Velocímetro

Un velocímetro o velocímetro es un indicador que mide y muestra la velocidad instantánea de un vehículo. Ahora universalmente instalados en los vehículos de motor, comenzaron a estar disponibles como opciones a principios del siglo XX y como equipo estándar a partir de 1910 aproximadamente. Otros vehículos pueden utilizar dispositivos análogos al velocímetro con diferentes medios para detectar la velocidad, por ejemplo. los barcos utilizan un registro de foso, mientras que los aviones utilizan un indicador de velocidad del aire.

A Charles Babbage se le atribuye la creación de uno de los primeros tipos de velocímetro, que normalmente se instalaba en las locomotoras.

El velocímetro eléctrico fue inventado por el croata Josip Belušić en 1888 y originalmente se llamaba velocímetro.

Operación

El velocímetro fue patentado originalmente por Josip Belušić (Giuseppe Bellussich) en 1888. Presentó su invento en la Exposición Universal de 1889 en París. Su invento tenía un puntero y un imán, y utilizaba electricidad para funcionar. El inventor alemán Otto Schultze patentó su versión (que, como la de Belušić, funcionaba con corrientes parásitas) el 7 de octubre de 1902.

Mecánico

Muchos velocímetros utilizan un cable flexible giratorio impulsado por un engranaje vinculado a la transmisión del vehículo. Sin embargo, los primeros Volkswagen Beetle y muchas motocicletas utilizan un cable accionado desde una rueda delantera.

Algunos de los primeros velocímetros mecánicos funcionaban según el principio del regulador en el que un peso giratorio que actuaba contra un resorte se movía más hacia afuera a medida que aumentaba la velocidad, similar al regulador utilizado en las máquinas de vapor. Este movimiento fue transferido al puntero para indicar la velocidad.

A esto le siguió el velocímetro cronométrico, donde la distancia recorrida se medía en un intervalo de tiempo preciso (algunos velocímetros Smiths usaban 3/4 de segundo) medido por un escape. Esto fue transferido al puntero del velocímetro. El velocímetro cronométrico tolera las vibraciones y se utilizaba en motocicletas hasta los años 1970.

El velocímetro eléctrico fue inventado por el croata Josip Belušić en 1888 y originalmente se llamaba velocímetro.

Cuando el vehículo está en movimiento, un conjunto de engranajes del velocímetro hace girar un cable del velocímetro, que luego hace girar el mecanismo del velocímetro. Un pequeño imán permanente fijado al cable del velocímetro interactúa con una pequeña copa de aluminio (llamada speedcup) unida al eje del puntero del velocímetro analógico. A medida que el imán gira cerca de la copa, el campo magnético cambiante produce una corriente parásita en la copa, que a su vez produce otro campo magnético. El efecto es que el imán ejerce un torque sobre la copa, "arrastrando" éste, y por tanto la aguja del velocímetro, en el sentido de su rotación sin conexión mecánica entre ellos.

El eje del puntero se mantiene hacia cero mediante un resorte de torsión fino. El par sobre la copa aumenta con la velocidad de rotación del imán. Por lo tanto, un aumento en la velocidad del automóvil girará la copa y el puntero del velocímetro contra el resorte. La copa y el puntero girarán hasta que el par de las corrientes parásitas en la copa se equilibren con el par opuesto del resorte, y luego se detendrán. Dado que el par en la copa es proporcional a la velocidad del automóvil, y la deflexión del resorte es proporcional al par, el ángulo del puntero también es proporcional a la velocidad, de modo que los marcadores igualmente espaciados en el El dial se puede utilizar para intervalos de velocidad. A una velocidad determinada, el puntero permanecerá inmóvil y señalará el número apropiado en el dial del velocímetro.

El resorte de retorno está calibrado de manera que una velocidad de revolución dada del cable corresponde a una indicación de velocidad específica en el velocímetro. Esta calibración debe tener en cuenta varios factores, incluidas las relaciones de los engranajes del eje de cola que impulsan el cable flexible, la relación de transmisión final en el diferencial y el diámetro de los neumáticos impulsados.

Una de las principales desventajas del velocímetro de corrientes parásitas es que no puede mostrar la velocidad del vehículo cuando se circula en marcha atrás, ya que la copa giraría en la dirección opuesta; en este escenario, la aguja sería impulsada contra su pasador de tope mecánico. en la posición cero.

Electrónica

Muchos velocímetros modernos son electrónicos. En diseños derivados de modelos anteriores de corrientes parásitas, un sensor de rotación montado en la transmisión entrega una serie de pulsos electrónicos cuya frecuencia corresponde a la velocidad de rotación (promedio) del eje de transmisión y, por lo tanto, a la velocidad del vehículo, suponiendo que las ruedas tener tracción total. El sensor suele ser un conjunto de uno o más imanes montados en el eje de salida o (en transejes) en la corona del diferencial, o en un disco metálico dentado colocado entre un imán y un sensor de campo magnético. A medida que la pieza en cuestión gira, los imanes o dientes pasan por debajo del sensor, produciendo cada vez un pulso en el sensor que afecta la fuerza del campo magnético que está midiendo. Alternativamente, especialmente en vehículos con cableado multiplex, algunos fabricantes utilizan los impulsos provenientes de los sensores de rueda del ABS que se comunican con el panel de instrumentos a través del bus CAN. La mayoría de los velocímetros electrónicos modernos tienen la capacidad adicional, sobre el tipo de corrientes parásitas, de mostrar la velocidad del vehículo cuando se mueve en marcha atrás.

Una computadora convierte los pulsos a una velocidad y muestra esta velocidad en una aguja de estilo analógico controlada electrónicamente o en una pantalla digital. La ECU o el sistema de control completo del vehículo también utilizan la información de impulsos para otros fines diversos, p. activar el ABS o el control de tracción, calcular la velocidad promedio de viaje o incrementar el odómetro en lugar de girarlo directamente mediante el cable del velocímetro.

Otra forma temprana de velocímetro electrónico se basa en la interacción entre un mecanismo de reloj de precisión y un pulsador mecánico impulsado por la rueda o la transmisión del automóvil. El mecanismo del reloj intenta empujar la aguja del velocímetro hacia cero, mientras que el pulsador impulsado por el vehículo intenta empujarla hacia el infinito. La posición del puntero del velocímetro refleja las magnitudes relativas de las salidas de los dos mecanismos.

Velocímetro virtual Un velocímetro virtual es una herramienta generada por computadora que muestra la velocidad actual de un vehículo u objeto. El velocímetro virtual normalmente calcula la velocidad del objeto en función de la distancia que recorre en el tiempo. Estos velocímetros se programan utilizando lenguajes de programación como HTML, CSS y Javascript. El programa utiliza el módulo GPS del dispositivo móvil.

El uso constante del módulo GPS en dispositivos móviles puede provocar un agotamiento más rápido de la batería. Además, los velocímetros virtuales calculan la velocidad midiendo la distancia y el tiempo entre dos puntos mediante señales de GPS. Sin embargo, diversos factores ambientales, como las condiciones climáticas, el terreno y las obstrucciones, pueden interferir con la precisión de estas señales y dar lugar a lecturas de velocidad inexactas.

Velocímetros de bicicleta

Los velocímetros de bicicleta típicos miden el tiempo entre cada revolución de la rueda y dan una lectura en una pequeña pantalla digital montada en el manillar. El sensor está montado en la bicicleta en una ubicación fija y pulsa cuando pasa el imán montado en los radios. En este sentido, es análogo al velocímetro electrónico de un automóvil que utiliza pulsos de un sensor ABS, pero con una resolución de tiempo/distancia mucho más cruda: típicamente una actualización de pulso/pantalla por revolución, o tan raramente como una vez cada 2 a 3 segundos a baja velocidad. velocidad con una rueda de 26 pulgadas (660 mm). Sin embargo, esto rara vez es un problema crítico y el sistema proporciona actualizaciones frecuentes a velocidades más altas, donde la información es más importante. La baja frecuencia de pulso también tiene poco impacto en la precisión de la medición, ya que estos dispositivos digitales se pueden programar por el tamaño de la rueda o, además, por la circunferencia de la rueda o del neumático para que las mediciones de distancia sean más exactas y precisas que un medidor típico de un vehículo de motor. Sin embargo, estos dispositivos tienen algunas desventajas menores al requerir energía de baterías que deben reemplazarse cada cierto tiempo en el receptor (y el sensor, para los modelos inalámbricos) y, en los modelos con cable, la señal se transmite a través de un cable delgado que es mucho menos más robusto que el utilizado para frenos, cambios o velocímetros cableados.

Otros velocímetros de bicicleta, normalmente más antiguos, se accionan por cable desde una u otra rueda, como en los velocímetros de motocicleta descritos anteriormente. Estos no requieren batería, pero pueden ser relativamente voluminosos y pesados, y pueden ser menos precisos. La fuerza de giro en la rueda puede proporcionarse desde un sistema de engranajes en el cubo (haciendo uso de la presencia de, por ejemplo, un freno de cubo, un engranaje cilíndrico o una dinamo) como en una motocicleta típica, o con un dispositivo de rueda de fricción que empuja contra el borde exterior de la llanta (misma posición que los frenos de llanta, pero en el borde opuesto de la horquilla) o el flanco del propio neumático. El primer tipo es bastante confiable y requiere poco mantenimiento, pero necesita un medidor y un engranaje de maza que coincidan adecuadamente con el tamaño de la llanta y el neumático, mientras que el segundo requiere poca o ninguna calibración para una lectura moderadamente precisa (con neumáticos estándar, la "distancia" 34; cubiertos en cada rotación de la rueda por una rueda de fricción colocada contra la llanta, deben escalar de manera bastante lineal con el tamaño de la rueda, casi como si estuviera rodando por el suelo mismo), pero no son adecuados para uso todoterreno y deben mantenerse correctamente tensados y Limpie la suciedad del camino para evitar resbalones o atascamientos.

Error

La mayoría de los velocímetros tienen tolerancias de aproximadamente ±10%, debido principalmente a variaciones en el diámetro de los neumáticos. Las fuentes de error debido a variaciones en el diámetro de los neumáticos son el desgaste, la temperatura, la presión, la carga del vehículo y el tamaño nominal de los neumáticos. Los fabricantes de vehículos suelen calibrar los velocímetros para que indiquen una lectura alta en una cantidad igual al error promedio, para garantizar que sus velocímetros nunca indiquen una velocidad inferior a la velocidad real del vehículo y para garantizar que no sean responsables de los conductores que violen los límites de velocidad.

Los errores excesivos del velocímetro después de la fabricación pueden deberse a varias causas, pero lo más común es que se deba a un diámetro de neumático no estándar, en cuyo caso el error es:

$${displaystyle {mbox{Percentage error}}=100times left(1-{frac {mbox{new diámetro}}{mbox{standard diameter}}right)}$$

Casi todos los neumáticos ahora tienen su tamaño mostrado como "T/A_W" en el costado de la llanta (Ver: Código de llantas) y las llantas.

$${displaystyle {mbox{Diameter in millimetres}}=2times Ttimes A/100+Wtimes 25.4}$$

$${displaystyle {mbox{Diámetro en pulgadas}=Ttimes A/1270+W}$$

Por ejemplo, un neumático estándar es "185/70R14" con diámetro = 2*185*(70/100)+(14*25,4) = 614,6 mm (185x70/1270 + 14 = 24,20 pulgadas). Otro es "195/50R15" con 2*195*(50/100)+(15*25,4) = 576,0 mm (195x50/1270 + 15 = 22,68 pulgadas). Al reemplazar el primer neumático (y las ruedas) por el segundo (en ruedas de 15" = 381 mm), el velocímetro marca 100 * ((614,6/576) - 1) = 100 * (24,20/22,68 - 1) = 6,7 % mayor que la velocidad real. A una velocidad real de 100 km/h (60 mph), el velocímetro indicará 100 x 1,067 = 106,7 km/h (60 * 1,067 = 64,02 mph), aproximadamente.

En caso de desgaste, se debe cambiar un nuevo "185/70R14" Un neumático de 620 mm (24,4 pulgadas) de diámetro tendrá una profundidad de banda de rodadura de ≈8 mm, en el límite legal esto se reduce a 1,6 mm, siendo la diferencia 12,8 mm de diámetro o 0,5 pulgadas, que es el 2 % en 620 mm (24,4 pulgadas).

Acuerdos internacionales

En muchos países, el error legislado en las lecturas del velocímetro se rige en última instancia por el Reglamento 39 de la Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa (CEPE), que cubre aquellos aspectos de la aprobación de tipo de vehículo que se relacionan con los velocímetros. El objetivo principal de las regulaciones de la CEPE es facilitar el comercio de vehículos de motor acordando estándares uniformes de aprobación de tipo en lugar de exigir que un modelo de vehículo se someta a diferentes procesos de aprobación en cada país donde se vende.

Los estados miembros de la Unión Europea también deben otorgar aprobación de tipo a los vehículos que cumplan estándares similares de la UE. Los que cubren velocímetros son similares al reglamento de la UNECE en que especifican que:

• La velocidad indicada nunca debe ser inferior a la velocidad real, es decir, no debe ser posible acelerar inadvertidamente debido a una lectura incorrecta de velocímetro.
• La velocidad indicada no debe ser superior al 110 por ciento de la velocidad verdadera más 4 km/h (2.5 mph) a velocidades de prueba especificadas. Por ejemplo, a 80 km/h (50 mph), la velocidad indicada no debe ser superior a 92 km/h (57 mph).

Los estándares especifican tanto los límites de precisión como muchos de los detalles de cómo se debe medir durante el proceso de aprobación. Por ejemplo, las mediciones de prueba deben realizarse (para la mayoría de los vehículos) a 40, 80 y 120 km/h (25, 50 y 75 mph), y a una temperatura ambiente y una superficie de la carretera determinadas. Existen ligeras diferencias entre las distintas normas, por ejemplo en la precisión mínima del equipo que mide la velocidad real del vehículo.

El reglamento UNECE flexibiliza los requisitos para los vehículos producidos en masa tras la homologación. En las auditorías de conformidad de producción, el límite superior de la velocidad indicada se incrementa al 110 por ciento más 6 km/h (3,7 mph) para automóviles, autobuses, camiones y vehículos similares, y al 110 por ciento más 8 km/h (5,0 mph) para dos. - o vehículos de tres ruedas que tengan una velocidad máxima superior a 50 km/h (31 mph) (o una cilindrada, si están propulsados por un motor térmico, de más de 50 cm³ (3,1 cu in)). La Directiva de la Unión Europea 2000/7/CE, que se refiere a vehículos de dos y tres ruedas, establece límites de producción similares ligeramente relajados.

Australia

Antes de julio de 1988 no existían normas de diseño australianas para los velocímetros en Australia. Tuvieron que introducirse cuando se utilizaron por primera vez los radares. Esto significa que no existen velocímetros legalmente precisos para estos vehículos más antiguos. Todos los vehículos fabricados a partir del 1 de julio de 2007 y todos los modelos de vehículos introducidos a partir del 1 de julio de 2006 deben cumplir con el Reglamento 39 de la CEPE.

Los velocímetros de los vehículos fabricados antes de estas fechas pero después del 1 de julio de 1995 (o el 1 de enero de 1995 para vehículos de pasajeros con control avanzado y vehículos de pasajeros todoterreno) deben ajustarse a la norma de diseño australiana anterior. Esto especifica que solo necesitan mostrar la velocidad con una precisión de ±10 % a velocidades superiores a 40 km/h, y no hay ninguna precisión especificada para velocidades inferiores a 40 km/h.

Todos los vehículos fabricados en Australia o importados para su suministro al mercado australiano deben cumplir con las Reglas de Diseño Australianas. Los gobiernos estatales y territoriales pueden establecer políticas para la tolerancia de la velocidad por encima de los límites de velocidad publicados que pueden ser inferiores al 10% permitido en las versiones anteriores de las Reglas de diseño australianas, como en Victoria. Esto ha causado cierta controversia, ya que sería posible que un conductor no se diera cuenta de que está acelerando si su vehículo estuviera equipado con un velocímetro de lectura insuficiente.

Reino Unido

El Reglamento modificado sobre vehículos de carretera (construcción y uso) de 1986 permite el uso de velocímetros que cumplan con los requisitos de la Directiva 75/443 del Consejo de la CE (modificada por la Directiva 97/39) o el Reglamento 39 de la CEPE.

El Reglamento (de aprobación) de vehículos de motor de 2001 permite la aprobación de vehículos individuales. Al igual que ocurre con el reglamento UNECE y las directivas CE, el velocímetro nunca debe mostrar una velocidad indicada inferior a la velocidad real. Sin embargo, difiere ligeramente de ellos al especificar que para todas las velocidades reales entre 40 y 110 km/h (o la velocidad máxima del vehículo si es inferior a esta), la velocidad indicada no debe exceder el 110% de la velocidad real. más 6,25 mph.

Por ejemplo, si el vehículo realmente viaja a 50 mph, el velocímetro no debe mostrar más de 61,25 mph ni menos de 50 mph.

Estados Unidos

Las normas federales de Estados Unidos permiten un error máximo de 5 mph a una velocidad de 50 mph en las lecturas del velocímetro de vehículos comerciales. Las modificaciones no originales, como diferentes tamaños de neumáticos y ruedas o diferentes engranajes diferenciales, pueden provocar imprecisiones en el velocímetro.

Regulación en EE. UU.

A partir de los automóviles estadounidenses fabricados a partir del 1 de septiembre de 1979, la NHTSA exigía que los velocímetros tuvieran un énfasis especial en 90 km/h (55 mph) y no mostraran más de una velocidad máxima de 136 km/h (85 mph).. El 25 de marzo de 1982, la NHTSA revocó la norma porque no se proporcionaban "beneficios de seguridad significativos". podría provenir del mantenimiento del estándar.

GPS

Los dispositivos GPS pueden medir la velocidad de dos formas:

1. El primer y más simple método se basa en la distancia que el receptor ha movido desde la última medición. Tales cálculos de velocidad no están sujetos a las mismas fuentes de error que el velocímetro del vehículo (tamaño de la rueda, ratios de transmisión/motor). En cambio, la exactitud posicional del GPS, y por lo tanto la precisión de su velocidad calculada, depende de la calidad de la señal satelital en ese momento. Los cálculos de velocidad serán más precisos a velocidades más altas cuando la relación de error de posición con cambio de posición es menor. El software GPS también puede utilizar un cálculo promedio móvil para reducir el error. Algunos dispositivos GPS no tienen en cuenta la posición vertical del coche por lo que reportará la velocidad por el gradiente de la carretera.
2. Alternativamente, el GPS puede aprovechar el efecto Doppler para estimar su velocidad. En condiciones ideales, la precisión de los dispositivos comerciales es de 0,25 km/h, pero puede empeorar si la calidad de la señal se degrada.

Como se menciona en el artículo sobre navegación por satélite, los datos del GPS se han utilizado para anular una multa por exceso de velocidad; Los registros de GPS mostraron que el acusado viajaba por debajo del límite de velocidad cuando le multaron. Que los datos provinieran de un dispositivo GPS probablemente fuera menos importante que el hecho de que estuvieran registrados; Los registros del velocímetro del vehículo probablemente podrían haberse utilizado en su lugar, si hubieran existido.