Instrument tabla u vašem automobilu organizuje niz senzora i merača, uključujući merač pritiska ulja, merač temperature rashladne tečnosti, merač nivoa goriva, tahometar i još mnogo toga. Ali najistaknutiji merač — i možda najvažniji, barem u pogledu toga koliko puta ga pogledate dok vozite — je brzinomer.
Zadatak brzinomera je da pokaže brzinu vašeg automobila u miljama na sat, kilometrima na sat ili u oba. Analogni brzinomeri koriste kazaljku da ukažu na određenu brzinu, koju vozač čita kao broj odštampan na brojčaniku.
Prvi brzinomeri su bili skupi i dostupni samo kao opcija. Tek 1910. godine proizvođači automobila su počeli da uključuju brzinomer kao standardnu opremu. Jedan od prvih dobavljača brzinomera bio je Otto Schulze Autometer (OSA), nasledna kompanija Siemens VDO Automotive AG, jednog od vodećih proizvođača modernih instrument tabla. Prvi OSA brzinomer je napravljen 1923. godine i njegov osnovni dizajn se nije značajno menjao 60 godina. U ovom članku ćemo pogledati istoriju brzinomera, kako oni rade i koju budućnost može imati dizajn brzinomera.
Vrste brzinomera
Postoje dve vrste brzinomera: elektronski i mehanički. Pošto je elektronski brzinomer relativno nov izum — prvi potpuno elektronski brzinomer se pojavio tek 1993. — ovaj članak će se prvenstveno fokusirati na mehanički brzinomer ili brzinomer sa vrtložnim strujama.
Oto Šulce, pronalazač iz Nemačke, podneo je prvi patent za brzinomer sa vrtložnim strujama 1902. Šulce je zamislio revolucionarni uređaj kao rešenje za rastući problem. Ne samo da su automobili postajali sve popularniji, već su i putovali brže. Prosečna maksimalna brzina automobila neposredno posle prelaza u 20. vek bila je 50 kilometara na sat, sporo po današnjim standardima, ali veoma brzo u vreme kada se veći deo sveta još uvek kretao laganim tempom konjske zaprege. Kao rezultat toga, ozbiljne nesreće su počele dramatično da se povećavaju.
Šulceov izum omogućio je vozačima da vide tačno koliko brzo putuju i da u skladu s tim izvrše podešavanja. Istovremeno, mnoge zemlje su uspostavile ograničenja brzine i koristile policajce da ih sprovedu. Rana rešenja su zahtevala da automobili imaju brzinomere sa dva točkića – mali brojčanik za vozača i mnogo veći brojčanik montiran kako bi policija mogla da ga očita sa udaljenosti.
Delovi brzinomera vrtložne struje
Pre nego što pogledamo u brzinomer, biće korisno da pregledamo kako automobil uopšte funkcioniše. Osnovni proces je opisan u nastavku:
- Klipni motori koriste energiju iz goruće mešavine goriva i vazduha da pomeraju klip gore-dole u cilindru.
- Ovo povratno kretanje klipova se pretvara u rotaciono kretanje radilice.
- Radilica okreće zamajac.
- Menjač prenosi snagu sa zamajca i usmerava je, preko pogonskog vratila, do točkova.
- Menjač ima različite brzine za kontrolu brzine okretanja točkova.
- Kako se točkovi okreću, oni izazivaju kretanje automobila.
Da biste izmerili brzinu automobila, morate biti u stanju da izmerite brzinu rotacije ili točkova ili menjača i pošaljete tu informaciju na neku vrstu merača. U većini automobila merenje se odvija u menjaču. A posao merenja brzine rotacije koju generiše prenos pada na nešto što se zove pogonski kabl.
Pogonski kabl se sastoji od više međusobno postavljenih, čvrsto namotanih, spiralnih opruga omotanih oko središnje žice, ili trna. Zbog svoje konstrukcije, pogonski kabl je veoma fleksibilan i može se saviti, bez loma, do veoma malog radijusa. Ovo je zgodno jer sajla mora da se provuče od menjača do instrument table, u kojoj se nalazi brzinomer. Povezan je sa setom zupčanika u menjaču, tako da kada se vozilo kreće, zupčanici okreću trn unutar fleksibilnog vratila. Trn zatim saopštava brzinu rotacije prenosa niz dužinu kabla do „radnog kraja“ brzinomera – gde se zapravo vrši merenje brzine.
Brzinomer ima i druge važne delove. Pogonski kabl se, preko spiralnog zupčanika, pričvršćuje na trajni magnet. Magnet se nalazi unutar metalnog komada u obliku čaše poznatog kao čaša za brzinu. Čaša za brzinu je pričvršćena za iglu, koja se drži na mestu pomoću opruge. Igla je vidljiva u kokpitu automobila, kao i lice brzinomera, koje prikazuje raspon brojeva od nule do gornje granice koja može da varira u zavisnosti od marke i modela.
Brzinomeri se često kombinuju sa odometrima i odometrima puta. Odometar registruje ukupnu udaljenost koju pređe vozilo. Odometri takođe mere pređenu udaljenost, ali ih vozač može resetovati na nulu. Proizvođači obično dizajniraju mehaničke brzinomere tako da 1.000 obrtaja fleksibilne osovine registruju jedan kilometar na brojaču kilometara. Tahometri su slični brzinometrima po tome što mere ugaonu brzinu rotirajuće osovine. Tahometri odražavaju brzinu motora, što znači da mere brzinu rotacije radilice. Oni označavaju brzinu motora u obrtajima u minuti ili o/min.
Brzinomer vrtložne struje
Recimo da se auto kreće konstantnom brzinom. To znači da se njegov menjač i pogonsko vratilo okreću brzinom koja odgovara brzini vozila. To takođe znači da se trn u pogonskom kablu brzinomera — jer je povezan sa menjačem preko seta zupčanika — takođe rotira istom brzinom. I, konačno, trajni magnet na drugom kraju pogonskog kabla se rotira.
Dok se magnet okreće, on stvara rotirajuće magnetno polje, stvarajući sile koje deluju na čašu za brzinu. Ove sile uzrokuju da električna struja teče u čaši u malim rotirajućim vrtlozima, poznatim kao vrtložne struje. U nekim primenama, vrtložne struje predstavljaju izgubljenu snagu i stoga su nepoželjne. Ali, u slučaju brzinomera, vrtložne struje stvaraju obrtni moment koji radi na čaši za brzinu. Čaša i njena igla se okreću u istom smeru u kome se okreće magnetno polje – ali samo onoliko koliko to dlaka dozvoljava. Igla na čaši za brzinu se zaustavlja gde suprotna sila opruge uravnotežuje silu koju stvara obrtni magnet.
Šta ako automobil poveća ili smanji brzinu? Ako automobil putuje brže, trajni magnet unutar čaše za brzinu će se rotirati brže, što stvara jače magnetno polje, veće vrtložne struje i veći otklon igle brzinomera. Ako automobil usporava, magnet unutar čaše se sporije rotira, što smanjuje jačinu magnetnog polja, što rezultira manjim vrtložnim strujama i manjim otklonom igle. Kada se automobil zaustavi, opruga drži iglu na nuli.
Elektronski brzinomer
Elektronski brzinomer prima podatke od senzora brzine vozila (VSS), a ne od pogonskog kabla. VSS je montiran na izlaznu osovinu menjača ili na radilicu i sastoji se od zupčastog metalnog diska i stacionarnog detektora koji pokriva magnetni kalem. Dok se zubi kreću pored zavojnice, oni “prekidaju” magnetno polje, stvarajući niz impulsa koji se šalju računaru. Za svakih 40.000 impulsa VSS-a, broj puta i ukupni broj kilometara se povećavaju za jednu milju ili jedan kilometar. Brzina se takođe određuje iz frekvencije ulaznog impulsa. Elektronika kola u automobilu je dizajnirana da prikaže brzinu ili na digitalnom ekranu ili na tipičnom analognom sistemu sa iglom i točkićem.
Kalibracija brzinomera
Svi brzinomeri moraju biti kalibrisani kako bi bili sigurni da obrtni moment koji stvara magnetno polje tačno odražava brzinu automobila. Ova kalibracija mora uzeti u obzir nekoliko faktora, uključujući odnose zupčanika u pogonskoj sajli, krajnji prenosni odnos u diferencijalu i prečniku gume. Svi ovi faktori utiču na ukupnu brzinu vozila. Uzmite, na primer, veličinu gume. Kada osovina napravi jedan potpuni okret, guma sa kojom je povezana napravi jedan potpuni obrt. Ali guma većeg prečnika će putovati duže od točka manjeg prečnika. To je zato što je rastojanje koje guma pređe u jednom obrtaju jednako njenom obimu. Dakle, guma prečnika 20 inča će pokriti oko 62,8 inča tla u jednom obrtu. Guma prečnika 30 inča će pokriti više tla – oko 94,2 inča.
Kalibracija se prilagođava ovim varijansama i vrši je proizvođač, koji podešava brzinu merača brzine tako da odgovara fabrički instaliranom odnosu prstena i zupčanika i veličini gume. Vlasnik automobila će možda morati ponovo da kalibriše brzinomer ako izvrši promene zbog kojih vozilo ispadne iz fabričkih specifikacija (pogledajte bočnu traku ispod). Ponovno kalibrisanje brzinomera može se izvršiti manipulacijom oprugom, trajnim magnetom ili oboje. Generalno, jačina magnetnog polja je promenljiva i najlakše se menja. Ovo zahteva snažan elektromagnet, koji se može koristiti za podešavanje jačine trajnog magneta u brzinomeru dok se igla ne poklopi sa ulazom iz rotirajućeg pogonskog kabla.
Preciznost brzinomera
Nijedan brzinomer ne može biti 100 posto tačan. U stvari, većina proizvođača pravi brzinomere tako da spadaju u prilično uski raspon tolerancije, ne više od 1 do 5 procenata presporo ili prebrzo. Sve dok se automobil održava na fabričkim specifikacijama, njegov brzinomer bi trebalo da nastavi da registruje brzinu vozila unutar ovog opsega. Ali, ako je automobil modifikovan, njegov brzinomer će možda morati da se ponovo kalibriše.
Promena veličine guma je jedna od najčešćih stvari koje rade vlasnici automobila koja može uticati na tačnost brzinomera. To je zato što veće gume pokrivaju više terena u jednoj potpunoj revoluciji. Razmotrite primer u nastavku.
Vaš automobil dolazi sa fabrički ugrađenim gumama prečnika 21,8 inča. To znači da je obim svake gume 68,5 inča. Sada recimo da želite da zamenite osnovne gume novim gumama prečnika 24,6 inča. Svaka nova guma ima obim od 77,3 inča, što znači da putuje skoro 10 inča dalje sa svakim kompletnim obrtajem. Ovo ima ogroman uticaj na vaš brzinomer, koji će sada pokazati brzinu koja je prespora za skoro 13 procenata. Kada vaš brzinomer očitava 60 milja na sat, vaš automobil će zapravo putovati 67,7 milja na sat!
Budućnost dizajna brzinomera
Jedan od velikih nedostataka ranih grupa instrumenata bila je lokacija. Vozač je morao da pogleda dole da bi video brojčanike, skidajući pogled sa puta na najmanje jednu sekundu. U toj jednoj sekundi, automobil putuje oko 14 metar ako se kreće brzinom od 50 kilometara na sat.
Siemens VDO je 2003. godine razvio head-up displej projektovan na vetrobransko staklo pomoću ogledala. Vozaču se čini da ovaj ekran lebdi iznad haube motora, udaljen oko 1,8 metara. Brzina vozila je jedan od ključnih elemenata displeja, ali takođe sadrži bilo koji element koji se nalazi u normalnoj instrument tabli. Takođe može da integriše pomagala za orijentaciju koja koriste slike sa infracrvenih kamera za otkrivanje i prikaz obrisa puta ispred. Za tehnologiju koja datira skoro 100 godina unazad, to je bila značajna promena na bolje.
Mr. D. Tovarišić
GARAŽA 