Предыстория.
В большинстве автомобилей на передней панели можно увидеть набор контрольно-измерительных приборов, который состоит из тахометра, датчика температуры двигателя, уровня заправки топливного бака и других. В ходе поездки чаще всего водитель обращает внимание на спидометр, показывающий мгновенную скорость движения автомобиля, которая выражается в милях или в километрах в час. Его стандартный вариант, который состоит из перемещающейся по шкале стрелки, актуален до сих пор.
История изобретения спидометра насчитывает порядка сотни лет, впервые прибор для измерения скорости появился в 1901 году на автомобилях "Oldsmobile". Вплоть до 1910 года спидометр считался диковинной вещью и устанавливался лишь в качестве опции, только потом автозаводы стали включать его в обязательную комплектацию. Модель от 1916 года, которая была изобретена Николой Тесла, дошла до нынешних дней, почти не претерпев изменений.
"Последствия" изобретения спидометра.
С развитием автомобилестроения растет количество машин на дорогах, мощность двигателей и, соответственно, развиваемая ими скорость (к началу 20 века она приблизилась к 30 милям в час). Скорость той же "Самобеглой коляски" значительно выше, чем конного экипажа, поэтому на дорогах участились случаи транспортных происшествий. Изобретение спидометра позволило автомобилистам следить за скоростью движения, тем самым, делая перемещение на транспорте более безопасным.
Появление спидометров позволило вводить скоростные ограничения, что обусловило образование первой дорожной полиции. Машины того времени оборудовались двумя спидометрами: один маленький для водителя, а другой большой, для того чтобы полицейский смог считать показания скорости на расстоянии.
Классификация спидометров.
По способу измерения:
Центробежный – плечо регулятора, которое удерживается пружиной, вращается совместно со шпинделем и откидывается в стороны центробежной силой так, смещение прямо пропорционально скорости.
Хронометрический – комбинация часового механизма с одометром.
Индукционный - система постоянных магнитов, вращающихся вместе с приводным шпинделем, генерирует вихревые токи в диске из меди или алюминия, помещённом в магнитное поле. Диск, таким образом, втягивается в круговое движение, но его вращение замедляется ограничительной пружиной. Диск соединен со стрелкой, показывающей скорость.
Электромагнитный - скорость определяется по ЭДС, вырабатываемой тахогенератором, подключённым к шпинделю.
Вибрационный – применим для быстровращающихся машин. Механический резонанс колебаний подшипников или рамы машины вызывает колебания градуированных язычков с частотой, соответствующей числу оборотов машины.
По системе спутникового позиционирования - скорость определяется по системе спутникового позиционирования GPS электронным путём как пройденное расстояние, делённое на время пути.
Электронные - оптический, магнитный или механический датчик вырабатывает импульс тока за каждый оборот шпинделя. Импульсы обрабатываются электронной схемой и скорость выводятся на индикатор.
По типу индикатора:
Аналоговые:
Ленточный
– скорость показывает лента, проходящая через деления на неподвижной шкале. Использовался на многих американских и некоторых японских и европейских моделях, а также на ГАЗ-24 до начала 1975 года.
Барабанный - деления нанесены на вращающийся барабанчик и при его вращении появляются в окошке, показывая текущую скорость. Применялся на многих довоенных автомобилях, некоторых американских автомобилях шестидесятых, а также – относительно современных моделях "Ситроена".
Стрелочный – наиболее распространённый вариант спидометра, скорость указывает вращающаяся вокруг оси стрелка.
Цифровые.
Цифровой спидометр был разработан совсем недавно, в 1993 году.
Индикатором цифрового спидометра служит жидкокристаллический или аналоговый дисплей, который отображает скорость в цифровом формате.
Во втором случае (аналоговый дисплей) есть проблема задержки показаний: при отсутствии задержки отображения значений скорости или слишком малой задержки водитель не способен корректно воспринимать непрерывно "бегающие" перед глазами цифры; если ввести существенную задержку, то индикатор начинает некорректно отображать данные о мгновенной скорости торможении и разгоне.
В связи с этим, аналоговые индикаторы нашли широкое распространение, а цифровые используются на относительно небольшом числе моделей; пик популярности пришелся на 1970-80е года в США, откуда эту моду подхватили японские производители, но впоследствии на большинстве моделей их решили сменить на традиционный стрелочный вариант.
Устройство и принцип работы спидометра:
Механический.
Скорость движения автомобиля определяют скоростью вращения его колес. Именно этот показатель фиксируют измерительные приборы.
Один из самых популярных способов измерения скорости – это спидометр магнитоиндукционного типа, имеющий привод от гибкого вала. Он содержит пару функциональных узлов (счетный и скоростной), заключенных в одном корпусе и объединенных общим приводом.
Скоростной узел состоит из постоянного магнита, закрепленного на приводном валике, и катушки, которая установлена на оси. Стрелка, которая показывает скорость, находится на верхнем конце оси. В средней части оси напрессована втулка со спиральной пружиной, внутренний конец которой закреплен на ней. Наружный конец крепится на пластине, предназначенной для изменения натяжения пружины регулировкой скоростного узла. Экран, расположенный вокруг катушки, увеличивает магнитный поток, проходящий через катушку. Возникающие при вращении магнита вихревые потоки, порождают магнитное поле катушки.
При взаимодействии магнитных полей магнита и катушки создается крутящий момент, который стремится развернуть катушку в том же направлении, куда вращается магнит. Возвратная пружина при закручивании препятствует повороту оси, поэтому одновременно возникает и противодействующий момент. В результате, ось стрелки и катушка поворачиваются на определенный угол, который пропорционален частоте вращения валика спидометра и соответствует скорости движения автомобиля.
Электронный.
Показания скорости считываются специальным датчиком VSS (Vehicle Speed Sensor), который расположен в трансмиссии. Датчик посылает импульсы напряжения, которые действуют с частотой, пропорциональной скорости автомобиля. Импульсы поступают в мультиплексер, проходя через блок формирования, а далее – во временные "ворота", пребывающие в открытом состоянии только на определенное время. Затем счетчик подсчитывает количество, прошедших через "ворота" импульсов. Информация со счетчика поступает на микропроцессор, где и происходит конвертирование в скорость. На цифровой дисплей данные поступают от демультиплексера и декодера.
После считывания и обработки счетчик обнуляется, и происходит принятие следующего пакета импульсов. Электронный спидометр позволяет получать более точные данные, нежели механический.
Еще больше интересных автомобильных фактов, а также советы женщине за рулем , которые могут быть полезны и мужчинам, читайте на этом сайте.
Вне зависимости от того, как именно спидометр показывает скорость, он считается одним из наиболее важнейших устройств современного автомобиля. Мы вынуждены смотреть на его показания, иначе не получится избежать наказания за нарушения скоростных ограничений, действующих на территории страны.
Что собою представляет комбинация спидометр/одометр
Комбинированный прибор обозначает ведомую скорость в машине, измеряет пройденный пробег, показывает километраж одной поездки и мгновенную скорость движения.
Внимание! Значение шкалы спидометра помогает водителю определить срок замены моторной жидкости и фильтров и рассчитать топливный расход.
Спидометр бывает оснащён одометром - механизмом, замеряющим количество оборотов колеса машины. Таким образом, выявляется километраж, пройденный машиной. Удаётся рассчитать суточный и общий пробег.
Состоит одометр из:
- счётчика количества оборотов автомобиля;
- индикатора, демонстрирующего пройденный путь в км или милях;
- устройства, фиксирующего обороты.
Одометр классифицируются на следующие типы.
- Механический прибор считается прародителем современных устройств. Он был придуман ещё в Древней Греции.
Скручивать такой одометр проще простого, достаточно воздействовать на механизм кручения. Счётчик механического одометра реагирует на обороты и преобразовывает их в километры. Однако недостатком такого устройства является самопроизвольное обнуление данных при достижении определённого значения. - Комбинированный одометр - усовершенствованная модель, дающая возможность корректировать данные посредством CAN-крутилки.
- Цифровой прибор, действующий на основе микроконтроллёра. Всё в таком одометре происходит в цифре, а воздействовать на показания устройства можно только с помощью высокопрофессионального оборудования. Электронные одометры входят в систему бортового компьютера автомобиля.
Принцип функционирования спидометра хорошо виден на примере механического устройства. Изменение скорости осуществляется за счёт механической связи между редукторным валом и стрелкой. Оба элемента соединяются тросом достаточной длины, поскольку вал расположен далеко от трансмиссии. Скорость его обусловлена конечной амплитудой вращения колёс.
Особая шестерёнка в главной передаче вращается вместе с выходным шкивом и тоже напрямую связана с тросиком, заключённым в специальный защитный кожух.
Ещё один обязательный элемент - дискообразный магнит, поставленный рядом со стальным барабаном. Последний закреплён на игле, а полученные показатели выводятся на шкалу.
Даже электронный одометр имеет неточности. Их невозможно исключить, поэтому принято учитывать определённые стандарты, допускающие предел этого значения. К примеру, на механическом приборе погрешность не должна превышать 5%-15%.
Ошибки устройства объясняется наличием различных зазоров, слабостью троса, плохим сцеплением и слабыми пружинами. Больше погрешностей выдаёт механический одометр, цифровой - гораздо меньше, ведь имеется возможность считывать показания микроконтроллёра, датчика.
Погрешность бывает и на спидометре, рассчитывающим скорость автомобиля. Идеально точную информацию прибор вывести просто неспособен, так как скорость зависит от нескольких составляющих: вращения колеса, его диаметра и т. д.
Интересно будет проследить за погрешностями прибора на разных скоростных режимах.
- 60 км/ч - погрешностей почти не бывает.
- 110 км/ч - погрешность составляет 5-10 км/ч.
- 200 км/ч - среднее значение доходит до 10%.
Ещё погрешность варьируется согласно следующим моментам.
- На автомобилях с передним приводом погрешность проявляется, чуть ли, не на каждом повороте. Причина - спидометр интегрирован с одним колесом. Из-за этого поворот влево снижает показания, вправо - увеличивает их.
- На погрешность влияет нестандартный размер колёс. Разница в 1 см увеличивает погрешность до 2,5%.
- Немаловажное значение имеет диаметр резины. При малейшем несоответствии со стандартом показания спидометра занижаются или завышаются.
- Влиять на погрешность может давление в шинах и износ протектора. К примеру, если колесо плохо накачено, это приводит к занижению показателей максимальной скорости.
Наиболее точные показания даёт, как и говорилось, только цифровой девайс или устройство, подключённое к GPS-навигатору. Преимущества спутникового позиционирования трудно недооценить. Современные системы демонстрируют точную скорость транспортного средства без каких-либо погрешностей.
Стандартный спидометр помечен шкалой в 10 км/ч, а его стрелка дёргается на ухабах. Он может лишь завышать показания, но не занижать. В противном случае дорожная обстановка будет ложно оценена, и возникнет аварийная ситуация. Например, если будет показываться 100 км/ч вместо реальных 120 км/ч.
Несколько слов о погрешностях, связанных с размерами шин. Тут вступает в силу сама конструкция спидометра. Он состоит из двух приборов, объединённых в едином корпусе. Один прибор измеряет скорость, другой - показывает пробег автомобиля. Так они и называются: скоростным и счётным узлами.
Теперь конкретно: если автомобиль обут в резину, порядком поношенную, спидометр будет завышать показания, так как вступает в силу система градации через каждые 10 км/ч и закон округления чисел, используемый в одометрах.
Отличия: спидометр и одометр
Счётчик показаний пробега монтируется непосредственно в сам спидометр. По этой причине многим кажется, что устройство является единым прибором. На самом деле это не так:
- спидометр показывает только скорость движения автомобиля;
- одометр - указывает пройденный путь в км.
Функционал обоих приборов не взаимосвязан, а комбинирование обеих шкал сказывается всего лишь на удобстве водителя.
Как всегда я постараюсь вас заинтересовать новой статьей, которую меня попросил написать "Ярик". В своем сообщении он попросил рассмотреть в подробностях тему "Устройство и принцип работы спидометра с электрическим приводом"
Так как сейчас скорости автомобилей очень большие, а их влияние на безопасность водителя и его пассажиров очень весомо, без спидометра трудно представить жизнь современного автомобилиста.
Спидометр не только может украсить приборную панель, но и сохранить деньги, время, а зачастую и жизнь. Как мы будет определять скорость машины, но по мельканию же зданий за окном? Глаза даже водителя с опытом, привыкают к скорости, и 100 км/ч могут казаться черепашьим шагом.
Скорость, о которой мы сейчас разговариваем «мгновенная». Именно она очень важна при энергичном маневре или резком торможении. Однако спидометр включает в себя и одометр, который в точности до 100 м, может определить какое вы прошли расстояние. Если же вы хотите, чтобы данные были точнее, то вам стоит приобрести систему GPS.
Так какое же устройство и принцип работы спидометра с электрическим приводом?
Чтобы ответить на этот вопрос, для начала надо разобраться с его более простым собратом, спидометром с механическим приводом. Он приводится в действие от трансмиссии с гибким валом, при помощи особого тросика, который очень точно может передать вращение. Так как один и тот же спидометр можно установить на различные типы авто, в нем находится специальный редуктор, который поможет подобрать передаточное число оборотов для данного автомобиля. Если автомобиль с задним приводом, то спидометр зачастую контролирует вращение вторичного вала коробки передач. Следовательно, его показания будут напрямую зависеть от замера шин, погрешности прибора и передаточного числа редуктора. К примеру, на «Жигули» замена пары 4,44 на 3,9 приведет к тому, что прибор будет показывать данные с погрешностью 15%. В этих случаях, замена редуктора спидометра просто обязательна. Из-за того, что зубчатки редуктора не резиновые, идеально подобрать размер шин и спидометра практически невозможно, этому также препятствует и износ деталей. Ошибка в показаниях таких приборов будет равна ~10%, часто именно этим можно объяснить те рекорды, которые ставят дворовые гонщики.
Спидометры, которые устанавливаются на преднеприводные автомобили с поперечным двигателем, зачастую берут данные с датчика, который приспосабливается на левое колесо после главной пары. Значит на погрешность спидометра, помимо размера шины влияет еще и эффект закругления дороги. На поворотах вправо, приборная скорость будет чуть больше, влево - меньше.
Как на скорости могут сказаться шины нештатного размера?
К примеру, если вы поменяете шину 175/70R13 на 165/70R13, или на оборот, то показания спидометра и в том и в другом случае изменятся на 2,5%. Это вроде как немного. Но вопрос еще состоит в том, как такая погрешность будет влиять на: износ шин, работу редуктора и самого спидометра, давление в шинах и т.д. Такая деформация очень «хитрая», платой могут выступить: повышенный расход топлива и падение максимально возможной скорости, которая на спидометре будет завышена.
Устроен механический спидометр очень просто: сверху магнитного диска, который приводится в действие тросом, располагается вращающийся элемент (с небольшим зазором), зачастую он выглядит как колпак сделанный из алюминия, с возвратной пружиной и стрелкой. При вращении диска его силовые магнитные линии возбуждают на катушке точки, которые создают магнитное поле. Когда поля взаимодействуют, катушка начинает увлекаться за диском, однако ограничивает ее поворот пружина, которая изменяет угол в зависимости от скорости вращения двигателя. В соответствии с тарировкой прибора отградуирован циферблат, все это зависит от жесткости возвратной пружины. Если жесткость будет изменена, путь даже незначительно, то это сильно повлияет на показания прибора.
Одометр - это набор барабанов, на которые нанесены цифры. Каждый из них связан с соседним, отношение равно один к десяти. Когда начинается движение, крайний (который показывает километры) начинает свой отсчет. Когда первый делает оборот, то второй показывает, что вы проехали 10 км. По аналогичной схеме отсчитывается 100 и 1000 км. Одометры, которые делались в советское время, могут вести счет до 99 999 км, после чего следует их обнуление. Сейчас же многие производители ставят на свои автомобили шестизначные одометры. Некоторые их них оснащены, так называемым счетчиком короткого, которые показывает точные данные (до километра) в первые 1000 км. Водитель может обнулить его, всего лишь нажав определенную кнопку.
Работоспособность механического спидометра, к сожалению, зависит от износа его деталей, а также износа привода. Гибкий вал важно проложить без резких перегибов, что не получится сделать на каждом автомобиле. В противном случае механизм будет шуметь, трос быстро изнашиваться, а стрелка - колебаться. Затрудняет разборку и сборку приборного щитка - тросовый привод. В результате чего, от троса начали отказываться, заменяя его электронным спидометром . Работает такой прибор по сигналу датчика скорости. Такой датчик совмещается с редуктором. Его можно установить и на старую машину, для этого надо открутить колпачок с накаткой и прикрутить трос. Впервые электронные спидометры появились на отечественных автомобилях ВАЗ-2110 и ГАЗ-3110, также такими устройствами был укомплектован последний вариант «ИЖ-Ода».
По внешнему виду эти устройства сложно различимы, а вот по устройству и принципу работы, спидометры с электрическим приводом совершенно не похожи на механические. Стрелка у таких приборов совершенно одинакова, все датчики тоже на месте. Однако стрелка в этом случае - это деталь, которая изменяет число импульсов от датчика скорости. Насколько она повернется, зависит от того, сколько прошло импульсов в единицу времени. Одометр также очень похож на механический, однако декады тут подчиняются управляемому электроникой механизму.
Электронные спидометры на много точнее чем их механический собраться, но и в них есть своя погрешность, составляет она примерно 5% Устройство и принцип работы спидометра с электрическим приводом. Приборы, которые полностью состоят из электроники, естественно совершеннее. В Европе не редкостью будет встретить табло над дорогой, где будет высвечена ваша скорость с предельной точностью. И если сравнить ее со скоростью на вашем спидометре, то можно понять степень погрешности прибора.
Спидометр определяет скорость машины, ведь глаз водителя «замыливается» – и немалые 100 км/ч кажутся черепашьим шагом. Расскажем что это такое, почему «врут» его показания и указывают большую скорость, чем на самом деле.
Что это такое?
Автомобильный спидометр - это измерительный прибор для определения мгновенной скорости движения автомобиля. Показания выводятся в километрах в час (км/ч), или, как в Америке, - мили в час. В основном, бывают двух видов: аналоговые (или механические) и цифровые приборы. На некоторых современных машинах вместо традиционного стрелочного указателя появился цифровой. Числа считываются удобнее, но всё же цифровой спидометр обладает некоторой инертностью. Например, очень сложно при езде по трассе со скоростью 120 км/ч быстро сбросить до разрешенных 79 км/ч.
Что показывает?
На заднеприводных автомобилях спидометр контролирует вращение вторичного вала коробки передач и по нему рассчитывается скорость. Значит, показания зависят от размера шин, передаточного числа редуктора заднего моста и собственной погрешности.
Спидометры переднеприводных авто измеряют скорость с помощью привода левого колеса. Значит, к погрешности и влиянию размера шины прибавляется эффект от закругления дороги: на поворотах влево значения будут чуть меньше, чем посередине, а вправо – чуть больше.
Почему «врёт»?
Нетрудно догадаться, почему он «преувеличивает» и показывает большую скорость. Во-первых, у водителя будет меньше шансов нарушить скоростной режим и получить штраф . Во-вторых, если бы спидометр занижал настояющую скорость, водители затаскали бы автопроизводителей по судам, доказывая, что аварии и штрафы случились из-за неверных показаний.Почему спидометр обязательно должен «врать»? Дело в том, что ему труднее быть точным, чем многим другим приборам. Ведь скорость движения обычно определяется по вращению колеса и зависит от диаметра колеса, а это - параметр нестабильный.
Среднее значение погрешности у современных спидометров - 10% на скорости в 200 км/ч. Причем зависимость, как правило, нелинейная. Это значит, что на 110 км/ч разница с реальной скоростью может составлять 5-10 км/ч. До 60 км/ч погрешности почти нет или она минимальная.
Как сказываются шины нештатного размера на показания спидометра. Замена покрышек 185/60R14 на 195/50R15 или наоборот меняет показания на 2,5%. Немного? Например, при 90 км/ч реальная скорость машины составит 92,78 км/ч. Т.е. реальные данные не совпадают. И когда есть допуск плюс 20км/ч, за которым следует штраф - это не столько существенно. А когда сменили колёса наоборот, с низких на высокие - значения будут меньше настоящей скорости авто. Вопрос в том, как эта ошибка сложится с погрешностью самого прибора, как скажется износ шин , давление в них (повышенное или пониженное). Низкое давление в колёсах также искажает значение в большую сторону.
Если спидометр автомобиля показывает скорость в милях в час, то как перевести в километры в час? Это касается машин из Америки, где изначально приборы калибруются в непривычных числах. Считайте, что 1 миля равна 1,6 км. Значит, если спидометр показывает скорость 90 миль/ч, то это 144 км/ч (90 х 1,6 = 144 км/ч). Обратный подсчет из км/ч в миль/ч производиться путем деления на 1,6.
Сегодня существует очень много способов усовершенствовать свое транспортное средство, один из них – поставить электронный привод спидометра. Первый раз слышите? Тогда давайте разбираться!
Функции и устройство спидометра
Спидометр является важнейшим элементом в автомобиле, автобусе, мотоцикле или мопеде, ведь, когда мы едем, нам обязательно необходимо следить за скоростью, дабы не нарушать правила. При этом определение скорости – не единственная функция данного устройства. В состав механизма входит еще один прибор – одометр, который показывает пройденное расстояние. Основными частями являются для спидометра трос привода и гибкий вал, посредством которых и осуществляется передача вращательного движения от трансмиссии на прибор . Они, по сути, соединяют щиток, который расположен в салоне автомобиля на приборной панели и показывает текущие значения, с приводом, находящимся непосредственно в коробке переключения передач.
Практически любой спидометр имеет скоростные магнитные узлы, вращение магнита образуется поток, который, проходя сквозь катушку, способствует индукции вихревых токов в ней. Эти токи, в свою очередь, создают еще одно магнитное поле. Данные поля начинают взаимодействовать, и стрелка прибора перемещается по шкале пропорционально частоте, с которой вращается магнит.
Для того чтобы правильно подобрать передаточное число авто, в спидометре находится специальный редуктор. В заднеприводных автомобилях он осуществляет контроль вторичного вала. Что же насчет машин, на которых установлен , то здесь данные поступают от датчика, установленного на левом переднем колесе. То есть в первом случае погрешность будет зависеть только от размера покрышек, а во втором, еще и от закругления дороги.
Привод спидометра – основные неисправности
Первый и главный признак того, что необходим ремонт привода спидометра – его стрелка перестает реагировать на изменение скорости. Причин такого поведения может быть несколько. Вполне возможно, что необходимо просто подтянуть гайку, посредством которой крепится гибкий вал к самому прибору (к его приводу). Вторая причина может заключаться в обрыве этого вала, или же в выходе из строя механизма, который расположен на приборной панели автомобиля.
Также иногда можно услышать характерный стук, это тоже не самым благоприятным образом отражается на работоспособности прибора. Ведь его причинами могут послужить загрязнения посадочного отверстия КПП, где подключается гибкий трос, неправильный монтаж прибора либо же ослабление его крепления. А вот «рычащий» шум свидетельствует о том, что необходимо смазать трос. Когда стрелка прибора зашкаливает, то произошел разрыв противодействующей пружины, и спидометр необходимо полностью заменить.
Если же устройство показывает неверные данные, то, скорей всего, просто неправильно прикреплен трос к валу. Иногда придется еще выполнить и .
Ремонт привода спидометра своими руками
В случае, когда необходима замена уплотнительного кольца, шестерни либо корпуса, следует демонтировать привод спидометра, ВАЗовское устройство внутренностей машины позволяет достать до него почти без затруднений, а вот в иномарке придется повозиться. Установив местоположение механизма с помощью руководства по эксплуатации авто, приступим к изъятию. Для этого нужно открутить крепежный болт, посредством которого узел крепится к коробке передач, и, поддев его отверткой, снять.
После этого осуществляем визуальный контроль как самой шестерни, так и посадочного гнезда, в котором расположен конец гибкой тяги прибора. Они не должны иметь никаких дефектов и загрязнений. Также внимательно осмотрите корпус коробки, в случае если обнаружите на нем маслянистые пятна, то немедленно замените уплотнительное кольцо . Чтобы до него добраться, сначала снимается ведомая шестерня привода спидометра, а затем меняется сам уплотнитель. Перед сборкой все элементы следует хорошенько промыть в керосине.
