Спидометр: как он работает и почему погрешность в измерении скорости

Все мы знаем спидометр — тот элемент автомобиля, который в каждый момент сообщает нам, с какой скоростью мы едем. Но, хотя он относится к числу таких очень распространённых элементов, которыми мы пользуемся почти не задумываясь, для большинства пользователей он остаётся большой загадкой. Многие даже не знают, что у него есть погрешность измерения скорости. Этой погрешности есть несколько объяснений, о которых мы расскажем ниже, но сначала хотим показать два типа спидометров, которые существуют, и объяснить, как они работают.

Типы спидометров

Существует два типа спидометров: более старый и более современный, который устанавливают на самые новые модели. Оба основаны на одном и том же принципе, хотя способ его реализации различается. Чтобы узнать скорость, с которой движется автомобиль, по спидометру, необходимо знать диаметр колеса и количество оборотов, которые оно совершает за определённое время.

Для определения первого нужно вычислить размер диска и добавить к нему дважды высоту профиля шины. Обычно диаметр известен, потому что производитель знает, какие шины установлены на автомобиль. Остаётся лишь разобраться в двух типах спидометров, которые существуют, и в том, как они работают.

Механический спидометр

Механические спидометры устанавливали на автомобили несколько лет назад. Они проще современных и измеряют скорость через вращение троса, соединённого со вторичным валом коробки передач. Эта скорость вращения пропорциональна скорости колёс в соответствии с передаточным отношением дифференциала.

На другом конце троса находится магнит. Вращаясь, он создаёт электрический ток, который приводит в движение стрелку спидометра по градуированной шкале. Чтобы определить эту шкалу и сделать её как можно более точной, необходимо учитывать все силы, участвующие в этом движении, например сопротивление кручению пружины, которую нужно откалибровать в соответствии с диаметром колёс, силу индуцированного тока, передаточное отношение дифференциала и другие переменные. Таким образом можно обеспечить отображение скорости автомобиля.

Электронный спидометр

Электронный спидометр более современен, его конструкция практичнее, проще и надёжнее. На вторичном валу трансмиссии устанавливается датчик вращения, который посылает переменное напряжение на блок управления; тот интерпретирует сигнал и преобразует его в сигнал скорости, который затем отображается на приборной панели в аналоговом или цифровом формате.

Датчик вращения также называют датчиком Холла; он состоит из двух магнитов, вращающихся одновременно. Между этими двумя магнитами находится датчик, который генерирует электрический ток. Вращение магнитов перегруппировывает образующиеся электроны, и так получается показание, которое затем преобразуется в данные в блоке управления.

Электронный спидометр может также определять скорость автомобиля по зубчатому кольцу ABS. Эта система может вносить дополнительную погрешность в измерение, поскольку на повороте одно колесо вращается немного медленнее другого.

Погрешность спидометра

Спидометры создают погрешность в измерении скорости. Она не очень велика, но может достигать чуть более 10 % от реальной скорости. И что интересно, эта погрешность законодательно закреплена: именно Европейский союз устанавливает, что скорость, показываемая спидометром, должна быть выше реальной. Эта разница между реальной скоростью и скоростью на спидометре установлена как 10 % плюс 4 км/ч.

То есть автомобиль, который движется со скоростью 120 км/ч по спидометру, на самом деле ехал бы медленнее. Из-за этой разницы у водителя возникает психологический эффект: даже если он думает, что едет с максимально разрешённой скоростью, на деле её не превышает.

В Японии и в США допускается расхождение между реальной и показываемой скоростью в 4 % как в большую, так и в меньшую сторону. Другие факторы, влияющие на погрешность показаний спидометра, — износ механизма, использование колёс иного диаметра, чем тот, для которого калибровалась система, и давление в шинах. Оно может делать так, что автомобиль катится быстрее или медленнее, что влияет на скорость и пройденное расстояние.