Почему спидометр нам врет?

Ваш автомобиль всегда едет медленнее, чем показывает стрелка спидометра. Эта погрешность есть у всех машин: от старых «Жигулей» до новейших Tesla. Рассказываем, кто заставил автоконцерны пойти на этот обман и почему ваша реальная скорость всегда ниже, чем на стрелке.

Почему спидометр автомобиля всегда завышает скорость 

Первые серийные автомобили вроде легендарного Oldsmobile Curved Dash 1901 года выпускались без приборов контроля скорости. В них не было практической необходимости: зачем измерять скорость, если любой задорный конь легко мог обогнать ваш самодвижущийся экипаж? Мощность первых двигателей составляла около 4–5 лошадиных сил, а максимальная скорость редко превышала 30 км/ч.

Но прогресс летел вперед, моторы мощнели, и в 1902 году немецкий инженер Отто Шульце запатентовал механический спидометр: гибкий тросик шел напрямую от коробки передач к панели, крутил магнит, а тот отклонял стрелку. К 1910 году он стал обязательным стандартом для всех автомобилей. 

Oldsmobile Curved Dash 1901 года. Фото cars.bonhams.com

А потом на дорогах появились первые полицейские радары. Из-за износа деталей, растяжения тросика или ослабления пружины спидометр со временем начинал не завышать, а занижать скорость. Водитель был уверен, что соблюдает правила, но попадался на радар, получал штраф или, что хуже, улетал в кювет на опасном повороте. Суды были завалены исками в духе «Я разбился, потому что моя машина скрыла от меня правду!». Поняв, что честность обходится слишком дорого, автопроизводители обратились к международным регуляторам и пролоббировали закон, который навсегда запретил спидометрам говорить правду.

Так 20 ноября 1978 года в силу вступило Правило ЕЭК ООН №39. Главная формула закона: истинная скорость машины никогда и ни при каких условиях не должна быть выше показаний спидометра. В обратную сторону – пожалуйста. Европейские чиновники даже вывели официальную формулу допустимой погрешности:

0 ≤ скорость по спидометру – реальная скорость ≤ 0,1 ⋅ реальная скорость + 4 км/ч

При реальной скорости в 100 км/ч спидометр имеет полное юридическое право показать вам 114 км/ч. В среднем же большинство гражданских автомобилей накидывают от 4% до 10% к вашей реальной скорости.

Фото uk.haynes.com

Физика и геометрия: как машина считает скорость

Но даже без нормативных требований ЕЭК ООН спидометр всё равно бы ошибался. Конструкция автомобиля не предусматривает прямого измерения скорости движения относительно дорожного полотна. Бортовая система рассчитывает этот показатель косвенно – путем подсчета частоты вращения вторичного вала коробки передач или сигналов от колесных датчиков антиблокировочной системы (ABS).

На этапе проектирования инженеры берут за основу эталонный внешний диаметр колеса. Бортовой компьютер программируется исходя из фиксированной длины окружности шины: один полный оборот условно приравнивается к пройденной дистанции в метрах. Однако в реальных условиях эксплуатации геометрия колеса постоянно меняется под воздействием внешних факторов.

Износ протектора. По мере истирания рисунка протектора до критических значений внешний диаметр колеса уменьшается в среднем на 1–1,5 сантиметра. Из-за этого уменьшается и фактическая длина окружности шины. И чтобы преодолеть то же расстояние, колесу требуется совершить больше оборотов. Датчики фиксируют возросшую частоту вращения, и блок управления отображает на панели завышенную скорость, хотя реальный темп движения автомобиля падает.

Фото telletire.com

Падение давления в шинах. Снижение давления в шине приводит к деформации ее профиля под весом автомобиля. В результате уменьшается так называемый динамический радиус колеса – расстояние от центра ступицы до поверхности дороги. Как и в случае с износом протектора, колесо начинает вращаться быстрее, что искусственно завышает показания спидометра относительно фактической скорости. 

Изменение размерности дисков и шин. Установка нештатных колес большего диаметра (например, переход с дисков R15 на R17 с высоким профилем шины) увеличивает фактическую длину окружности колеса. За один оборот автомобиль начинает преодолевать большую дистанцию, чем заложено в алгоритме бортового компьютера. В этой ситуации спидометр начинает занижать реальную скорость. И при отображении на приборной панели допустимых 75 км/ч фактическая скорость автомобиля может составлять около 83 км/ч, что приводит к незапланированному нарушению скоростного режима и штрафам.

Фото toyotires.eu

Спутниковая навигация против штатных приборов: почему GPS точнее

Если спидометр на панели бессовестно врет, то где искать истину? Альтернативным и более точным источником данных о скорости автомобиля выступают гражданские системы спутниковой навигации (GPS / ГЛОНАСС), модули которых встроены в современные смартфоны, навигаторы и видеорегистраторы.

Высокая точность спутникового метода обусловлена иным алгоритмом расчета. В отличие от штатного автомобильного спидометра, GPS-приемник не связан с трансмиссией или колесами. На его показания не влияют износ протектора, падение давления в шинах, изменение размера дисков или нормативные требования ЕЭК ООН. Прибор непрерывно определяет пространственные координаты автомобиля на основе сигналов от орбитальных спутников и рассчитывает скорость как пройденное расстояние, деленное на время перемещения из точки А в точку Б.

Фото sygic.com

Но несмотря на технологическое преимущество, гражданские GPS-системы имеют ряд конструктивных ограничений, о которых важно помнить:

• задержка обновления данных. Большинство стандартных GPS-чипов работают на частоте 1 Гц, то есть обновляют координаты раз в секунду. И при резком ускорении или интенсивном торможении навигатор отображает скорость с секундным опозданием. В режиме рваной городской езды навигатор всегда будет опаздывать за реальностью; 

• уязвимость к экранированию сигнала («городские каньоны»). Для корректного расчета координат приемнику необходим прямой оптический контакт как минимум с четырьмя спутниками. В тоннелях, на подземных паркингах, под массивными эстакадами или среди плотной высотной застройки мегаполисов сигнал искажается или полностью теряется. В такие моменты алгоритмы навигатора могут сбоить, фиксируя ложные резкие скачки скорости или «зависание» текущих показаний;
• рельеф имеет значение. Стандартные навигационные программы плохо считают вертикальные углы. При движении по дорогам с крутым уклоном (на затяжных спусках, подъемах или горных перевалах) спутник может посчитать вашу скорость некорректно, так как для него вы перемещаетесь по плоской карте.

Технические неисправности: когда спидометр искажает данные

Одно дело, когда машина льстит вашему самолюбию и накидывает лишние 5 км/ч ради безопасности. Совсем другое – когда прибор начинает сходить с ума. 

Фото english.elpais.com

Есть 4 основные инженерные и эксплуатационные причины сбоев в работе спидометра. 

Отказ датчиков фиксации скорости. В современных автомобилях за измерение скорости отвечают датчики ABS (расположенные на ступицах колес) или датчик скорости на картере коробки передач. При налипании мелкой грязи, попадании металлической стружки на магнитный элемент или окислении электрических контактов передача импульсов нарушается. В результате стрелка спидометра либо падает на нулевую отметку, либо начинает хаотично колебаться.

Нарушение целостности проводки и падение напряжения. Повреждение сигнального провода или потеря надежного контакта с кузовом автомобиля («массой») вызывает сбои в бортовой электросети. Из-за некорректного распределения напряжения спидометр может реагировать на включение сторонних потребителей энергии: при активации фар дальнего света, аудиосистемы или указателей поворота прибор начинает мгновенно завышать или занижать показания.

Механический износ приборной панели. В электронно-механических приборах за перемещение стрелок отвечают миниатюрные шаговые электродвигатели. Со временем их пластиковые шестерни истираются, а заводская смазка теряет свойства и засыхает. Это приводит к механическому блокированию (залипанию) стрелки: автомобиль может полностью остановиться, в то время как приборная панель продолжит отображать высокую скорость.

Фото jdpower.com

Деградация механического привода (для ретроавтомобилей). В возрастных автомобилях гибкий металлический тросик привода со временем растягивается, прокручивается в посадочных местах или рвется. Первичным симптомом износа вала или истирания пластиковых шестерен редуктора становится непрерывное дрожание стрелки на малых скоростях, после чего прибор полностью выходит из строя.

Помните: заводская погрешность всегда работает в пользу водителя, искусственно завышая скорость. Технические неисправности, напротив, ведут к опасному занижению реальных цифр. Вы будете свято уверены, что катитесь 60 км/ч под камеру, хотя на самом деле под колесами будут все 85 км/ч.