Автомобильный спидометр. Почему он "врет"? Универсальный цифровой спидометр на PIC.

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.

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.

Как работает механический спидометр?

Принцип работы механических спидометров заключается в том, что они измеряют скорость автомобиля путём достаточно простого способа - механической связи стрелки спидометра с выходным валом редуктора (который в свою очередь получает привод от вращающихся колёс). Так как этот вал лежит "ниже по течению" от коробки передач - то есть ближе к колёсам, то скорость, с которой он вращается, продиктована уже конечной скоростью после коробки переключения передач. Для сравнения, скорость вращения коленвала на 1 и на 5 передаче может быть одинакова, а конечная скорость авто отличаться в десятки раз. И поэтому именно вал редуктора даёт истинную меру скорости движения (точнее дадут только колёса машины).

Внутри коробки передач выходной вал содержит шестерню, которая вращается вместе с этим выходным валом. Связанная с этим валом напрямую и вращаемая им, эта небольшая шестерня связана с тросиком со спидометром. Тросик этот представляет собой вращающийся прочный кабель внутри защитной рубашки. Один конец этого тросика вставлен в квадратное отверстие и закреплён в нём в ведущей шестерне (после главной пары коробки передач). В то время как шестерня вращается, она приводит в такое же вращение этот тросик спидометра.

Другой конец тросика подходит непосредственно к спидометру. На этом конце тросика находится магнит в форме диска, расположенный близко к (но не касаясь) металлическому барабану (также в форме диска), который, в свою очередь, уже прикреплён к игле, давая показания на циферблате. Небольшая спиральная пружина держит иглу на нулевом уровне, когда машина стоит на месте.

Слишком сложно? Давайте представим принцип работы спидометра на рисунке:

Как видно на рисунке, от вращающегося с определённой скоростью выходного вала КПП отходит специальный тросик, также вращаемый им, далее на другом конце к этому тросику прикреплён магнит, который в зависимости от скорости вращения тросика с силой притягивает металлическую пластину, совсем немного поворачивая её, которая, в свою очередь, соответственно своему повороту поднимает стрелку спидометра, оказывая на неё силу бóльшую, чем спиральная пружинка, задача которой - держать стрелку на нуле. В общем, спидометр работает почти как механические наручные часы, не правда ли?!

Принцип работы спидометра на переднеприводных и заднеприводных авто

Между тем, есть небольшая разница между работой спидометра на задне- и переднеприводных автомобилях и, особенно, в точности показаний.

Так, на заднеприводных машинах тросик спидометра начинается от главной пары коробки передач и потому точность показаний спидометра зависит только уже от того, что находится дальше к колёсам этого тросика в плане вращающихся деталей. У большинства заднеприводных автомобилей это только колёса, собственно, от размера которых и зависит то, насколько спидометр будет врать в своих показаниях.

А вот у переднеприводных машин начало тросика спидометра расположено у переднего колеса после главной пары, а, так как переднее колесо служит ещё для поворота машины, то к погрешности добавляется ещё и поворот этого левого колеса, ведь если мы поворачиваем, к примеру, налево, то колесо будет вращаться медленнее, а направо - быстрее. Соответственно, и обман спидометра будет в меньшую сторону от реальной скорости, когда мы поворачиваем налево, и в бóльшую - когда направо.

Устаревшие принципы работы спидометра

Два других распространённых типа механических спидометра дают показания за счёт прокручивающегося барабана (вместо стрелки) или передвигающейся по линейному циферблату ленты. Оба этих типа уже устарели, и Вы сможете увидеть их работу на практике только в очень старых машинах.

Как работает электронный спидометр?

Вместе с тенденцией к электронификации всего и вся, в том числе к электронным приборам приборной панели , электронные спидометры теперь становятся всё более популярными, хотя механические всё ещё занимают лидирующую позицию по распространённости даже в новых выпускаемых моделях автомобилей.

Между тем, принцип работы электронного спидометра даже ещё проще, чем механического (хотя, проще только с механической точки зрения).

Наиболее распространенный электронного спидометра имеет магнит, прикрепленный к выходному валу коробки передач, который вращается вместе с валом, а также электронный блок, расположенным рядом таким образом, что магнит, вращаясь по окружности, проходит мимо очень близко к блоку, передавая ему сигнал, действуя таким образом в качестве датчика. Каждый раз, когда магнит проходит мимо блока считывающего устройства, устройство посылает импульс электрического тока к спидометру. Электронный "чёрный ящик" внутри спидометра очень умён и использует частоту этих импульсов для расчёта скорости автомобиля. Всё очень просто: часто передающиеся импульсы означают, что выходной вал КПП вращается очень быстро, и всё это рассчитывается до мельчайших цифр и практически нулевых погрешностей.

Оригинальный спидометр для автомобиля можно сделать своими руками. Для этого понадобится датчик АБС, который реагирует на переменное магнитное поле. Работа его основана на принципе фиксации сенсора на зубчатой передаче. Когда зубец проходит мимо датчика, генерируется электрический импульс. Чем выше скорость движения автомобиля, тем чаще происходят импульсы.

Частота мигания импульсов преобразуется в напряжение с помощью LM 2917. Самое напряжение будет управляться светодиодами через микросхемы LM 3914. Датчик АБС можно взять от струйного принтера.

Такой двигатель автоматически генерирует напряжение при возрастании скорости импульсов, поэтому преобразователь LM 2917 не понадобится.

Порядок работы следующий:

1. Старый спидометр удаляется вместе с проводом;
2. Осуществляется монтаж датчика скорости в нижней части авто (на месте троса штатного спидометра);
3. Собирается электрическая схема;
4. Производится калибровка детали;
5. Изготавливается оформление.

Датчик скорости должен использовать в качестве генератора шаговый двигатель, который нужно прикрепить к трансмиссии автомобиля.

Нужно обеспечить механическую связь оси шагового двигателя и вращающегося стержня спидометра внутри трансмиссии. Для этого подойдет обычный кусок меди. Устройство должно быть прочно закреплено болтами и гайками. Сверху можно обработать место крепежа эпоксидной смолой. В итоге должен получиться датчик скорости с кабелем, состоящим из четырех проводов.

Первый из проводов будет сигнальным, а второй подойдет для «земли». При тестировании двигатель выдавал до 48 В, но после соединения на максимальной скорости значение не превышало 28 В. Для изготовления устройства этого достаточно. Принципиальная схема электрической цепи показа на рисунке:

Соединения готовой платы имеют следующий вид:

Плата питается 12 В от аккумулятора автомобиля, в качестве «земли» выступает шасси, а исходящим сигналом будет управлять шаговый двигатель. Пятый вход микросхемы LM 3914 выдерживает напряжение до 35 В. Поэтому можно включить в схему построечный потенциометр на 47 кОм. Скорость автомобиля можно откалибровать с помощью GPS обычного сотового телефона.

К каждой микросхеме подключено 10 светодиодов, которые управляются в сегментном режиме. Необходимо будет также добавить регулятор напряжения 7809 на 9 В.

«Да не нужно мне ничего объяснять, у меня на спидометре 100 тысяч км пробега», - зачастую можно услышать такую фразу среди спорящих об автомобилях. А ведь формулировка мысли совершенно неверная. Если проанализировать спидометр и одометр, разница приборов очевидна. Именно одометр показывает пробег машины, спидометр же определяет скорость движения.

Глубоко в историю

Самый древний одометр упоминается еще в первом веке. Греческий математик Герон стал родителем этого изобретения. Прибор был в виде обычной тележки, колеса в которой подобраны со специальным диаметром. Колеса поворачивались ровно 400 раз за 1598 метров (миллиатрий). приводила простейший механизм в движение. Индикатором пробега служили мелкие камни, которые выпадали в лоток. Для подсчета пройденного расстояния нужно было сосчитать количество выпавших камней. С той поры люди шагнули далеко вперед в своих изобретениях, но сама задумка являлась идеальной.

Спидометр и одометр, разница между которыми не только в показаниях, имеют и разные даты изобретения. Спидометр изобрели чуть более сотни лет назад. Впервые такой прибор был установлен на автомобиль Oldsmobile в 1901 году. В течение десяти лет спидометр устанавливали только как дополнительную опцию и считали его диковинкой. Уже позже на заводах стали устанавливать его как обязательный прибор. В 1916 году спидометр претерпел усовершенствования, которые внес Никола Тесла. До наших дней он дошел почти в таком же состоянии, не считая некоторых современных добавлений.

Что такое одометр? Устройство и назначение

Итак, каждый автомобилист должен знать, для чего нужны спидометр и одометр. Разница между этими приборами, конечно же, существует. Рассмотрим сначала одометр. Какую роль он играет на панели инструментов? Одометр - это механизм, который предназначен для того, чтобы замерять количество оборотов колеса во время движения транспортного средства. Другими словами, это узел, который дает нам возможность узнать путь, пройденный автомобилем в километрах. Показания одометра можно считать со специального устройства на панели машины. Одометр показывает как суточный, так и общий пробег. Две эти шкалы зачастую располагаются на самом спидометре.

Конструкция одометра несложная, включает в себя следующие компоненты:

• Сам счетчик, показывающий количество оборотов колеса вашего транспортного средства.
• Контроллер, который фиксирует обороты и непосредственно связан с самим счетчиком.
• Индикатор, выведенный на спидометр. Демонстрирует пройденный автомобилем путь в километрах.

Принцип действия одометра

Многие новички-автолюбители часто слышат термины «спидометр» и «одометр». Разница между этими приборами известна не всем. Что такое одометр, мы разобрались, а теперь о принципе действия прибора, как он функционирует. Одометр - это электронное или механическое устройство, которое позволяет в точности определить то количество оборотов, которое совершено колесом. Такие данные дают возможность водителю точно определить, сколько километров прошел его автомобиль за весь срок эксплуатации и не только. Можно также узнать, сколько машина проехала за тот или иной временной промежуток. Данные выводятся в числовом значении на индикаторе одометра в километрах.

В этом и есть суть работы одометра - колесо транспортного средства за каждый километр пройденного пути совершает строго определенное количество километров. Показатель этот всегда одинаков. Зная, сколько оборотов совершено колесом, счетчик высчитывает путь в километрах.

Если у водителя есть необходимость определить пройденное расстояние от пункта А в пункт В, то он всегда может обнулить счетчик. Благодаря такому действию также легко подметить расход топлива за определенный путь. Естественно, что при нерабочем одометре такую операцию проделать просто невозможно.

Типы одометров

Рассматривая одометр и спидометр (разница между ними есть и в строении), определимся с типами одометров. Существует три основных вида:

• Механический. Самый старый тип, прародитель его был изобретен еще древним Героном. Если нужно смотать такой одометр, сделать это можно любой крутилкой. С помощью цифрового счетчика происходит учет вращения колеса механической составляющей. Под воздействием механических сил счетчик считывает обороты и конвертирует их в километраж. Минус таких счетчиков заключается в том, что при достижении определенной цифры происходит автоматическое обнуление показаний.

• Электронно-механический прибор . Более усовершенствованная модель одометра. Чтобы провести коррекцию такого счетчика, требуется уже применение CAN-крутилок. В данном случае обороты колеса считываются счетчиком при помощи механической связи, впоследствии информация конвертируется в сигналы. Данные в цифровом виде выводятся на приборную панель.

• Цифровые одометры . Действуют на основе микроконтроллера. Самый современный прибор. Все необходимые показатели в данном случае считываются в цифровом формате. Чтобы произвести коррекцию такого одометра, потребуется применение специального оборудования. Цифровой одометр - часть бортового компьютера транспортного средства.

Погрешность одометра

Всем известно, что любые современные приборы в своей работе имеют какие-либо неточности. Существуют некоторые стандарты, допускающие погрешности. У механических девайсов, к примеру, допускается этот показатель в 5%. Если транспортное средство эксплуатируется в каких-либо жестких условиях, то цифра эта может увеличиваться до 15%. В таких случаях идет скидка на износ различных деталей, узлов транспортного средства (например, пробуксовку). Формально в этом случае происходит вращение колес (якобы происходит движение), но ведь путь в километрах не увеличивается.

Определенную погрешность в работе может показывать и одометр, и спидометр (разница между этими приборами теперь понятна). Также на показания прибора влияют различные зазоры, ослабление троса, плохое сцепление, слабые пружины. Электромеханические девайсы считывают сигналы, которые указывает контроллер скорости за определенный промежуток времени. В этих случаях погрешность более низкая, точность выше. Автомобили с электромеханическими приборами, даже очень старые, редко выдают погрешность более 5%. Цифровые приборы самые точные, здесь не задействованы механические связи. Если такие девайсы имеют погрешность, то это напрямую связано с износом колес.

Что такое спидометр

Спидометр - прибор, который измеряет движения транспортного средства. Показания счетчика выводятся в км/ч (километры в час) или - в Америке - милях в час. Спидометры бывают двух типов: механические (аналоговые), цифровые. Как действует и что показывает спидометр? У заднеприводного автомобиля спидометр ведет контроль вращения вторичного вала у коробки передач, в этом случае скорость рассчитывается по нему. Соответственно, показания скорости будут зависеть от размера шины, с заднего моста, а также от собственной погрешности прибора. У переднеприводных автомобилей скорость измеряется при помощи привода левого колеса. К погрешности спидометра добавляется закругление дороги. Мы рассмотрели выше одометр и спидометр (разница, для чего служат, принципы действия). Узнаем теперь причины погрешностей спидометра.

Почему врет спидометр

Если рассматривать спидометр автомобиля, догадаться нетрудно, почему же он врет. Почему показывает скорость превышенную? Во-первых, водитель имеет меньше шансов нарушить скоростной режим, получить штраф. Во-вторых, если бы спидометр указывал меньшую скорость от реальной, то, скорее всего, водители бы не переставали судиться с автопроизводителями, доказывая свою невиновность в превышении скорости. Обязательно ли спидометр должен врать? Дело в том, что этому прибору сложнее всех указывать суперточные показания, ведь скорость зависит от вращения колеса, от его диаметра, а это весьма нестабильный параметр.

Погрешность спидометра при скорости в 60 км/ч очень минимальна, ее практически нет. При скорости в 110 км/ч погрешность может составлять 5-10 км/ч. Если автомобиль развивает скорость до 200 км/ч, то среднее значение погрешности может составлять до 10%. Мы ответили на ваш вопрос «что такое одометр и спидометр». Разница теперь понятна. Подведем итоги. Все вышеперечисленное дает возможность сделать следующие выводы.

Одометр и спидометр: разница приборов

Как уже говорилось, не все автолюбители понимают разницу между двумя разными приборами - одометром и спидометром. Некоторых вводит в заблуждение то, что счетчик показаний пробега непосредственно вмонтирован в сам спидометр. Именно поэтому многие относят эту конструкцию к одному прибору. Что это такое - одометр и спидометр? Разница между функционалом очевидна. Путать эти приборы просто недопустимо. Если быть кратким, то:

• Спидометр показывает скорость движения транспортного средства.
• Одометр указывает пройденный путь в километрах.

Их функционал никак не взаимосвязан. Совмещение этих двух шкал на обуславливается всего лишь удобством для восприятия водителем. Впрочем, современные выводят эту информацию на дисплей среди основной информации.

Зачем скручивают пробег

«Скрутил спидометр, чтобы уменьшить пробег», - тоже неверное выражение среди автомобилистов. Мы рассказали, для чего служит и одометр, и спидометр. Разница и фото этих приборов указывают на то, что для уменьшения километража скручивают показания не спидометра, а именно одометра. Для чего это делают? Все оправдывают эти желания по-разному. Неисправность прибора, замена всей панели, езда на нестандартной резине. Если быть честным, то причина практически одна - все хотят «омолодить» свое транспортное средство. Часто это происходит при продаже автомобиля. Есть и те, кто хочет, наоборот, увеличить пробег. Зачастую это водители коммерческого транспорта, которые используют авто в служебных целях. Ведь очень часто расход топлива превышает допустимые бухгалтерией нормы, которые не учитывают амортизацию, износ транспортного средства. Для компенсации этих затрат водители и идут на такую хитрость, как увеличение пробега.

Спидометр определяет скорость машины, ведь глаз водителя «замыливается» – и немалые 100 км/ч кажутся черепашьим шагом. Расскажем что такое автомобильный спидометр, почему "врут" его показания и указывают большую скорость.

Что такое автомобильный спидометр?

Что показывает спидометр? 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 прибора.

На некоторых современных машинах вместо традиционного стрелочного спидометра появился цифровой прибор. Показания считываются удобнее, но всё же цифровой спидометр обладает некоторой инертностью. Например, очень сложно при езде по трассе со скоростью 120 км/ч быстро сбросить скорость авто до разрешенных 79 км/ч.
Спидометры переднеприводных авто измеряют скорость с помощью привода левого колеса. Значит, к погрешности спидометра и влиянию размера шины прибавляется эффект от закругления дороги: на поворотах влево «приборная скорость» чуть меньше, чем посередине машины, а вправо – чуть больше.

Почему "врет" спидометр?

Почему спидометр обязательно должен "врать"? Дело в том, что ему труднее быть точным, чем многим другим приборам. Ведь скорость движения обычно определяется по скорости вращения колеса. Эта скорость зависит от диаметра колеса, а это - параметр нестабильный.

Как сказываются шины нештатного размера на показания спидометра? Замена шин 185/60R14 на 195/55R15 или наоборот меняет показания спидометра на 2,5%. Немного? Вопрос в том, как эта ошибка сложится с погрешностью спидометра, как скажется износ шин, давление в них. Низкое давление также искажает показания спидометра.

Если спидометр автомобиля показывает скорость в милях в час, то как перевести в километры в час? Это касается машин из Америки, где изначально спидометры калибруются в милях в час. Считайте, что 1 миля равна 1,6 км. Значит, если спидометр показывает скорость 90 миль в час, 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.