Спидометр или измеритель скорости — это прибор , который измеряет и отображает мгновенную скорость транспортного средства. Теперь они универсально подходят для автомобилей , они стали доступны в качестве опций в начале 20 века и в качестве стандартного оборудования примерно с 1910 года. [1] В других транспортных средствах могут использоваться устройства, аналогичные спидометру, с другими средствами измерения скорости, например. лодки используют журнал ямы , а самолеты используют указатель воздушной скорости .
Чарльзу Бэббиджу приписывают создание раннего типа спидометра, который обычно устанавливался на локомотивы . [2]
Электрический спидометр был изобретен хорватом Йосипом Белушичем [3] в 1888 году и первоначально назывался велосиметром.
Спидометр был первоначально запатентован Йосипом Белушичем (Джузеппе Беллушичем) в 1888 году. Он представил свое изобретение на Всемирной выставке 1889 года в Париже . Его изобретение состояло из указки и магнита, в работе которого использовалось электричество . [4] [5] [6] Немецкий изобретатель Отто Шульце запатентовал свою версию (которая, как и версия Белушича, работала на вихревых токах) 7 октября 1902 года. [7]
Во многих спидометрах используется вращающийся гибкий трос , приводимый в движение зубчатой передачей, связанной с трансмиссией автомобиля . Однако ранний Volkswagen Beetle и многие мотоциклы использовали трос, приводимый в движение передним колесом.
Некоторые ранние механические спидометры работали по принципу регулятора, при котором вращающийся груз, действующий против пружины, выдвигался дальше по мере увеличения скорости, подобно регулятору, используемому в паровых двигателях. Это движение было передано указателю для обозначения скорости.
За ним следовал хронометрический спидометр, где пройденное расстояние измерялось за точный интервал времени (некоторые спидометры Smiths использовали 3/4 секунды), измеряемый спусковым механизмом. Это перешло на указатель спидометра. Хронометрический спидометр устойчив к вибрации и использовался в мотоциклах до 1970-х годов.
Когда автомобиль находится в движении, узел шестерни спидометра поворачивает трос спидометра, который затем поворачивает сам механизм спидометра. Небольшой постоянный магнит, прикрепленный к тросу спидометра, взаимодействует с небольшой алюминиевой чашкой (называемой чашкой скорости ), прикрепленной к стержню указателя аналогового спидометра. Когда магнит вращается рядом с чашкой, изменяющееся магнитное поле создает в чашке вихревой ток , который сам по себе создает другое магнитное поле. Эффект заключается в том, что магнит оказывает крутящий момент на чашку, «таща» ее и, следовательно, указатель спидометра в направлении ее вращения без механического соединения между ними. [1]
Вал указателя удерживается в нулевом положении с помощью тонкой торсионной пружины . Крутящий момент на чашке увеличивается со скоростью вращения магнита. Таким образом, увеличение скорости автомобиля приведет к скручиванию чашки и указателя спидометра против пружины. Чашка и указатель будут вращаться до тех пор, пока крутящий момент вихревых токов на чашке не уравновесится противодействующим моментом пружины, а затем остановятся. Учитывая, что крутящий момент на чашке пропорционален скорости автомобиля, а прогиб пружины пропорционален крутящему моменту, угол указателя также пропорционален скорости, так что одинаково расположенные метки на циферблате можно использовать для пробелов в скорости. . На заданной скорости указатель останется неподвижным и укажет на соответствующую цифру на циферблате спидометра.
Возвратная пружина откалибрована таким образом, чтобы заданная скорость вращения троса соответствовала определенному показанию скорости на спидометре. Эта калибровка должна учитывать несколько факторов, в том числе передаточные числа шестерен хвостового вала, приводящих в движение гибкий трос, передаточное число главной передачи в дифференциале и диаметр ведомых шин .
Одним из ключевых недостатков вихретокового спидометра является то, что он не может показывать скорость автомобиля при движении задним ходом, поскольку чашка будет вращаться в противоположном направлении - в этом случае стрелка будет прижиматься к механическому стопорному штифту на нулевой отметке. позиция.
Многие современные спидометры электронные . В конструкциях, заимствованных из более ранних вихретоковых моделей, датчик вращения, установленный в трансмиссии, подает серию электронных импульсов, частота которых соответствует (средней) скорости вращения карданного вала и , следовательно, скорости автомобиля, при условии, что колеса имеют полную тягу. Датчик обычно представляет собой набор из одного или нескольких магнитов, установленных на выходном валу или (в трансмиссиях) коронном колесе дифференциала, или зубчатом металлическом диске, расположенном между магнитом и датчиком магнитного поля . Когда рассматриваемая деталь вращается, магниты или зубцы проходят под датчиком, каждый раз создавая импульс в датчике, влияя на силу измеряемого им магнитного поля. [1] В качестве альтернативы, особенно в автомобилях с мультиплексной проводкой, некоторые производители используют импульсы, поступающие от колесных датчиков ABS, которые передают информацию на панель приборов через шину CAN . Большинство современных электронных спидометров имеют дополнительную возможность, помимо вихретокового типа, показывать скорость автомобиля при движении задним ходом.
Компьютер преобразует импульсы в скорость и отображает эту скорость на стрелке аналогового типа с электронным управлением или на цифровом дисплее . Импульсная информация также используется для множества других целей ЭБУ или системой управления автомобилем, например, для включения ABS или контроля тяги, расчета средней скорости поездки или увеличения показаний одометра вместо того, чтобы поворачивать его непосредственно с помощью троса спидометра.
Другая ранняя форма электронного спидометра основана на взаимодействии точного часового механизма и механического пульсатора, приводимого в движение колесом или трансмиссией автомобиля. Часовой механизм пытается подтолкнуть указатель спидометра к нулю, в то время как пульсатор, приводимый в движение автомобилем, пытается подтолкнуть его к бесконечности. Положение стрелки спидометра отражает относительные величины мощности двух механизмов.
Виртуальный спидометр — это компьютерный инструмент, который отображает текущую скорость транспортного средства или объекта. Виртуальный спидометр обычно рассчитывает скорость объекта на основе расстояния, которое он проходит за время. Такие спидометры программируются с использованием таких языков программирования, как HTML, CSS и Javascript. Программа использует GPS-модуль мобильного устройства.
Постоянное использование модуля GPS на мобильных устройствах может привести к более быстрому разряду аккумулятора. Кроме того, виртуальные спидометры рассчитывают скорость, измеряя расстояние и время между двумя точками с помощью сигналов GPS. Однако различные факторы окружающей среды, такие как погодные условия, местность и препятствия, могут повлиять на точность этих сигналов и привести к неточным показаниям скорости.
Типичные велосипедные спидометры измеряют время между каждым оборотом колеса и выводят показания на небольшой цифровой дисплей, установленный на руле. Датчик установлен на велосипеде в фиксированном месте и пульсирует, когда магнит, установленный на спице, проходит мимо. Таким образом, он аналогичен электронному автомобильному спидометру, использующему импульсы от датчика ABS, но с гораздо более грубым разрешением по времени/расстоянию – обычно один импульс/обновление дисплея за оборот или реже, чем раз в 2–3 секунды на низких оборотах. скорость с колесом диаметром 26 дюймов (660 мм). Однако это редко является критической проблемой, и система часто предоставляет 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 колес или, кроме того, по окружности колеса или шины, чтобы измерения расстояния были более точными и точными, чем обычные автомобильные датчики. Однако эти устройства имеют некоторые незначительные недостатки, поскольку требуют питания от батарей, которые необходимо время от времени заменять в приемнике (и датчике для беспроводных моделей), а в проводных моделях сигнал передается по тонкому кабелю, который гораздо менее прочный. более прочный, чем тот, который используется для тормозов, шестерен или тросовых спидометров.
Другие, обычно старые велосипедные спидометры, имеют тросовый привод от того или иного колеса, как в спидометрах мотоциклов, описанных выше. Они не требуют питания от батареи, но могут быть относительно громоздкими и тяжелыми и могут быть менее точными. Поворотное усилие на колесо может обеспечиваться либо системой зубчатых передач на ступице (используя, например, тормоз ступицы, цилиндрическую шестерню или динамо-машину), как в типичном мотоцикле, либо с помощью устройства фрикционного колеса, которое толкает колесо. внешний край обода (то же положение, что и ободные тормоза, но на противоположном крае вилки) или боковина самой шины. Первый тип довольно надежен и требует минимального обслуживания, но требует, чтобы манометр и ступичная передача были правильно подобраны к размеру обода и шины, тогда как второй тип требует незначительной калибровки или вообще не требует ее для получения умеренно точных показаний (со стандартными шинами «расстояние», пройденное в каждой Вращение колеса за счет фрикционного колеса, установленного на ободе, должно изменяться довольно линейно в зависимости от размера колеса, почти как если бы оно катилось по самой земле), но они непригодны для использования на бездорожье и должны быть правильно натянуты и очищены от дорожной грязи, чтобы избегайте скольжения или застревания.
Большинство спидометров имеют допуск около ±10%, в основном из-за различий в диаметре шин. [ нужна ссылка ] Источниками ошибок из-за изменений диаметра шин являются износ, температура, давление, нагрузка на транспортное средство и номинальный размер шин. Производители транспортных средств обычно калибруют спидометры так, чтобы они показывали высокие показания на величину, равную средней погрешности, чтобы их спидометры никогда не показывали скорость ниже фактической скорости транспортного средства, чтобы гарантировать, что они не несут ответственности за нарушение водителями ограничений скорости. [ нужна цитата ]
Чрезмерные погрешности спидометра после изготовления могут быть вызваны несколькими причинами, но чаще всего это связано с нестандартным диаметром шины, и в этом случае ошибка:
Размер почти всех шин теперь указан как «T/A_W» на боковой стороне шины (см. Код шины ) и самих шин.
Например, стандартная шина «185/70R14» диаметром = 2*185*(70/100)+(14*25,4) = 614,6 мм (185x70/1270 + 14 = 24,20 дюйма). Другой вариант — «195/50R15» с 2*195*(50/100)+(15*25,4) = 576,0 мм (195x50/1270 + 15 = 22,68 дюйма). При замене первой шины (и колес) на вторую (на колесах 15" = 381 мм) спидометр показывает 100 * ((614,6/576) - 1) = 100 * (24,20/22,68 - 1) = на 6,7% выше, чем При фактической скорости 100 км/ч (60 миль в час) спидометр будет показывать примерно 100 x 1,067 = 106,7 км/ч (60 * 1,067 = 64,02 миль в час).
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, при этом 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 ошибка в показаниях спидометра в конечном итоге регулируется Правилом 39 Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) [8] , которое охватывает те аспекты официального утверждения типа транспортного средства, которые относятся к спидометрам. Основная цель правил ЕЭК ООН – облегчить торговлю 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 транспортным средствам, соответствующим аналогичным стандартам ЕС. Правила, касающиеся спидометров [9] [10] [11], аналогичны правилам ЕЭК ООН в том, что они определяют следующее:
Стандарты определяют как пределы точности, так и многие детали того, как ее следует измерять в процессе утверждения. Например, тестовые измерения следует проводить (для большинства транспортных средств) на скоростях 40, 80 и 120 км/ч (25, 50 и 75 миль в час) и при определенной температуре окружающей среды и дорожного покрытия. Между различными стандартами существуют 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 аудите соответствия производства верхний предел указанной скорости увеличивается до 110 процентов плюс 6 км/ч (3,7 миль в час) для легковых автомобилей, автобусов, грузовиков и аналогичных транспортных средств и до 110 процентов плюс 8 км/ч (5,0 миль в час) для двух - или трехколесные транспортные средства, максимальная скорость которых превышает 50 км/ч (31 миль в час) (или объем цилиндров, если они приводятся в действие тепловым двигателем , более 50 см 3 (3,1 куб. дюйма)). Директива Европейского Союза 2000/7/EC, касающаяся 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 камеры контроля скорости впервые использовались. Это означает, что для этих старых автомобилей не существует юридически точных спидометров. Все транспортные средства, изготовленные 1 июля 2007 года или после этой даты, а также все модели транспортных средств, выпущенные 1 июля 2006 года или после этой даты, должны соответствовать Правилам 39 ЕЭК ООН. [12]
Спидометры в транспортных средствах, изготовленных до этих дат, но после 1 июля 1995 года (или 1 января 1995 года для пассажирских транспортных средств с передним управлением и легковых автомобилей повышенной проходимости), должны соответствовать предыдущим австралийским правилам проектирования. Это указывает на то, что им нужно отображать скорость только с точностью ± 10% на скоростях выше 40 км/ч, а для скоростей ниже 40 км/ч указанная 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 правила допуска 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 разногласия, поскольку водитель мог бы не осознавать, что он превышает скорость, если бы его автомобиль был оснащен спидометром с заниженными показаниями. [15]
.jpg/1280px-Ford_Mondeo_MK3_ST220_-_Speedometer_(light).jpg)
Положения о дорожных транспортных средствах (конструкция и эксплуатация) с поправками 1986 года разрешают использование спидометров, отвечающих либо требованиям Директивы Совета ЕС 75/443 (с поправками, внесенными Директивой 97/39), либо Правилам 39 ЕЭК ООН. [16]
Положения о допущениях к транспортным средствам 2001 года [17] разрешают допускать к допуску отдельные транспортные средства. Как и в правилах ЕЭК ООН и директивах ЕС, спидометр никогда не должен показывать указанную скорость ниже фактической скорости. Однако он немного отличается от них тем, 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 автомобиль на самом деле движется со скоростью 50 миль в час, спидометр не должен показывать скорость более 61,25 миль в час или менее 50 миль в час.
Федеральные стандарты в Соединенных Штатах допускают максимальную ошибку в 5 миль в час при скорости 50 миль в час в показаниях спидометра коммерческих автомобилей. [18] Модификации послепродажного обслуживания, такие как другие размеры шин и колес или другое дифференциал, могут привести к неточности спидометра.
Начиная с автомобилей в США, произведенных 1 сентября 1979 года или после этой даты, NHTSA требовало, чтобы спидометры уделяли особое внимание скорости 55 миль в час (90 км/ч) и отображали максимальную скорость не более 85 миль в час (136 км/ч). 25 марта 1982 года НАБДД отменило это правило, поскольку сохранение стандарта не могло принести «значительной пользы для безопасности». [19]
GPS- устройства 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 обвиняемый ехал со скоростью ниже разрешенной, когда ему был выписан штраф. То, что данные поступили с устройства GPS, вероятно, было менее важным, чем тот факт, что они были зарегистрированы; Вместо этого, вероятно, можно было бы использовать журналы спидометра автомобиля, если бы они существовали.
