Elektroninio spidometro greičio matavimas

Kaip tas mažas ekranas žino, kad važiuoji 90 km/h?

Vaikystėje stebėdavau tėčio automobilio prietaisų skydelį ir stengdavausi suprasti, kaip ta rodyklė ar skaičiai ekrane gali taip tiksliai parodyti, kokiu greičiu važiuojame. Atrodė kaip magija. Dabar, kai elektroniniai spidometrai tapo standartu beveik visuose automobiliuose, ta „magija” yra dar sudėtingesnė, bet kartu ir įdomesnė.

Elektroninis spidometras skiriasi nuo senųjų mechaninių tuo, kad jame nėra jokių trosų, besisukančių krumpliaračių ar magnetinių laukų, tiesiogiai veikiančių rodyklę. Vietoj to – jutikliai, elektros impulsai ir mikroprocesoriai, kurie per akimirką atlieka skaičiavimus ir parodo rezultatą. Bet kaip tiksliai tai vyksta?

Jutikliai – visa sistema prasideda čia

Šiuolaikiniuose automobiliuose greitis matuojamas naudojant kelis skirtingus jutiklius, bet dažniausiai tai yra Holo efekto jutikliai arba magnetiniai jutikliai, sumontuoti prie transmisijos arba tiesiogiai prie ratų. Šie jutikliai veikia labai paprastai – jie skaičiuoja, kiek kartų per sekundę sukasi tam tikra automobilio dalis.

Įsivaizduokite metalinį diską su išpjovomis arba magnetais, kuris sukasi kartu su ašimi ar transmisijos velenu. Kiekvieną kartą, kai magnetinis laukas arba metalas praeina pro jutiklį, generuojamas elektrinis impulsas. Kuo greičiau sukasi ratas ar velenėlis, tuo dažniau ateina šie impulsai. Tai kaip skaičiuoti, kiek kartų per minutę plaka širdis – tik čia skaičiuojame sukimus.

Moderniuose automobiliuose su ABS sistema dažniausiai naudojami ratų greičio jutikliai. Kiekvienas ratas turi savo jutiklį, kuris stebi sukimosi greitį. Tai ne tik leidžia tiksliai matuoti greitį, bet ir padeda stabdymo sistemai veikti, taip pat suteikia duomenų ESP ir kitoms saugos sistemoms.

Impulsų skaičiavimas ir matematika

Kai jutiklis siunčia impulsus į automobilio kompiuterį (ECU – Engine Control Unit arba specialų spidometro valdiklį), prasideda tikrasis darbas. Kompiuteris per tam tikrą laiko tarpą – paprastai per sekundę ar net trumpiau – suskaičiuoja, kiek impulsų gavo.

Tarkime, jutiklis generuoja 4000 impulsų per vieną rato apsisukimą. Jei per sekundę kompiuteris gauna 8000 impulsų, tai reiškia, kad ratas apsisuko du kartus per sekundę. Dabar belieka žinoti rato apskritimą (pavyzdžiui, 2 metrai), ir galime apskaičiuoti greitį.

Matematika čia gana paprasta:
– 2 apsisukimai per sekundę × 2 metrai = 4 metrai per sekundę
– 4 m/s × 3,6 = 14,4 km/h

Skaičius 3,6 čia naudojamas todėl, kad reikia konvertuoti metrus per sekundę į kilometrus per valandą. Tai standartinis perskaičiavimas, kurį automobilio kompiuteris atlieka akimirksniu.

Kodėl reikalinga kalibracija

Štai čia ir slypi įdomiausia dalis. Automobilio gamintojas turi tiksliai žinoti, kokio dydžio ratai bus montuojami, koks jų apskritimas, ir kiek impulsų generuoja jutiklis per vieną apsisukimą. Visa ši informacija programuojama į automobilio kompiuterį gamykloje.

Bet kas nutinka, jei pakeičiate padangas į kitokio dydžio? Pavyzdžiui, užuot naudoję 205/55 R16 padangas, sumontuojate 225/45 R17. Rato apskritimas pasikeis, o kompiuteris to nežinos. Jis ir toliau skaičiuos pagal senus parametrus, todėl spidometras rodys netiksliai.

Dėl šios priežasties daugelyje šalių yra leistina, kad spidometras rodo iki 10% daugiau nei tikrasis greitis, bet niekada negali rodyti mažiau. Tai saugos priemonė – geriau, kad vairuotojas mano važiuojantis greičiau nei iš tikrųjų, nei atvirkščiai.

Kai kuriuose automobiliuose galima perkalibruoti spidometrą, jei keičiate ratų dydį. Tai daroma per diagnostikos įrangą arba specialius meniu nustatymus. Profesionalūs mechanikai tai gali padaryti per kelias minutes.

Skaitmeninis ekranas prieš rodyklę

Elektroninis spidometras gali rodyti greitį dviem būdais – tradicine rodykle arba skaitmeniniu ekranu. Įdomu tai, kad net jei matote rodyklę, ji dažniausiai yra valdoma elektroniniu būdu, o ne mechaniškai.

Už rodyklės slypi mažas elektrinis varikliukas (step motor), kuris gauna signalą iš kompiuterio ir pastumia rodyklę į reikiamą padėtį. Kai kuriuose automobiliuose rodyklė juda sklandžiai, kituose – nedideliais šuoliukais. Tai priklauso nuo varikliuko tipo ir programavimo.

Skaitmeninis greičio rodymas LCD ar OLED ekrane yra tiesioginis – kompiuteris tiesiog atnaujina skaičių ekrane. Tokiuose ekranuose dažnai galima pasirinkti, kokiu tikslumu rodyti greitį – kas 1 km/h ar kas 5 km/h. Kai kurie vairuotojai mėgsta tikslumą, kiti renkasi paprastesnį vaizdą.

GPS spidometras – alternatyva ar papildymas

Šiuolaikiniai automobiliai vis dažniau naudoja GPS duomenis kaip papildomą greičio matavimo šaltinį. GPS spidometras veikia visiškai kitaip – jis neskaičiuoja ratų sukimosi, o tiesiog stebi, kaip greitai keičiasi jūsų pozicija žemėje.

GPS imtuvas gauna signalus iš kelių palydovų ir apskaičiuoja jūsų tikslią vietą kas kelias dešimtąsias sekundės. Palyginus dvi pozicijas ir žinant laiko tarpą tarp jų, nesunku apskaičiuoti greitį. Tai tas pats principas, kurį naudoja išmanieji telefonai su navigacijos programomis.

GPS spidometras turi privalumų – jis nėra priklausomas nuo ratų dydžio, padangų susidėvėjimo ar transmisijos tipo. Jis rodo tikrąjį greitį žemės atžvilgiu. Tačiau yra ir trūkumų: tuneliuose, miškuose ar tarp aukštų pastatų GPS signalas gali būti silpnas arba visai dingti. Be to, tikslumas priklauso nuo to, kiek palydovų mato imtuvas.

Daugelyje modernių automobilių sistema naudoja abu šaltinius – ir ratų jutiklius, ir GPS – bei juos lygina. Jei duomenys sutampa, viskas gerai. Jei skiriasi, sistema gali įspėti apie galimą problemą arba automatiškai pasirinkti patikimesnį šaltinį.

Tikslumas ir klaidos

Kalbant apie tikslumą, elektroniniai spidometrai paprastai yra tikslesni už senus mechaninius, bet ir jie nėra tobuli. Tipinė paklaida yra apie 2-5%, priklausomai nuo automobilio, greičio ir sąlygų.

Keletas dalykų, kurie gali įtakoti tikslumą:

**Padangų slėgis** – jei padangos nepakankamo slėgio, jų efektyvus skersmuo sumažėja, todėl jos greičiau sukasi. Spidometras rodys šiek tiek daugiau nei tikrasis greitis.

**Padangų susidėvėjimas** – naujos padangos turi didesnį apskritimą nei nuvalkiotos. Skirtumas gali siekti 2-3%, o tai reiškia, kad su nuvalkiotomis padangomis spidometras rodys mažiau nei tikrasis greitis.

**Temperatūra** – labai šaltomis sąlygomis guma susitraukia, o karštomis – išsiplečia. Tai taip pat šiek tiek keičia rato apskritimą.

**Probuoksavimas** – kai ratai slysta ant ledo ar purvo, jie sukasi greičiau nei automobilis juda. Spidometras gali rodyti didesnį greitį nei tikrasis.

Dėl visų šių priežasčių gamintojai paprastai programuoja spidometrus taip, kad jie rodytų šiek tiek daugiau. Tai vadinama „optimistine paklaida” ir yra legalu bei net rekomenduojama daugelyje šalių.

Ką daryti, jei spidometras rodo netiksliai

Jei įtariate, kad jūsų spidometras rodo netiksliai, yra keletas būdų tai patikrinti ir ištaisyti.

**GPS programėlė** – paprasčiausias būdas. Atsisiųskite bet kurią GPS greičio matavimo programėlę telefone ir palyginkite rodmenis. Važiuokite tiesiu keliu pastoviu greičiu ir stebėkite skirtumus. Atminkite, kad GPS taip pat turi paklaidą (paprastai ±2 km/h), todėl nedideli skirtumai yra normalūs.

**Kelio ženklai** – kai kuriuose greitkeliuose yra specialūs ženklai su atstumu tarp jų. Galite paskaičiuoti laiką, per kurį nuvažiuojate žinomą atstumą, ir apskaičiuoti tikrąjį greitį.

**Servise** – profesionalus patikrinimas ant stendo, kur ratai sukasi ant specialių volelių, o tikslūs jutikliai matuoja tikrąjį greitį. Tai pats tiksliausias metodas.

Jei paaiškėja, kad spidometras tikrai rodo netiksliai (daugiau nei 5-7% skirtumas), galimos priežastys:

– Netinkamo dydžio ratai ar padangos
– Sugadęs greičio jutiklis
– Problema automobilio kompiuteryje
– Neteisingi kalibravimo duomenys

Pirmąją problemą galite išspręsti patys – tiesiog sumontuokite tinkamo dydžio ratus. Kitas problemas turėtų spręsti specialistai servise. Jutiklio keitimas paprastai nėra brangus, o programinė kalibracija gali kainuoti nuo 20 iki 100 eurų, priklausomai nuo automobilio.

Kai greitis tampa informacija

Šiuolaikiniuose automobiliuose spidometras – tai ne tik greičio rodymo prietaisas. Duomenys apie greitį naudojami daugybėje sistemų: adaptyvus greičio palaikymas (cruise control), susidūrimo prevencijos sistemos, juostos išlaikymo asistentas, automatinis avarinis stabdymas – visos šios sistemos remiasi tiksliais greičio matavimais.

Be to, greičio duomenys įrašomi į automobilio atmintį. Jei įvyksta avarija, juodoji dėžė (EDR – Event Data Recorder) išsaugo informaciją apie greitį prieš smūgį. Tai gali būti svarbu tiriant įvykio aplinkybes.

Kai kurie automobiliai net siunčia greičio duomenis į gamintoją (jei sutikote su telemetrija). Tai leidžia analizuoti vairavimo įpročius, optimizuoti degalų suvartojimą ir net nustatyti, ar automobilis buvo naudojamas netinkamai.

Taigi tas mažas skaičius ar rodyklė prietaisų skydelyje – tai tik viršūnė ledkalnio. Po ja slypi sudėtinga elektroninė sistema, kuri ne tik matuoja greitį, bet ir dalijasi šia informacija su dešimtimis kitų automobilio sistemų. Ir visa tai vyksta šimtus kartų per sekundę, kol jūs ramiai sėdite prie vairo ir galvojate apie vakarienes meniu.

Elektroninis spidometras puikiai iliustruoja, kaip šiuolaikiniai automobiliai tapo sudėtingais kompiuteriais ant ratų. Tai, kas kadaise buvo paprasta mechaninė sistema su trosu ir magnetais, dabar yra pažangus skaičiavimo įrenginys, kuris ne tik rodo greitį, bet ir padeda saugiai vairuoti.