fum, pra f etc.).
Modulul ACC gestioneaz ǎ sistemul de control al motorului și sistemele de fr ȃnare auxiliare al e
autovehiculului (retarder, fr ȃna de mo tor etc.) pentru a controla viteza de deplasare. Dacă autovehiculul
se apropie, totuși, de un altul cu o viteză prea mare, retarderul și frâna de motor fiind insuficiente
pentru asigurarea distanței optime de si guranță, atunci semnale sonore și vizu ale ale rtează șoferul
pentru a ȋncepe el s ǎ frȃneze.

Figura 1 Schema pilot automat adaptiv

Motiva ṭie

Am ales sa abordez acest subiect din dorin ṭa de a prezenta lumii o fun ṭie relative nouǎ a
automobilului pe care mul ṭi nu au fost curioși sǎ o desc opere și sǎ o ȋn ṭeleagǎ.
Fiind pasionat de electronicǎ și de automobile am ȋncercat sǎ ȋmbin aceste douǎ sectoare și sǎ
abordez ȋn lucrarea mea de dizerta ṭie un subiect care ar putea sa trezeascǎ interesul oricǎrui om care
dorește sǎ fie la curen t cu tehnologia auto.

6
Aceastǎ func ṭie pe care sǎ o prezint, are rolul de a spori confortul conducǎtorului auto și de ușura
deplasarea, ȋn special pe distan ṭe lungi. Ea nu se regǎseșt pe toate automobilele, fiind o op ṭiune de care
clientul poate be nefecia ȋn fun ṭie de dorin ṭa acestuia.

Descriere

La un moment dat, tot ceea ce știm azi despre condusul unei mașini va dispărea. Sau, mai bine zis,
conceptul va suferi modificări atȃt de ample, ȋncȃt vom privi școlile de șoferi ca pe niște lucruri din
trecut. Mașinile vor învăța cum să comunice între ele, iar infrastructura rutieră va deveni atât de
sofisticată, încât volanul, schimbătorul de viteze și pedalele vor căpăta “relevan ṭa” motorului cu aburi.
Bineînțeles, mai e mult până de parte și, sinceri să fim, nici nu știm dacă vom prinde respectivele
vremuri; pe de altă parte, vom fi printre puținii care vor avea o idee despre cum a început totul.
Șoferia va fi “dinamitatǎ” , pentru că plăcerea de a conduce a stat mai mereu în umbr a comodității,
iar începutul îl reprezintă așa -numitul tempomat (cruise -control). De multe ori se ȋntȃlnește gratulat cu
sintagma “pilot automat”, dar, pentru moment, e cam mult spus: sistemul îndeplinește doar misiunea de
menținere a vehiculului la o vite ză constantă, până când pedala de frână este acționată. Cu alte cuvinte,
piciorul drept scapǎ de misiunea apăsării accelerației.
Inițial, a fost disponibil doar pentru modelele din clasele superioare ( și, chiar și acolo, era deseori
opțional ), da r, de ceva timp încoace, îl regăsești și pe lista cu dotări a familialel or entry -level. Motivul
este cǎ locul său în segmentul premium a fost luat de o versiune mult mai performantă,
numită “tempomatul inteligent”.
Printre primii producători care au implementat o asemenea tehnologie a fost Mitsubishi, japonezii
uimind în 1995 cu așa -numitul cruise -control adaptiv. Instalat pe modelul Diamante, sistemul îl scutea
pe cel de la volan de reglarea vitezei mașinii, atunci când aceasta ajungea un vehicul din urmă; totuși,
nu acționa frânele. În schimb,potrivea ritmul de deplasare prin ajustarea accelerației și, eventual,
retrogradarea treptelor, stabilind totodată o distanță sigură față de obiectul mai lent. Simplu, sigur și,
mai ales, comod. Și totuși, nu to cmai perfect.
Problema cea mai mare a acestui tip de tempomat sunt chiar mijloacele de detectare a obiectelor din
față, razele laser având lacune serioase în caz de vreme rea sau dacă mașina de identificat este foarte
murdară (practic, noroiul sau pra ful împiedica reflectarea luminii). Ca atare, fabricanții auto au trecut,
treptat, la adoptarea unor sisteme bazate pe undele radar, acuratețea informațiilor și fiabilitatea
funcționarii permițând inginerilor să exploreze noi dimensiuni ale conducerii prev entive. De exemplu,
la mijlocul deceniului trecut, Toyota a implementat o funcție ce avertiza șoferul în cazul în care maș ina
din fa ṭǎ încetinea sau chiar se oprea; apoi, în 2006, Mercedes – producătorul care, practic, a popularizat
utilizarea tempomatelor inteligente , a plusat cu versiunea “Plus” a sistemului Distronic. Oferită inițial
pe nava -amiral S -Klasse, minunea electronică a constructorului din Stuttgart nu numai că micșorează
viteza mașinii atunci când vehiculul din fată face același lucru, ci și oprește limuzina în locul șoferului,
dacă acesta nu are nici o reacție. Mai nou, grație funcției Pre Safe Brake, Distronic Plus are capacitatea
de a acționa la maximum frânele atunci când sesizează un accident iminent, diminuând considerabil
pericolul vătă mărilor corporale grave.

7

Figura 2 Imagine din habitaclu

Scurt istoric

1992: Mitsubishi este primul produc ǎtor care oferǎ un sistem Lidar de detectare la distanță, pe mașina
japoneză Debonair. Prezentat ca și avertizare de distanța, acest sistem doar avertiza șoferul, fără a
influența clapeta de accelerație, frâne le sau schimba rea treptelor de vitezã.
1995: Mitsubishi Diamante a introdus laserul pentru previzualizare a controlului distan ței. Acest sistem
controla viteza prin controlul pedalei de acceler ație și schimbarea vitezelor ȋn trepre inferioare , dar nu
prin aplicarea frânelor.
1997: Toyota ȋncepe sǎ ofere un sistem "laser de control al vitezei de croazieră adaptiv" (lidar ), sistem
de pe mașina japoneză Celsior. Ca " previzualizarea controlului distanței” de la Mitsubishi, ea
controlează viteza numai prin control ul pedalei de accelerație și schimbare vitezelor ȋn trepte inferioare ,
nu prin aplicarea frânelor.
1999: Mercedes introduce Distronic, primul radar asistat (ACC) la nivel mondial , pe Merced es-Benz S-
Class și CL-Class .
1999: Jaguar începe să ofere un sistem radar bazat pe Adaptive Cruise Control pe modelul Jaguar XK
(X100).
1999: Nissan introduce un laser (lidar) Adaptive Cruise Control pe mașina japonez ǎ Nissan Cima .
2000:. BMW introduce radarul Active Cruise Control în Europa pe BMW Seria 7 (E38).
2000: Divizia Lexus din cadrul Toyota este prima care aduce cu laser adaptive cruise control pe piața
din SUA la sfârșitul anului 2000, pe un LS 430 cu un sistem dinamic cu laser cruise control .
2000: Toyota rafinează și mai mult sistemul lor laser ACC prin adăugarea de "control al frânei", care
acționeaz ǎ frânele.
2001: Infiniti introduce un laser Intelligent Cruise Control pe modelul Infiniti Q45 din 2002 (a treia
generație F50), și pe Infiniti QX4 tot din 2002 .
2001: Renault introduce Adaptive Cruise Control pe Renault Vel Satis (furnizat de Bosch ).
2002: Lancia introduce radarul adaptive cruise control (Bosch), pe Lancia Thesis.
2002: Volkswagen introduce radarul de control al vitezei de croazi eră adaptiv, fabricat de Autocruise
(acum TRW), pe Volkswagen Phaeton, în prima jumătate a anului 2002.

8
2002: Audi introduce radarul de control al vitezei de croazieră adaptiv (Autocruise) pe Audi A8 la
sfârșitul anului 2002 .
2003: Cadillac introduce radar ul cruise control adaptiv (ACC), pe Cadillac XLR .
2003: Toyota trece de la laser (lidar ) la tehnologia radar ACC : octombrie 2003 radar ACC pe Celsio.
Primul Lexus cu radar pentru controlul dinamic al vitezei de croazieră adaptiv și un sistem de pre-
colizi une ghidat radar a apǎrut pe facelift -ul Lexus LS (XF30) din SUA.
2004: Toyota adǎugat "modul de urmărire la viteză redusă" radar ACC pe Crown Majesta . Modul de
urmărire a vitezei la viteză redusă a fost un al doilea mod care să avertizeze șoferul și să acționeze
frânare a în cazul în care mașina din fațǎ s-a oprit (ar putea opri mașina, dar atunci s-ar dezactiva).
2005: Ȋn Statele Unite, Acura a prezentat prima datǎ un radar Adaptive Cruise Control (ACC), integrat
cu un sistem de evitare a coliziunilor (CMBS) la sfârșitul anului 2005, pe modelul Acura RL din 2006
ca o caracteristică opțională.
2005: Merc edes-Benz S-Class (W221) a redefinit sistemul Distronic pentru a opri complet mașina,
dacă este necesa r (numit acum "Distronic Plus"). Acum este oferit pe toate modele E-Class și
majoritatea sedan urilor Mercedes. Ȋntr-un episod Top Gear, Jeremy Clarkso n a demonstrat eficacitatea
sistemului de control al vitezei de croazieră de pe S-class, ajung ȃnd la o oprire completă de la viteza de
autostradă, fără a ating e pedale.
2006: Audi a introdus pe Full speed range ACC plus pe Audi Q7. El are un mod de viteză redusă, și
funcții suplimentare pentru a avertiza șoferul ȋn cazul unei potențial e coliziuni și să se pregăt ească de
frânare de urgență dacǎ este necesar. Sistemul furnizat de Bosch, este disponibil și pe Audi A8 și Audi
Q5 din 2008, Audi A6 din 2009 și Audi A8 din 2010. Audi A4 este disponibil cu o versiune mai veche
a ACC care nu oprește mașina complet.
2006: Nissan a introdus Intelligent Cruise Control cu asisten țǎ la controlul distanței pe Nissan Fuga .
Apas ǎ pedala de accelerație împotriva picior ului atunci când navigarea cu GPS-ul determină că o viteză
periculoasă este menținută. În cazul în care se utilizează sistemul de control al vitezei de croazieră
autonom , asisten ța de control a distanței va reduce viteza în mod automat, și va avertiza șoferul cu un
sunet de clopo țel că se face o ajustare .
2006: Toyota a prezentat funcția de urmărire la orice vitez ǎ pe Lexus LS 460. Acest sistem radar asistat
menține un control conti nuu de la viteze între 0 km/h la 100 km/h și este proiectat să funcționeze în
situații de opriri și porniri repetate, cum ar fi congestionare a traficului pe autostrad ǎ.
2007: BMW a introdus full-speed Active Cruise Control Stop-and-Go pe BMW Seria 5 (E60) .
2008: Lincoln a introdus radarul adaptive cruise control pe modelul Lincoln MKS din 2009.
2008: SsangYong Motor Company a introdus radar ul Active Cruise Control pe SsangYong Chairman.
2009: Hyundai introduce radarul adaptiv de control al vitezei de croazieră pe Hyundai Equus.
2009: ACC și CMBS au devenit disponibile ca funcții opționale pe modelele Acura MDX și Acura
ZDX din anul 2010 .
2010: Audi prima radar ACC ghidat prin GPS pe Audi A8.
2010: Jeep introduce Adaptive Cruise Control pe modelul Jeep Grand Cherokee din 2011.
2013: Mercedes a introdus “Distronic Plus” cu direc ție asistat ǎ pe S-Class (W222).
2013: BMW a prezentat Active Cruise Contr ol cu Traffic Jam Assistant .
2014: Chrysler introduce radar ul Adaptive Cruise Control (la orice vitez ǎ) cu funcția Stop+ pe modelul
Chrysler 200 din 2015 .
2014:. Tesla introduce caracteristica pilotului automat pentru produ cția de mașini Model S, care
permite un control al vitezei de croazieră semi -autonom.
2015: Ford introduce primul camion pick-up cu Adaptive Cruise Control pe Ford F150 din 2015.

9
Tempomatul inteligent

Tempomatul inteligent – ajustează nu numai viteza ci și distanța
Milioane de șoferi savurează călătoriile relaxante cu „tempomatul“ pe șoselele libere, fără a trebui
să se concentreze asupra respectării restricțiilor de viteză aplicabile. De îndată ce traficul se
aglomerează, ocaziile în care se poate beneficia de confortul deplasării oferit de tempoat sunt tot mai
rare.
Tempomatul inteligent menține nu numai viteza ci și distanța setată față de autovehiculul din față.
Această funcție urmează fluxul traficului din față chiar dacă se înaintează doar în regim stop-and-go.
Sistemul identifică dacă autovehiculului din față se pune din nou în mișcare și transmite un mesaj de
avertizare.
Dacă șoferul confirmă acest mesaj, autovehiculul accelerează din nou la viteza setată, respectiv la
viteza pe care o permite fluxul traficului.
Chiar dacă tempomatul inteligent nu este activ, oferă totuși un plus de siguranță. În cazul unei
coliziuni iminente senzorii pot avertiza șoferul la timp și cresc presiunea în sistemul de frânare.
În situație de urgență frânele sunt activate mult mai rapid, atunci când șoferul apasă pedala.
Astfel pot fi diminuate urmările unui accident la viteză redusă sau chiar se pot evita complet
coliziunile – și în felul acesta ambuteiajele care se întind pe kilometri întregi, costă timp prețios și
determină un consum inutil de benzină și emisii de CO2.

Figura 3 Distronic Plus

Tehn ologia ascunsă în spate:
Tempomatul inteligent dispune de un senzor radar care supraveghează traficul din față până la o
distanță de 200 de metri. Senzorul radar calculează în baza datelor înregistrate viteza actuală corectă a
propriului autovehicul și o setează automat prin intermediul sistemului electro nic al motorului și frânei
(ESP ). Bineînțeles se respectă întotdeauna distanța de siguranță necesară față de autovehiculul din față.
Dacă autovehiculele din față frânează foarte puternic, este posibil să nu fie suficientă frânarea
confortabilă inițiată de tempomatul inteligent iar atunci sistemul de asistare a conducătorului auto roagă
șoferul să frâneze singur.

10
Capitolul 1. Prezenatrea Sistemului

Adaptive Cruise Control (ACC) este o funcție ca re permite controlul automat al a unui sistem care
să adapteze viteza vehiculului la mediul de trafic. Un sistem radar este atașat ȋn fața vehiculului care va
fi utilizat pentru a detecta dacă vehiculele din raza sa de detective se afl ǎ în mișcare. Dacă se detectează
un vehicul mai lent, sistemul ACC va frâna și controla viteza , sau inter valul de timp, între vehicul pe
care se afl ǎ și vehiculul pe care ȋl urmreste. I n cazul în care
sistem ul detect ează faptul că vehiculul din fa țǎ nu mai este în calea au tovehiculului pe care este montat ,
acesta va accelera vehiculul înapoi la viteza de croazieră setatǎ. Această operațiune permite vehicul ului
sǎ încetineasc ǎ în mod autonom ș i sǎ accelereze fără intervenție din partea șoferului . Metoda prin care
viteza autovehi culului este controlat ǎ este controlul accelera ției motorului ș i limitarea funcțion ǎrii
frânei.

Definiții și descriere fizică

Figura 1.1. Rela ția dintre vehicule

1.1 Definiții

Adaptive Cruise Control (ACC) – este un accesoriu la un sistem de pilot autom at convențional care
permite vehiculului ACC să urmeze un vehiculul din fa ța sa la o distanță corespunzătoare.

Vehicul ACC – vehiculul echipat cu sistemul ACC.

Controlul active al fr ȃnei – este o funcție care determină aplicarea frânelor f ǎrǎ ca șoferul sǎ acționeze
pedala de frână.

Degajare – distanța de la suprafa ța din spate a vehicului din fa țǎ la suprafața de conducere a
vehiculului ACC .

Vehiculul din fa țǎ – orica re dintre vehiculele din fața care se de plasează în aceeași direcție de
deplasare pe și aceeași pistă ca vehiculul ACC.

11
Viteza set atǎ – viteza de deplasare dorit ǎ și stabilit ǎ de către conducătorul auto și este viteza maximă
dorită a vehiculului în timp ce se afl ǎ sub control ACC.

1.2 Stǎrile sistem ului

 ACC off state – acces direct la st area "ACC activă" este dezactivat.

 ACC standby state – sistemul este gata pentru activarea de către conducătorul auto.

 ACC active state – sistemul ACC se află în control activ al vitezei vehiculului.

– ACC speed control state – o substare a st ǎrii "ACC ac tive state" în care nu este prezent nici
un vehicul in fata vehiculului ACC , astfel ca viteza vehiculului ACC este controlat ǎ la
"Viteza setat ǎ", cum este tipic pentru sistemele conv enționale de control al vitezei .

– ACC time gap control state – o substa re a st ǎrii "ACC activ" , în care decalajul de timp,
între vehicul ACC și vehiculul țintă este controlat .

Figura 1.2 Stǎrile si Transmisiile ACC

Vehicul țintă – unul dintre vehiculele din fa țǎ care se aflǎ în traiectoria vehiculului ACC și care este cel
mai aprope de vehicul ACC.

Decalaj de timp – intervalul de timp între vehicul ACC și vehiculul țintă. Decalajul de timp "este legată
de " degajare "si de viteza vehiculului de:
timp decalaj = degajarea ( clearance ) / viteza vehiculului ACC

1.3 Schem ǎ fizicǎ

Așa cum se arată în Figura 6 , sistemul ACC este alcătuit dintr -o serie de interconexiuni ȋntre
componente și s isteme. Metoda de comunicare între diferitele module es te prin intermediul unui rețea
de comunicare serial ǎ cunoscut ǎ sub numele de Controller Area Network (CAN).

12

Modulul ACC – Funcția principală a modulului ACC este de a procesa informațiile radar și de a
determina dacă este prezent un vehicul ȋn fațǎ. Când sistemul ACC este ȋn "control ul decalaj ului de
timp", se trimit informații d e control al motorului și de modulul de control al fr ȃnei pentru a controla
degajamentul între vehicul ACC și vehiculul țintă.

Modulul de c ontrol al motorului – Funcția primară a modulului de comandă al motorului este de a
primi informații de la modulul A CC și un instrument Cluster și de control al vitezei vehiculului pe baza
acestor informații. Modulul de comandă al motorului controlează viteza autovehiculului prin controlul
accel erației motorului.

Modulul de control al frânei – Funcția primară a modulul ui de comandă al frânei este de a determina
viteza vehiculu lui prin fiecare roată și de a încetini vehiculul prin aplicarea frânelor la cererea
Modulul ui ACC. Sistemul de frânare este hidraulic cu accesoriu electronic, cum ar fi un sis tem de
frânare ABS, ș i nu este pe deplin independenta de fir .

Instrument Cluster – Funcția principală a grupului de instrumente este de a procesa comutatoarele de
viteză și de a trimite informații la pilotul atuomat și la modulul de control al motorului. Instrument
Cluster af ișeaz ă, de asemenea, mesaje text și starea martorilor pentru conducătorul auto, astfel încât
conducătorul auto are informații cu privire la starea sistemului ACC.

Controller Area Network (CAN) – este un standard de rețea de autom obile care utilizează un bus cu
2 fire pentru a transmite și a primi date. Fiecare nod din rețea are capacitatea de a transmite de la 0 l a 8
octeți de date într -un mesaj cadru. Un mesaj cadru constă dintr -un mesaj antet, urmat de octeti de date
de la 0 la 8 , și apoi o suma de cont rol. Antetul mesajului este un identificator unic, care determină
prioritatea mesajului. Orice nod din rețea poate transmite date în cazul în care bus -ul este liber . Dacă
mai multe noduri încerc ǎ să transmită în același timp, o schemă de arbitraj este util izatǎ pentru a
determina care nod va controla magistrala. Mesajul cu cea mai mare prioritate, asa cum este definit în
antet ul sau, va câștiga arbitrajul și mesajul va fi transmis. Mesaju l care va pierde va reîncerca să trimit ǎ
mesajul său de îndată ce dete ctează o stare libera a bus -ului.

Figura 1.3. Adaptive Cruise Control

Comutatoare de vitez ǎ – schimb ǎtoarele de vitez ǎ sunt montate pe volan și au mai multe butoane care
permit conducătorului auto de a comanda funcționarea sistemului de ACC. Comutatoarel e includ:
"On": plaseaz ǎ sistemul în starea "ACC standby " ;

13
"Off '': anula eazǎ funcționarea ACC și plaseaz ǎ sistemu l în starea " ACC off " ;
"Set +": activeaz ǎ sistemul ACC și stabile ște viteza setat ǎ sau accelereaz ǎ ;
"Coast": încetini ște ;
"CV": revine l a viteza setatǎ ;

“Intervalul de timp + “ – crește intervalul ;
“Intervalul de timp – “ – scade intervalul .

Figura 1.4 Comenzi ACC

Figura 1.5 Schema fizic ǎ

14

Schimb ǎtoare de frână – Există două comutatoare de fr ȃna, Comutator de frȃnǎ 1 (BS1) și Comutat or
frână 2 (BS2). Când oricare dintre ele este activat , operarea pilotului automat este dezactivat ǎ și
sistemul intr ǎ ȋn starea "ACC standby".

Lumini de frână – Când modulul de control al fr ȃnei aplică frânele ca răspuns la o cerere a ACC -ului,
se vor aprinde luminile de frână pentru a avertiza vehiculele din spatele vehiculului ACC că acesta
decelereaz ǎ.

1.4 Controlerul PID ( proportional –integral –derivative controller)

Sistemul pilotului automat adaptiv folose ște, ȋn general, un controler PID.
Un controler proporțional -integral -derivat (controler PID) este un mecanism de feedback (control) al
buclei de control, utilizat în mod obișnuit în sistemele de control industrial. Un controler PID
calculează continuu o valoare de eroare e(t), ca diferenț ă între o valoare de referință dorită și o variabilă
de proces măsurată și aplică o corecție bazată pe termeni proporționali, integral i și derivați ( numiți
uneori P, I și respectiv D) care dau numele tipului de controler.
Pentru sistemele cu timp dis cret, se folosește adesea termenul PSD ( proportional summation
difference – diferență sumară proporțională).

Operația fundamentalǎ

Un controler PID calculează continuu o valoare de eroare e(t) ca diferență între o valoare de
referință dorită și o variabilă de proces măsurată și aplică o corecție bazată pe termeni proporțional i,
integral i și derivați . Controlorul încearcă să minimizeze eroarea în timp prin ajusta rea unei variabile de
control u (t), cum ar fi poziția unei supape de control, a unui amortizor sau a energiei furnizate unui
element de încălzire, pentru o nouă valoare determinată de o sumă ponderată:

unde , și , toate non -negative, d enotă coeficienții pentru termenii proporț ionali, integrali și
derivați.

Figura 1.6 O diagramă bloc a unui control er PID într -o buclă de feedback ; r (t) este valoarea dorită a
procesului sau "setpoint", iar y (t) este valoarea procesului măsurat.

15
În acest model:

– P reprezintă valorile actuale ale erorii. De exemplu, dacă eroarea este mare și pozitivă,
ieșirea de control va fi de asemenea mare și pozitivă.
– I reprezintǎ valorile anterioare ale erorii. De exemplu, dacă ieșirea curentă nu este suficient
de puternică, integritatea erorii se va acumula în timp și controlerul va răspunde aplicând o
acțiune mai puternică.
– D reprezintă posibile tendințe viitoare ale erorii, pe baz a ratei actuale de schimbare. De
exemplu, continuând exemplul P de mai sus , când ieșirea de control pozitivǎ mare reușește
să aducă eroarea mai aproape de zero, aceasta pune ș i procesul pe o cale spre o eroare
negat ivă mare în viitorul apropiat; ȋ n acest caz, derivatul devine negativ, iar modulul D
reduce puterea acțiunii pentru a preveni această depășire.

Utilizarea algoritmului PID nu garantează un control optim al sis temului sau chiar stabilitatea
acestuia. Nu este garantat că funcționează; În mod ev ident, aceasta poate fi afectat de întârzieri (eroarea
calculată nu vine imediat sau acțiunea de control nu se aplică instantaneu) , necesitând compensarea
ȋntȃrzierii de de calaj pentru a fi eficientă. Răspunsul controlerului poate fi descris în termeni de reacție
la o eroare, gradul în care sistemul depășește o valoare de referință și gradul oricărei oscilații a
sistemului.
Este aplicabil în general , deoarece un control er PID se bazează numai pe variabila de proces
măsurată, nu pe c unoașterea procesului de bază; a re o istorie lungă de utilizare și reușită în tr-o gamă
largă de aplicații . Un controler PID are trei parametri pentru a face față c erințelor specifice procesulu i.
Unele aplicații utilizează doar unul sau doi termeni pentru a furniza controlul corespunzător al
sistemului. Acest lucru se realizează prin setarea celorlalți parametri la zero. Un controler PID este
numit controller PI, PD, P sau I în absența acți unilor de control respective. Controlorii PI sunt destul de
obișnuiți, deoarece acțiunea derivată este sensibilă la zgomotul măsurătorilor, în timp ce absența unui
termen integral poate împiedica sistemul să atingă valoarea țintă.

Istorie și aplicați i

Origini

Controlerele PID își au originea în designul guvernatorului de viteză din secolul al XIX -lea.
Adâncimea torpil ei este o problemă de control; u n control bun al adâncimii necesită mai mult decât
măsurarea adâncimii torpilei. Un sistem de reg lare a adâncimii care folosește doar adâncimea (măsurată
de un hidrostat) pentru controlul ascensoarelor ar avea tendința de a oscila în jurul a dâncimii dorite.
Whitehead a furnizat multe nave din lume și a avut probleme cu controlul adâncimii până când a
dezvoltat "camera de echilibru" cu pendul (controlul pendulului și a hidrostat ului). Pendulul a măsurat
pasul torpilei și a indicat derivatul de adâncime a torpilei. "Includerea unui pendul a stabilizat bucla de
ȋntoarcere a mecani smul" . Această dezvoltare (cunoscută sub numele de "Secretul") a fost în jurul
anului 1868.
Baza teoretică pentru funcționarea guvernatorilor a fost descrisă pentru prima dată de către James
Clerk Maxwell în 1868 în lucrarea sa „Seminar despre guvernatori”.
Până în 1922 , controle rii PID au fost inițial dezvoltați utilizând o analiză teoretică, de către inginerul
rus american Nicolas Minorsky pentru controlul automat al navelor . Minorsky a proiectat sisteme de
direcție automată pe ntru Marina SUA și și -a bazat analiza pe o bservațiile unui călăreț, observând că
pilotul a condus nava pe baza nu numai a erorii actuale a cursului, ci și a erorii anterioare, precum și a
ratei actuale de schimbare; acesta a primit apoi un tratament m atematic de către Minorsky . Scopul lui a

16
fost s tabilitatea, nu controlul general, ceea ce a simplificat semnificativ problema. În timp ce controlul
proporțional asigură stabilitatea împotriva tulburărilor mici, acesta nu a fost suficient pentru a face față
unei perturbări constante, mai ales a unei gal eri rigide (datorită erorii staționare), care a necesitat
adăugarea termenului integral. În cele din urmă, termenul derivat a fost adăugat pentru a îmbună tăți
stabilitatea și controlul.
Au fost efectuate încercări pe USS New Mexico, cu controlerul con trolând viteza unghiulară (nu
unghiul) a cârmei. Controlul PI a condus la o răsucire susținută (eroare unghiulară) de ± 2 °. Adăugarea
elementului D a condus la o eroare de întoarcere de ± 1/6 °, mai bună decât cea ma i mare parte a
cârmacilor. În cele din urmă, m arina nu a adoptat sistemul, datorită rezistenței personalului.
Unul dintre cele mai vechi exemple de controler de tip PID a fost, de asemenea, dezvoltat de Elmer
Sperry în 1911, deși munca sa a fost mai degrabă intuitivă decât bazată pe matematică .

Dezvoltarea controlorului industrial

În istoria recentǎ a controlului a utomat al proceselor PID, primii contr oleri erau dispozitive
pneumatice, care utilizează aer comprimat atât pentru calculul ieșirii controlerului, cât și pentru
alimentarea dis pozitiv ului de modulare a procesului; c um ar fi o supapă cu diafragmă. Acești controlori
au utilizat amplificatoare pn eumatice de tip duzǎ și clapǎ și feedback pentru a genera termeni de
control P, I și D. Ele s unt dispozitive simple de întreținere redusă care funcționează bine într -un mediu
industrial dur și nu prezintă un risc de explozie în locații periculoase. Acestea au fost standardele
industriale timp de mai multe d ecenii până la apariția controlerilor electronici discreți și a sis temelor de
control distribuite.
Cu aceste controlere, a fost stabilit un standard pneumatic de semnalizare a industriei de 3 -15 psi,
care a avut un zero ridicat pentru a se asigura că dispozitivele funcționează în cadrul caracteristicilor lor
liniare și reprezintă int ervalul de control de 0 -100%. Echivalentul metric pentru aceasta este de 0,2 –
1,0 bari.
În anii 1950, când amplificatoarele electronice cu amplificare ridicată au deve nit ieftine și fiabile,
controle rii electronici au devenit populari și s-au folosit semnale de buclă curentă de 4 -20 mA care au
simulat standardul pneumatic. Cu toate acestea, actuatoarele de câmp utilizează în continuare pe scară
largă standardul pneumatic datorită avantajelor puterii motrice pneumatice pentru valvele de control în
medi ile de procesare a proceselor.

Alte aplicații

Buclele de control electronice analogice PID au fost adesea găsite în sistemele electronice mai
complexe, de exemplu poziționarea capului unei unități de disc, condiționarea alimentării cu energie
elect rică sau chiar circuitul de detectare a mișcării unui seismome tru modern. În prezent, controle rii
electronici au fost în mare par te înlocuiți de controlere digitale implementate cu microcontrolere sau
FPGA, care implementează algoritmi PID. Cu toate aceste a, controlerele analogice PID sunt încă
utilizate în aplicații de nișă care necesită performanțe înalte de bandă și zgomot redus, cum ar fi
controlerii cu diode laser.

Ȋn prezent

Majoritatea controlerelor PID moderne din industrie sunt implementate în sisteme de control
distribuite (DCS), controler e logic e programabil e (PLC) sau ca , controler digital montat pe panou.
Implementările de software au avantajele că sunt relativ ieftine și sunt flexibile în ceea ce privește
implementarea algoritmului PID. Regulatoarele de temperatură PID sunt aplicate în cuptoarele

17
industriale, mașinile de injecție a materialelor plastice, mașinile de ștanțat la cald și industria de
ambalare. Controlerele PID se află, de asemenea, în centrul conducto rilor multirotori, sub formă de
regulatoare de zbor autostabilizatoare.

Teoria controlerului PID

Schema de control PID este denumită după cei trei termeni de corecție, a căror sumă rep rezintă
variabila manipulată (MV) . Termenii proporționali, integrali și derivați su nt însumați pentru a calcula
ieșirea controlerului PID. Definind u(t) ca ieșire a controlerului, forma finală a algoritmului PID este :

unde este cȃștigul proporțional, un parametru de reglare ;
este cȃștigul integral, tot un pa rametru de reglare ;
este cȃștigul derivat, la fel, un parametru de reglare ;
e(t) = SP -PV(t), este eroarea ( SP este punctul de referințǎ, iar PV(t) este variabila de proces ) ;
t este timpul sau momentul instantaneu ;
τ este variabila de integrare ( ia valori de la timpul 0 la timpul prezent t ).

În mod echivalent, funcția de transfer în domeniul Laplace al controlerului PID este
L(s) = + / + , unde s este frecvența complexǎ.

Termen proporțional

Termenul proporțional produce o valoare de ieșire care este proporțională cu valoarea curentă de
eroare. Răspunsul proporțional poate fi ajustat prin înmulțirea erorii cu o constantă Kp, numită
const antă a câștigului proporțional .
Termenul proporțional este dat de = e(t) .
Un câștig proporțional mare are ca rezultat o schimbare mare în ieșire pentru o anumită modificare a
erorii. Dacă câștigul proporțional este prea mare, sistemul poate deveni instab il. În schimb, un câștig
mic are ca rezultat un răspuns de ieșire mic la o eroare mare de intrare și un controler mai puțin
receptiv sau mai puțin sensibil. Dacă câștigul proporțional este prea mic, acțiunea de control poate fi
prea mică atunci când răspun de la perturbații le sistemului. Teoria tuningului și practica industrială
indică faptul că termenul proporțional ar trebui să contribuie cu cea mai mare parte a variației de ieșire .

Figura 1.7 Plotul PV funcție de timp, pentru trei valori ale lui Kp (constantă Ki și Kd)

18

Eroare la starea de echilibru – Deoarece o eroare diferitӑ de zero este necesară pentru a o conduce,
un controler proporțional funcționează, în general, cu o așa -numită er oare la starea de echilibru.
Eroarea la starea de echilibru ( steady -state error – SSE) este proporțională cu câștigul procesului și
invers proporțională cu câștigul proporțional. SSE poate fi atenuată prin adăugarea unui termen de
compensare a deviației la valoarea de referință sau de ieșire sau corectată dinamic prin adăugare a unui
termen integral.

Termen integral

Contribuția din termenul integral este proporțională atât cu magnitudinea erorii, cât și cu durata
erorii. Integralul într -un controler PID este suma erorii instantanee în timp și oferă compensarea
acumulată care ar fi trebuit să fie corectată anterior. Eroarea acumulată este apoi înmulțită cu câștigul
integral (Ki) și adăugată la ieșirea controlerului.

Termenul integral este dat de = ∫ ( )
.

Figura 1. 8 Plotul PV funcție de timp, pentru trei valori ale lui Ki (constantă Kp și Kd)

Termenul integrat accelerează mișcarea procesului spre valoarea de referință și elimină eroarea
reziduală la starea de echilibru care apare cu un controler proporțional pur. Cu toate acestea, deoare ce
termenul integrat răspunde erorilor acumulate din trecut, poate cauza depășirea valorii de referință a
valorii actuale .

Termenul derivat

Derivatul erorii procesului se calculează prin determinarea pantei erorii în timp și înmulțirea acestei
rate de schimbare cu câștigul derivat Kd. Amplitudinea contribuției termenului derivat la acțiunea
globală de control este denumită câștigul derivat, Kd .

Termenul derivat este dat de = ( )
( ) .

19

Figura 1.9 Plotul PV funcție de tim p, pentru trei valori ale lui Kd (constantă Kp și Ki )

Acțiunea derivată prezice comportamentul sistemului și, astfel, îmbunătățește timpul de stabiliza re
și stabilitatea sistemului. Un derivat ideal nu este cauzal, astf el încât implementările controle rilor PID
includ o filtrare suplimentară cu trecere redusă pentru termenul derivat pentru a limita câștigul și
zgomotul de înaltă frecvență. Acțiunea de derivare este rareori folosită în practică – cu o singură
estimare în numai 25% din controle rii implement ați – datorită impactului său variabil asupra stabilității
sistemului în aplicațiile din lumea reală .

Reglarea ȋn buclӑ

Reglarea unei bucle de control este reprezentatӑ de ajustarea parametrilor de control (bandă / câștig
proporțional, câștig / rese tare integrală, câștig / rată derivată) la valorile optime pentru răspunsul de
control dorit. Stabilitatea (fără oscilație limitată) este o cerință de bază, dar dincolo de aceasta,
sistemele diferite au un comportament diferit, aplicațiile diferite au ceri nțe diferite, iar cerințele pot
intra în conflict una cu celaltӑ.
Reglajul PID este o problemă dificilă, chiar dacă există doar trei parametri și este în principiu
simplu de descris, deoarece trebuie să satisfacă criterii complexe în limitele controlu lui PID. Există,
prin urmare, diferit e metode de reglare a buclelor , iar tehnicile mai sofis ticate fac obiectul brevetelor.
Proiectarea și reglarea unui controler PID pare să fie intuitivă din punct de vedere conceptual, dar
poate fi dificilă în pract ică, dacă trebuie realizate obiective multiple (și adesea conflictuale), cum ar fi
stabilitatea de scurtă duratӑ și stabilitatea înaltă. Controalele PID oferă adesea un control acceptabil
folosind setările prestabilite, dar performanța poate fi în general îmbunătățită printr -o atenționare
atentă, iar performanța poate fi inacceptabilă datorită unei reglări necorespunzătoare. De obicei,
desenele inițiale trebuie ajustate în mod repetat prin simulări pe calculator până când sistemul cu buclă
închisă efect uează sau compromite dorințele.
Unele procese au un grad de neliniaritate, astfel încât parametrii care funcționează bine la condiții
de încărcare completă nu funcționează atunci câ nd procesul începe de la zero; a cest lucru poate fi
corectat prin planific area câștigurilor (utilizând parametri diferiți în diferite regiuni de operare).

Stabilitatea

Dacă parametrii controlerului PID (câștigurile termenilor proporționali, integrali și derivați) sunt
aleși incorect, intrarea controlată a procesului poate fi instabilă, adică ieșirea deviază, cu sau fără
oscilație, și este limitată numai de saturație sau rupere mecanică. Instabilitatea este cauzată de un câștig
în exces, în special în preze nța unui decalaj semnificativ.

20
În general, este necesară stabil izarea răspunsului și procesul nu trebuie să oscileze pentru nici o
combinație de condiții de proces și valori de referință, deși uneori stabilitatea marginală (oscilația
limitată) este acceptabilă sau dorită.

Matematic, originea instabilității poate fi văzută în domeniul Laplace . Funcția de transfer total de
buclă este:

unde, K(s): funcția de transfer PID ;
G(s): funcția de transfer a sistemului.

Sistemul se numește instabil în cazul în care funcția de transfer al bucl ei închisă dif eră pentru unele
s. Acest lucru se întâmplă pentru situațiile în care K(s)G(s) < 1. De obicei, acest lucru se întâmplă
atunci când | K(s)G(s) | = 1 cu o schimbare de fază de 180 de grade. Stabilitat ea este garantată atunci
când K(s)G(s) < 1 pentru frecvenț ele care suferă schimbări în fază mare. Un formalism mai general al
acestui efect este cunoscut sub numele de criteriul stabilității Nyquist.

Comportament optim

Comportamentul optim asupra modificării procesului sau a schimbării valorii de referinț ă variază în
funcție de aplicație.
Două cerințe de bază sunt reglementarea (respingerea perturbațiilor – rămânând la o anumită valoare
de setare) și urmărirea comenzilor (implementarea modificărilor punctului de referință) – acestea se
referă la cât d e bine variabila controlată urmărește valoarea dorită. Criteriile specifice pentru urmărirea
comenzilor includ timpul de creștere și timpul de soluționare. Unele procese nu trebuie să permită
depășirea variabilei de proces dincolo de valoarea de referință dacă, de exemplu, acest lucru nu ar fi
sigur. Alte procese trebuie să reducă la minimum energia consumată pentru atingerea unei noi valori de
referință.

PID tuning software

Cele mai multe facilități industriale moderne nu mai au tonuri de bucle uti lizând metodele de calcul
manual . În schimb, software -ul de optimizare PID și software -ul de optimizare a l buclelor sunt folosite
pentru a asigura rezultate consecvente. Aceste pachete software vor colecta datele, vor dezvolta modele
de proces și vor suger a o reglare optimă. Unele pachete software pot chiar dezvolta reglajul prin
colectarea datelor din modificările de referință.
Reglarea buclei matematice PID induce un impuls în sistem și apoi utilizează răspunsul frecvenței
sistemului controlat pentr u a proiecta valorile buclei PID. În bucle cu timpi de răspuns de câteva
minute, se recomandă reglarea matematică a buclei, deoarece încercarea și eroarea pot dura câteva zile
doar pentru a găsi un set stabil de valori ale buclei. Valorile optime sunt mai greu de găsit. Unele
controlere cu buclă digitală oferă o caracteristică de autoreglare în care sunt trimise la proces foarte
mici modificări de valoare, permițând controlerului să calcule ze valorile optime de reglare.
Alte formule sunt disponibile pe ntru a regla buclă în funcție de diferite criterii de performanță.
Multe formule brevetate sunt acum încorporate în software -ul de reglaj PID și modulele hardware.
Progresele în software -ul PID Loop Tuning automatizat oferă, de asemenea, algoritmi pe ntru
reglarea circuitelor PID într -un scenariu de stare dinamică sau non -stabilă (NSS). Software -ul va
modela dinamica unui proces, printr -o perturbare, și va calcula parametrii de control PID ca răspuns.

21
Limitări ale controlerului PID

În timp ce con trolerele PID sunt aplicabile în multe probleme de control și deseori funcționează în
mod satisfăcător, fără îmbunătățiri sau reglaje grosiere, ele pot funcționa prost în unele aplicații și, în
general, nu asigură un control optim. Dificultatea fundamental ă ȋn legaturӑ cu controlul PID este faptul
că reprezintӑ un sistem de control al feedback -ului, cu parametri constanți și fără cunoaștere directă a
procesului, și astfel performanța globală este reactivă și un compromis. În timp ce controlul PID este
cel m ai bun controler într -un observator f ără un model al procesului, o performanță mai bună poate fi
obținută prin modelarea evidentă a actorului procesului fără a se recurge la un observator.
Controlerii PID pot oferi performanțe slabe atunci când sunt u tilizați singuri și când câștigurile din
bucla PID trebuie reduse, astfel încât sistemul de control să nu depăș ească, să oscileze sau să
urmӑreascӑ valoarea de referință a reglajului. D e asemenea, ei au dificultăți în prezența non –
liniarităților, pot sch imba regulajul în raport cu timpul de răspuns, nu reacționează la schimbarea
comportamentului procesului (să spunem că procesul se schimbă după ce s -a încălzit) și să rămână în
reacție la tulburări mari.
Cea mai importantă îmbunătățire este încorporarea controlului feed -forward cu cunoștințe despre
sistem și utilizarea PID numai pentru a controla eroarea. Alternativ, PID -urile pot fi modificate în mai
multe moduri minore, cum ar fi schimbarea parametrilor (fie planificarea câștigului în cazuri diferite d e
utilizare, fie modificarea adaptivă a acestora pe baza performanței), îmbunătățirea măsurătorilor (viteză
de prelevare mai mare, precizie și precizie, Filtrarea dacă este necesar) sau cascadarea mai multor
controlere PID.

Liniaritatea

O altă probl emă cu care se confruntă controle rii PID este că acestea sunt liniari și simetrice. As tfel,
performanța controle rilor PID în sisteme neliniare (cum ar fi sistemele HVAC) este variabilă. De
exemplu, în cazul reglării temperaturii, un caz de utilizare comună este încălzirea activă (prin
intermediul unui element de încălzire), dar răcirea pasivă (încălzirea, dar fără răcire), astfel încât
depășirea poate fi corectată numai încet – nu poate fi forțată în jos. În acest caz, PID ar trebui să fie
reglat pentru a f i suprasolicitat, pentru a preveni sau a reduce depășirea, deși acest lucru reduce
performanța (crește timpul de stabilire).

Zgomot în derivat

O problemă cu termenul derivat este aceea că amplifică măsurarea frecvenței superioare sau
zgomotul de pr oces care poate provoca o cantitate mare de schimbare a producției. Este adesea util să
filtrați măsurătorile cu un filtru low -pass pentru a elimina componentele de zgomot cu frecvență mai
mare. Deoarece filtrarea cu trecere joasă și controlul derivat se p ot anula reciproc, cantitatea de filtrare
este limitată. Instrumentele de zgomot reduse pot fi importante. Se poate utiliza un filtru median
neliniar, care îmbunătățește eficiența de filtrar e și performanța practică. În unele cazuri, banda
diferențială poa te fi oprită cu puțină pierdere de control. Acest lucru este echivalent cu utilizarea
controlerului PID ca un controler PI.

22
Modificӑri ale algoritmului PID

Algoritmul de bază PID prezintă câteva provocări în aplicațiile de control care au fost abordate prin
modificări minore ale form ularului PID.

Integral windup

O problemă obișnuită care rezultă din implementările PID ideale este câștigul integral. După o
schimbare mare a valorii de referință, termenul integrat poate acumula o eroar e mai mare decât
valoarea maximă pentru variabila de reglare (windup), astfel sistemul depășește și continuă să crească
până când această eroare acumulată este dezactivată. Această problemă poate fi abordată prin:
* Dezactivarea integrării până când P V a intrat în regiunea controlată ;
* Previnerea termenului integrat de acumulare peste sau sub limitele predeterminate ;
* Calcularea înapoi a termenului integral pentru a constrânge ieșirea regul atorului în limite fezabile .

Depășirea din tulb urări cunoscute

De exemplu, o buclă PID este utilizată pentru a controla temperatura unui cuptor de rezistență
electrică în care sistemul s -a stabilizat. Acum, când ușa este deschisă și ceva rece este pus în cuptor,
temperatura scade sub valoarea de referință. Funcția integrală a controlerului tinde să compenseze
eroarea prin introducerea unei alte erori în direcția pozitivă. Această depășire poate fi evitată prin
înghețarea funcției integrale după deschiderea ușii pentru timpul în care bucla de cont rol are nevoie de
obicei pentru a reîncălzi cuptorul.

Controlerul PI

Un controler PI (controller proporțional -integral) este un caz special al controlerului PID în care derivatul (D)
al erorii nu este utilizat.
Ieșirea controlerului este dată d e : Δ + ∫ , unde Δ este eroare sau abaterea valorii mӑsurate efective
(PV) de la valoarea de referințӑ (SP).
Δ = SP – PV.
Un controler PI poate fi modelat cu ușurință în software, cum ar fi Simulink sau Xcos, utilizând o c asetă
"diagramă grafică" care implică operatori Laplace : C = ( )
, unde G = Kp = câștigul proporțional, iar
G/τ = Ki = câștigul integral.
Setarea unei valori pentru G este adesea un compromis între scăderea depășirii și c reșterea timpul ui
de decontare.
Lipsa acțiunii derivate poate face sistemul mai stabil în starea de echilib ru în cazul datelor
zgomotoase. Acest lucru se datorează faptului că acțiunea derivată este mai sensibilă la termenii de
frecvență mai mare în intrări .
Fără o acțiune derivată, un sistem controlat de PI este mai puțin receptiv la modificări reale (fără
zgomot) și relativ rapide în stare și astfel sistemul va fi mai lent pentru atingerea punctului de referință
și mai lent pentru a răspunde la perturbații dec ât un sistem PID bine reglat .

Insensibilitatea benzii

Multe bucle PID controlează un dispozitiv mecanic (de exemplu, o supapă). Întreținerea mecanică
poate fi un cost major, iar uzura conduce la degradarea controlului, sub forma , fie a unde fricțiu ni

23
statice , fie a unei zone neconectate în răspunsul mecanic la un semnal de intrare. Rata uzurii mecanice
este în principal o funcție a frecvenței unui dispozitiv pentru a face o schimbare. În cazul în care uzura
este o preocupare semnificativă, bucla PID poate avea o bandă de ieșire neconectată pentru a reduce
frecvența activării ieșirii (supapă). Acest lucru se realizează prin modificarea controlerului pentru a
menține ieșirea stabilă dacă schimbarea ar fi mică (în intervalul de bandă de bandă definită). Ieșirea
calculată trebuie să părăsească banda neterminată înainte de modificarea ieșirii reale.

Schimbarea pasului de referință

Termenii proporționali și derivați pot produce o mișcare excesivă în ieșire atunci când un sistem este
supus unei creșt eri instantanee a erorii, cum ar fi o schimbare de valoare mare. În cazul termenului
derivat, acest lucru se datorează preluării derivatului erorii, care este foarte mare în cazul unei
modificări pasive instantanee. Ca rezultat, unii algoritmi PID încorpor ează unele dintre următoarele
modificări:
 Valoarea de referință a valorii de referință – În această modificare, valoarea de referință este
treptat mutată de la valoarea sa veche la o valoare specificată nou ӑ utilizând o funcție de rampă
diferențială liniar ă sau de ordinul întâi. Acest lucru evită discontinuitatea prezentă într -o simplă
schimbare de pas.
 Derivarea variabilei procesului – În acest caz, controlerul PID măsoară derivatul variabilei
procesului măsurat (PV), decât derivatul erorii. Această canti tate este întotdeauna continuă
(adică, nu are niciodată o schimbare de pas ca rezultat al valorii de referință modificate).
Această modificare este un caz simplu de ponderare a punctului de referință.
 Coeficientul de ponderare – Punctul de ponderare adaug ă factori reglați (de obicei între 0 și 1)
la valoarea de referință în eroarea elementului proporțional și derivat al controlerului. Eroarea în
termenul integrat trebuie să fie adevărata eroare de control pentru a evita erorile de control la
starea de echi libru. Acești doi parametri suplimentari nu afectează răspunsul la perturbațiile de
încărcare și zgomotul măsurătorilor și pot fi reglate pentru a îmbunătăți răspunsul de referință al
regulatorului.

Feed -forward

Performanța sistemului de control poa te fi îmbunătățită prin combinarea controlului feedback -ului
(sau a buclei închise) a unui controler PID cu comanda înainte (sau cu buclă deschisă). Cunoștințele
despre sistem (cum ar fi accelerația dorită și inerția dorită) pot fi alimentate înainte și co mbinate cu
ieșirea PID pentru a îmbunătăți performanța general ă a sistemului. Numai valoarea feed-forward poate
furniza adesea partea majoră a ieșirii control erului. Controlorul PID trebuie în primul rând să
compenseze orice diferență sau eroare între valo area de referință (SP) și răspunsul sistemului la
comanda buclă deschisă. Deoarece output -ul feed -forward -ului nu este afectat de feedback -ul
procesului, acesta nu poate niciodată să determine sistemul de control să oscileze, îmbunătățind astfel
răspunsul sistemului fără a afecta stabilitatea. Comanda înainte poate fi bazată pe valoarea de referință
și pe tulburările suplimentare măsurate. Ponderea punctului de referință e ste o formă simplă de
comand ӑ înainte.
De exemplu, în majoritatea sistemelor de c ontrol al mișcării, pentru a accelera o sarcină mecanică
sub control, este necesară o forță mai mare de la actuator. Dacă un regulator PID cu buclă de viteză este
utilizat pentru a controla viteza încărcăturii și a comanda forța aplicată de servomotor, atu nci este
benefic să se ia accelerația instantanee dorită, să se scadă acea valoare în mod corespunzător și să se
adauge la ieșirea PID un regulator de buclă de viteză. Aceasta înseamnă că, ori de câte ori sarcina este
accelerată sau decelerată, o comandă a forței proporționale de la actuator, indiferent de valoarea

24
feedback -ului. Circuitul PID în această situație utilizează informațiile de feedback pentru a schimba
rezultatul combinat pentru a reduce diferența rămasă între valoarea de referință a procesul ui și valoarea
de reacție. Lucr ând ȋmpreun ӑ, controlerul feed-forward cu bucla deschis ӑ si controlerul PID cu bucl ӑ
ȋnchis ӑ pot oferi un sistem de control mai receptiv.

Opera ția „bumpless”

Controlorii PID sunt adesea implementați cu o caracteris tică d e inițializare "fără șocuri " care
recalculează termenul de acumulator integrat pentru a menține o ieșire consecventă a procesului prin
modificarea paramet rilor. O implementare parțială constă în stocarea integrală a timpului de câștig
integrat, mai degrabă decât erorile de stocare a integrității erorii și postmultificarea de câștigul integral,
ceea ce împiedică ieșirea discontinuă atunci când câștigul este schimbat, dar nu câștigurile P sau D.

Alte îmbunătățiri

În plus față de feed -forward, controle rele PID sunt adesea îmbunătățite prin metode cum ar fi
planificarea câștigului PID (schimbarea parametrilor în diferite condiții de operare), lo gica fuzzy. Alte
probleme de aplicare practice pot apărea din instrumentele legate de controler. O rată de eșan tionare
suficientă, o precizie de măsurare și o acurate țe de măsurare sunt necesare pentru a obține performanțe
de control adecvate. O altă metodă nouă de îmbunătățire a controlerului PID este creșterea gradului de
libertate pr in utilizarea unei comenzi fr acționale. Ordinea integratorului și a diferențiatorului adaugă o
mai mare f lexibilitate controlerului.

Controlul în cascadă

Un avantaj distinctiv al con trolorilor PID este acela că dou ӑ controlere PID pot fi utilizate împreună
pentru a obține perf ormanțe dinamice mai bune. Acest lucru se numește control PID în cascadă. În
controlul în cascadă există două PID -uri aranjate cu un PID care controlează valoarea de referință a
altui PID. Un controler PID acț ionează ca un controler de bucl ӑ exterioară, ca re controlează parametrul
fizic principal, cum ar fi nivelul lichidului sau viteza. Celălalt controler acționează ca un controler de
buclă interioară, care citeșt e ieșirea regulatorului de bucl ӑ exterioară ca punct d e referință, de regulă
controlând un parametru, un debit sau o accelerație mai rapidă. Se poate dovedi matematic că frecvența
de lucru a controlerului este mărită, iar constanta de timp a obiectului este redusă prin utilizare a
controlorilor PID în cascadă.
De exemplu, o baie de circulație controlată la temperatură are două regulatoare PID în cascadă,
fiecare având propriul senzor de temperatură pentru termocuplu. Controlerul exterior controlează
temperatura apei folosind un termocuplu situat la distanț ă de încălzitor, unde citește cu precizie
temperatura apei. Termenul de eroare al acestui controler PID este diferența dintre temperatura dorită a
băii și temperatura măsurată. În loc de a controla încălzitorul direct, controlerul PID exterior stabilește
un obiectiv al temperaturii încălzitorului pentru controlerul intern PID. Controlerul intern PID
controlează temperatura încălzitorului folosind un termocuplu atașat la încălzitor. Termenul de eroare
al controlerului intern este diferența dintre această val oare de referință pentru temperatura încălzitorului
și temperatura măsurată a încălzitorului. Ieșirea acestuia controlează încălzitorul real pentru a rămâne
în apropiere a acestei valori de referință.
Termenii proporționali, integrali și diferiți ai ce lor doi controlori vor fi foarte diferiți. Controlerul
PID exterior are o constantă îndelungată de timp – toată apa din rezervor trebuie să se încălzească sau
să se răcească. Bucla interioară răspunde mult mai repede. Fiecare controler poate fi reglat pent ru a se

25
potrivi fizicii sistemului pe care îl controlează – transferul de căldură și masa termică a întregului
rezervor sau doar a încălzitorului – oferind un răspuns total mai bun.

1.5 Siguran ṭǎ

De cele multe ori ACC -ul va spori siguranța în trafic.Motivația pentru aceasta este faptul că ACC
acordă asistența auto în sarcinile de conducere. Asistența va reduce volumul de muncă al
conducătorului auto, permi ṭȃndu-i să se concentreze mai mult asupra altor sarcini. Acest lucru implică
faptul că șof erii vor fi mai pu ṭin obosi ṭi, iar condusul va deveni mai confortabil. Scopul ACC este de a
oferi sprijin pentru conducătorul auto într -o gamă largă de medii de conducere, dar deplina
responsabilitate va fi întotdeauna pe conducătorul auto.
O obi ecție la faptul că ACC crește siguranța este faptul că, conducătorul auto poate fi indepentent
privind sistemul ACC și nu poate fi pregătit să preia controlul asupra vehiculului în situații extreme.
Doi cercet ǎtori au făcut un test operațional pe teren pen tru evaluarea siguranței ACC în trafic. Acest
test a implicat 108 șoferi, care au fost studia ṭi timp de un a n. În acest studiu de siguranță ei au utilizat o
listă de măsuri standard de siguranță. De asemenea, acest lucru a fost extins pentru a include noi măsuri
de siguranță și măsuri de performanță. Cercet ǎtorii au comparat ACC -ul cu control manual al vitezei de
croazieră și cu CCC (conventional cruise control – modul de conducere conventional) . În acest studiu,
s-a constatat că șoferii ACC au avut tendin ța să aștepte pentru ca sistemul sǎ controloze situațiile și,
prin urmare, a intervenit mai târziu, atunci când este necesar, fapt care a condus al o presi une de frânare
mai mare de 0,1n ,care este ȋntȃlnitǎ frecvent ȋn rândul șoferilor ACC, dar acest lucr u nefiind un
rezultat general în cazul situații lor extreme. De asemenea, s -a aratat că șoferii care foloseau ACC a u
avut un timp de răspuns mai lung decât șoferii umani și puțin mai mic decât șoferii care foloseau CCC .
Din moment ce șoferii ACC au o mai ma re distanță de progrese decât șoferii manuali, nu este clar
faptul că timpul de răspuns mai lung presupune neaten ṭia conducătorului auto. În studiul șoferii au
clasat conducerea manuală ca cel mai sigur, urmat de conducere ACC și CCC. Ei au fost de acord, de
asemenea, că ACC va îmbunătăți siguranța. Cercet ǎtorii au făcut o simulare pe computer la Monte
Carlo folosind datele din studiul de testare, în scopul de a estima efectele de siguranță ale utiliz ǎrii
ACC. Simularea lor a arătat că două tipuri de colizi uni pe autostrăzi ar putea fi reduse cu 17% :
– Situații când un vehicul echipat ACC se apropie de un vehicul care se deplaseaz ǎ mai lent,
cu viteză constantă;
– Situații în care vehiculul care se deplaseaz ǎ mai lent decelerareaz ǎ în fața unui vehicul
echipat ACC .
Concluzia acestui test a fost că în cazul în care sistemul ACC ar fi montat pe scară largă și pus în
aplicare pe deplin, aceasta ar duce la o creștere netă a siguranței. Cercet ǎtorii nu au propus care ar
trebui să fie cea mai mare valoare de decelerare într -un sis tem ACC. Acest lucru ar necesit ǎ un studiu
amǎnunṭit. Astăzi, această autoritate de decelerare diferă între sistemele disponibile. Alt cercet ǎtor a
constatat ca 90% din toate decelerări sunt mai mici de 2,5m / .

26
Capitolul 2 . Descriere opera țional ǎ

Interfața șofer pentru sistemul ACC este foarte similar ǎ cu un acea a unui sistem pilot automat
convențional. Șoferul operează sistemul printr -un set de comutatoare de pe volan. Comutatoarele sunt
aceleași ca și pentru un sis tem de pilot automat convențional, cu excepția c ǎ adaug ǎ două switch -uri
pentru a controla diferența de timp între vehicul ACC și vehiculul țintă. În plus, există o serie de mesaje
text, care pot fi afișate pe panoul de bord pentru a informa conducătorul a uto asupra stării sistemului
ACC și să furnizeze orice avertismente necesare. Conduc ătorul auto activează sistemul ACC apăsând
mai întâi butonul ‘ON’ care pune sistemul în starea "standby ACC" . Șoferul apasă apoi butonul ‘Set’
pentru a intra in starea "ACC activă", moment în care sistemul ACC încearcă să controleze vehiculul la
viteza stabilit ǎ de conducătorul auto,aceasta depinz ȃnd de mediul de trafic.

2.1 Interfe țele sistemului de control

Figura 7 prezintă informații și fluxurile de semnal dintre diferite sisteme de ACC.

Figura 2.1 Semnalele ACC și fluxurile de informa ții

27
2.2 Inițializare

Când cheia de contact este în poziția ‘oprit’, nici o putere nu este aplicată la nici un dintre sisteme.
Atunci când cheia este mutat ǎ în poziția ‘pornit’, sistemul ACC se inițializează la starea "ACC off".

2.3 Implicarea Cruise Control

Introducerea "standby ACC" – Înainte de a putea activa controlul vitezei de croazieră șoferul trebuie
să intre mai întâi ȋn starea "standby ACC". Acest lucru se realizează de către conducătorul auto apăsând
butonul ACC "On". Dacă nu exista defecte ale sistemului, sistemul ACC va trece la starea "ACC
standby".

Introducerea "ACC activ e" – Șoferul intră în starea "ACC activ e" prin apăsarea butonului "Set" sa u
"Resume ". În cazul în care o viteză a fost setat ǎ ȋn prealabil ,ea este prezentă în memorie, iar sistemul
utilizează această valoare ca vitez ǎ atunci când este apăsat butonul ‘Resume” , altfel, viteza actuală ,
atunci când butonul ‘Set’ a fost apăsat va dev eni viteza țintă. Următoarele condiții trebuie să fie
valabil e pentru ca sistemul s ǎ intre ȋn starea "ACC active":
Comutator frână 1 = frână nu se aplică ;
Comutator frână 2 = frână nu se aplică ;
Viteza vehiculului > = 25 mph ;
La intrarea ȋn starea “ACC active” , viteza vehi culului este controlată fie prin menține rea unei viteze
setate, fie prin a menține un decalaj de timp fațǎ de vehicul din fa țǎ, fiind luat ǎ ȋn considerare dintre
acestea viteza care este mai mică .

2.4 Funcționare a în modul de co ntrol al vitezei (ACC Speed Control )

Funcționarea în acest mod este echivalent cu cel al controlului vitezei convențional. În cazul în care
nici un vehicul nu este prezent ȋnaintea vehicului ACC, fǎrǎ intervalul de timp sau degajarea
sistemului, vit eza vehiculului se menține la viteza țintă. Sistemul de control al motorului controlează
puterea motorului prin controlul accelerație i pentru a menține viteza vehiculului la viteza țintă.

2.5 Funcționare ȋn modul urm ǎrire (ACC Time Gap Control)

Sistemul ACC intră în modul de urm ǎrire sau de "control al decalaj ului de timp" în cazul în care
radarul dete ctează un vehicul în față la o distan țǎ relative redus ǎ. În timpul acest ui mod de operare,
sistemul ACC trimite o viteză țintă la modulul de comandă a l motorului și comenzi de decelerare la
modulul de control al frânei pentru a menține diferența de timp stabilit între vehicule.

Controlul deceler ǎrii – Sistemul ACC frânează autovehiculul prin reducerea vitezei țintă trimis ǎ
modulului de comandă al motor ului și trimiterea unei comenzi de dece lerare de fr ȃnǎ la modulul de
comandă a l frȃnei. Efortul maxim de frânare permis sistemului este 0.2 [g]. În timpul deceler ǎrii prin
frânare , modulul de comandă al frȃnei activează luminile de frână.
Controlul acceler ǎrii – Sistemul ACC accelerează vehiculul prin creșterea vitezei țintă trimis ǎ
modulului de comandă al motorului. Modulul de comandă al motorului încearcă să mențină viteza țintă
și poate accelera vehiculul la o rată de până la 0,2 [g] de accelerație.

28
Ajustarea intervalul de timp – Șoferul poate regla intervalul de timp, prin intermediul comutatorelor
"Interval de timp +" și " Interval de timp -". Apăsând comutatorul de comutatorul "Interval de timp +"
face ca valoarea decalaj ului de timp s ǎ creasc ǎ și, pr in urmare distanța dintre cele două vehicule să
crească. Apăsând comutatorul "Intervalul de timp -" determină valoarea decalaj uli de timp sǎ se reduc ǎ
și, prin urmare distanța dintre cele două vehicule să scadă.

Reacție la o mișcare lentă sau vehicul opri t – situații pot apărea, astfel încât sistemul ACC nu este
capabil să mențin ă diferența de timp din cadrul a utorității de decelerare a sistemului, 0,2 [g]. Distanța
dintre vehicul ACC și vehiculul din față poate fi în scădere rapid sau viteza minimă a vehi culului de 25
[mph] poate fi atins. În aceste situații, sistemul ACC intră ȋn starea "ACC standby " și avertizează
șoferul prin afișarea unui mesaj text pe panoul de bord "intervenția șoferului necesară" și prin
aprinderea unei soneri . Dacă frânele au fost aplicate de către sistemul ACC, acestea vor fi eliberate
lent. În acest moment, șoferul trebuie să ia controlul asupra vehiculului.

2.6 Trecerea între contro ulul vitezei și modul urm ǎrire

Sistemul ACC tranziteaz ǎ automat înt re controlul vitezei și intervalul de timp (urm ǎrire). Modul de
operare este determinat de cea mai mică dintre viteza setată pentru modul de control viteză și viteza
țintă pentru a menține diferența dintre v ehicul ACC și un vehicul din fa țǎ. Practic, în cazul în care nici
un vehi cul nu este prezent pe distanta de degajare , sistemul va funcționa în modul de control viteză,
altfel, el va func ționa în modul Interval de timp.

2.7 Anularea ope rațiunii de control de croazier ǎ

Func ționarea pilotului automat poate fi anulată de căt re operator sau automat prin sistemul ACC.
Oricare dintre următoarele condiții vor dezactiva ACC:
– Pedala de frână este apăsată
– Este apăsat butonul "Off"
– Viteza vehiculului <25 mph
– Un defect al sistemului ACC este detectat.

29
Capitoul 3. Anal izǎ SWOT

STRENGTHS ( puncte tari )
Confort – ACC -ul este o func ṭie care ajutǎ conducǎtorul automobilui, prin sporirea confortului și
ajutarea acestuia la condus. Este o func ṭie care prezintǎ o siguran ṭǎ crescutǎ și care, ȋn viitor, va fi
implementatǎ pe toate mașinile.
Siguran ṭǎ – De cele multe ori ACC -ul va spori siguranța în trafic.Motivația pentru aceasta este faptul că
ACC acordă asistența auto în sarcinile de conducere. Asistența va reduce volumul de muncă al
conducătorului auto, permi ṭȃndu-i să se concentreze mai mult asupra altor sarcini.

WEAKNESS ( puncte slabe )

Costuri – Un automobil dotat cu ACC va costa mai mult decȃt unul ȋn care nu este prezent acest sistem.
Aceasta se datoreazǎ costurilor de cercetare, de fabricație, dar și de implemetar e a sistemului.

Lipsa autonomiei totale – Scopul ACC este de a oferi sprijin pentru conducătorul auto într -o gamă largă
de medii de conducere, dar deplina responsabilitate va fi întotdeauna pe conducătorul auto.

OPPORTUNITIES (oportunități )

Perfecționa rea sistemului – schimbarea modului de comunicare cu mediul exterior, ȋmbunǎtǎțirea și
adǎugare unor funcții noi.

Scǎderea costurilor – prin cre șterea num ǎrului de sisteme și crearea unei concuren țe mai agresive.

THREATS (amenințări)

Ȋnlocuirea sistemu lui – descoperirea unor noi sisteme ce ar putea s ǎ ducǎ la ȋnlocuirea acestuia.

Eliminarea pl ǎcerii de a conduce – uneori poate reduce capacitatea șoferilor de a acumula experiențǎ.

30
Capitoul 4. Caz experimental

4.1 Introducere

În scop ul de a proiecta un ACC cu care șoferii sǎ se simt ǎ în siguranț ă și confortabil, ACC
trebuie s ǎ imitǎ comportamentul conducătorului auto în trafic. Comportamentul conducătorului auto
uman se schimbă în diferite situații de trafic. Prin urmare, situații obi șnuite de trafic trebuie să fie
identificate și utilizate în faza experimentală. Mai multe tipuri diferite de drivere sunt folosite pentru a
captura o gam ǎ de comportamente ale conducătorului auto.

4.2 Platform ǎ experimental ǎ

Vehicul
Două trans misii automate ale Volvo -ului 850 s -au utilizat într -un vehicul de conducere în urma
vehicul ui experimental . Ambele vehicule au fost utilizate în proiecte ACC anterioare la dezvoltare a
tehnică Volvo.

Figura 4.1 Vehicul experimental Volvo 850

Autoliv C elsius Tech Electronics
Caracteristicile de modulare Tip de modulare FMCW
Principiul de scanare radar Scanare mecanic ǎ
Frecven ṭa 76 – 77 GHz
Puterea de transmisie 10mW
Distanță minimă de urmărire 2m
Distanța 30axima de urmărire 200m
Rata de actualiz are a radarului 10 Hz
Cȃmp vizual
Rezoluția u nghiului
Rezol uția distanței 1m
Tabel 4.1 Specifica ṭiile radar

31
Acestea au fost echipate cu un sistem de prototip care să permită un control al frânei hidraulice a
vehiculului și unghi ul clapetei folosind semnale de control de la un PC. Vehiculul următor a fost
echipat cu două tipuri de senzori cu rază, laser și radar.

Echipamentul senzor
Un radar de la AutolivCelsiusTech Electronics a fost utilizat pentru a măsura distanța față de
vehiculul din față și viteza relativă Tabelul 1.
Scaner cu laser IBEO LD Automotive
Distanță minimă de urmărire 0,4 m
Distanța maximă de urmărire 100 m
Rata de actualizare a laserului 10 Hz
Câmp de vedere până la
Rezoluția unghiului
Rezoluția distanței 0.004 m
Tabel 4.2 Specifica ṭiile laser

O dificultate practic ǎ a fost faptul că radarul trebuie să aibă o rezoluție bună, de asemenea, la
distanțe mici și că viteza relativă ar tre bui să fie măsurat ǎ cu rezoluție înaltă. Un laser de la IBEO ,
scaner cu laser LD Automotive, figura11 , a fost utilizat pentru a măsura ΔY și dV .
Motivul pentru a utiliza at ȃt radar cȃt și laser sunt intervalele de lucru complementare ale acestora
și pentru redundanță de lucru. Radar ul are un domeniu de lucru îngust, dar lung și laserul are o gamă de
lucru largă, dar scurt ǎ.

Figura 4.2 Radar (st ȃnga) și laser (mijloc) montate pe vehicul. Laserul utilizat de la IBEO (dreapta).

Datele au fost colectate cu o rată de eșantionare de 10Hz. Variabilele măsurate au avut un spațiu
progres ( ΔY), viteza diferențială ( Δv), viteza ( ), unghiul clapetei ( ) și presiunea de frânare ( ).
Unghiul măsurat este semnalul de control la servo și nu poziția r eală a clapetei de accelerație. Cu
toate acestea, deoarece poziția reală a clapetei de accelerație este aproape proporțională cu măsurat ,
acesta poate fi privit ca poziția clapetei de accelerație într -o altă scară. măsurată este valoarea de
referință a si stemului de frânare. Mai multe tipuri de experimente au arătat că, în practică, această
diferență poate fi neglijată și, prin urmare, măsurat și au fost tratate ca măsurători ale valorilor
reale. Vehiculele utilizate în experiment nu au fos t echipate cu un accelerometru sau GPS. Cu toate

32
acestea, ambele vehicule au fost echipate cu un CAN bus, care a fost utilizat pentru achiziționarea de
măsurători.

4.3 Design experimental

Figura12 prezintă o mașină ȋn următoarea situație. Vitez a vehiculului mai ȋncet și vehiculul
urmăritor sunt notate și , iar distanța dintre vehicule este notat ǎ ΔY , unde ΔY = .

Vehicul urm ǎritor Vehicul urm ǎrit

Figura 4.3 Corp fix și cadre referin ṭǎ faṭǎ de pǎmȃnt

Viteza relativ ǎ este definit ǎ ca :

Comportamentul longitudinal al șoferului se schimbă în diferite situații de trafic.
Prin urmare, cu scopul de a stud ia comportamentul conducătorului auto, este necesar a proiecta
experimente care captureaz ǎ comportamentul șoferului în situații de trafic standard:

 Fluxul liber : În situația fluxului liber conducătorul auto nu este influențat de alte ma șini, și
atinge vi teza dorită.

 Urmǎritor : S ituația de urmărire descrie un scenariu în care conducătorul auto urmează
vehiculul cu o vitez ǎ mai mic ǎ și încearcă să mențină o distanță constant ǎ dorită.

 Interven ṭie : Situația de interven ṭie descrie un scenariu în care un ve hicul apare în fața
vehiculului conducătorului auto dintr -un alt culoar. Pe pa rcursul acestui scenariu distanța
constant ǎ minim ǎ dorită poate fi depășită pentru o perioadă scurtă de timp, în scopul de a

33
menține confotul. Vehiculul nou ap ǎrut ar putea avea o viteză mai mare sau o viteză mai mică
decât vehiculul conducătorului auto.

 Frȃnare: Într -o situație de frânare, distanța scade sub distan ṭa individuală minimă dorit ǎ și
șoferul frânează ca să restabilească distanța.

 Apropierea: Într -o situație de aprop ie, conducătorul auto se apropie de vehiculul din față și
începe să adapteze viteza la vehiculul respectiv. În timpul acestei situații,starea se schimb ǎ de la
flux liber la urmărire

Capitolul 5. Parte practicӑ

5.1 Descrierea circuitului iniṭial și a maș inilor

Circuitul este alcӑtuit din 8 elemente de pistӑ din plastic , ce au ȋn componențӑ douӑ șine
metalice, montate pe mijloc , ele fiind conectate la un dispozitiv central. La acest dispozitiv se
conecteazӑ douӑ telecomenzi alimentate de douӑ baterii de 1,5 V fiecare, acestea reprezentând
partea de comandӑ a circuitului.
Telecomenzile au ȋn interior un termistor , ce poate trimite mai mult sau mai pu țin curent cӑtre
circui t. Ȋn funcție de putere a cu care este apӑ sat butonul de pe acestea, rezisten ța scade
Mașinile sunt compuse dintr -un motor , care se rotește mai repede sau mai ȋncet ȋn funcție de
curentul primit de la telecomenzi prin intermed iul unor perii colectoare montate sub mașini. El
trimite puterea cӑtre roți prin intermediul a douӑ roṭi dințate.

5.2 Realizarea proiectului

5.2.1. Listӑ componente folosite :

1. 1 x Placӑ de Dezvoltare Compatibilӑ cu Arduin o Nano
2. 2 x Stabilizator de tensiune de 5V TO -220
3. 5 x Condesator Electrolitic de 100uF la 50V
4. 2 x Condesator Electrolitic de 300uF la 50 V
5. 1 x Senzor Ultrasonic HC -SR04
6. 1 x Potențiometru
7. 1 x Modul OLED SPI
8. 3 x Cablaj de test
9. Fire pentru cablajul de test
10. 1 x Driver de motor (P unte H)
11. 5 x Rezistori
12. 1 x Baterie 9V
13. 1 x Conector bateri e
14. 1 x buton (switch)

34
5.2.2. Descrierea componentel or

1) Placӑ de dezvoltare Arduino Nano
Hardware
O plăcuță Arduino este compusă dintr -un microcontroler Atmel AVR de 8-, 16- sau 32 -biți (deși
începând cu 2015 s -au folosit microcontrolere de la alți producători) cu componente complementare
care facilitează programarea și încorporarea în alte circuite. Un aspect important la Arduino este că
acesta dispune de conectori standard, care permit utilizatorului să conecteze plăcuța cu procesorul la
diferite module interschimbabile numite shield -uri. Unele shield -uri comunică cu Arduino direct prin
pinii digitali sau analogici, dar altele sunt adresabile individual prin magistrala serială I²C permițând
utilizarea mai multor module în paralel. Până în anul 2015 plăcuț ele Arduino oficiale au folosit cipuri
Atmel din seria megaAVR, în special ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280 și
ATmega2560, iar în 2015 au fost adăugate cipuri de la alți producători. O multitudine de alte
procesoare au fost folosite de dispozitive compatibile Arduino. Multe plăcuțe includ un regulator liniar
de 5 V și un oscilator cu cuarț de 16 MHz (sau un rezonator ceramic în unele variante), deși anumite
plăcuțe, cum ar fi LilyPad, funcționează la 8 MHz și nu necesită regulator, datorită restric țiilor de
formă. Un microcontroler instalat pe Arduino vine preprogramat cu un bootloader care simplifică
încărcarea programelo r pe memoria flash a cipului, în comparație cu alte dispozitive care necesită
programatoare externe. Acest aspect face Arduino o soluție simplă, permițând programarea de pe orice
computer ordinar. În prezent, bootloader -ul optiboot este bootloader -ul impli cit instalat pe Arduino
UNO.
La nivel conceptual, când se folosește mediul de dezvoltare integrat Arduino, programarea tuturor
plăcuțelor se face prin conexiune serială. Implementarea acesteia diferă în funcție de versiunea
hardware. Unele plăcuțe Ar duino au implementate convertoare de nivel logic pentru a realiza conversia
între nivelele logice RS -232 și cele TTL. Plăcuțele Arduino din prezent sunt programate prin USB,
având integrate cipuri de conversie USB -serial, cum ar fi FTDI FT232. Unele modele UNO, mai noi,
folosesc un cip AVR separat programat să funcționeze ca un convertor USB -serial, care poate fi
reprogramat printr -un port ICSP dedicat. Alte variante, cum ar fi Arduino Mini și versiunea neoficială
Boarduino, folosesc adaptoare detașabile US B-serial, cabluri, Bluetooth sau alte metode.

Figura 5.1 Placӑ de dezvoltare Arduino Nano

35

Software
Programele Arduino pot fi scrise în orice limbaj de programar e cu un compilator capabil să producă
un cod mașină binar. Atmel oferă un mediu de dezvoltare pentru microcontrolerele sale, AVR Studio și
mai nou, Atmel Studio.[15][16]
Proiectul Arduino oferă un mediu integrat de dezvoltare (IDE), care este o aplicație cross -platform ,
scrisă în Java. Acesta își are originile în mediul de dezvoltare pentru limbajul de programare Processing
și în proiectul Wiring. Este proiectat pentru a introduce programarea în lume a artiștilor și a celor
nefamiliarizați cu dezvoltarea software. Include un editor de cod cu funcții ca evidențierea sintaxelor,
potrivirea acoladelor și spațierea automată și oferă mecanisme simple cu un singur click, pentru a
compila și a încărca program ele în plăcuța Arduino. Un program scris în IDE pentru Arduino se
numește sketch .
Arduino IDE suportă limbajele de programare C și C++ folosind reguli speciale de organizare a
codului. Arduino IDE oferă o librărie software numită Wiring, din proiectul Wiring, care oferă multe
proceduri comune de intrare și ieșire. Un sketch tipic Arduino sc ris în C/C++ este compus din două
funcții care sunt compilate și legate cu un ciot de program main() , într -un program executabil cu o
execuție ciclică:
 setup() : o funcție care este rulată o singură dată la începutul programului, când se inițializează
setăr ile.
 loop() : o funcție apelată în mod repetat până la oprirea alimentării cu energie a plăcuței.

După compilarea și legarea cu GNU toolchain inclus, de asemenea, în IDE, mediul de dezvoltare
Arduino trimite comandă către programul avrdude pentru a c onverti codul executabil într -un fișier text
codat hexazecimal, care poate fi încărcat în placa Arduino de un program de încărcare .

Placa de dezvoltare Arduino Nano este o versiune de Uno, cu o interfață USB nouӑ și îmbunătățită.
Ca și Uno, ea are sl ot de expansiune cu suport pentru 3,3 V, pin de reset și un sistem de selecție automat
pentru sursa de alimentare USB sau DC. Uno este compatibil din perspectiva codului și a formatului cu
cu Duemilanove, Diecimilla și alte versiuni mai vechi de Arduino, de ci toate librăriile și modulele pe
care le ai vor funcționa fără nici o problema. Uno R3 oferă în plus o concesiune usb îmbunătățită, pini
în plus pentru suportul I2C și IORef.
Pentru comunicarea USB placa foloseș te chipul CH340g , cablul Mini USB și a numite drivere ce se
pot descӑrca de pe internet.

Caracteristici tehnice:
 Tensiune de alimentare: 5V ;
 Tensiune de alimentare suportată de limitator: 7V – 12V ;
 Pini I/O: 14 ;
 Pini PWM: 6 (din cei 14 de I/O) ;
 Pini ADC: 8 (din cei 14 de I/O) ;
 Memori e flash: 32kB / 16kB (2kB folosiți de bootloader) ;
 Curent pentru pini I/O: 40mA/pin ;
 Comunicație TWI, SPI și UART ;
 Frecvență de funcționare: 16MHz ;
 Dimensiuni: 45mm x 18mm.

36

Figura 5.2 Configurarea pinilor plӑcii de dezvoltare Arduino Nano

2) Stabilizator de tens iune

Stabilizatoarele de tensiune continu ӑ fac parte din stru ctura surselor de alimentare al ӑturi de
transformator, de blocul redresor și de blocul de filtraj.
Construc ția lor s e poate realiza ȋn dou ӑ moduri:
a) una din cele ma i simple metode se bazeaz ӑ pe capacitatea unor componente electronic e ( diode
Zener, tuburi cu desc ӑrcare ȋn gaz etc) de a men ține ȋntr-un domeniu dat (domeniu de stabilizare)
tensiune constant ӑ la bornele lor. Performan țele de stabilizare a tensiunii de i eșire, asigurat e de un
stabilizator bazat pe acest principiu, sunt strict de terminate de caracteristica tensiune -curent a
componentei folosite.
b) o alt ӑ metod ӑ de construc ție a stabilizatoarelor de tensiune continu ӑ const ӑ ȋn utilizarea unei scheme
electrice de amplif icator cu reac ție. Ȋn acest caz tensiunea de ie șire se men ține constant ӑ printr -un
proces de reglare auto matӑ care se desfa șoӑra ȋn dou ӑ faze:
– tensiunea de ie șire, , sau o frac țiune din ea, (mӑrime de reglat), se compar ӑ cu o tensi une
de referin țӑ, , rezult ȋnd un semnal de eroare ɛ = .
– semnalul de eroare, ɛ , amplificat, comand ӑ elementu l regulator (elementul de execu ție) pentru a
stabili tensiunea de ie șire la valoare a prescris ӑ, .

Figura 5. 3 Stabilizator de tensiune

37
Caracteristici tehnice:
•Tensiune de ieșire: 5V ;
•Curent maxim de ieșire: 1A ;
•Tensiune minimă de intrare: 7V ;
•Tensiune maximă de intrare: 30V ;
•Curent maxim pe peak: 2.2A ;
•Curent de scurgere: 5mA ;
•Rezistență de ieșire: 1 5mOhm.

Stabilizator ul de tensiune liniar are o tensiune de ieșire de 5V. Acest circuit integrat este
nonLDO și excesul de tensiune este eliminat prin disi pare de căldura, astfel că este nevoie de un
radiato r destul de mare. Ținând cont că stabilizator ul disipă multă căldură, este recomandat să
foloseascӑ în aplicații în care existӑ un consum mare de curent. De a semenea, este necesar să se
monteze condensatori de fil traj înainte și după regulator.

3) Condensator electrolitic

Condensatorul electrolit ic este un condensator care folosește un electrolit ca mediu dintre plăci,
pentru a obține o capacitate electrică mai mare pe unitatea de volum. Este folosit în circuite de joasă
frecvență ca, de exemplu, cele pentru netezirea (filtrarea) curentului pulsat or produs de un redresor.
După felul metalului din care este construit anodul se deoseb esc:
– Aluminiu -condensatori
– Tantal -condensatori
– Niob -condensatori
Raportat la volumul construcției condensatorii electolitici au o capacitate mai mare decât cei
ceramici sau in folie plastică. Condensatorii electrolitici sunt componente de circuit electric polarizate,
au un pol plus și un pol minus.
Conden satoarele electrolitice prezintӑ proprietӑț i remarcabile (permitivitate ș i rigiditate mare) și
posibilitatea de obț inere a unei pelicule sub un micron, ceea c e duc la realizarea de capacitӑț i specifice
mari (sute µF/cm3 ). Ele se bazeazӑ pe proprietatea oxi zilor unor metale ca aluminiul ș i tantalul, de a
conduce ȋntr-un sens și de a prezenta o rezistențӑ de blocare mare ȋn celalalt sens. De aceea, aceste
condensatoare sunt polarizate.
Anodul este format dintr -o folie de aluminiu de ȋnalta puritate, groasӑ de 60-100 microni, care este
oxidatӑ simultan pe ambele pӑrți prin el ectrolizӑ . Stratul de oxid gros de circa o miime de micron
pentru fiecare volt al tensiunii nominale, co nstutuie dielectricul. Pentru mӑrirea suprafeței anodului și
pentru obținerea de capacitӑț i mari ȋntr-un volum mic, ea nu este netedӑ ci asperizatӑ prin corodare
electrochimicӑ .

Figura 5. 4 Condensator electrolitic

38

Catodul este o soluț ie de acid boric, hid roxid de amoniu si glicoletilen ӑ, care p ӑtrunde ȋn toți porii
anodului. Aceasta soluție este menținut ӑ ȋn contact cu stratul de oxid anodic pe toatӑ suprafa ța prin
impregnar ea a 2 -5 foiț e de h ârtie fӑrӑ impuritӑț i. Contactul catodic se realizeazӑ prin altӑ folie de
alumi niu dar de grosime mult mai micӑ (10 microni), care se așeazӑ peste foile de h ârtie. Ȋntreg
ansamblul, format dintre douӑ folii de aluminiu ( anodul ș i contactul catodic), av ând ȋntre ele foiț ele de
hȋrtie este apoi rulat p âna capatӑ o formӑ cilindricӑ . Acesta se introduce apoi ȋn tuburi de aluminiu
etanș ate cu dopuri de cauciuc. Contactul anodic este izola t iar contactul catodic se leagӑ la car casӑ.

4) Senzor ultrasonic

Traductoarele cu ultrasunete sunt împărțite în trei mari categorii: transmițătoa re, receptoare și cele
care pot efectua ambele procese, dispozitive de emisie -recepție sau transceivere . Transmițătorii
convertesc semnalele elec trice în ultrasunete, receptoarele transformă ultrasunetele în semna le
electrice, iar transceiverele pot transmite și primi ultrasunete.
În mod similar cu radarul și sonarul, traductoarele cu ultrasunete sunt utilizate în sistemele care
evaluează țint ele prin interpretarea semnalelor reflectate. De exemplu, prin măsurarea timpului dintre
trimiterea unui semnal și primirea unui ecou, distanța unui obiect poate fi calculată. Senzorii pasivi cu
ultrasunete sunt în principiu microfoane care detectează zgom otul ultrasonic care es te prezent în
anumite condiții.
Sondele ultrasonice și băile ultrasonice aplică energie cu ultrasunete pentru a agita particule într -o
gamă largă de materiale

Figura 5. 5 Senzor HC -SR04

Caracteristici le tehnice ale senzorului HC -SR04 :
 Tensiune de alimentare: 5V ;
 Curent consumat: 15mA ;
 Distanță de funcționare: 2cm – 4m ;
 Unghiu de măsurare: 15˚ ;
 Eroare de doar 3mm ;
 Durată semnal input: 10us ;
 Dimensiuni: 45mm x 20mm x 15mm.

Senzorul ultrasonic HC -SR04 este unul dintre cei mai po pulari și ușor de utilizat senzori de
distanță. Este compatibil cu Arduino și prezintă câteva avantaje față de senzorii de distanță
analogici: n ecesită doar pini I/O digitali și are imunitate mai mare la zgomot.

39

Utilizare împreună cu Arduino

Acesta are o precizie de 3mm și măsoară la un unghi de 15˚. Este ușor de folosit și consumă
puțină energie, principalul dezavantaj fiind distanța relativ mică de măsurare: 2 -4 cm. Senzorul este
foarte ușor de folosit, având doar 4 pini: VCC și GND, care sunt fol osiți pentru alimentare și doi
pini digitali, utilizați pentru unda emisă (trigger) și unda recepționată (echo).

Figura 5. 6 Conectarea senzorului HC -SR04 cu placa de dezvoltare Arduino

Măsurarea distanței se bazează pe diferența dintre momentul de timp la ca re s-a transmis trigger –
ul și momentul la care acesta se detectează înapoi.

5) Potențiometru

Un potențiometru este un instrument pentru variația potențialului electric (tensiune) într -un circuit.
Înainte de introducerea bobinei mobile și a voltmetrelor digitale, potențiometrele au fost utilizate la
măsurarea tensiunii electrice.
În acest aranjament, o fracțiune dintr -o tensiune cunoscută de la cursorul unei rezistențe bobinate
este comparată cu o tensiune necunoscută, cu ajutorul unui galvanometru . Contactul de alunecare sau
cursorul este reglat iar galvanometru este conectat între cursor și tensiunea necunoscută. Este observată
deflecția galvanometrului și se reglează ușor cursorul până când galvanometrul nu mai deviază de la
zero. În acest moment galvanometrul nu mai extrage nici un curent din sursa necunoscută, iar mărimea
tensiunii poate fi calculată din poziția cursorului.
Această metodă de măsurare prin echilibrare este încă importantă în metrologia electrică și este de
asemenea, utilizat e în alte domenii ale electronicii.

Figura 5. 7 Potențiometru mono și mini p otențiometru

40

Potențiometrul este un simplu dispozitiv folosit pentru a măsura EMF, TPD, și rezistența internă a
unei celule. Acesta constă dintr -o placă cu o sârmă de tungsten sau man gan montată pe ea. Acesta
funcționează pe principiul faptului că , căderea de potențial între două puncte ale unei sârme cu secțiune
transversală uniformă, este direct proporțională cu distanța dintre puncte.
Celula conducătoare (E) a cărui FEM es te întotdeauna mai mare decât FEM (E') ce trebuie
măsurată, este folosită pentru a trimite curent prin circuit. Căderea de potențiale lectric este uniformă
de-a lungul sârmei potențiometrului AB.
Între A și X (un punct oarecare între A și B), are loc o cădere a unui anumit potențial electric ( să
spunem V). Să considerăm calea alternativă AGX pentru fluxul de curent în între A și X, cu excepția
sârmei potențiometrului bobinat. Potențialul electric, datorită celulei conducătoare este aceiași pentru
ambe le segmente de sârmă, AX și sârma lungă AGX, deoarece acestea sunt în paralel. Astfel, există un
câmp electric de -a lungul AGX. Când o celulă E' este introdusă cu pozitiv conectat la A pe traseul
AGX, aceasta creează un câmp opus celui creat de celula cond ucătoare, și astfel, când V = E', nici un
curent nu mai curge prin porțiunea AGX, lucru confirmat de către galvanometru (G).

6) Modul OLED SPI

Un OLED (Organic Light -Emitting Diode) este o componentă electronică în formă de folie foarte
subțire luminoa să făcută dintr -un material organic semiconductor. Mai este denumit și LED organic.
Comparând cu LED, tehnologia OLED este ieftină, neavând nevoie de un monocristal scump, . În ceea
ce privește luminozitatea OLED -urilor, în ultima vreme s -au făcut mari pro grese, fiind acum posibil să
se renunțe la iluminarea suplimentară a fundalului/suportului (backlight). Marele avantaj al tehnologiei
vine din faptul ca OLED ofera control la nivel de fiecare pixel si astfel display -ul poate afisa cel mai
profund negru si cea mai realista si intensa paleta de culori.
O tehnologie nouă bazată pe OLED este așa -numita Active -Matrix OLED, cu abrevierea AMOLED
sau AM OLED. Aici termenul "Active Matrix" se referă la modalitatea de adresare (activare și
dezactivare) a fiecăru i pixel constituent al ecranului.
Display -ul OLED aproape ca nu are dezavantaje, producatorii au îmbunatațit tehnologia de la an la
an iar acum durata de viață a OLED -ului se apropie de 100.000 de ore de funcționare. Acest număr de
ore se referă la ti mpul până la care luminozitatea display -ului OLED ajunge la 50%. Acest standard de
măsurare se aplică și pentru restul de categorii de display, CRT sau L CD/LED indiferent de rezoluție.
Când un ecran OLED arată o imagine cu culori închise, are un consu m redus de curent electric (40 –
50%) în comparație cu un ecran LCD (acesta este un avantaj), dar când arată o imagine cu culori
deschise, atunci OLED -ul poate să consume mult mai mult curent electric decât un ecran LCD. Acestă
caracteristică este foarte imp ortană pentru aparatele mobile cu ecran OLED care sunt folosite pentru
navigarea pe internet, deoarece cele mai multe site -uri au culori deschise (sunt pe fond alb), caz în care
ecranul OLED descarcă mai repede bateria aparatului, în comparație cu un ecran LCD.

Figura 5. 8 Modul OLED SPI

41
Specificații tehnice:
 Tensiune de alimentare: 3V – 5V;
 Consum maxim curent: 22.75mA;
 Unghi de viz ualizare: >160˚ ;
 Rezoluție: 128 x 64 pixeli;
 Diagonală: 0.96 inch;
 Comunicație SPI sau I2C.
 Dimensiuni: 27.3 x 27.8 x 3.7 mm.

Mod ulul cu display OLED este util în pr oiecte de electronică unde se pot afișa multe date , oferind și
un consum de energie redus. Spațiul disponibil pentru afișaj este destul de mare, oferind 128 x 64
puncte. Atunci când display -ul este solicitat la maxim, ac esta consumă doar 0.1W. De asemenea, acesta
are o diagonală de 0.94 inch și un unghi de vizualizare mai mare de 160˚.
Un astfel de display este potrivit pe ntru aplicațiile în care se dorește să se afișeze date ale
utilizatorilor. De asemenea, dimensiu nile și consumul redus il fac ideal pentru display -ul unui
smartwatch.
Display -ul este bazat pe circuitul integrat SSD1306.
Ecranul este compatibil cu o gamă l argă de microcontrol ere și plăcuțe de dezvoltare, cum ar fi
Arduino.

Figura 5.9 Utilizarea Modul ului OLED SPI ȋmpreunӑ cu Arduino

7) Cablaj de test (Breadboard)

Un breadboard este o bază de construcție pentru prototipuri de electronică. Inițial a f ost literalmente
o bucatӑ de pâ ine, o bucată de lemn lustruită folosită pentru tăierea pâinii. În an ii 1970, tabla de lipit
fără sudură (placă AKA, placă terminală) a devenit disponibilă, iar în prezent termenul "breadboard"
este folosit în mod obișnuit pentru a se referi la acestea.

Figura 5. 10 Cablaje de test („Breadbords”)

42

Deoarece pâ nza de lipit fără sud ură nu necesită lipire, este reutilizabilă. Acest lucru îl face ușor de
utilizat pentru crearea de prototipuri temporare și experimentarea cu proiectarea circuitelor. Din acest
motiv, panourile de lipit fără sudură sunt, de asemenea, extrem de populare pen tru studenți și pentru
educația tehno logică. Tipurile mai vechi de breadbord nu aveau această proprietate. O placӑ de tip
bandă (Veroboard) și plăci de circuite imprimate similare , care sunt utilizate pentru a construi
prototipuri sudate semi -permanente sa u unice, nu pot fi reut ilizate cu ușurință. O varietatӑ de sisteme
electronice pot fi prototipate pri n utilizarea de panouri de breadbord , de la mici circuite analogice și
digitale până la unități centrale de procesare complete (procesoare).

8) Fire pentru c ablajul de test

Fire de conexiune (numite și jumperi) pentru breadboard fără sudură, ele pot fi obținute în seturi
de sârmă de asamblare gata de utilizare sau pot fi fabricate manual. Acestea din urmă pot deveni muncă
obositoare pentru circuitel e mai mari. Gurile de sârmă gata de utilizare vin în diferite calități, unele
chiar și cu dopuri mici atașate la capetele firului. Materialul de sârmă de asamblare pentru firele
realizate sau fabricate în mod obișnuit ar trebu i să fie, de obicei, de 0,33 de cupru solid, sârmă
placată cu plumb – presupunând că nu se vor fixa prize mici la capetele firului. Capetele de sârmă
trebuie despicate de 3/16 până la 5/16 (de la 4,8 până la 7,9 mm). Sârmele mai scurte deconectate ar
putea duce la contactul ne corespunzător cu clemele de prindere ale plăcii (izolația fiind prinsă în
arcuri). Firele mai lungi decupate măresc probabilitatea de scurtcircuitare a plăcii.

Figura 5. 11 Set de fire standard 0,33

Firele colorate diferite și disciplina de codare a cu lorilor sunt adesea respectate pentru consistență.
Cu toate acestea, numărul de culori disponibile este de obicei mult mai mic decât numărul de tipuri de
semnal sau de căi. În mod tipic, sunt rezervate câteva culori ale sârmei pentru tensiunile de alimenta re
și pentru sol (de exemplu, roșu, albastru, negru), unele sunt rezervate semnalelor principale, iar restul
sunt pur și simplu utilizate acolo unde este convenabil. Unele seturi de sârmă de asamblare gata de
utilizare utilizează culoarea pentru a indica l ungimea firelor, dar aceste seturi nu permit o schemă de
codificare a culorilor .

9) Driver de motor (Punte H)

Un driver de motor este un dispozitiv sau un grup de dispo zitive care servesc la comanda în mod
predeterminat al perfo rmanței unui motor elect ric. Un controler de motor poate include un mijloc
manual sau automat pentru pornirea și oprirea motorului, selectarea rotației înainte sau înapoi,
selectarea și reglarea vitezei, reglarea sau limitarea cuplului și protejarea împotriva supraîncărcărilor și
a defecțiunilor.

43

Figura 5. 12 Driver de motor (punte H)

Acest scut de pro tecție a motorului punte H , care, bazat pe circuitu l integrat de conducători auto
chip L298N, este un modul util pentru control.
Circuitul unui driver de motor simplu utilizează c omponente ușor accesibile. Puntea H este o
metodă foarte eficientă de a conduce motoare și se gӑsesc o mulțime de aplicații în multe proiecte
electronice, în special în domeniul robotizării. Ȋn circuitul circuitul prezentat mai jos, unul tipic cu patru
tranzistori ȋn punte H, unde d iodele D1 până la D4 oferă o cale mai sigură pentru ca emf -ul din spate al
motorului să se disipeze și astfel protejează tranzistoarele bipolare corespunzătoare de deteriorări.

Figura 5. 13 Schema electricӑ a unui driver de motor (punte H)

10) Rezistor

Rezistorul este o piesă componentă din circuitele electrice și electronice a cărei principală
proprietate este rezistența electrică. Rezistorul obișnuit are două terminale; conform legii lui Ohm,
curentul electric care curge prin rezistor este proporțional cu tensiunea aplicată pe termin alele
rezistorului.
Cel mai important parametru al unui rezistor este rezistența sa electrică, exprimată în ohmi.

44
Rezistoarele sunt complet caracterizate prin relația între tensiunea la borne ș i intensitatea curentului
prin element, atunci când dependența U=f(I) este liniară. Rezistoarele se pot clasifica dupa mai multe
criterii.

Figura 5. 14 Rezistor

Dupӑ materialul folosit, se realizează: rezistoare din metale sau aliaje metalice (fire sau benzi) ;
rezistoare peliculare cu carbon, (pelicule depuse pe un suport izolat); rezistoare cu peliculă de metal –
oxid; rezistoare cu lichid, bazate pe rezistența unui strat de lichid între două plăci metalice cufundate în
lichid. Un rezistor variabil este un rezi stor a cărui rezistență electrică poate fi ajustată prin deplasarea
mecanică a unui contact (cursor) electric intermediar; cel mai adesea rezistoarele de acest tip au trei
terminale: capetele rezistorului (între care rezistența este maximă și constantă) și conexiunea la
contactul mobil(cursor). Dacă contactul mobil nu face punct comun cu unul din capete, atunci uzual se
vorbește despre "un potențiometru", care este un divizor variabil de tensiune.
În circuit, rolul rezistorului poate fi:
 producerea căd erii de tensiunii dorite între două puncte din circuit;
 determinarea curentului dorit printr -o altă piesă a circuitului;
 divizarea unei tensiuni într -un raport dat (circuit divizor de tensiune);
 terminarea unei linii de transmisie(ca rezistență de sarcină) .

11) Baterie

O baterie electric ӑ este un dispozitiv care constă dintr -unul sau mai multe celule electrochimice cu
conexiuni externe furnizate pentru alimentarea dispozitivelor electrice, cum ar fi lanterne, telefoane
inteligente și mașini electrice, et c. Atunci când o baterie furnizează energie electrică, terminalul său
pozitiv este catodul și termina lul său negativ este anodul. Terminalul marcat negativ este sursa de
electroni care, atunci când este conectată la un circuit extern, va curge și va furniz a energie unui
dispozitiv extern. Atunci când o baterie este conectată la un circuit extern, electroliții pot să se
deplaseze în interiorul lor, permițând reacțiile chimice să fie completate la bornele separate și astfel să
furnizeze energie circuitului ex tern. Este mișcarea acestor ioni în interiorul bateriei, care permite
curentului să curgă din baterie pentru a-și desfășura activitatea. Din punct de vedere istoric, termenul
"baterie" se referă în mod specific la un dispozitiv compus din celule multiple, cu toate acestea
utilizarea a evoluat suplimentar pentru a include dispozitive compuse dintr -o singură celulă.

45

Figura 5. 15 Baterie electricӑ 9V

Bateri ile primare (de unică folosință ) sunt utili zate o singură dată și aruncate. Materialele
electrodului sunt sc himbate ireversibil în timpul descărcării. Exemple comune sunt bateria alcalină
utilizată pentru lanterne și o multitudine de dispozitive electronice portabile. Bateriile secundare
(reîncărcabile) pot fi descărcate și reîncărcate de mai multe ori cu ajutor ul sursei de ali mentare de la o
priză de perete. Compoziția originală a electrozilor poate fi restaurată prin curent invers. Printre
exemple se numără bateriile plumb -acid utilizate în vehicule și bateriile litiu -ion utilizate pentru
dispozitivele electron ice portabile, cum ar fi laptopurile și smartphone -urile.

12) Conector Baterie

Terminalele bateriei sunt contactele electrice utilizate pentru a conecta încărcătura sau încărcătorul
la o singură celulă sau la o baterie cu mai multe celule. Aceste termi nale au o mare varietate de modele,
dimensiuni și caracteristici care adesea nu sunt bine documentate.

Figura 5. 16 Conector baterie

13) Switch

În ingineria electrică, un comutator este o componentă electrică care poate "face" sau "rupe" un
circuit electric, într erupând curentul sau dirijând -l de l a un conductor la altul. Mecanismul unui
comutator îndepărtează sau restabilește traseul de conducere într -un circuit atunci când acesta este
acționat. Poate fi operat manual, de exemplu, un comutator de lumină sau un bu ton de tastatură, poate
fi acționat de un obiect în mișcare, cum ar fi o ușă, sau poate fi acționat de un element senzor pentru
presiune, temperatură sau debit.

46

5.2.3. Modificӑri efectuate

Pentru a ob ṭine rezultatul dorit a fost nevoie de utilizarea unei singuri benzi de pe pist ӑ și prin
urmare utilizarea unei singuri telecomenzi.

Modificare a telecomenzii

Primul pas a fost deschiderea telecomenzii și eliminarea tranzistorului și a lamelei din interiorul
acesteia . A urmat montarea u nui buton (switch) și a unui conector pentru o baterie de 9V conectat
la buton. Ȋn final amplasarea bateriei, alimentarea circuitului, prin telecomand ӑ, fӑcându -se prin
intermediul butonului montat.

Modificarea mașinilor

Mașinile au fost modifi cate diferit, deoarece nu au același scop, dar atât la prima mașinӑ
(albastru), cât și la a doua (alb) s -a redus viteza de rulaj.

Mașina 1
S-a ȋndep ӑrtat caroseria, pentru a avea acces la motor, și s-au conectat fire ȋntre motor și driverul
de motor .
Urmӑtorul pas a fost conducerea tensiu nii, de la periile colectoare la regulatorul de tensiune și
conectarea celor doi condensatori necesari stabilizatorului. De aici, regulatorul de tensiune a fost
conectat la placa de dezvoltare Arduino pentru a fi aliment atǎ cu o tensiune de 5V , folosindu -se și 3
condensatori monta ți ȋn paralel ȋnainte de intrarea pe plac ǎ. Tot la placa Arduino s -a conectat și
masa (GND ).
Avȃnd nevoie at ȃt de alimentare, c ȃt și de semnalul PWM, pentru a reduce sau a cre ște viteza de
croazier ǎ, s-a conectat driverul de motor la Arduino. De asemenea, pentru a genera se mnalul PWM ,
s-a fǎcut leg ǎtura ȋntre senzorul ultrasonic și placa de dezvoltare.

Scos thermistor, alimentare direct pe baterie, bagat fire la conectorul de la baterie s i amplat
switch (buton)
Masina 1 – deschis, luat fire de pe motor si bagate in driver, driverul conectat la Arduino,
GND la Arduino, 5V tot la Arduino si semnalul PWM de la Arduino la driver (cod). Conectat
ultrasonicul la Arduino prin 4 pini (cod).
Din p eriile colectore se duce tensiunea in regulatorul de tensiune, iar din regulator, cu 2
condensatori pusi in paralel pe regulator se duce la arduino 5V. alimentare arduino
Ecranul led se conecteaza la arduino prin 4 pini
Am folosit un ceva sa transform din ce imi da senzorul cu o ecuatie sa fie in cm.
Am conectat 3 condensatoare in paralel pentru alimentarea arduino (pe arduino).

Masina 2 – un regulator de tensiune la fel ca la masina 1 cu condensatori , 5V ducanduse la un
potentiometru si apoi la motor pen tru stabilirea vitezei.

Parti din cod pentru explicarea calibrare

47

5.3 Rezultate obținute

Capitolul 6. Concluzii

48

O contribuție a acestei lucrǎri este aceea de a descrie comportamentul longitudinal uman al
șoferului folosind modele dinamice. Metodele existente și modelele care descriu comportamentul
conducătorului auto uman au fost revizuite: modele liniare și neliniare dinamice de urmǎrire a
vehicului, modele de control optime liniare, modele euristice, reț ele neuronale și modele de logică
fuzzy, modele mentale și modele longitudinale generale.
O altă contribuție este aplicarea metodelor de identificare existente pentru a descrie
comportamentul uman longitudinal al conducătorului auto . Regresie lin iară, subspațiul de identificare a
modelului, modele de comportament ș i retele neuronale pentru a gasi modele dinamice ale
conducător ului auto uman au fost studiate, cu rezultate diferite. Rezultatul abordării propuse cu ajutorul
sistemul ui de identificare a fost găsit satisfăcătoar . Cel mai bun rezultat a fost găsit atunci când se
utilizează metoda modelului comportamental, dar din moment ce problema obținerii unei relații i ntrare
– ieșire pentru modelele de componente în exploatare “buclǎ deschisǎ” , utili tatea practica a modelelor
sunt reduse.
Prin urmare, ACC -ul este o func ṭie care ajutǎ conducǎtorul automobilui, prin sporirea confortului
și ajutarea acestuia la condus. Este o func ṭie care prezintǎ o siguran ṭǎ crescutǎ și care, ȋn viitor, va fi
implementatǎ pe toate mașinile.

Figur a 6.1 Privire ansamblu func ționare Adaptive Cruise Control

49

Bibliografie

– http://www.autosaga.ro/lectia -auto/tempomat -inteligent -cruise -control -adaptiv -sau-pilot –
automat -alcatuire -si-functionare.html

– https://en.wikipedia.org/wiki/Autonomous_cruise_control_system

– Carte “Bazele electronicii auto”, autori Alexandru Vasile, Irina Bristena Bac ȋș, Editura Cavallioti ,
Bucure ști 2013

– https://ro.wikipedia.org/wiki/Autopilot_adaptiv

– http://www.ebursaauto.ro/dictionar -tehnic -auto/pilot+automat.html

– http://sunnyday.mit.edu/safety –
club/workshop5/Adaptive_C ruise_Control_Sys_Overview.pdf

– http://people.cs.clemson.edu/~johnmc/courses/cpsc875/resources/acc/6.pdf

– http://www.at.ford.com/news/publications/publications/adaptive_cruise.pdf

– http://auto.howstuffworks.com/cruise -control4.htm

– http://www.extremetech.com/extreme/157172 -what -is-adaptive -cruise -control -and-how –
does -it-work

– http://www.extremetech.com/extreme/157172 -what -is-adaptive -cruise -control -and-how -does -it-
work

– http://standards.sae.org/j2399_201409/

– https://people.cs.clemson.edu/~johnmc/courses/cpsc875/resources/acc/6.pdf

– http://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978 -3-658-03972 -1_18

– https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

50

– http://ctms.engin.umich.edu/CTM S/index.php?example=CruiseControl&section=ControlPID

– https://www.optimusdigital.ro/

– https://ro.wikipedia.org/wiki/Condensator_electrolit ic

– http://www.e -scoala.ro/referate/fizica_condensatoare_electrolitice.html

– http://www.rasfoiesc.com/inginerie/electronica/STABILIZATOARE -DE-TENSIUNE86.php

– https://ro.wikipedia.org/wiki/Poten%C8%9Biometru_(instrument_de_m%C4%83s ur%C4%83)

– https://ro.wikipedia.org/wiki/OLED

– https://ro.wikipedia.org/wiki/Rezistor

– https://en.wikipedia.org/wiki/Motor_controller