Спидометр или измеритель скорости — это прибор , который измеряет и отображает мгновенную скорость транспортного средства. Теперь они повсеместно устанавливаются на транспортных средствах , они стали доступны в качестве опции в начале 20-го века и как стандартное оборудование примерно с 1910 года. [1] Другие транспортные средства могут использовать устройства, аналогичные спидометру, с другими средствами измерения скорости, например, лодки используют пит-лаг , в то время как самолеты используют указатель скорости воздуха .
Чарльзу Бэббиджу приписывают создание раннего типа спидометра, который обычно устанавливался на локомотивах . [2]
Электрический спидометр был изобретен хорватом Йосипом Белушичем [3] в 1888 году и первоначально назывался велосиметром.
Спидометр был первоначально запатентован Йосипом Белушичем (Джузеппе Беллуссич) в 1888 году. Он представил свое изобретение на Всемирной выставке 1889 года в Париже . Его изобретение имело указатель и магнит, работающие на электричестве . [4] [5] [6] Немецкий изобретатель Отто Шульце запатентовал свою версию (которая, как и у Белушича, работала на вихревых токах) 7 октября 1902 года. [7]
Во многих спидометрах используется вращающийся гибкий трос, приводимый в действие зубчатой передачей, связанной с трансмиссией транспортного средства . Однако ранние модели Volkswagen Beetle и многие мотоциклы используют трос, приводимый в действие передним колесом.
Некоторые ранние механические спидометры работали по принципу регулятора, где вращающийся груз, действующий против пружины, выдвигался дальше по мере увеличения скорости, подобно регулятору, используемому в паровых двигателях. Это движение передавалось стрелке для указания скорости.
За этим последовал хронометрический спидометр, в котором пройденное расстояние измерялось за точный интервал времени (некоторые спидометры Smiths использовали 3/4 секунды), измеряемый спусковым механизмом. Это было передано стрелке спидометра. Хронометрический спидометр устойчив к вибрации и использовался в мотоциклах до 1970-х годов.
Когда транспортное средство находится в движении, узел шестерни спидометра вращает трос спидометра, который затем вращает сам механизм спидометра. Небольшой постоянный магнит, прикрепленный к тросу спидометра, взаимодействует с небольшой алюминиевой чашкой (называемой speedcup ), прикрепленной к валу указателя на аналоговом спидометре. Когда магнит вращается около чашки, изменяющееся магнитное поле создает вихревой ток в чашке, который сам создает другое магнитное поле. Эффект заключается в том, что магнит оказывает крутящий момент на чашку, «перетаскивая» ее, и, таким образом, указатель спидометра, в направлении ее вращения без какой-либо механической связи между ними. [1]
Вал указателя удерживается на нулевой отметке тонкой торсионной пружиной . Крутящий момент на чашке увеличивается со скоростью вращения магнита. Таким образом, увеличение скорости автомобиля будет закручивать чашку и стрелку спидометра против пружины. Чашка и стрелка будут поворачиваться до тех пор, пока крутящий момент вихревых токов на чашке не уравновесится противодействующим крутящим моментом пружины, а затем остановятся. Учитывая, что крутящий момент на чашке пропорционален скорости автомобиля, а отклонение пружины пропорционально крутящему моменту, угол указателя также пропорционален скорости, так что равномерно расположенные маркеры на циферблате можно использовать для пробелов в скорости. При заданной скорости стрелка останется неподвижной и укажет на соответствующую цифру на циферблате спидометра.
Возвратная пружина калибруется таким образом, чтобы заданная скорость вращения троса соответствовала определенному показанию скорости на спидометре. Эта калибровка должна учитывать несколько факторов, включая передаточные числа шестерен хвостового вала, которые приводят в движение гибкий трос, передаточное число главной передачи в дифференциале и диаметр ведомых шин .
Одним из основных недостатков вихретокового спидометра является то, что он не может показывать скорость автомобиля при движении задним ходом, поскольку чашка будет поворачиваться в противоположном направлении — в этом случае стрелка будет упираться в свой механический стопорный штифт в нулевом положении.
Многие современные спидометры являются электронными . В конструкциях, полученных из более ранних моделей вихревых токов, датчик вращения, установленный в трансмиссии, выдает серию электронных импульсов, частота которых соответствует (средней) скорости вращения приводного вала , и, следовательно, скорости транспортного средства, предполагая, что колеса имеют полное сцепление. Датчик, как правило, представляет собой набор из одного или нескольких магнитов, установленных на выходном валу или (в трансмиссиях) коронной шестерне дифференциала, или зубчатого металлического диска, расположенного между магнитом и датчиком магнитного поля . Когда рассматриваемая часть поворачивается, магниты или зубья проходят под датчиком, каждый раз создавая импульс в датчике, поскольку они влияют на силу измеряемого им магнитного поля. [1] В качестве альтернативы, особенно в транспортных средствах с мультиплексной проводкой, некоторые производители используют импульсы, поступающие от колесных датчиков ABS, которые сообщаются с приборной панелью через шину CAN . Большинство современных электронных спидометров имеют дополнительную возможность по сравнению с вихретоковым типом показывать скорость транспортного средства при движении на задней передаче.
Компьютер преобразует импульсы в скорость и отображает эту скорость на электронно-управляемой аналоговой стрелке или цифровом дисплее . Информация об импульсах также используется для множества других целей ЭБУ или системой управления всем транспортным средством, например, для активации ABS или контроля тяги, расчета средней скорости поездки или увеличения одометра вместо его непосредственного вращения тросом спидометра.
Другая ранняя форма электронного спидометра основана на взаимодействии между точным часовым механизмом и механическим пульсатором, приводимым в движение колесом или трансмиссией автомобиля. Часовой механизм стремится подтолкнуть стрелку спидометра к нулю, в то время как пульсатор, приводимый в движение автомобилем, пытается подтолкнуть ее к бесконечности. Положение стрелки спидометра отражает относительные величины выходов двух механизмов.
Виртуальный спидометр — это компьютерный инструмент, который отображает текущую скорость транспортного средства или объекта. Виртуальный спидометр обычно вычисляет скорость объекта на основе пройденного им расстояния за определенное время. Такие спидометры программируются с использованием языков программирования, таких как HTML, CSS и Javascript. Программа использует модуль GPS мобильного устройства.
Постоянное использование модуля GPS на мобильных устройствах может привести к более быстрому разряду батареи. Кроме того, виртуальные спидометры вычисляют скорость, измеряя расстояние и время между двумя точками с помощью сигналов GPS. Однако различные факторы окружающей среды, такие как погодные условия, рельеф местности и препятствия, могут влиять на точность этих сигналов и приводить к неточным показаниям скорости.
Типичные велосипедные спидометры измеряют время между каждым оборотом колеса и выводят показания на небольшой цифровой дисплей, установленный на руле. Датчик устанавливается на велосипеде в фиксированном месте и пульсирует, когда проезжает установленный на спице магнит. Таким образом, он аналогичен электронному автомобильному спидометру, использующему импульсы от датчика ABS, но с гораздо более грубым разрешением времени/расстояния — обычно один импульс/обновление отображения на оборот или всего лишь раз в 2–3 секунды на низкой скорости с 26-дюймовым (660 мм) колесом. Однако это редко является критической проблемой, и система обеспечивает частые обновления на более высоких скоростях, когда информация имеет большее значение. Низкая частота импульсов также мало влияет на точность измерений, поскольку эти цифровые устройства можно запрограммировать по размеру колеса или дополнительно по окружности колеса или шины, чтобы сделать измерения расстояния более точными и четкими, чем типичный автомобильный датчик. Однако эти устройства имеют некоторые незначительные недостатки, поскольку требуют питания от батареек, которые необходимо время от времени менять в приемнике (и датчике в беспроводных моделях), а в проводных моделях сигнал передается по тонкому кабелю, который гораздо менее надежен, чем тот, который используется для тормозов, передач или спидометров с кабелем.
Другие, обычно старые велосипедные спидометры имеют тросовый привод от одного или другого колеса, как в мотоциклетных спидометрах, описанных выше. Они не требуют питания от батареи, но могут быть относительно громоздкими и тяжелыми, и могут быть менее точными. Поворотное усилие на колесе может обеспечиваться либо системой передач на ступице (используя наличие, например, тормоза ступицы, цилиндрической передачи или динамо-машины), как в типичном мотоцикле, либо фрикционным колесным устройством, которое давит на внешний край обода (та же позиция, что и ободные тормоза, но на противоположном краю вилки) или на боковину самой шины. Первый тип достаточно надежен и не требует особого ухода, но требует, чтобы датчик и ступичная передача были правильно подобраны под размер обода и шины, тогда как последний требует небольшой калибровки или не требует ее вовсе для получения умеренно точных показаний (при стандартных шинах «расстояние», проходимое за каждый оборот колеса фрикционным колесом, установленным на ободе, должно достаточно линейно изменяться в зависимости от размера колеса, почти как если бы оно катилось по земле), но они не подходят для использования на бездорожье и должны быть надлежащим образом натянуты и очищены от дорожной грязи, чтобы избежать проскальзывания или заклинивания.
Большинство спидометров имеют допуски около ±10%, в основном из-за различий в диаметре шин. [ требуется цитата ] Источниками погрешности из-за различий в диаметре шин являются износ, температура, давление, загрузка транспортного средства и номинальный размер шин. Производители транспортных средств обычно калибруют спидометры для завышения показаний на величину, равную средней погрешности, чтобы гарантировать, что их спидометры никогда не будут показывать более низкую скорость, чем фактическая скорость транспортного средства, чтобы гарантировать, что они не будут нести ответственность за нарушение водителями ограничений скорости. [ требуется цитата ]
Чрезмерные погрешности спидометра после изготовления могут быть вызваны несколькими причинами, но чаще всего они связаны с нестандартным диаметром шин. В этом случае погрешность составляет:
Почти все шины теперь имеют размер, указанный как «T/A_W» на боковой стороне шины (см.: Код шины ), а также на самих шинах.
Например, стандартная шина — «185/70R14» с диаметром = 2*185*(70/100)+(14*25,4) = 614,6 мм (185x70/1270 + 14 = 24,20 дюйма). Другая — «195/50R15» с диаметром 2*195*(50/100)+(15*25,4) = 576,0 мм (195x50/1270 + 15 = 22,68 дюйма). Заменив первую шину (и диски) на вторые (на дисках 15" = 381 мм), спидометр покажет на 100 * ((614,6/576) - 1) = 100 * (24,20/22,68 - 1) = 6,7% больше фактической скорости. При фактической скорости 100 км/ч (60 миль/ч) спидометр покажет приблизительно 100 x 1,067 = 106,7 км/ч (60 * 1,067 = 64,02 миль/ч).
В случае износа новая шина «185/70R14» диаметром 620 мм (24,4 дюйма) будет иметь глубину протектора ≈8 мм, при установленном законом пределе она уменьшается до 1,6 мм, разница составляет 12,8 мм в диаметре или 0,5 дюйма, что составляет 2% для 620 мм (24,4 дюйма).
Во многих странах законодательно установленная погрешность показаний спидометра в конечном итоге регулируется Правилом 39 Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК ООН) [8] , которое охватывает те аспекты утверждения типа транспортного средства, которые касаются спидометров. Основная цель правил ЕЭК ООН — содействовать торговле автотранспортными средствами путем согласования единых стандартов утверждения типа, а не требовать, чтобы модель транспортного средства проходила различные процедуры утверждения в каждой стране, где она продается.
Государства-члены Европейского союза также должны предоставлять одобрение типа для транспортных средств, соответствующих аналогичным стандартам ЕС. Те, которые касаются спидометров [9] [10] [11], похожи на правила ЕЭК ООН, поскольку они определяют, что:
Стандарты определяют как пределы точности, так и многие детали того, как она должна измеряться в процессе одобрения. Например, тестовые измерения должны проводиться (для большинства транспортных средств) на скорости 40, 80 и 120 км/ч (25, 50 и 75 миль/ч), а также при определенной температуре окружающей среды и дорожном покрытии. Между различными стандартами есть небольшие различия, например, в минимальной точности оборудования, измеряющего истинную скорость транспортного средства.
Регламент ЕЭК ООН смягчает требования к транспортным средствам, выпускаемым серийно после утверждения типа. При аудитах соответствия производства верхний предел указанной скорости увеличивается до 110 процентов плюс 6 км/ч (3,7 миль/ч) для легковых автомобилей, автобусов, грузовиков и аналогичных транспортных средств и до 110 процентов плюс 8 км/ч (5,0 миль/ч) для двух- или трехколесных транспортных средств, имеющих максимальную скорость свыше 50 км/ч (31 миля/ч) (или объем цилиндра, если он приводится в действие тепловым двигателем , более 50 см3 ( 3,1 куб. дюйма)). Директива Европейского союза 2000/7/EC, которая касается двух- и трехколесных транспортных средств, предусматривает аналогичные слегка смягченные ограничения в производстве.
До июля 1988 года в Австралии не существовало австралийских правил проектирования спидометров. Их пришлось ввести, когда впервые стали использоваться камеры контроля скорости. Это означает, что для этих старых транспортных средств нет юридически точных спидометров. Все транспортные средства, произведенные 1 июля 2007 года или позже, и все модели транспортных средств, выпущенные 1 июля 2006 года или позже, должны соответствовать Правилам ЕЭК ООН 39. [12]
Спидометры в транспортных средствах, выпущенных до этих дат, но после 1 июля 1995 года (или 1 января 1995 года для легковых автомобилей с передним управлением и внедорожных легковых автомобилей), должны соответствовать предыдущему австралийскому правилу проектирования. Оно определяет, что они должны отображать скорость с точностью ±10% только на скоростях выше 40 км/ч, а для скоростей ниже 40 км/ч точность вообще не указана.
Все транспортные средства, произведенные в Австралии или импортированные для поставок на австралийский рынок, должны соответствовать австралийским правилам проектирования. [13] Правительства штатов и территорий могут устанавливать политику допустимого превышения скорости сверх установленных ограничений скорости, которые могут быть ниже 10 %, разрешенных в более ранних версиях австралийских правил проектирования, например, в Виктории. [14] Это вызвало некоторые споры, поскольку водитель мог бы не знать, что он превышает скорость, если бы его транспортное средство было оснащено спидометром с занижением показаний. [15]
.jpg/1280px-Ford_Mondeo_MK3_ST220_-_Speedometer_(light).jpg)
Измененные Правила 1986 года о дорожных транспортных средствах (конструкция и эксплуатация) разрешают использование спидометров, которые соответствуют либо требованиям Директивы Совета ЕС 75/443 (с поправками, внесенными Директивой 97/39), либо Правилам ЕЭК ООН 39. [16]
Правила по автотранспортным средствам (утверждение) 2001 г. [17] разрешают утверждение отдельных транспортных средств. Как и в случае с правилами ЕЭК ООН и Директивами ЕС, спидометр никогда не должен показывать указанную скорость ниже фактической скорости. Однако он немного отличается от них, указывая, что для всех фактических скоростей от 25 до 70 миль в час (или максимальной скорости транспортных средств, если она ниже этого значения) указанная скорость не должна превышать 110% фактической скорости плюс 6,25 миль в час.
Например, если транспортное средство фактически движется со скоростью 50 миль в час, спидометр не должен показывать больше 61,25 миль в час или меньше 50 миль в час.
Федеральные стандарты в Соединенных Штатах допускают максимальную погрешность в 5 миль в час при скорости 50 миль в час в показаниях спидометра для коммерческих транспортных средств. [18] Модификации послепродажного обслуживания, такие как другие размеры шин и колес или другая дифференциальная передача, могут привести к неточности спидометра.
Начиная с автомобилей США, произведенных с 1 сентября 1979 года, NHTSA потребовала, чтобы спидометры имели особый акцент на 55 миль в час (90 км/ч) и отображали не более максимальной скорости 85 миль в час (136 км/ч). 25 марта 1982 года NHTSA отменила правило, поскольку сохранение стандарта не могло дать «значительных преимуществ в плане безопасности». [19]
Устройства GPS могут измерять скорость двумя способами:
Как упоминалось в статье о спутниковой навигации , данные GPS использовались для отмены штрафа за превышение скорости; журналы GPS показали, что ответчик ехал с превышением скорости, когда ему выписали штраф. То, что данные поступили с устройства GPS, вероятно, было менее важным, чем тот факт, что они были зарегистрированы; журналы спидометра транспортного средства, вероятно, могли быть использованы вместо них, если бы они существовали.
