مثبت السرعة

نظام تثبيت السرعة (المعروف أيضاً باسم نظام التحكم في السرعة ، أو نظام التحكم التلقائي في السرعة ، أو نظام السرعة التلقائي ، أو نظام السرعة الثابتة ) هو نظام يتحكم تلقائياً في سرعة السيارة . وهو عبارة عن آلية مؤازرة تتولى التحكم في دواسة الوقود للحفاظ على سرعة ثابتة يحددها السائق.

كان نظام التحكم بالسرعة موجودًا في السيارات القديمة، مثل سيارة ويلسون-بيلشر في أوائل القرن العشرين. كانت هذه السيارات مزودة بذراع على عمود التوجيه يُستخدم لضبط سرعة المحرك. ^{[ 1 ]} وفي عام 1908، أضافت شركة بيرليس مُنظِّمًا للسرعة للحفاظ على سرعة المحرك من خلال ذراع تحكم إضافي على عجلة القيادة. ^{[ 2 ]} وقد نجحت بيرليس في استخدام مُنظِّم سرعة كروي. ^{[ 3 ]} وقد روّجت الشركة لنظامها بأنه قادر على "الحفاظ على السرعة سواءً في الصعود أو النزول".

استخدم جيمس وات وماثيو بولتون جهاز تنظيم السرعة عام 1788 للتحكم في محركات البخار ، لكن استخدام أجهزة تنظيم السرعة يعود على الأقل إلى القرن السابع عشر. في المحرك، يستخدم جهاز تنظيم السرعة قوة الطرد المركزي لضبط وضع الخانق، وبالتالي تكييف سرعة المحرك مع الأحمال المختلفة (مثل صعود التلال).

تم اختراع نظام تثبيت السرعة الحديث (المعروف أيضًا باسم منظم السرعة أو منظم الإيقاع) في عام 1948 على يد المخترع الكفيف والمهندس الميكانيكي رالف تيتور . ^{[ 4 ] [ 5 ]} وقد خطرت له الفكرة بسبب إحباطه من عادة سائقه في زيادة السرعة وإبطائها أثناء حديثه.

كان أحد أهم العوامل في تطوير نظام تثبيت السرعة هو تحديد السرعة القصوى بـ 56 كم/ ساعة (35 ميلاً في الساعة) الذي فُرض في الولايات المتحدة خلال الحرب العالمية الثانية لتقليل استهلاك البنزين وتآكل الإطارات. ^{[ 5 ]} توفر آلية يتحكم بها السائق مقاومةً للضغط الإضافي على دواسة الوقود عندما تصل السيارة إلى السرعة المطلوبة. ^{[ 5 ]} حصل تيتور على براءة اختراع عام 1950 لفكرة مُحدد السرعة على لوحة القيادة، والذي يتضمن آلية متصلة بعمود الدوران وجهازًا قادرًا على الضغط على دواسة الوقود. ^{[ 5 ]} أضاف تيتور خاصية تثبيت السرعة التي تحافظ على سرعة السيارة حتى يضغط السائق على دواسة الفرامل أو يُوقف تشغيل النظام. ^{[ 5 ]}  

تم تقديم طلب براءة اختراع أمريكية عام 1955 لجهاز "منظم السرعة الثابتة" من قبل الرقيب أول فرانك ج. رايلي. ^{[ 6 ]} وقد ابتكر الجهاز أثناء قيادته على طريق بنسلفانيا السريع وقام بتركيب اختراعه في سيارته عام 1948. ^{[ 7 ]}

اخترع مخترع آخر يُدعى هارولد إكسلاين، بشكل مستقل عن رايلي، نوعًا من أنظمة تثبيت السرعة، قام بتركيبه أولًا في سيارته وسيارات أصدقائه. وقدّم إكسلاين طلب براءة اختراع أمريكية عام 1951 لـ"نظام تحكم في دواسة الوقود يعمل بالشفط مع صمام هواء كهربائي"، وحصل على البراءة عام 1956. ^{[ 8 ]} وعلى الرغم من هذه البراءات، لم يتمكن رايلي وإكسلاين، ولا حاملو البراءات اللاحقون، من تحصيل أي عوائد عن اختراعات أنظمة تثبيت السرعة.

كانت سيارة كرايسلر إمبيريال موديل 1958 (المعروفة باسم "الطيار الآلي") أول سيارة مزودة بنظام "مقياس السرعة" من شركة تيتور ، حيث استخدمت قرصًا للتحكم في السرعة على لوحة القيادة. ^{[ 9 ]} وقد قام هذا النظام بحساب السرعة الأرضية من خلال كابل عداد السرعة الدوار، واستخدم محركًا كهربائيًا ثنائي الاتجاه يعمل ببرغي لتغيير وضع دواسة الوقود حسب الحاجة. وسرعان ما أعادت كاديلاك تسمية الجهاز وسوّقته تحت اسم "مثبت السرعة". ^{[ 5 ]}

في عام ١٩٦٥، طرحت شركة أمريكان موتورز (AMC) نظامًا للتحكم التلقائي في السرعة منخفض السعر لسياراتها الكبيرة ذات ناقل الحركة الأوتوماتيكي. ^{[ ١٠ ]} وكانت وحدة "التحكم في السرعة" من AMC تُفعّل بضغطة زر على لوحة القيادة بمجرد الوصول إلى السرعة المطلوبة. وكان وضع دواسة الوقود يُعدّل تلقائيًا بواسطة نظام تحكم يعمل بالشفط، حيث يفتح ويغلق صمام الوقود بناءً على إشارة من كابل عداد السرعة، وليس عبر زر تحكم قابل للتعديل على لوحة القيادة. ^{[ ١٠ ] [ ١١ ]} وكانت الوحدة تتوقف عن العمل عند الضغط على المكابح.

اخترع دانيال آرون ويسنر "نظام تثبيت السرعة الإلكتروني للسيارات" عام 1968 عندما كان مهندسًا في قسم الأنظمة الصناعية والأتمتة بشركة آر سي إيه في بليموث، ميشيغان . وصف اختراعه في براءتي اختراع مسجلتين في ذلك العام (براءتا الاختراع الأمريكيتان 3570622 و3511329)، حيث قدمت الثانية الذاكرة الرقمية ، وكان أول جهاز إلكتروني يتحكم في سيارة. ^{[ 12 ]}

بسبب أزمة النفط عام 1973 وارتفاع أسعار الوقود، ازداد استخدام مثبت السرعة في الولايات المتحدة ^{[ 13 ].} "يُمكن لمثبت السرعة توفير الوقود عن طريق تجنب الارتفاعات المفاجئة في استهلاكه" أثناء القيادة بسرعات ثابتة. ^{[ 13 ]} في عام 1974، حددت شركات AMC وجنرال موتورز وكرايسلر سعر هذا الخيار بين 60 و70 دولارًا، بينما فرضت شركة فورد سعر 103 دولارات. ^{[ 13 ]}

في أواخر ثمانينيات القرن العشرين، طورت شركة موتورولا أخيراً دارة متكاملة لتصميم ويسنر للتحكم الإلكتروني في السرعة تجارياً تحت اسم معالج التحكم في سرعة السيارات MC14460 بتقنية CMOS . ^{[ 14 ]} تمثلت ميزة التحكم الإلكتروني في السرعة على سابقه الميكانيكي في إمكانية دمجه مع أنظمة تجنب الحوادث الإلكترونية وأنظمة إدارة المحرك .

يجب على السائق أن يقوم يدوياً برفع سرعة السيارة إلى السرعة المطلوبة واستخدام زر لضبط مثبت السرعة على السرعة الحالية، باستثناء حالة مثبت السرعة التكيفي .

يستمد نظام تثبيت السرعة إشارة السرعة من عمود نقل الحركة الدوار ، أو كابل عداد السرعة ، أو مستشعر سرعة العجلات من دورات المحرك في الدقيقة ، أو نبضات السرعة الداخلية التي تولدها السيارة إلكترونيًا. لا تسمح معظم الأنظمة باستخدام نظام تثبيت السرعة عند سرعات أقل من حد معين، عادةً ما بين 40 و48 كيلومترًا في الساعة . تحافظ السيارة على السرعة المطلوبة عن طريق سحب كابل دواسة الوقود بواسطة صمام لولبي ، أو آلية مؤازرة تعمل بالشفط ، أو باستخدام الأنظمة الإلكترونية المدمجة في السيارة (إلكترونية بالكامل) إذا كانت تستخدم نظام "القيادة الإلكترونية".  

يجب أن تتمتع جميع أنظمة تثبيت السرعة بإمكانية الإيقاف التلقائي واليدوي عند ضغط السائق على دواسة الفرامل، وغالبًا ما تشمل أيضًا دواسة القابض. وتتضمن هذه الأنظمة عادةً خاصية حفظ السرعة المُحددة لاستئنافها بعد الكبح، وخاصية التباطؤ لتقليل السرعة دون استخدام الفرامل. عند تفعيل نظام تثبيت السرعة، يمكن لدواسة الوقود أن تُسرّع السيارة، ولكن بمجرد رفع القدم عنها، ستُبطئ السيارة حتى تصل إلى السرعة المُحددة مسبقًا.

في أحدث المركبات المزودة بنظام تحكم إلكتروني في دواسة الوقود ، يمكن دمج نظام تثبيت السرعة في نظام إدارة المحرك . وتشمل الأنظمة "التكيفية" الحديثة القدرة على خفض السرعة تلقائيًا عند انخفاض المسافة إلى السيارة الأمامية أو عند انخفاض حد السرعة.

تتضمن أنظمة تثبيت السرعة في بعض المركبات وظيفة "محدد السرعة"، التي تمنع المركبة من تجاوز سرعة قصوى محددة مسبقًا؛ ويمكن عادةً تجاوز هذه الوظيفة بالضغط الكامل على دواسة الوقود. تمنع معظم الأنظمة المركبة من زيادة سرعة المحرك للتسارع إلى ما بعد السرعة المختارة. مع ذلك، فهي لا تُفعّل المكابح في حالة تجاوز السرعة المحددة عند النزول، ولا تمنع السيارة من تجاوز السرعة المختارة حتى مع تشغيل المحرك في وضع الخمول .

يُعدّ نظام تثبيت السرعة أقل مرونة في المركبات ذات ناقل الحركة اليدوي ، إذ يؤدي الضغط على دواسة القابض وتغيير التروس عادةً إلى فصل النظام. ويتعين استخدام خاصية "الاستئناف" في كل مرة بعد اختيار الترس الجديد وتحرير دواسة القابض. لذا، يكون نظام تثبيت السرعة أكثر فائدة عند القيادة بسرعات عالية على الطرق السريعة، حيث يُستخدم الترس الأخير بشكل شبه دائم. أما وظيفة مُحدد السرعة، فلا تُعاني من هذه المشكلة. ففي العديد من المركبات الحديثة ذات ناقل الحركة اليدوي، يفصل نظام تثبيت السرعة مؤقتًا فقط عند الضغط على دواسة القابض، ثم يستأنف عمله بعد تغيير التروس وتحريرها.

تتضمن بعض مزايا نظام تثبيت السرعة ما يلي: ^{[ 15 ]}

• يُعدّ هذا النظام مفيداً للقيادة لمسافات طويلة على الطرق السريعة والطرق قليلة السكان، حيث يقلل من إجهاد السائق ويحسّن الراحة من خلال السماح بتغيير وضعية الجلوس بشكل أكثر أماناً. ^{[ 16 ]}
• يستخدمه بعض السائقين لتجنب السرعة الزائدة ، وخاصة أولئك الذين قد يزيدون السرعة لا شعورياً أثناء رحلة طويلة على الطريق السريع.
• زيادة كفاءة استهلاك الوقود ^{[ 17 ]}

ومع ذلك، عند إساءة استخدام نظام تثبيت السرعة، يمكن أن يؤدي ذلك إلى حوادث بسبب عدة عوامل، مثل: ^{[ 15 ]}

• ظروف جوية خطرة. تحذر ولاية ميشيغان الأمريكية من استخدام مثبت السرعة إذا كان الطريق مغطى بالجليد أو الثلج، ^{[ 18 ]} بينما توصي مقاطعة كولومبيا البريطانية الكندية بعدم استخدامه على الطرق المبتلة. ^{[ 19 ]} في بعض السيارات القديمة، إذا انزلقت السيارة مع تفعيل مثبت السرعة، فستستمر في التسارع، مما يزيد من احتمالية فقدان السيطرة. إذا كانت السيارة تنزلق على الجليد، يجب على السائق عدم الضغط على الفرامل أو التسارع، بل ترك السيارة تتباطأ من تلقاء نفسها. ^{[ 20 ]}
• السرعة الزائدة عند المنعطفات التي تتطلب التباطؤ
• التضاريس الوعرة أو غير المستوية التي قد تؤثر سلبًا على أدوات التحكم في نظام تثبيت السرعة
• يشجع ذلك السائقين على إيلاء اهتمام أقل أثناء القيادة، مما يزيد من خطر وقوع حادث.
• خطر التسارع المفاجئ غير المقصود والحوادث المحتملة. يفقد السائقون الذين تكون أقدامهم ثابتة إدراكهم المكاني وقد يضغطون على دواسة الوقود بدلاً من دواسة الفرامل في حالة الطوارئ المفاجئة.

تتضمن بعض المركبات الحديثة أنظمة تثبيت السرعة التكيفية، وهو مصطلح عام يشير إلى تحسين نظام تثبيت السرعة. تستخدم أنظمة ضبط السرعة الديناميكية موقع إشارات تحديد السرعة عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من قاعدة بيانات. كما تتضمن العديد من الأنظمة كاميرات وأجهزة ليزر ورادار موجات مليمترية لتحديد مدى قرب المركبة من المركبات الأخرى أو الأجسام الأخرى على الطريق. ^{[ 21 ]}

يمكن ضبط هذه التقنيات للحفاظ على مسافة آمنة من المركبات الأمامية؛ حيث يقوم النظام تلقائيًا بإبطاء السرعة بناءً على سرعة المركبات الأمامية أو الاستمرار في الحفاظ على السرعة المحددة. ^{[ 21 ]} لا تستطيع بعض الأنظمة رصد السيارات أو المشاة المتوقفين تمامًا، لذا يجب على السائق توخي الحذر دائمًا. تستخدم أنظمة الكبح التلقائي مستشعرًا واحدًا أو مجموعة من المستشعرات (الرادار، والليدار، والكاميرا) لتمكين السيارة من مواكبة سرعة السيارة التي تليها، وإبطاء سرعتها عند الاقتراب من السيارة الأمامية، والتسارع إلى السرعة المحددة مسبقًا عندما تسمح حركة المرور بذلك. كما تتضمن بعض الأنظمة أنظمة تحذير من الاصطدام الأمامي ، والتي تنبه السائق إذا اقتربت مركبة أمامية - مع الأخذ في الاعتبار سرعة كلتا المركبتين - بشكل كبير ضمن مسافة الأمان أو مسافة الكبح المحددة مسبقًا.

تعتبر المركبة المزودة بنظام تثبيت السرعة التكيفي سيارة ذاتية القيادة من المستوى الأول ، وفقًا لتعريف جمعية مهندسي السيارات الدولية (SAE International) . ^{[ 22 ]}

• وحدة التحكم التناسبية التكاملية التفاضلية (PID)، وهي مفهوم تحكم أساسي يُستخدم في نظام تثبيت السرعة في السيارات
• توسيط المسار

• أولسوي، أ. غالب ؛ بنغ، هوي؛ تشاكماكجي، مليح (2012). أنظمة التحكم في السيارات . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 213-224 . ISBN  9781107010116.
• مخطط كتلة التحكم في السرعة
• نظرة عامة على أنظمة السلامة الذكية للمركبات
• أنظمة النقل الذكية
• تطبيقات وتقنيات السلامة الوقائية
• نظام تثبيت السرعة كطيار آلي على موقع Snopes.com (كان: "نظام تثبيت السرعة [غير] متحكم به: يقوم السائق بضبط نظام تثبيت السرعة في سيارته، ثم ينزلق إلى المقعد الخلفي لأخذ قيلولة").