Jak Speedometry fungují

Moderní rychloměr. Foto s laskavým svolením Dreamstime

Na palubě přístrojové desky ve voze jsou uspořádány různé senzory a měřidla, včetně manometru oleje, teploty chladicí kapaliny, hladiny paliva, otáčkoměru a dalších. Ale nejvýznamnější obrys - a možná nejdůležitější, alespoň pokud jde o to, kolikrát se na to díváte během jízdy - je rychloměr. Úlohou rychloměru je označovat rychlost vašeho automobilu v mílích za hodinu, kilometrech za hodinu nebo v obou. Dokonce i v automobilech s pozdním modelem je to analogové zařízení, které používá jehlu, aby ukazovalo na konkrétní rychlost, kterou řidič přečte jako číslo vytištěné na číselníku.

Stejně jako u každé nové technologie byly první rychloměry drahé a dostupné pouze jako volitelné příslušenství. Teprve v roce 1910 začali výrobci automobilů zahrnovat rychloměr jako standardní vybavení. Jeden z prvních dodavatelů rychloměru byl Automat Otto Schulze (OSA), stará společnost společnosti Siemens VDO Automotive AG, jednoho z předních vývojářů moderních přístrojových klastrů. První rychloměr OSA byl postaven v roce 1923 a jeho základní design se po 60 let významně nezměnil. V tomto článku se podíváme na historii rychloměrů, jak fungují a co může budoucnost znamenat pro návrh rychloměru..

Rychloměr prošel mnoho změn v minulém století. Foto s laskavým svolením společnosti Siemens VDO Automotive

-

-

-Existují dva typy rychloměrů: elektronické a mechanické. Protože elektronický rychloměr je ve skutečnosti relativně nový vynález - první plně elektronický rychloměr se objevil až v roce 1993 - tento článek se zaměří především na mechanický rychloměr, nebo vířivý proud rychloměr.

Otto Schulze, vynálezce ze Štrasburku, podal první patent na rychloměr s vířivými proudy v roce 1902. Schulze pojal revoluční zařízení jako řešení rostoucího problému. Auta se nejen stala více populární, ale také cestovala rychleji. Průměrná nejvyšší rychlost automobilu těsně po přelomu 20. a 20. století byla 30 mil za hodinu, podle dnešních standardů byla pomalá, ale rychle syčela v době, kdy se většina světa stále pohybovala neuspěchaným tempem koňského povozu. V důsledku toho se vážně nehody začaly dramaticky zvyšovat.

Schulzeho vynález umožnil řidičům přesně zjistit, jak rychle cestovali, a podle toho provést úpravy. Zároveň mnoho zemí stanovilo rychlostní limity a použilo policisty k jejich prosazení. Raná řešení vyžadovala, aby automobily měly rychloměry se dvěma číselníky - malý číselník pro řidiče a mnohem větší číselník namontovaný, takže policie mohla číst z dálky.

V další části se podíváme na tento návrh, abychom pochopili části rychloměru s vířivými proudy.

-

Jehla rychloměru Fotografie použitá na základě licence Creative Commons License 2.0

Než se podíváme dovnitř rychloměru, bude užitečné nejprve zkontrolovat, jak auto funguje. Základní postup je popsán níže:

1. Pístové motory využívají energii ze spalování směsi paliva a vzduchu k pohybu pístu nahoru a dolů ve válci.
2. Tento vratný pohyb pístů je přeměněn klikovým hřídelem na rotační pohyb.
3. Klikový hřídel otáčí setrvačníkem.
4. Převodovka přenáší energii ze setrvačníku a směruje ji přes hnací hřídel na kola.
5. Převodovka má různé převodové stupně - nebo rychlosti - pro řízení rychlosti otáčení kol.
6. Když se kola otáčí, způsobují, že se auto pohybuje.

Aby bylo možné změřit rychlost automobilu, musí být možné měřit rychlost otáčení kol nebo převodovky a poslat tyto informace na nějaký typ měřidla. Ve většině aut se měření provádí v převodovce. A měření rychlosti otáčení generované převodem spadá na něco, co se nazývá hnací kabel.

-

- kabel pohonu sestává z několika superponovaných, pevně navinutých, šroubovitých vinutých pružin ovinutých kolem středového drátu nebo trnu. Díky své konstrukci je hnací kabel velmi flexibilní a lze jej bez zlomení ohnout na velmi malý poloměr. Je to užitečné, protože kabel musí proniknout z přenosu do sdruženého přístroje, ve kterém je umístěn rychloměr. Je spojen s řadou převodových stupňů v převodovce, takže když se vozidlo pohybuje, ozubená kola otáčí trnem uvnitř pružné hřídele. Vřeteno pak komunikuje rychlost otáčení přenosu po délce kabelu k „obchodnímu konci“ rychloměru - kde se měření rychlosti skutečně provádí.

Rychloměr má také další důležité části. Hnací kabel se připojuje spirálovým převodem k permanentnímu magnetu. Magnet sedí uvnitř kovového kelímku ve tvaru pohárku známého jako speedcup. Speedcup je připevněn k jehle, která je držena na místě vlasovým proužkem. Jehla je viditelná v kabině automobilu, stejně jako čelní plocha rychloměru, která zobrazuje rozsah čísel od nuly po horní limit, který se může lišit podle značky a modelu.

Nyní se podívejme, jak toto relativně jednoduché zařízení skutečně měří rychlost vozidla.

Meter, Meter Everywhere

Tachometry jsou často kombinovány s tachometry a tachometry. Počítadlo kilometrů zaznamenává celkovou vzdálenost ujetou vozidlem. Tripmetometry také měří ujetou vzdálenost, ale řidič je může vynulovat. Výrobci obvykle navrhují mechanické rychloměry tak, že 1 000 otáček pružné hřídele zaregistruje jednu míli na počítadle kilometrů. Další informace o počítadlech kilometrů najdete v části Jak odometry fungují. Tachometry jsou podobné rychloměrům v tom, že měří úhlovou rychlost rotujícího hřídele. Otáčkoměry odrážejí otáčky motoru, což znamená, že měří otáčky klikového hřídele. Označují otáčky motoru v otáčkách za minutu nebo otáčkách za minutu.-

Rychloměr s vířivými proudy Foto s laskavým svolením Dreamstime

Řekněme, že auto jede po dálnici konstantní rychlostí. To znamená, že se převodovka a hnací hřídel otáčejí rychlostí, která odpovídá rychlosti vozidla. To také znamená, že trn v hnacím kabelu rychloměru - protože je připojen k převodovce prostřednictvím sady ozubených kol - se otáčí stejnou rychlostí. A nakonec se permanentní magnet na druhém konci hnacího kabelu otáčí.

Když se magnet otáčí, vytváří točivé magnetické pole, které vytváří síly, které působí na urychlení. Tyto síly způsobují, že elektrický proud teče v šálku v malých rotujících vírech, známých jako vířivé proudy. V některých aplikacích představují vířivé proudy ztracený výkon, a jsou proto nežádoucí. V případě rychloměru však vířivé proudy vytvářejí odporový krouticí moment, který pracuje na speedcupu. Pohár a jeho připojená jehla se otáčí stejným směrem, jakým se otáčí magnetické pole - ale pouze pokud to umožní chloupek. Jehla na speedcupu je v klidu, kde protilehlá síla vlasového proužku vyrovnává sílu vytvářenou rotujícím magnetem. 

Co když vůz zvýší nebo sníží svou rychlost? Pokud auto jede rychleji, permanentní magnet uvnitř speedcupu se bude rychleji otáčet, což vytváří silnější magnetické pole, větší vířivé proudy a větší vychýlení jehly rychloměru. Pokud vůz zpomalí, magnet uvnitř poháru se otáčí pomaleji, což snižuje sílu magnetického pole, což má za následek menší vířivé proudy a menší vychýlení jehly. Když je vozidlo zastaveno, drží chloupek jehlu na nule.

Elektronický rychloměr

Elektronický rychloměr přijímá svá data z a snímač rychlosti vozidla (VSS), nikoli hnací kabel. VSS je namontován na výstupní hřídeli převodovky nebo na klikovém hřídeli a sestává z ozubeného kovového disku a stacionárního detektoru, který zakrývá magnetickou cívku. Když se zuby pohybují kolem cívky, „přerušují“ magnetické pole a vytvářejí řadu pulzů, které jsou posílány do počítače. Pro každých 40 000 pulzů z VSS se rychlost a celkový počet kilometrů zvýší o jednu míli. Rychlost je také určena z frekvence vstupního impulsu. Obvodová elektronika v automobilu je navržena tak, aby zobrazovala rychlost na digitální obrazovce nebo na typickém analogovém systému s jehlou a číselníkem.

Všechny rychloměry musí být kalibrovány, aby se zajistilo, že točivý moment vytvářený magnetickým polem přesně odráží rychlost vozidla. Tato kalibrace musí brát v úvahu několik faktorů, včetně poměrů převodových stupňů v hnacím laně, konečného převodového poměru v diferenciálu a průměru pneumatik. Všechny tyto faktory ovlivňují celkovou rychlost vozidla. Vezměte například velikost pneumatiky. Když náprava provede jedno úplné otočení, pneumatika, ke které je připojena, vytvoří jednu úplnou revoluci. Pneumatika s větším průměrem se však bude pohybovat dále než kolo s menším průměrem. Je to proto, že vzdálenost, kterou pneumatika ujede v jedné otáčce, se rovná jejímu obvodu. Takže pneumatika o průměru 20 palců pokryje asi 62,8 palce půdy v jedné otáčce. Pneumatika o průměru 30 palců pokryje více terénu - asi 94,2 palce.

Kalibrace se přizpůsobuje těmto odchylkám a provádí ji výrobce, který nastavuje rychlostní ústrojí tak, aby odpovídalo továrně instalovanému poměru kroužků a pastorků a velikosti pneumatik. Majitel automobilu bude možná muset znovu kalibrovat svůj rychloměr, pokud provede změny, které způsobí, že jeho vozidlo nebude spadat pod tovární specifikace (viz postranní panel níže). Rekalibraci rychloměru lze provést manipulací s chloupkem, permanentním magnetem nebo oběma. Obecně je nejsilnější proměnná síla magnetického pole. To vyžaduje výkonný elektromagnet, který lze použít k úpravě síly permanentního magnetu na rychloměru, dokud jehla neodpovídá vstupu rotujícího hnacího kabelu..

Přesnost rychloměru

Žádný rychloměr nemůže být stoprocentně přesný. Ve skutečnosti většina výrobců staví rychloměry, takže spadají do poměrně úzkého rozmezí tolerance, ne více než 1 až 5 procent příliš pomalu nebo příliš rychle. Pokud je vůz udržován v továrních specifikacích, jeho rychloměr by měl nadále zaznamenávat rychlost vozidla v tomto rozsahu. Pokud však dojde k úpravě automobilu, bude možná nutné jej znovu nastavit.

Změna velikosti pneumatiky je jednou z nejčastějších věcí, které majitelé automobilů dělají a které mohou ovlivnit přesnost rychloměru. To proto, že větší pneumatiky pokrývají více půdy v jedné úplné revoluci. Zvažte příklad níže.

Vaše auto je dodáváno s pneumatikami nainstalovanými ve výrobě, které mají průměr 21,8 palce. To znamená, že obvod každé pneumatiky je 68,5 palce. Řekněme, že chcete vyměnit pneumatiky za nové pneumatiky o průměru 24,6 palce. Každá nová pneumatika má obvod 77,3 palce, což znamená, že s každou úplnou revolucí cestuje o téměř 10 palců dále. To má obrovský vliv na váš rychloměr, který nyní bude ukazovat příliš nízkou rychlost o téměř 13 procent. Když váš rychloměr přečte 60 mil za hodinu, bude vaše auto skutečně cestovat 67,7 mil za hodinu!

Displej rychloměru s hlavou nahoru Foto s laskavým svolením společnosti Siemens VDO Automotive

-Jednou z velkých nevýhod sdruženého souboru nástrojů je jeho umístění. Řidič se musí dívat dolů, aby viděl číselníky, což znamená, že jeho oči jsou mimo silnici po dobu alespoň jedné sekundy. Během této jedné sekundy auto jede asi 46 stop, pokud se pohybuje rychlostí 30 mil za hodinu.

Společnost Siemens VDO řeší tento problém pomocí displeje typu head-up, který se zrcadlí promítá na čelní sklo. Řidiči se zdá, že se displej vznáší nad kapotou motoru, asi šest stop odtud. Rychlost vozidla bude jedním z klíčových prvků displeje, ale může obsahovat jakýkoli prvek nalezený v normálním sdruženém přístroji. Může také integrovat pomůcky pro orientaci, které používají obrazy z infračervených kamer k detekci a zobrazení obrysu silnice před sebou. Pro technologii, která sahá téměř 100 let, je to významná změna k lepšímu.

Další informace o rychloměrech, autech a souvisejících tématech naleznete v odkazech na následující stránce.

-

-Související články

• Jak odometry fungují
• Jak fungují palivoměry
• Jak fungují převodové poměry
• Jak fungují automobilové počítače
• Jak funguje rychloměr v letadle?
• Jak fungují magnety

Další skvělé odkazy

• Siemens VDO Automotive
• Visteon Corporation
• Speedometers.com
• Rychloměry a měřidla
• Rychloměr Plus

Prameny

• „100 let rychloměrů - historie informací o ovladačích“, 7. listopadu 2002. Nalezeno online na adrese: http://www.siemensvdo.com/press/releases/interior/2002/SV-200211-009-e.htm.
• „Automatizace kalibrace rychloměru,“ od Ganesh Devaraj, S.B. Rajnarayanan, A. Senthilnathan a S.R. Anand. Hodnocení inženýrství. Nalezen online na adrese http://www.evaluationengineering.com/archive/articles/1100auto.htm.
• Encyklopedie Britannica 2005, s.v. „Vířivý proud.“ CD-ROM, 2005.
• Encyklopedie Britannica 2005, s.v. "Flexibilní hřídel." CD-ROM, 2005.
• Encyklopedie Britannica 2005, s.v. "tachometr." CD-ROM, 2005.
• Erjavec, Jacku. „Automobilová technologie: systémový přístup.“ New York: Thomson Delmar Learning. 2005.
• "Z rychloměrů až po moderní nástrojové klastry," od Gerhard Wesner. Automotive Engineering International, leden 2005. Stáhnout PDF na www.sae.org/automag/features/futurelook/02-2005/1-113-2-89.pdf
• Web Inner Auto Parts: http: //www.innerauto.com/Automotive_Systems/Drive_Train/Speedometer~odometer/ http://www.innerauto.com/Automotive_Systems/Drive_Train/Speedometer_Cable/
• Kalkulačka velikosti pneumatik Miata.net http://www.miata.net/garage/tirecalc.html
• Národní muzeum hodin a hodinek http://www.nawcc.org/museum/museum.htm
• Web společnosti Siemens VDO Automotive http://www.siemensvdo.com