سرعتسنج (Speedometer) یکی از مهمترین ابزارهای موجود در صفحه آمپر خودرو است که وظیفه دارد سرعت خودرو را بر حسب مایل بر ساعت (mph)، کیلومتر بر ساعت (km/h) یا هر دو نمایش دهد. در مدلهای آنالوگ، عقربه روی صفحه مدرج قرار میگیرد و راننده با نگاه به آن سرعت را میخواند.
تاریخچه مختصر سرعتسنج
- نخستین سرعتسنجها گرانقیمت بودند و بهصورت آپشن عرضه میشدند.
- از سال ۱۹۱۰ نصب سرعتسنج به تجهیز استاندارد خودروها تبدیل شد.
- شرکت Otto Schulze Autometer (OSA) یکی از اولین سازندگان سرعتسنج بود. مدل اولیه آن در سال ۱۹۲۳ ساخته شد و طراحی مکانیکی آن تا حدود ۶۰ سال بدون تغییر اساسی باقی ماند.
مخترع آلمانی اتو شولز (Otto Schulze) در سال ۱۹۰۲ اولین ثبت اختراع برای سرعتسنج جریان گردابی (Eddy-Current Speedometer) را انجام داد. در آن زمان در اوایل قرن بیستم، خودروها سرعتی در حدود ۳۰ مایل بر ساعت داشتند که نسبت به حرکت با اسب، بسیار سریع بود و همین باعث افزایش چشمگیر تصادفات شد. اختراع شولز به رانندگان کمک کرد سرعت خود را دقیقاً بدانند و بر اساس آن، رانندگی ایمنتری داشته باشند.
در برخی کشورها، حتی سرعتسنج با دو صفحه ساخته میشد: یکی کوچک برای راننده و دیگری بزرگ برای مشاهده پلیس از دور.
اجزای سرعتسنج جریان گردابی (Eddy-Current Speedometer)
پیش از توضیح عملکرد، مسیر انتقال نیرو در خودرو را مرور کنیم:
- موتور پیستونی سوخت و هوا را میسوزاند و پیستونها را بالا و پایین میبرد.
- حرکت خطی پیستونها توسط میللنگ (Crankshaft) به حرکت دورانی تبدیل میشود.
- میللنگ فلایویل (Flywheel) را میچرخاند.
- گیربکس قدرت را از فلایویل گرفته و از طریق میلگاردان (Driveshaft) به چرخها میفرستد.
- چرخها با دوران خود خودرو را حرکت میدهند.
نقطه اندازهگیری سرعت معمولاً در گیربکس قرار دارد و مسئول انتقال این داده به صفحه آمپر، کابل انتقال (Drive Cable) است.
کابل انتقال
- ساخته شده از فنرهای مارپیچ فلزی دور یک سیم مرکزی (Mandrel).
- انعطافپذیر بوده و میتواند مسیر پرپیچوخم بین گیربکس و صفحه ابزار را طی کند.
- با حرکت خودرو، مجموعه دندههای داخلی گیربکس کابل را میچرخانند و این دوران به بخشهای داخلی سرعتسنج منتقل میشود.
بخشهای اصلی مکانیزم
- مغناطیس دائم متصل به انتهای کابل؛ با چرخش کابل، مغناطیس هم میچرخد.
- کاپ سرعت (Speed Cup): قطعه فلزی فنجانمانند که داخل مغناطیس قرار دارد.
- عقربه سرعتسنج: به کاپ متصل و توسط فنر ظریف (Hairspring) در حالت تعادل نگهداشته میشود.
- صفحه نمایش: اعداد مدرج از صفر تا حد بالای سرعت خودرو.
عملکرد جریان گردابی
حالت ثابت سرعت:
- با چرخش مغناطیس دائم، میدان مغناطیسی دوّاری ایجاد میشود.
- این میدان جریانهای الکتریکی چرخشی کوچکی به نام Eddy Currents (جریان گردابی) در دیواره کاپ سرعت تولید میکند.
- جریان گردابی گشتاور مقاوم (Drag Torque) ایجاد کرده و کاپ را میچرخاند.
- فنر موئی نیروی عکس ایجاد میکند و عقربه در نقطه تعادل بین دو نیرو قرار میگیرد که همان عدد سرعت را نشان میدهد.
تغییر سرعت:
- افزایش سرعت → چرخش سریعتر مغناطیس → میدان قویتر → جریان گردابی بیشتر → انحراف بیشتر عقربه.
- کاهش سرعت → چرخش کندتر → جریان و میدان ضعیفتر → انحراف کمتر عقربه.
- توقف خودرو → فنر موئی عقربه را به صفر بازمیگرداند.
سرعتسنج الکترونیکی (Electronic Speedometer)
- به جای کابل مکانیکی از سنسور سرعت خودرو (Vehicle Speed Sensor – VSS) استفاده میکند.
- VSS معمولاً به شفت خروجی گیربکس (محور خروجی) یا میللنگ متصل است و شامل دیسک دندانهدار فلزی و حسگر ثابت دارای سیمپیچ مغناطیسی میباشد.
- عبور دندانهها از مقابل حسگر، میدان مغناطیسی را قطع میکند و پالس الکتریکی ایجاد میشود.
- هر مقدار مشخصی از پالسها (مثل ۴۰هزار پالس) برابر با یک مایل حرکت است.
- کامپیوتر خودرو فرکانس پالسها را به سرعت تبدیل کرده و روی صفحه دیجیتال یا با عقربه نمایش میدهد.
کالیبراسیون سرعتسنج
برای تطابق گشتاور ناشی از میدان مغناطیسی با سرعت واقعی، کالیبراسیون لازم است. عوامل موثر:
- نسبت دندههای کابل انتقال و دیفرانسیل
- قطر لاستیکها
مثال اثر قطر لاستیک:
- قطر ۲۱٫۸ اینچ → محیط ۶۸٫۵ اینچ
- قطر ۲۴٫۶ اینچ → محیط ۷۷٫۳ اینچ
- اختلاف محیط ~ ۱۰ اینچ در هر دور → سرعت واقعی ~ ۱۳٪ بیشتر از عدد نمایش داده شده.
- در این حالت وقتی سرعتسنج ۶۰ mph نشان میدهد، خودرو در حقیقت ~ ۶۷٫۷ mph حرکت میکند.
کالیبراسیون از سوی کارخانه انجام میشود ولی در صورت تغییر مشخصات فنی خودرو (مانند تغییر قطر لاستیک)، باید مجدد تنظیم شود.
دقت سرعتسنج
هیچ سرعتسنجی ۱۰۰٪ دقیق نیست. بیشتر سازندگان محدوده خطای ۱ تا ۵ درصد را مجاز میدانند. در خودروهایی با مشخصات کارخانهای، خطا در همین محدوده میماند، ولی تغییرات بعدی مانند استفاده از لاستیک بزرگتر باعث انحراف قابل توجه میشود.
آینده طراحی سرعتسنج
یکی از معایب سرعتسنجهای سنتی، محل قرارگیری پایین آن است که راننده را مجبور به نگاه کردن از جاده به صفحه آمپر میکند. شرکت Siemens VDO در سال ۲۰۰۳ یک نمایشگر سر بالا (Head-Up Display – HUD) توسعه داد که اطلاعات سرعت را روی شیشه جلو، حدود ۶ فوت جلوی دید راننده، با آینهها بازتاب میکند.
HUD میتواند همه دادههای صفحه آمپر را نشان دهد و حتی با استفاده از دوربین مادونقرمز، مسیر و موانع جاده را بهصورت نمای گرافیکی روی شیشه نمایش دهد. این پیشرفتی بزرگ برای فناوریای است که قدمتی نزدیک به یک قرن دارد.
