Механический и электронный спидометр. Устройство и принцип работы

В статье:

• Устройство и работа механического спидометра
• В чем отличие электромеханического прибора
• Особенности электронного спидометра
• Откуда берется погрешность показаний
• Что такое одометр

Спидометр не случайно находится на самом видном месте приборной панели автомобиля. Ведь это устройство показывает, насколько быстро вы едете, и позволяет контролировать соблюдение допустимого скоростного режима, от чего напрямую зависит безопасность дорожного движения. Не забудем также о штрафах за превышение скорости, которых можно избежать, если периодически поглядывать на спидометр. Кроме того, на загородных трассах с помощью данного прибора можно экономить горючее, если поддерживать оптимальную скорость, при которой расход топлива минимален.

Устройство и работа механического спидометра

Механический измеритель скорости был изобретен более ста лет назад и до сих пор широко применяется в транспортных средствах. Датчиком здесь обычно служит шестерня, имеющая зацепление со специальной шестеренкой на вторичном валу коробки передач. В машинах с передним приводом датчик может располагаться на оси ведущих колес, а в полноприводных — в раздаточной коробке.

В качестве указателя скорости (6) на приборной панели используется стрелочный прибор, работа которого основана на принципе магнитной индукции.

Передача вращения от датчика (1) на указатель скорости (собственно спидометр) производится с помощью гибкого вала (тросика) (2) из нескольких витых стальных нитей с четырехгранным наконечником на обоих концах. Тросик свободно вращается вокруг своей оси в специальной пластиковой защитной оболочке.

Исполнительный механизм состоит из постоянного магнита (3), который насажен на приводной тросик и вращается вместе с ним, и алюминиевого цилиндра или диска (4), на оси которого закреплена стрелка спидометра. Металлический экран защищает конструкцию от воздействия внешних магнитных полей, которые могли бы исказить показания прибора.

Вращение магнита вызывает вихревые токи в немагнитном материале (алюминии). Взаимодействие с магнитным полем вращающегося магнита заставляет вращаться и алюминиевый диск. Однако наличие возвратной пружины (5) приводит к тому, что диск, а вместе с ним и стрелка указателя, лишь поворачиваются на некоторый угол, пропорциональный скорости движения автомобиля.

Одно время некоторые производители пробовали применять в механических спидометрах указатели ленточного и барабанного типа, однако они оказались не слишком удобными, и от них в конце концов отказались.

Несмотря на простоту и надежность механических спидометров с гибким валом в качестве привода, такая конструкция часто дает довольно большую погрешность, а сам тросик является в ней наиболее проблемным элементом. Поэтому чисто механические спидометры постепенно уходят в прошлое, уступая место электромеханическим и электронным устройствам.

В чем отличие электромеханического прибора

В электромеханическом спидометре также используется гибкий приводной вал, но магнитоиндукционный скоростной узел в приборе устроен иначе. Вместо алюминиевого цилиндра здесь установлена катушка индуктивности, в которой под воздействием изменяющегося магнитного поля генерируется электрический ток. Чем выше скорость вращения постоянного магнита, тем больше ток, протекающий через катушку. К выводам катушки подключен стрелочный миллиамперметр, который используется в качестве индикатора скорости. Такое устройство позволяет повысить точность показаний по сравнению с механическим спидометром.

Особенности электронного спидометра

В электронном спидометре отсутствует механическая связь между датчиком скорости и устройством в приборной доске.

В скоростном узле прибора имеется электронная схема, которая обрабатывает электрический импульсный сигнал, получаемый от датчика скорости по проводам, и выдает на свой выход соответствующее напряжение. Это напряжение подается на стрелочный миллиамперметр, который служит индикатором скорости. В более современных приборах стрелочным указателем управляет шаговый двигатель.

В качестве датчика скорости применяются различные устройства, вырабатывающие импульсный электрический сигнал. Таким устройством может быть, например, импульсный индукционный датчик или оптическая пара (светоизлучающий диод + фототранзистор), в которой формирование импульсов происходит за счет прерывания световой связи при вращении насаженного на вал диска с прорезями.

Но, пожалуй, наибольшее распространение получили датчики скорости, принцип действия которых основан на эффекте Холла. Если поместить проводник, по которому протекает постоянный ток, в магнитное поле, то в нем возникает поперечная разность потенциалов. При изменении магнитного поля изменяется и величина разности потенциалов. Если в магнитном поле вращается задающий диск с прорезью или выступом, то получим импульсное изменение поперечной разности потенциалов. Частота импульсов будет пропорциональна скорости вращения задающего диска.

Для отображения скорости вместо стрелочного указателя иногда используют цифровой дисплей. Однако постоянно меняющиеся цифры на спидометре несколько хуже воспринимаются водителем, нежели плавное движение стрелки. Если же ввести задержку, то мгновенная скорость может отображаться не совсем точно, особенно во время разгона или торможения. Поэтому аналоговые стрелочные указатели по-прежнему преобладают в спидометрах.

Откуда берется погрешность показаний

Несмотря на постоянный технологический прогресс в автомобильном производстве многие отмечают, что точность показаний спидометров остается не слишком высокой. И это не плод разыгравшегося воображения отдельных водителей. Небольшая погрешность намеренно закладывается производителями уже при изготовлении приборов. Причем эта погрешность всегда в большую сторону, чтобы исключить ситуации, когда под воздействием различных факторов показания спидометра окажутся ниже реальной скорости движения автомобиля. Это делается для того, чтобы водитель случайно не превысил скорость, ориентируясь по неправильным значениям на приборе. Кроме обеспечения безопасности производители преследуют и собственный интерес — они стремятся исключить судебные иски от недовольных автомобилистов, которые получили штраф или попали в ДТП из-за ложных показаний спидометра.

Погрешность спидометров, как правило, нелинейная. Она близка к нулю на скорости около 60 км/час и постепенно повышается с ростом скорости. На скорости 200 км/час погрешность может доходить до 10 процентов.

На точность показаний влияют и другие факторы, например, связанные с датчиками скорости. Особенно это касается механических спидометров, у которых постепенно изнашиваются шестерни.

Нередко дополнительную погрешность вносят и сами владельцы машин, устанавливая шины, размер которых отличается от номинального. Дело в том, что датчик считает обороты вторичного вала КПП, которые пропорциональны оборотам колес. Но при уменьшенном диаметре шин машина за один оборот колеса проделает меньший путь, чем с шинами номинального размера. А это означает, что спидометр покажет завышенную на 2...3 процента скорость по сравнению с реальной. К такому же эффекту приведет и езда на недокачанных шинах. Установка шин увеличенного диаметра, наоборот, вызовет занижение показаний спидометра.

Погрешность может оказаться и вовсе недопустимой, если взамен штатного установить спидометр, который не рассчитан на работу в данной конкретной модели автомобиля. Это нужно учитывать, если возникнет необходимость заменить неисправный прибор.

Что такое одометр

Одометр служит для отсчета пройденного расстояния. Не следует путать его со спидометром. На самом деле это два разных прибора, которые часто совмещают в одном корпусе. Объясняется это тем, что оба прибора, как правило, используют один и тот же датчик.

В случае использования гибкого вала в качестве привода передача вращения на входной вал одометра производится через редуктор с большим передаточным числом — от 600 до 1700. Ранее применялась червячная передача, с помощью которой вращались зубчатые колесики с цифрами. В современных аналоговых одометрах вращением колесиков управляют шаговые электромоторчики.

Все чаще можно встретить приборы, в которых пробег автомобиля отображается в цифровом виде на жидкокристаллическом дисплее. При этом информация о пройденном расстоянии дублируется в блоке управления двигателем, а иногда и в электронном ключе автомобиля. Если смотать цифровой одометр программным способом, подлог можно достаточно просто обнаружить посредством компьютерной диагностики.

Если со спидометром возникли неполадки, их ни в коем случае нельзя игнорировать, их нужно устранять незамедлительно. Ведь речь идет о безопасности — вашей и других участников дорожного движения. А если причина кроется в неисправном датчике, то могут возникнуть еще и проблемы с мотором, поскольку блок управления двигателем будет регулировать режим работы агрегата на основе неправильных данных о скорости.