Tempomaty stosowane w autach autonomicznych (poziom 3–5 jazdy autonomicznej) to systemy w pełni zintegrowane z AI oraz siecią czujników analizujących otoczenie pojazdu w czasie rzeczywistym. Różnią się od klasycznych układów tym, że nie tylko utrzymują zadaną prędkość i dystans do poprzednika, ale dynamicznie planują trajektorię, wybierają najbezpieczniejsze tempo na podstawie aktualnych warunków drogowych, ruchu innych uczestników czy geolokalizacji. Kluczowa jest tu współpraca radarów dalekiego zasięgu, lidaru, kamer 360°, GPS i map wysokiej rozdzielczości HD. Systemy autonomiczne posiadają tzw. predykcyjne mapowanie prędkości – wyliczają optymalną prędkość przed zakrętem, przed światłami, adaptują tempo do warunków pogodowych, wykrywają strefy niebezpieczne (np. roboty drogowe, wypadki, zatory). W trybie autonomicznym nadzór nad prędkością spoczywa na komputerze centralnym, który decyduje o każdym aspekcie jazdy: zwalnianiu, przyspieszaniu, omijaniu przeszkód czy całkowitym zatrzymaniu. Kierowca jest tylko „nadzorcą” zachowania auta, a tempomat w takim aucie integruje dane ze wszystkich systemów pokładowych – nie działa jedynie jako asystent podróży, lecz element sieci odpowiedzialnej za zarządzanie ruchem, bezpieczeństwem i komfortem jazdy. Takie rozwiązania w przyszłości mogą być sprzęgnięte z komunikacją V2V i V2X (wymiana danych ze światłami, znakami, innymi samochodami), dzięki czemu pojazdy autonomiczne będą dynamicznie zmieniać ustawienia tempomatu nie tylko według aktualnego ruchu, ale i szerokiego kontekstu drogowego. Coraz częściej spotykane są algorytmy uczące się stylu jazdy użytkownika czy strategii ekologicznej, dzięki czemu tempomat samodzielnie optymalizuje ekonomię i bezpieczeństwo. Z punktu widzenia kierowcy, tempomat w samochodzie autonomicznym działa bez konieczności jego aktywacji – jest stale czujny, aktywny i reaguje zgodnie z założeniami systemu sztucznej inteligencji pojazdu.
