Cum funcționează vitezometrele

Un vitezometru modern. Foto cu amabilitatea Dreamstime

Grupul de instrumente de bord din mașina dvs. organizează o varietate de senzori și calibre, inclusiv manometru de presiune ulei, manometru de lichid de răcire, gabarit de nivel de combustibil, tahometru și multe altele. Dar indicatorul cel mai proeminent - și poate cel mai important, cel puțin în ceea ce privește de câte ori îl privești în timp ce conduci - este vitezometru. Sarcina vitezometrului este de a indica viteza mașinii dvs. în mile pe oră, kilometri pe oră sau ambele. Chiar și în mașinile cu model târziu, este un dispozitiv analog care folosește un ac pentru a indica o viteză specifică, pe care șoferul o citește ca un număr imprimat pe un cadran.

Ca în cazul oricărei tehnologii emergente, primele vitezometre erau scumpe și disponibile doar ca opțiuni. Abia în 1910 producătorii de automobile au început să includă vitezometrul ca echipament standard. Unul dintre primii furnizori de vitezometri a fost Autometru Otto Schulze (OSA), o companie moștenită a Siemens VDO Automotive AG, unul dintre cei mai importanți dezvoltatori de clustere de instrumente moderne. Primul vitezometru OSA a fost construit în 1923 și designul său de bază nu s-a schimbat semnificativ timp de 60 de ani. În acest articol, vom analiza istoricul vitezometrelor, modul în care funcționează și ce poate avea viitorul pentru proiectarea vitezometrului.

Vitezometrul a trecut multe schimbări în secolul trecut. Foto cu amabilitatea Siemens VDO Automotive

-

-

-Există două tipuri de vitezometre: electronice și mecanice. Pentru că electronic- vitezometru este de fapt o invenție relativ nouă - primul vitezometru complet electronic nu a apărut până în 1993 - acest articol se va concentra în principal pe vitezometru mecanic, sau curenți turbionari vitezometru.

Otto Schulze, inventator de la Strasbourg, a depus primul brevet pentru vitezometrul cu curent continuu în 1902. Schulze a conceput dispozitivul revoluționar ca o soluție la o problemă în creștere. Mașinile nu deveneau doar mai populare, ci călăreau și mai repede. Viteza medie a autovehiculului abia după întoarcerea secolului XX a fost de 30 de mile pe oră, lentă după standardele de astăzi, dar scârțâind rapid într-un moment în care o mare parte a lumii încă se mișca în ritmul liber al unei trăsuri trase de cai. Drept urmare, accidentele grave au început să crească dramatic.

Invenția lui Schulze a permis șoferilor să vadă exact cât de rapid călătoreau și să facă ajustări în consecință. În același timp, multe țări au stabilit limite de viteză și au folosit polițiștii pentru a le pune în aplicare. Soluțiile anterioare au necesitat ca automobilele să aibă vitezometre cu două cadrane - un cadran mic pentru șofer și un cadran mult mai mare, astfel încât poliția să-l poată citi de la distanță.

În secțiunea următoare, vom analiza acest design pentru a înțelege părțile unui vitezometru cu curent continuu.

-

Acul unui vitezometru Fotografie utilizată sub licența Creative Commons 2.0

Înainte de a arunca o privire în interiorul unui vitezometru, va fi util să trecem în revistă modul în care funcționează o mașină în primul rând. Procesul de bază este descris mai jos:

1. Motoarele cu piston folosesc energia dintr-un amestec combustibil-aer pentru a muta un piston în sus și în jos într-un cilindru.
2. Această mișcare reciprocă a pistoanelor este transformată în mișcare rotativă de un arbore cotit.
3. Arborele cotit transformă o volantă.
4. Transmisia transmite puterea de pe volan și o direcționează, printr-un arbore de acțiune, către roți.
5. Transmisia are angrenaje diferite - sau viteze - pentru a controla cât de repede se rotesc roțile.
6. Pe măsură ce roțile se întorc, ele provoacă mișcarea mașinii.

Pentru a măsura viteza unei mașini, trebuie să puteți măsura viteza de rotație a roților sau a transmisiei și să trimiteți informațiile la un fel de ecartament. În majoritatea mașinilor, măsurarea are loc în transmisie. Iar munca de măsurare a vitezei de rotație generate de transmisie se încadrează în ceva numit cablu de acționare.

-

- cablu de acționare constă dintr-un număr de arcuri elicoidale suprapuse, înfășurate strâns, înfășurate în jurul unui fir central sau cu un dorn. Datorită construcției sale, cablul de antrenare este foarte flexibil și poate fi îndoit, fără fracturi, pe o rază foarte mică. Acest lucru este util, deoarece cablul trebuie să-și croiască drumul de la transmisie la grupul de instrumente, care adăpostește vitezometrul. Este conectat la un set de angrenaje în transmisie, astfel încât, atunci când vehiculul se mișcă, angrenajele rotesc mandrina în interiorul arborelui flexibil. Mandrilul comunică apoi viteza de rotație a transmisiei pe lungimea cablului până la „capătul de afaceri” al vitezometrului - unde are loc efectiv măsurarea vitezei..

Vitezometrul are și alte părți importante. Cablul de acționare se atașează, printr-o transmisie spirală, la un magnet permanent. Magnetul este așezat în interiorul unei piese metalice în formă de cupă cunoscută sub numele de speedcup. Speedcup este atașat de un ac, care este ținut pe loc de un fir de păr. Acul este vizibil în cabina auto, la fel și fața vitezometrului, care afișează o gamă de numere de la zero la o limită superioară care poate varia după marcă și model.

Acum să ne uităm la modul în care acest dispozitiv relativ simplu măsoară efectiv viteza vehiculului.

Contor, metru peste tot

Vitezometrele sunt adesea combinate cu odometre și odometre de deplasare. Odometrul înregistrează distanța totală parcursă de un vehicul. Odometrele de călătorie măsoară distanța parcursă, dar pot fi resetate la zero de către șofer. Producătorii proiectează de regulă vitezometre mecanice, astfel încât 1.000 de rotații ale arborelui flexibil să înregistreze o milă pe contor. Pentru mai multe despre odometre, consultați modul în care funcționează odometrele. Tahomometrele sunt similare cu vitezometrele, deoarece măsoară viteza unghiulară a unui arbore rotativ. Tahometrele reflectă turația motorului, ceea ce înseamnă că măsoară viteza de rotație a arborelui cotit. Acestea indică turația motorului în rotații pe minut sau turație.-

Un vitezometru curent curent Foto cu amabilitatea Dreamstime

Să zicem că o mașină circulă pe autostradă la o viteză constantă. Aceasta înseamnă că transmisia sa și arborele de antrenare se rotesc cu o viteză care corespunde cu viteza vehiculului. De asemenea, înseamnă că dornul din cablul de acționare al vitezometrului - deoarece este conectat la transmisie printr-un set de angrenaje - se rotește, de asemenea, la aceeași viteză. Și, în sfârșit, magnetul permanent de la celălalt capăt al cablului de acționare se rotește.

Pe măsură ce magnetul se învârte, creează un câmp magnetic rotativ, creând forțe care acționează asupra vitezei. Aceste forțe fac ca curentul electric să curgă în cupă în micile vârfuri rotative, cunoscute sub numele de curenți eddy. În unele aplicații, curenții rotunzi reprezintă puterea pierdută și, prin urmare, sunt nedorite. Dar în cazul unui vitezometru, curenții rotunjitori creează un cuplu de tracțiune care funcționează pe viteza de viteză. Cupa și acul atașat se rotesc în aceeași direcție în care se întoarce câmpul magnetic - dar numai în măsura în care părul va permite acest lucru. Acul de pe viteza de viteză ajunge la o odihnă în care forța opusă a firului de păr echilibrează forța creată de magnetul rotativ. 

Ce se întâmplă dacă mașina își mărește sau își reduce viteza? Dacă mașina se deplasează mai repede, magnetul permanent din interiorul vitezei de viteză se va roti mai rapid, ceea ce creează un câmp magnetic mai puternic, curenți majori mai mari și o deviere mai mare a acului vitezometrului. Dacă mașina încetinește, magnetul din interiorul cupei se rotește mai lent, ceea ce reduce rezistența câmpului magnetic, rezultând curenți mai mici și mai puțin deviația acului. Când o mașină este oprită, firele de păr țin acul la zero.

Vitezometru electronic

Un vitezometru electronic primește datele sale de la un senzor de viteză a vehiculului (VSS), nu un cablu de acționare. VSS este montat pe arborele de ieșire al transmisiei sau pe arborele cotit și constă dintr-un disc de metal dințat și un detector staționar care acoperă o bobină magnetică. Pe măsură ce dinții se deplasează pe lângă bobină, ei „întrerup” câmpul magnetic, creând o serie de impulsuri care sunt trimise către un computer. Pentru fiecare 40.000 de impulsuri de la VSS, deplasarea și odometrele totale cresc cu o milă. Viteza este, de asemenea, determinată de frecvența impulsului de intrare. Electronica de circuit din mașină este proiectată pentru a afișa viteza fie pe un ecran digital, fie pe un sistem analogic tipic, cu ac și cadran.

Toate vitezometrele trebuie calibrate pentru a vă asigura că cuplul creat de câmpul magnetic reflectă cu exactitate viteza mașinii. Această calibrare trebuie să țină seama de mai mulți factori, inclusiv raporturile angrenajelor din cablul de antrenare, raportul final de antrenare în diferențial și diametrul anvelopelor. Toți acești factori afectează viteza totală a vehiculului. Luati dimensiunea anvelopei, de exemplu. Când o axă face o singură viraj, anvelopa cu care este conectată face o singură revoluție completă. Dar o anvelopă cu un diametru mai mare va circula mai departe decât o roată cu un diametru mai mic. Acest lucru se datorează faptului că distanța pe care o acoperă o anvelopă într-o singură revoluție este egală cu circumferința sa. Deci, o anvelopă cu un diametru de 20 inci va acoperi aproximativ 62,8 inci de sol într-o singură revoluție. O anvelopă cu un diametru de 30 de centimetri va acoperi mai mult pământ - aproximativ 94,2 inci.

Calibrarea se ajustează pentru aceste variații și este realizată de producător, care stabilește angrenajul vitezometrului pentru a corespunde cu inelul și raportul pinion instalate din fabrică și dimensiunea anvelopei. Este posibil ca un proprietar de mașină să fie nevoit să-și recalibreze vitezometrul dacă face modificări care să-i facă vehiculul să nu fie în conformitate cu specificațiile din fabrică (a se vedea bara laterală de mai jos). Recalibrarea unui vitezometru se poate face manipulând firul de păr, magnetul permanent sau ambele. În general, rezistența câmpului magnetic este cea mai ușoară variabilă de modificat. Acest lucru necesită un electromagnet puternic, care poate fi utilizat pentru a regla rezistența magnetului permanent în vitezometru până când acul se potrivește cu intrarea din cablul de antrenare rotativ.

Precizia vitezometrului

Niciun vitezometru nu poate fi 100% exact. De fapt, majoritatea producătorilor construiesc vitezometre, astfel încât acestea să se încadreze într-un interval de toleranță destul de restrâns, nu mai mult de 1% până la 5% prea lent sau prea rapid. Atâta timp cât o mașină este menținută la specificațiile din fabrică, vitezometrul trebuie să continue să înregistreze viteza vehiculului în acest interval. Dar, dacă o mașină este modificată, este posibil ca vitezometrul să fie necesar să fie recalibrat.

Modificarea dimensiunii anvelopelor este unul dintre cele mai frecvente lucruri pe care proprietarii de mașini le fac, care pot afecta precizia vitezometrului. Asta pentru că anvelopele mai mari acoperă mai mult teren într-o revoluție completă. Luați în considerare exemplul de mai jos.

Mașina dvs. vine cu anvelope instalate din fabrică, care au 21,8 inci în diametru. Asta înseamnă că circumferința fiecărei anvelope este de 68,5 inci. Acum să zicem că doriți să înlocuiți anvelopele stoc cu anvelope noi cu diametrul de 24,6 inci. Fiecare anvelopă nouă are o circumferință de 77,3 inci, ceea ce înseamnă că circulă cu aproape 10 centimetri mai departe cu fiecare revoluție completă. Acest lucru are un impact extraordinar asupra vitezometrului dvs., ceea ce va indica acum o viteză prea lentă cu aproape 13%. Când vitezometrul dvs. citește 60 de mile pe oră, mașina dvs. va parcurge efectiv 67,7 mile pe oră!

Un afișaj de vitezometru în sus Foto cu amabilitatea Siemens VDO Automotive

-Unul dintre marile dezavantaje ale unui grup de instrumente este locația sa. Un șofer trebuie să se uite în jos pentru a vedea cadranele, ceea ce înseamnă că ochii lui sunt în afara drumului cel puțin o secundă. În aceeași secundă, mașina parcurge aproximativ 46 de metri dacă se deplasează la 30 de mile pe oră.

Siemens VDO abordează această problemă cu un afișaj head-up proiectat pe parbriz prin oglinzi. Pentru șofer, afișajul pare să plutească deasupra capotei motorului, la aproximativ șase metri distanță. Viteza vehiculului va fi unul dintre elementele cheie ale afișajului, dar poate conține orice element găsit într-un grup de instrumente normal. De asemenea, poate integra ajutoare de orientare care utilizează imagini de la camerele infraroșii pentru a detecta și afișa un contur al drumului în față. Pentru o tehnologie care datează de aproape 100 de ani, aceasta este o schimbare semnificativă în bine.

Pentru mai multe informații despre vitezometre, mașini și subiecte conexe, consultați linkurile de pe pagina următoare.

-

-Articole similare

• Cum funcționează Odometrele
• Cum funcționează calibrele de combustibil
• Cum funcționează Rapoartele
• Cum funcționează calculatoarele auto
• Cum funcționează un vitezometru într-un avion?
• Cum funcționează magneții

Mai multe legături grozave

• Siemens VDO Automotive
• Visteon Corporation
• Speedometers.com
• Vitezometre și calibre
• Speedometer Plus

surse

• „100 de ani de vitezometri - Istoricul informațiilor despre șoferi”, 7 noiembrie 2002. Găsit online la: http://www.siemensvdo.com/press/releases/interior/2002/SV-200211-009-e.htm.
• „Automatizarea calibrării vitezometrului”, de Ganesh Devaraj, S.B. Rajnarayanan, A. Senthilnathan și S.R. Anand. Inginerie evaluare. Găsit online la http://www.evaluationengineering.com/archive/articles/1100auto.htm.
• Encyclopedia Britannica 2005, s.v. „Curent curent”. CD-ROM, 2005.
• Encyclopedia Britannica 2005, s.v. „Arbore flexibil.” CD-ROM, 2005.
• Encyclopedia Britannica 2005, s.v. „Tahometru.“ CD-ROM, 2005.
• Erjavec, Jack. "Tehnologia auto: o abordare a sistemelor." New York: Învățarea Thomson Delmar. 2005.
• „De la vitezometre până la grupuri de instrumente moderne”, de Gerhard Wesner. Automotive Engineering International, ianuarie 2005. Descărcare PDF pe www.sae.org/automag/features/futurelook/02-2005/1-113-2-89.pdf
• Site Web pentru piese auto interne: http: //www.innerauto.com/Automotive_Systems/Drive_Train/Speedometer ~odometer/ http://www.innerauto.com/Automotive_Systems/Drive_Train/Speedometer_Cable/
• Calculatorul dimensiunii anvelopelor Miata.net http://www.miata.net/garage/tirecalc.html
• Muzeul Național de Ceasuri și Ceasuri http://www.nawcc.org/museum/museum.htm
• Site-ul Siemens VDO Automotive http://www.siemensvdo.com