Спидометр - Speedometer

Анимация электронный Aston Martin программа самопроверки спидометра, показывающая, как стрелка аналогового спидометра может показывать автомобиль скорость.

А Форд спидометр, показывающий миль / ч (внешний) и км / ч (внутренний), а также одометр в милях.

Современный спидометр в Тойота Королла

Цифровой, ЖК-дисплей спидометр в Honda Insight

А спидометр или же измеритель скорости это измерять который измеряет и отображает мгновенное скорость автомобиля. Теперь универсально подходит автомобили, они стали доступны в качестве опций в начале 20 века и в качестве стандартного оборудования примерно с 1910 года.^[1] Спидометры для других транспортных средств имеют определенные названия и используют другие средства измерения скорости. Для лодки это карьерный бревно. Для самолета это индикатор воздушной скорости.

Чарльз Бэббидж приписывают создание первого типа спидометра, который обычно устанавливался на локомотивы.^[2][3]

Электрический спидометр был изобретен хорватский Йосип Белушич^[4] в 1888 году и первоначально назывался велосиметром.

Операция

Первоначально запатентован Отто Шульце 7 октября 1902 г.^[5] он использует вращающийся гибкий кабель обычно приводится в действие зацеплением, связанным с выходом автомобиля коробка передач. Однако в раннем Volkswagen Beetle и во многих мотоциклах использовался трос от переднего колеса.

Когда автомобиль находится в движении, узел шестерни спидометра поворачивает трос спидометра, который затем вращает сам механизм спидометра. Небольшой постоянный магнит, прикрепленный к тросу спидометра, взаимодействует с небольшой алюминиевой чашкой (называемой Speedcup) прикреплен к валу указателя аналогового спидометра. Когда магнит вращается возле чашки, изменяющееся магнитное поле создает вихревой ток в чашке, которые сами создают другое магнитное поле. Эффект заключается в том, что магнит оказывает крутящий момент на чашке, «перетаскивая» ее, а значит, и стрелку спидометра, в направлении ее вращения без механической связи между ними.^[1]

Стрелка указателя удерживается в направлении нуля штрафом. торсионная пружина. Крутящий момент на чашке увеличивается со скоростью вращения магнита. Таким образом, увеличение скорости автомобиля приведет к повороту стрелки чашки и спидометра против пружины. Чашка и стрелка будут вращаться до тех пор, пока крутящий момент вихревых токов на чашке не уравновесится противодействующим крутящим моментом пружины, а затем остановятся. Поскольку крутящий момент на чашке пропорционален скорости автомобиля, а отклонение пружины пропорционально крутящему моменту, угол указателя также пропорционален скорости, так что маркеры, расположенные на равном расстоянии друг от друга, могут использоваться для определения разницы в скорости. . При заданной скорости указатель будет оставаться неподвижным и указывать на соответствующий номер на шкале спидометра.

Возвратная пружина откалиброванный 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, которые приводят в движение гибкий трос, передаточное число главной передачи в дифференциал, а диаметр ведомого шины.

Одним из основных недостатков вихретокового спидометра является то, что он не может показать скорость автомобиля при работе в передаче заднего хода, так как чашка будет в противоположном направлении - в этом случае игла будет подводится к его механическим стопорным штифтом на нулевой позиции .

Электронный

Смотрите также: Датчик скорости автомобиля

Многие современные спидометры электронный. В конструкциях, созданных на основе более ранних вихретоковых моделей, датчик вращения, установленный в трансмиссии, выдает серию электронных импульсов, частота которых соответствует (средней) скорости вращения карданный вал, и, следовательно, скорость автомобиля при условии, что колеса имеют полное сцепление с дорогой. Датчик обычно представляет собой набор из одного или нескольких магнитов, установленных на выходном валу или (в трансмиссиях) на ведущей шестерне дифференциала, или в виде зубчатого металлического диска, расположенного между магнитом и датчик магнитного поля. Когда рассматриваемая деталь поворачивается, магниты или зубцы проходят под датчиком, каждый раз создавая импульс в датчике, поскольку они влияют на силу измеряемого магнитного поля.^[1] В качестве альтернативы, особенно в автомобилях с мультиплексной проводкой, некоторые производители используют импульсы, поступающие от колесных датчиков ABS, которые передаются на приборную панель через CAN шина. Большинство современных электронных спидометров имеют дополнительную возможность по сравнению с вихретоковыми датчиками показывать скорость автомобиля при движении на задней передаче.

Компьютер преобразует импульсы в скорость и отображает эту скорость на электронно управляемой стрелке аналогового типа или цифровой дисплей. Информация о пульсе также используется для множества других целей. ЭБУ или полная система управления автомобилем, например включение ABS или антипробуксовочной системы, вычисление средней скорости поездки или увеличение одометр вместо того, чтобы поворачивать его непосредственно тросиком спидометра.

Еще одна ранняя форма электронного спидометра основана на взаимодействии между прецизионным часовым механизмом и механическим пульсатором, приводимым в действие колесом или трансмиссией автомобиля. Механизм часов пытается подтолкнуть стрелку спидометра к нулю, в то время как пульсатор с приводом от автомобиля пытается подтолкнуть его к бесконечности. Положение стрелки спидометра отражает относительные величины выходов двух механизмов.

Велосипедные спидометры

Основная статья: Велокомпьютер

Типичный велосипед спидометры измеряют время между каждым оборотом колеса и выводят его на небольшой цифровой дисплей, установленный на руле. Датчик установлен на велосипеде в фиксированном месте и пульсирует, когда магнит на спицах проходит мимо. Таким образом, он аналогичен электронному автомобильному спидометру, использующему импульсы от датчика АБС, но с гораздо более грубым разрешением по времени / расстоянию - обычно один импульс / обновление дисплея за оборот или не реже, чем раз в 2–3 секунды на низком уровне. скорость с колесом диаметром 26 дюймов (660 мм). Однако это редко бывает критической проблемой, и система обеспечивает частые обновления на более высоких скоростях дороги, когда информация имеет большее значение. Низкая частота импульсов также мало влияет на точность измерения, поскольку эти цифровые устройства можно запрограммировать по размеру колеса или дополнительно по окружности колеса или шины, чтобы сделать измерения расстояний более точными и точными, чем у типичного автомобильного датчика. Однако у этих устройств есть некоторый незначительный недостаток в том, что они 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 намного менее надежен. чем тот, который используется для тормозов, шестерен или спидометров с тросом.

Другие, обычно старые велосипедные спидометры, приводятся в движение тросом 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. Поворачивающее усилие на колесе может создаваться либо от зубчатой ​​передачи на ступице (с использованием, например, ступичного тормоза, цилиндрической шестерни или динамо-машины), как у типичного мотоцикла, либо с помощью устройства фрикционного колеса, которое толкает внешний край обода (то же положение, что и ободные тормоза, но на противоположном крае вилки) или боковина самой шины. Первые довольно надежны и не требуют особого обслуживания, но для них требуются калибр и ступичная передача, правильно подобранные к ободу и размеру шин, в то время как вторые не требуют калибровки или почти не требуют калибровки для получения умеренно точных показаний (со стандартными шинами "расстояние" каждое вращение колеса фрикционным колесом, установленным на обод, должно довольно линейно масштабироваться в зависимости от размера колеса, почти как если бы оно катилось по земле), но они не подходят для использования на бездорожье и должны содержаться должным образом натянутыми и очищенными от дорожной грязи во избежание скольжения или заклинивания.

Ошибка

Большинство спидометров имеют допуски около ± 10%, в основном из-за различий в диаметре шин.^{[нужна цитата ]} Источниками погрешности из-за колебаний диаметра шины являются износ, температура, давление, нагрузка на автомобиль и номинальный размер шины. Производители транспортных средств обычно калибруют спидометры так, чтобы показания были выше на величину, равную средней погрешности, чтобы гарантировать, что их спидометры никогда не показывают скорость ниже фактической скорости транспортного средства, чтобы гарантировать, что они не несут ответственности за водителей, нарушающих ограничения скорости.^{[нужна цитата ]}

Чрезмерные погрешности спидометра после изготовления могут быть вызваны несколькими причинами, но чаще всего из-за нестандартного диаметра шины. В этом случае ошибка:

${\displaystyle {\mbox{Percentage error}}=100\times (1-{\mbox{new diameter}}/{\mbox{standard diameter}})}$

Почти все шины теперь имеют размер, обозначенный как «T / A_W» на стороне шины (см.: Код шины ) и шины.

${\displaystyle {\mbox{Diameter in millimetres}}=2\times T\times A/100+W\times 25.4}$

${\displaystyle {\mbox{Diameter in inches}}=T\times A/1270+W}$

Например, стандартная шина «185 / 70R14» с диаметром = 2 * 185 * (70/100) + (14 * 25,4) = 614,6 мм (185x70 / 1270 + 14 = 24,20 дюйма). Другой - «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 диаметром 15 дюймов = 381 мм) спидометр показывает 100 * (1- (576 / 614,6)) = 100 * (1 - 22,68 / 24,20) = 6,28% выше, чем фактическая скорость.При фактической скорости 100 км / ч (60 миль / ч) спидометр покажет примерно 100 x 1,0628 = 106,28 км / ч (60 * 1,0628 = 63,77 миль / ч).

В случае износа новая шина «185 / 70R14» диаметром 620 мм (24,4 дюйма) будет иметь глубину протектора ≈8 мм, при допустимом пределе она уменьшается до 1,6 мм, разница в диаметре составляет 12,8 мм или 0,5 дюйма, что составляет 2% в 620 мм (24,4 дюйма).

Международные соглашения

Во многих странах законодательная погрешность показаний спидометра в конечном итоге регулируется Европейская экономическая комиссия ООН (ЕЭК ООН) Правило 39,^[6] который охватывает те аспекты официального утверждения типа транспортного средства, которые относятся к спидометрам. Основная цель правил ЕЭК ООН состоит в том, чтобы облегчить торговлю автотранспортными средствами путем согласования единых стандартов официального утверждения типа, а не требовать, чтобы модель автомобиля проходила различные процедуры утверждения в каждой стране, где она продается.

Евросоюз Государства-члены также должны предоставить одобрение типа для транспортных средств, соответствующих аналогичным стандартам ЕС. Те, которые касаются спидометров^[7][8][9] похожи на правила ЕЭК ООН в том, что они определяют, что:

• Указанная скорость никогда не должна быть меньше фактической скорости, т. Е. Не должно быть возможности непреднамеренного увеличения скорости из-за неверных показаний спидометра.
• Указанная скорость не должна превышать 110% истинной скорости плюс 4 км / ч при указанных испытательных скоростях. Например, при 80 км / ч указанная скорость должна быть не более 92 км / ч.

Стандарты определяют как пределы точности, так и многие детали того, как ее следует измерять в процессе утверждения. Например, контрольные измерения следует проводить (для большинства транспортных средств) при скорости 40, 80 и 120 км / ч и при определенной температуре окружающей среды и дорожном покрытии. Между различными стандартами есть небольшие различия, например, в минимальной точности оборудования, измеряющего истинную скорость транспортного средства.

Правила ЕЭК ООН смягчают требования к автомобилям, производимым серийно после утверждения типа. При проверке соответствия производства верхний предел указанной скорости увеличивается до 110 процентов плюс 6 км / ч для легковых автомобилей, автобусов, грузовиков и аналогичных транспортных средств и до 110 процентов плюс 8 км / ч для двух- или трехколесных транспортных средств, у которых есть максимальная скорость более 50 км / ч (или рабочий объем цилиндра, если двигатель Тепловой двигатель, более 50 см³). Директива Европейского Союза 2000/7 / EC, которая касается двух- и трехколесных транспортных средств, предусматривает аналогичные слегка смягченные ограничения на производство.

Австралия

Не было Австралийские правила дизайна до июля 1988 года в Австралии использовались спидометры. Их пришлось ввести, когда впервые начали использовать камеры контроля скорости. Это означает, что для этих старых автомобилей не существует официально установленных спидометров. Все транспортные средства, произведенные 1 июля 2007 года или после этой даты, и все модели транспортных средств, представленных 1 июля 2006 года или после этой даты, должны соответствовать Правилам 39 ЕЭК ООН.^[10]

Спидометры в транспортных средствах, изготовленных до этих дат, но после 1 июля 1995 года (или 1 января 1995 года для пассажирских автомобилей с передним управлением и легковых автомобилей повышенной проходимости), должны соответствовать предыдущим австралийским правилам проектирования. Это означает, что им необходимо отображать скорость только с точностью +/- 10% на скоростях выше 40 км / ч, а для скоростей ниже 40 км / ч указанная точность не указана.

Все автомобили, произведенные в Австралии или импортированные для поставки на австралийский рынок, должны соответствовать Австралийским правилам проектирования.^[11] Правительства штатов и территорий могут устанавливать правила допуска скорости сверх установленных ограничений скорости, которые могут быть ниже 10% в более ранних версиях разрешенных Австралийских правил проектирования, например, в Виктории.^[12] Это вызвало определенные споры, поскольку водитель мог бы не знать, что он превышает скорость, если бы его автомобиль был оснащен спидометром с заниженными показаниями.^[13]

объединенное Королевство

Спидометр, показывающий миль / ч и км / ч вместе с одометр и отдельный одометр (оба показывают пройденное расстояние в милях)

Правила 1986 года в отношении дорожных транспортных средств (конструкция и использование) разрешают использование спидометров, которые соответствуют требованиям Директивы Совета ЕС 75/443 (с поправками, внесенными Директивой 97/39) или Правила 39 ЕЭК ООН.^[14]

Правила об автомобилях (допущение) 2001 г.^[15] разрешает одобрение одиночных транспортных средств. Как и в правилах ЕЭК ООН и директивах ЕС, спидометр никогда не должен показывать указанную скорость меньше фактической. Однако он немного отличается от них, поскольку указывает, что для всех фактических скоростей от 25 до 70 миль в час (или максимальной скорости транспортных средств, если она ниже этой), указанная скорость не должна превышать 110% фактической скорости плюс 6,25. миль / ч

Например, если автомобиль действительно движется со скоростью 50 миль в час, спидометр не должен показывать более 61,25 миль в час или менее 50 миль в час.

Соединенные Штаты

Федеральные стандарты в Соединенные Штаты допускайте максимальную ошибку 5 миль в час на скорости 50 миль в час по показаниям спидометра для коммерческих автомобилей.^[16] Модификации послепродажного обслуживания, такие как другие размеры шин и колес или другое дифференциальное зубчатое колесо, могут вызвать неточность спидометра.

Регулирование в США

1 сентября 1979 г. НАБДД Требовалось, чтобы спидометры имели особое значение для 55 миль в час и отображали не более максимальной скорости 85 миль в час. 25 марта 1982 года Национальное управление безопасности дорожного движения отменило правило, поскольку соблюдение стандарта не могло дать «значительных преимуществ для безопасности».^[17]

GPS

Основная статья: Автомобильная навигационная система

GPS устройства могут измерять скорость двумя способами:

1. Первый и более простой метод основан на том, как далеко переместился приемник с момента последнего измерения. Такие расчеты скорости не подвержены тем же источникам ошибок, что и спидометр транспортного средства (размер колеса, передаточное отношение трансмиссии / привода). Вместо этого точность позиционирования GPS и, следовательно, точность его вычисленной скорости зависит от качества спутникового сигнала в данный момент. Вычисления скорости будут более точными на более высоких скоростях, когда отношение ошибки положения к изменению положения будет ниже. Программное обеспечение GPS также может использовать скользящая средняя расчет для уменьшения ошибки. Некоторые устройства GPS не принимают во внимание вертикальное положение автомобиля, поэтому занижают скорость по уклону дороги.
2. В качестве альтернативы, GPS может использовать преимущества Эффект Допплера оценить его скорость.^[18] В идеальных условиях точность для коммерческих устройств находится в пределах 0,2-0,5 км / ч,^[18][19][20] но это может ухудшиться, если качество сигнала ухудшится.

Как упоминалось в спутниковая навигация статья, данные GPS были использованы для отмены штрафа за превышение скорости; Журналы GPS показали, что обвиняемый двигался со скоростью ниже установленной на момент оформления билета. То, что данные поступали с устройства GPS, было, вероятно, менее важным, чем факт их регистрации; Вместо этого, вероятно, можно было бы использовать журналы со спидометра автомобиля, если бы они существовали.

Смотрите также

• Индикатор воздушной скорости
• Расчет GM Instrument Cluster
• Хубометр
• Список инструментов автомобиля
• Таксометр

Рекомендации

1. Харрис, Уильям (10 июля 2007 г.). «Как работают спидометры». Как это работает. Получено 30 января 2015.
2. Лестер, И. "Чарльз Бэббидж и разностная машина". NewMyths.com. Получено 20 ноября 2020.
3. «Удини → Поток». proquest.com. Получено 30 января 2015.
4. Соби, Эд (2009). Полевое руководство по автомобильным технологиям. Чикаго Ревью Пресс. п. 78. ISBN  9781556528125. Получено 30 января 2015.
5. "Спидометр". Сименс. 26 апреля 2005 г.. Получено 30 января 2015.
6. «Отдел транспорта ЕЭК ООН - Правила транспортных средств - Дополнения к Соглашению 1958 года - Правила 21–40». Европейская экономическая комиссия ООН. Получено 30 января 2015.
7. «Правила № 39 Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) - Единообразные положения, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении оборудования спидометра, включая его установку». Европейская комиссия. Получено 8 апреля 2017.
8. «Директива Комиссии 97/39 / EC от 24 июня 1997 года, адаптирующая к техническому прогрессу Директива Совета 75/443 / EEC от 26 июня 1975 года, касающаяся оборудования заднего хода и спидометра автомобилей». Европейская комиссия. Получено 7 января 2007.
9. «Директива 2000/7 / EC - спидометры для двух- или трехколесных транспортных средств». Европейская комиссия. Получено 7 января 2007.
10. «Австралийское правило дизайна 18/03 - приборы» (PDF). Система сертификации дорожных транспортных средств. Получено 7 января 2008.
11. «Австралийское правило дизайна 18/02 - приборы». Закон Содружества Австралии. Получено 14 января 2008.
12. Феликс, Лесли (2004). «Измерение скорости автомобиля II». Национальная ассоциация автомобилистов Австралии. Получено 14 января 2008.
13. «3.6 Точность спидометров». Комитет по безопасности дорожного движения Виктории, Расследование системы штрафных баллов. Ноябрь 1994. Получено 14 января 2008.
14. «Точность спидометра». Письменные ответы, Hansard (заседание парламента Великобритании), понедельник, 12 марта 2001 г.. Получено 7 января 2008.
15. «Правила 2001 г. об автомобилях (допущение): Приложение 3». Управление информации государственного сектора. Получено 19 декабря 2007.
16. «eCFR - Свод федеральных правил». ecfr.gov. Получено 18 февраля 2019.
17. "Закон о детских удерживающих устройствах принят в Вирджинии" (PDF). Отчет о состоянии снижения потерь на дорогах. Страховой институт дорожной безопасности. 17 (5). 1 апреля 1982 г.. Получено 10 апреля 2019.
18. «Принцип измерения скорости с помощью GPS». Получено 27 июн 2020.
19. «Что точнее: спидометр автомобиля или GPS?». 17 ноября 2010 г.. Получено 27 июн 2020.
20. «Точность GPS». Получено 28 июн 2020.

внешняя ссылка

• Автоблог: оценка изменений