Tempomat to za mało

Połączenie klasycznego tempomatu z GPS i mapą topograficzną terenu nazywane jest rozwiązaniem inteligentnym albo przewidującym, ale oficjalnie producenci samochodów unikają stwierdzenia, że to kierowcy nie jeżdżą ekonomicznie. Nie ulega wątpliwości, że oszczędności w zużyciu paliwa w terenie pagórkowatym wynikają z prostego faktu pozbawienia kierowcy wpływu na sterowanie pedałem gazu i zmianą biegów. 

Podczas ekonomicznej jazdy samochodem ciężarowym ze stałą prędkością zwykły tempomat już nie wystarcza.Można nawet zaryzykować twierdzenie, że klasyczny tempomat nie sprzyja ekonomicznej jeździe w terenie górzystym, gdyż stara się on utrzymywać stałą prędkość jazdy we wszystkich warunkach. Gdy prędkość pojazdu zaczyna maleć podczas jazdy pod górę, tempomat może wymusić zmianę biegu na niższy, by uniknąć spadku zadanej prędkości jazdy. Standardowy tempomat dąży do utrzymywania stałej prędkości również podczas zjazdu ze wzniesienia, a więc zjazd rozpoczyna się z zaprogramowaną prędkością podróżną. Taka logika działania może skutkować niepotrzebnym uruchamianiem hamulców, nawet na łagodnych spadkach. A każde hamowanie powoduje marnotrawstwo paliwa.

Inteligentny tempomat w połączeniu ze skrzynią biegów eliminuje niedoskonałości standardowego tempomatu, wykorzystując dane topograficzne sieci dróg.

W przypadku braku danych topograficznych, tempomat powraca do standardowego trybu działania. Przy normalnej autostradowej prędkości jazdy tempomat Scania Active Prediction odczytuje i analizuje dane dotyczące profilu drogi na odległość do 3 km przed pojazdem, identyfikując dwie podstawowe sytuacje: 
- następny podjazd: w którym miejscu i o ile zwiększyć prędkość jazdy, aby rozpocząć wjazd na wzniesienie z wykorzystaniem maksymalnego momentu obrotowego silnika; 
- następny zjazd: w którym miejscu i o ile zmniejszyć prędkość jazdy. 

Prekursorzy 

Jednym z pierwszych tempomatów (Predictive Cruise Control) z możliwością przewidywania, wykorzystującym dane geodezyjne i pozycjonowanie pojazdu w oparciu o sygnał GPS stworzył w 2009 r. Daimler Trucks w północnoamerykańskich ciężarówkach Freightliner. W 2012 r. zaprezentowano udoskonalony system, Predictive Powertrain Control, który został zintegrowany ze zautomatyzowaną skrzynią biegów Power Shift i zastosowany w europejskich pojazdach Mercedesa-Benza, np. Actros. W systemie Mercedesa istnieje możliwość interwencji w centralnej jednostce sterującej zmianą biegów w skrzyni Power Shift. System może więc zmienić bieg, jeśli uzna to za stosowne. Dodatkowo, system współpracuje z funkcją skrzyni biegów EcoRoll. W rezultacie zmiany biegu uznane za zbędne na podstawie przebiegu trasy są blokowane, zamiast sekwencji pojedynczych zmian przełożeń stosowana jest pojedyncza zmiana podwójna, a funkcja EcoRoll zostaje uruchomiona z wyprzedzeniem. Według badań firmy, dalekobieżny Mercedes-Benz Actros 1845 BlueTec 6 z pełnym ładunkiem pokonując długie dystanse na trasach o umiarkowanym zróżnicowaniu terenu zużył do 3% paliwa mniej od pojazdów wyposażonych w tradycyjny tempomat. Podobne wyniki uzyskała również Scania w pojazdach ze swoim aktywnym tempomatem Active Prediction. Strata czasu podczas całodziennej jazdy wyniosła zaledwie kilka minut. O 3% niższe zużycie paliwa oznacza dla firmy transportowej możliwość zaoszczędzenia około 1700 litrów paliwa w ciągu roku (40-tonowy zestaw drogowy o rocznym przebiegu 180 tys. km). 

Kluczem do sukcesu jest odpowiednio wczesne reagowanie na zmianę topografii terenu. Potrzebne są więc dokładne mapy ukształtowania terenu. Zdaniem Mercedesa stopień pokrycia map z trasami międzynarodowymi w krajach Europy Środkowej, także w Polsce, wynosi 100%. Pozycja pojazdu jest precyzyjnie ustalona za pomocą sygnału GPS. Nieco innego zdania jest Volvo Trucks, który w nowym modelu FH wprowadził nową funkcję I-See. Przejmuje ona kontrolę nad zmianą biegów, przyspieszaniem i hamowaniem silnikiem, dzięki czemu można zaoszczędzić do 5% paliwa. Pojazdy Volvo nie korzystają jednak z map geodezyjnych. Gdy pojazd wyposażony w nową wersję I-See po raz pierwszy pokonuje określony górzysty odcinek drogi, dane o jego topografii są bezprzewodowo przesyłane do serwera Volvo Trucks, a nie zapisywane wyłącznie w pamięci danego pojazdu, jak w poprzedniej wersji I-See. Gdy inny pojazd z I-See jedzie tą samą drogą, jego system automatycznie pobiera dane topograficzne z serwera Volvo. Zdaniem Volvo informacje w systemie bazują wyłącznie na rzeczywistych warunkach topograficznych, nie zaś na mapach, które z czasem mogą się zdezaktualizować. 

System Scania Active Prediction wykorzystuje mapy geodezyjne i jest zintegrowany z niektórymi trybami pracy (standard i economy) zautomatyzowanej skrzyni biegów Opticruise. Pozwala zaoszczędzić 4-5% paliwa. Tryb economy jest nastawiony na jak najniższe zużycie paliwa, kosztem pewnego wydłużenia czasu przejazdu. Można wybrać alternatywne ustawienie ogranicznika na 85 lub 80 km/h, a tzw. kickdown nie działa. Aktywny tempomat Active Prediction stosuje specjalną, ekonomiczną strategię działania - prędkość jazdy może spaść do 12% poniżej zadanej i nigdy nie wzrasta powyżej zadanej. Minimalny wzrost prędkości podczas zjazdu w trybie economy wynosi 5 km/h (w innych trybach pracy skrzyni biegów 3 km/h). 

System inteligentnego tempomatu wykorzystuje wiele informacji, które różnią się w szczegółach, w zależności od producenta. Większość wykorzystuje następujące dane: 
 - profil drogi (kąt pochylenia) przed pojazdem, 
 - odległość do następnego podjazdu lub zjazdu, 
 - kąt pochylenia następnego podjazdu lub zjazdu, 
 - aktualna pozycja pojazdu na podstawie sygnału GPS, 
 - masa zestawu, 
 - aktualna prędkość pojazdu, 
 - obroty silnika i aktualne przełożenie skrzyni biegów, 
 - docelowa prędkość przejazdu, prędkość zjazdu ustawiane przez kierowcę, 
 - specyfikacja i osiągi danego pojazdu, np. moc silnika, typ skrzyni biegów i przełożenie całkowite układu napędowego. 

Algorytm działania

Bez względu na producenta, algorytm działania systemu jest podobny, co można zobrazować w kilku typowych sytuacjach drogowych: 
- gdy system wykryje, że pojazd zbliża się do wzniesienia, zwiększa jego 
prędkość do poziomu nieco powyżej zadanej prędkości podróżnej. Dzięki uzyskanej w ten sposób energii kinetycznej, pojazd może dłużej kontynuować jazdę na wyższym biegu. Ewentualna redukcja przełożenia, skutkująca wzrostem zużycia paliwa, jest opóźniona; 
- gdy pojazd dojeżdża do szczytu wzniesienia, system zapobiega niepotrzebnemu przyspieszaniu. Bezpośrednio przed szczytem wzniesienia układ przeniesienia napędu jest odłączany od silnika (Volvo), a pojazd rozpędza się pod wpływem siły bezwładności. Jeśli system wyliczy, że swobodnie toczący się pojazd podczas zjazdu przekroczy zadaną prędkość, przed szczytem wzniesienia zmniejsza prędkość maksymalnie o 8% (Scania), by uniknąć niepotrzebnego hamowania. Prędkość na wzniesieniu jest więc dobierana przez system w zależności od masy pojazdu i kąta pochylenia drogi. 
- Podczas zjazdu strategia sterowania polega na ograniczaniu cykli hamowania, by uniknąć marnotrawstwa energii. To właśnie w tego typu sytuacji oszczędza się najwięcej paliwa. W razie potrzeby przed końcem zjazdu system może jednak uruchomić hamulec silnikowy; 
- jeżeli bezpośrednio za zjazdem występuje kolejne wzniesienie, pojazd kontynuuje swobodny wybieg (Volvo) w celu ponownego nabrania prędkości i tym samym zwiększenia energii kinetycznej, dzięki której pokona pierwszy etap podjazdu. 

Z przeprowadzonych obserwacji wynika, że największe oszczędności paliwa można uzyskać, podróżując pojazdem o dużej masie całkowitej w terenie pofałdowanym, z ciągle zmieniającym się nachyleniem drogi i wieloma niewielkimi pagórkami. Dzięki zdolności systemu do przewidywania zmian w topografii drogi i odpowiedniego korygowania prędkości jazdy oszczędności są wymierne. Im pojazd ma większą masę całkowitą, tym częściej system zwiększa prędkość przed podjazdami. Częściej również zmniejsza prędkość przed zjazdami, ponieważ cięższy pojazd szybciej ponownie nabierze prędkości. Jeżeli wzniesienie jest wystarczająco strome, pojazd szybciej osiągnie także zadaną prędkość zjazdową. Wydaje się, że inteligentny tempomat będzie chętnie wybieranym dodatkiem przez firmy transportowe.