26 Фев 2018

Почему есть разница между показаниями спидометра и навигатора

 

 

Почему спидометр показывает скорость отличную от GPS-навигатора

Спидометр показывает скорость отличную от показаний скорости навигатора потому, что принцип измерения скорости у этих приборов — разный. И точность измерений тоже разная (на спидометр влияет больше факторов, чем на GPS).

Для тех, кому лень читать длинную заметку, скажу просто: 

ЧТО ТОЧНЕЕ: СПИДОМЕТР или НАВИГАТОР?
Автомобильный навигатор (или любая система GPS) всегда показывает более точные значения скорости, чем любой автомобильный спидометр.

Почему? Во-первых, потому что согласно требованиям документов, исправный спидометр просто должен завышать скорость от реальной. Всегда. Это требуют и правила ЕЭК ООН, и российский ГОСТ.

А во-вторых, потому что автопроизводители тоже подстраховываются, и слегка «подкручивают» в большую сторону показания спидометра. Зачем и почему они так делают, рассмотрено чуть ниже.

А любой приемник GPS просто показывает скорость «как есть». Показания скорости GPS не регламентированы ничем, кроме алгоритма ее расчета в самом приборе. Кроме того, GPS-ка (любая) имеет гораздо меньшие погрешности измерений.

Поэтому, скорость по GPS (любой), всегда точнее (правильнее, ближе к реальной), чем по автомобильному спидометру. На любом автомобиле с исправным спидометром.

Тем, кто хочет разобраться почему так, и что с этим делать, и как можно учесть эти поправки — рекомендую прочитать статью до конца. Также, здесь будет рассмотрен вопрос, как диаметр шин влияет на точность измерения скорости спидометром.

Кстати, автомобильный одометр (счетчик расстояния) тоже «небезгрешен», и производители авто очень любят «подкручивать» его так, чтобы он также немного завышал показания (но это уже не на всех автомобилях). Почему так, и как это определить, можно прочитать в заметке по ссылке ниже:

Почему показания одометра не совпадают с показаниями навигатора (или с расчетом расстояния по электронной карте), как это определить и учесть, и как с этим бороться — описано в отдельной заметке.

 

НЕБОЛЬШОЕ ВВЕДЕНИЕ В ТЕМУ

Но вернемся пока к спидометрам. Для начала, одна простая истина, известная каждому метрологу (специалисту по измерительной технике):

Любые измерительные приборы «врут».
Все и всегда.
Без исключений.

Это первый закон метрологии. Не только автомобильные приборы обманывают, а любые, все измерительные приборы врут. В самолете, в котельной, в поезде… Везде. Даже в новом автомобиле ценой в 5 миллионов рублей. 

Например, я полжизни летал на самолетах в качестве штурмана, так там тоже приборы «врут», и приходится учитывать поправки к их показаниям, чтобы получить значения близкие к реальным.

Так что вопрос не в том, «врут» приборы или нет (врут всегда), а вопрос в том, насколько они врут? И важно ли это для нас? И стоит ли это учитывать? И как это учитывать?

Вот с этим и попробуем разобраться в сильно упрощенном виде, без формул и графиков (они не нужны 99% людей), а те, кто хотят «копнуть» вопрос более глубоко, всегда могут попытаться найти данную информацию на специализированных форумах. 

Если вы — человек внимательный, то наверняка замечали такие же несоответствия, при выполнении поездок (собственно, поэтому, и начали искать ответ на этот вопрос).

Не вдаваясь в формулы (по возможности) и опуская другие малоинтересные технические подробности, расскажу, почему так происходит. Но сначала, общие пара общих моментов.

 

 

 

От чего зависит точность показаний спидометра

Точность работы этого прибора, как и всех других измерителей каких-либо параметров, зависит от его погрешностей. Как и все остальные измерительные приборы, спидометры имеют свои погрешности: инструментальные, методические и дополнительные.

Абсолютно точных приборов — не бывает, и, более того, (любой метролог вам подтвердит), никогда невозможно измерить абсолютно точно ту, или иную величину. Да оно, зачастую, и не нужно, как правило. Зачем нам знать, например, скорость автомобиля, с точностью до 0,001 километра в час? 

 

Немного общей информации о погрешностях измерительных приборов

Для того, чтобы лучше понимать остальной материал, расскажу в трех абзацах немного теории, чтобы было проще понять, так сказать, откуда «ноги растут» у всех ошибок измерительных приборов. А растут они, как и было сказано выше, из погрешностей измерений. Погрешности эти, бывают трех видов:

Инструментальные погрешности — это погрешности, которые вызываются несовершенством принципа действия, низкой точностью сборки прибора, неточностью градуировки его шкалы и т.п., то есть — определяются точностью самого инструмента измерения (например, сравните точность измерения длины с помощью штангенциркуля и с помощью китайской рулетки).

Как правило, такие погрешности вычисляются и устраняются еще на заводе, после калибровки прибора, путем введения соответствующей поправки в вычислитель. 

Также, свои инструментальные погрешности имеют и датчики, измеряющие ту или иную величину.

Методические погрешности — это погрешности, обусловленные несовершенством используемого метода измерения, а также упрощениями и допущениями, положенными в основу методики измерения.

Методов измерения скорости в автомобилях — существует несколько, но среди них нет ни одного идеального, все имеют какие-либо недостатки.

В одних случаях, контролируется скорость вращения вторичного вала коробки передач и по ней рассчитывается число оборотов ведущего колеса за единицу времени, и, исходя из этого и из радиуса колеса — вычисляется скорость движения (в основном это касается автомобилей с задним приводом).

А на переднеприводных машинах, зачастую измеряют скорость с помощью привода левого переднего колеса. Значит, к погрешности спидометра и влиянию размера шины прибавляется эффект от закругления дороги: на поворотах влево «приборная скорость» чуть меньше, чем посередине машины (левое колесо за тот же промежуток времени проходит меньший путь), а при поворотах вправо – чуть больше. 

Существуют и другие методы измерения скорости применяемые в автомобилестроении, но в конечном счете, большинство из них сводится к подсчету числа оборотов одного из ведущих колес за единицу времени.

Каждый производитель выбирает метод определения скорости, исходя из каких-то своих соображений. Но каждый из этих методов имеет какие-то свои недостатки. Как правило, эти погрешности производитель тоже пытается учесть еще на этапе производства и ввести соответствующие поправки. 

Дополнительные погрешности — это погрешности вводимые в измерения пользователем прибора и внешними условиями.

Если прибор (и датчики, которые он использует), работают в условиях отличных от нормальных (идеальных), то есть, тех, на которые они рассчитаны, и при которых они испытывались и калибровались, то возникает дополнительная погрешность, изменяющая общую погрешность измерений в ту или иную сторону.

К дополнительным погрешностям относятся, например: температурная, вызванная отклонением температуры окружающей среды от нормальной; установочная, обусловленная отклонением положения прибора или датчика от нормального рабочего положения, (если такие требования есть) и другие.

Также, к дополнительным относятся и погрешности, вводимые самим пользователем измерительного прибора (в случае с автомобилем — спидометра и одометра).

Например, «обул» хозяин резину, несоответствующую стандарту определенному производителем, спидометр и одометр будут врать. Шина разогрелась от длительного движения (изменилось давление внутри нее)? — опять погрешности измерения.

Потому что диаметр колес изменился, а они (приборы) об этом и не знают, а в вычислитель заложен стандартный для данного автомобиля типоразмер шин, который они принимают для расчетов. 

И так далее. Эти дополнительные погрешности производитель не может учесть никак. Зато их можете учесть вы (если это вам зачем-то нужно). Об этом и пойдет речь ниже. 

 

Погрешность и поправка — в чем разница

Погрешность — это величина, на которую «врет» измерительный прибор (любой) в силу разных причин (см. выше каких). 

Если имеется в виду одна из погрешностей, то она называется по названию причины ее возникновения: дополнительная погрешность, методическая погрешность, инструментальная погрешность.

Если имеется в виду общая погрешность прибора (как сумма всех возможных его погрешностей) то она называется «суммарная погрешность».

Поправка — это величина, которую нужно прибавить к величине измеренной прибором, чтобы получить значение близкое к реальному.

Поправка всегда добавляется к показаниям прибора со своим знаком. То есть, если поправка положительная, то она прибавляется к показаниям прибора, если поправка имеет отрицательное значение, то она вычитается.

В общем случае, чтобы получить точную величину измеряемую прибором, надо учесть суммарную поправку к его показаниям. А поправка всегда равна суммарной погрешности, взятой с обратным знаком.

Погрешность и поправка прибора

Т.е. если прибор завышает измеряемую величину на 5 единиц, то его погрешность равна «+5 единиц», а поправка к показаниям, равна «-5 единиц». 

Допустим, прибор показывает нам 50 единиц. Поправка, как мы знаем, равна -5 единиц. Чтобы получить точное значение измеряемой величины, необходимо к показаниям прибора прибавить поправку: 50 ед + (-5 ед) = 45 единиц (чего-то там).

 

 

Что показывает скорость точнее: GPS (навигатор) или спидометр

Поскольку у GPS инструментальные и методические погрешности заведомо меньше чем у спидометра, а дополнительные погрешности отсутствуют как класс (GPS-ке все равно, какой у вас диаметр шин, или каково давление в них, какова температура за бортом, насколько точно работают датчики измеряющие число оборотов чего-нибудь, какие поправки введены производителем в вычислитель и т.п.), то можно смело утверждать, что: 

GPS или спидометр?
GPS (навигатор) всегда показывает скорость движения гораздо более близкую к реальной, чем любой штатный автомобильный спидометр.
(! Но тоже не идеально точную.)

Некоторое влияние на точность показаний GPS может оказывать положение спутников, но для средних широт эта проблема не так актуальна. Она более характерна для арктических и антарктических областей планеты (т.е. нас это не касается особо).

Некоторое влияние на точность измерений скорости GPS могут также оказать и высотные дома вдоль дороги, или горы, деревья и другие препятствия.

Эти препятствия сужают видимый горизонт (система может потерять некоторые или все спутники), препятствия искажают и (или) переотражают сигналы (что тоже вводит систему в заблуждение и не способствует повышенной точности), но это тоже не столь характерное явление, проявляющееся кратковременно. 

Также GPS, в силу некоторых методических погрешностей алгоритма расчета скорости, на этапах разгона и торможения автомобиля измеряет скорость с некоторой задержкой (с запаздыванием), и на этих этапах, ее точность хуже, чем у штатного спидометра.

Но нас больше интересуют участки с установившейся, или плавно и незначительно изменяющейся скоростью (так как это основной режим движения), поэтому, этими погрешностями мы можем пренебречь.

На участках с установившимся режимом движения, любая система GPS всегда измеряет скорость точнее штатного спидометра.

Под спойлером ниже, предельно кратко и справочно о том, как шайтан-машинка измеряет скорость (эту информацию можно смело пропустить, если вам не нужны лишние технические подробности).

КАК GPS ОПРЕДЕЛЯЕТ СКОРОСТЬ (справочно)

GPS-ка (любая) определяет скорость движения, как первую производную от пройденного расстояния по времени.

Не напрягайтесь, и не ищите учебник по алгебре. Ниже приведу самое общее и примитивное описание алгоритма определения скорости GPS (для гуманитариев). На деле там все намного сложнее происходит, но суть именно такова.

GPS (любая) постоянно, через определенные промежутки времени, определяет свои координаты (широту, долготу и высоту) в пространстве, по сигналам получаемых от спутников, висящих на полугеостационарной орбите (т.е. на высоте ≈18 тысяч км над Землей).

Она делает это всегда и постоянно, когда приемник сигналов включен (именно поэтому, кстати, постоянно включенная геолокация так быстро ушатывает батарею смартфона).

Вот GPS определила, что она находится в некоей точке, координаты у точки такие-то. Через определенный промежуток времени (допустим, через секунду), GPS снова определила свои координаты.

Если координаты не изменились, значит, приемник находится в одном и том же месте. Скорость перемещения равна нулю. 

Если координаты изменились, GPS-ка начинает думать: ага, секунду назад я была в точке 1 (координаты такие-то), а теперь я в точке 2 (координаты такие-то).

Ок, посчитаю-ка я расстояние, на котором эти точки находятся друг от друга… О! Расстояние между точкой 1 (в которой я была секунду назад), и точкой 2 (в которой я нахожусь теперь) составляет 10 метров.

Если приемник переместился на 10 метров за одну секунду (с момента прошлого определения координат), то скорость его перемещения равна 10 м/с. Или 36 км/ч. Покажу хозяину!
(Вы видите на экране: «СКОРОСТЬ — 36 км/ч»)

Еще через секунду, GPS опять определяет координаты положения приемника (точка 3). Если они изменились относительно точки 2, то система опять прикинет расстояние между точками 2 и 3, и вычислит скорость перемещения приемника между этими точками…

И так далее, до бесконечности.
Эти скорости вы и видите на экране своей навигационной программы. 

Дискретностью же определения координат (координаты вычисляются не непрерывно, а через промежутки времени, пусть и довольно малые), определяется запаздывание показаний скорости вычисленной GPS при резком изменении скорости автомобиля (при разгоне и торможении). 

Но на участках с установившимся режимом движения (когда скорость меняется незначительно), эта схема работает достаточно хорошо.

Также, по координатам точек и по формулам вычисляется и направление движения (курс) приемника GPS, но это уже при необходимости. Для автомобильных навигаторов это не самая нужная функция, а вот для авиационных — самое то, но это уже лишние детали.

Если у GPS есть карта местности привязанная к координатам, то она вам может показать положение вычисленной ею позиции (координат) местоположения на карте (что вы тоже наблюдаете на экране навигатора).

Повторюсь, что выше, работа GPS по вычислению скорости движения описана самым примитивным и общим образом. На самом деле, там существует столько деталей и оговорок, что описанию работы этой системы посвящены весьма толстые книги.

Но для понимания общего принципа определения скорости приемником GPS, приведенной выше информации, достаточно.

 

 

Погрешности спидометра заложенные производителем

Кроме обычных погрешностей самого спидометра и его датчиков (о чем шла речь выше), еще есть один «секрет» автопроизводителей (который, в принципе, известен всем, кто интересовался темой ранее), касающийся правил измерения скорости на автомобиле: 

СЕКРЕТ СПИДОМЕТРА
Все исправные спидометры, на автомобилях всех производителей настроены так, что они всегда завышают показания скорости.
Это завышение определено требованиями нормативных документов.

Конкретная величина завышения устанавливается техническими стандартами (ГОСТ, требования ЕЭК и т.п.), но в среднем, производители закладывают величину завышения скорости спидометром, в диапазоне от 3 до 10% больше фактической скорости.

Разумеется, утверждение приведенное выше, верно при условии, что спидометр исправен, датчики, которые он использует для измерения — «живы» и выдают правильные показания, а комплектация автомобиля резиной (типоразмер шин) и давление в них, соответствуют рекомендованным производителем авто.

При соблюдении всех требований, спидометр будет вам показывать скорость завышенную на те самые 3-10%, о которых говорилось выше.

То есть, когда вы едете по дороге и спидометр показывает скорость ровно 100 км/ч, на самом деле, фактическая скорость, будет 90-97 км/ч (то есть ниже, чем вы думаете, и, кстати, ее вам и будет показывать GPS).

Величина завышения скорости спидометром, задается производителем автомобиля, зависит от требований документов, и может отличатся от марки к марке и от модели к модели. Как правило, в среднем она составляет около 5% во всем диапазоне измерения.

 

Требования документов к спидометрам устанавливаемым на автомобили

Во-первых, (и это самый важный фактор), существует Правило ЕЭК ООН №39, регламентирующее этот вопрос в производстве автомобилей (вернее, спидометров для них).

Редко какой момент производства зарегламентирован так, как производство автомобилей, (разве только самолетов). Кстати, пресловутые экологические нормы (или стандарты чистоты выхлопа) «Евро» (Евро-1, Евро-2, Евро-3 и так далее) — это тоже их (ЕЭК ООН) проделки. 

В нашей стране оно было реализовано (введено в действие) в виде ГОСТа Р41.39-99 (действовал до сентября 2018 года, с апреля 2019 года, действует новый ГОСТ — см. информацию о нем ниже).

Но как бы то ни было, этот ГОСТ (Правило ЕЭК ООН) касалось всех авто произведенных до сентября 2018-го (и в Европе, и у нас), так что если ваше авто выпущено до этой даты, то к нему это точно относится.

Так вот, это правило устанавливает норму, что исправный спидометр автомобиля всегда должен или завышать измеряемую скорость, (но на величину не более 10%+4 км/ч), или показывать ее абсолютно точно. Занижать измеренную скорость спидометр не должен никогда.

Всё. Все производители автомобилей должны следовать этому стандарту (и они следуют).

Вот как это сформулировано в документе: 

5.3 Скорость по прибору [спидометру — прим. автора] никогда не должна быть меньше истинной скорости. При значениях скорости, предусмотренных для испытаний в 5.2.5, между этими значениями должно соблюдаться следующее отношение между скоростью, указываемой на шкале спидометра (V1) и истинной скоростью (V2):

0 ≤ V1 — V2 ≤ V2/10 + 4 км/ч

Расшифрую формулу для гуманитариев.
Погрешность спидометра (величина V1 — V2) никогда не должна быть меньше нуля (хотя может быть и равна ему), но при этом погрешность должна быть все же меньше, чем 10% от истинной скорости (V2/10 — это 10% от V2) плюс 4 км/ч.

Таким образом, выбор величины погрешности спидометра отдан на откуп производителям, но законодательно ограничен рамками: от 0 км/ч (минимальная погрешность) до 10%+4 км/ч (максимальная погрешность).

Какую погрешность для спидометра выберет завод — это его право, лишь бы она соответствовала правилам (попадала в установленный документами интервал). Почему завод никогда не устанавливает нулевую погрешность — рассказано чуть ниже.

 

Обновление информации от августа 2019

В дополнение о стандартах спидометров.

Новый ГОСТ 12936-2017 «Спидометры автомобильные с электроприводом» (а они сейчас уже все с электроприводом, тросиков (механического привода) уже давно нет), регламентирует (в том числе и) погрешность, которую должен иметь исправный спидометр.

ГОСТ вступил в силу с 01 апреля 2019 года. Таким образом, все автомобили выпущенные на территории РФ (включая т.н. «иномарки») после марта 2019 года, должны иметь следующую погрешность спидометра (цитата):

3.8 Основная погрешность спидометра должна быть положительной.

Основная погрешность указателя скорости показывающего прибора спидометра при температуре окружающего воздуха (20±5)°С указана в таблице 1.

Таблица 1          В км/ч

Числовые отметки шкалы Основная погрешность
До 60 включ. +4
80 + n20 +(5+n)
Примечание — n = 0, 1, 2, 3, …

Конец цитаты.

Теперь поясню для гуманитариев, что это значит на практике, и какая должна быть погрешность спидометра согласно требованиям документов, чтобы он считался исправным и был допущен к эксплуатации (= к установке на автомобиль).

«Погрешность спидометра должна быть положительной» — это значит, буквально, в переводе на литературный: «спидометр должен завышать скорость». Всегда и без вариантов. (Исправный спидометр, само собой, при сдаче его в эксплуатацию).

Далее в таблице, законодатель конкретно указывает, на сколько должен завышать скорость спидометр, чтобы соответствовать требованиям ГОСТ. Я расшифрую и дополню эту таблицу («технари» и так поймут, а остальным — смотрите ниже):

Скорость по спидометру (V спид) Погрешность в км/ч Реальная скорость Погрешность в % от реальной скорости
20 км/ч +4 км/ч 16 км/ч +25,00%
40 км/ч +4 км/ч 36 км/ч +11,11%
60 км/ч +4 км/ч 56 км/ч +7,14%
80 км/ч +5 км/ч 75 км/ч +6,67%
100 км/ч +6 км/ч 94 км/ч +6,38%
120 км/ч +7 км/ч 113 км/ч +6,19%
140 км/ч +8 км/ч 132 км/ч +6,06%
160 км/ч +9 км/ч 151 км/ч +5,96%

Пояснения к таблице.

Скорость по спидометру — это та скорость, которую спидометр будет показывать водителю (по своей шкале).

Погрешность — это величина, на которую спидометр должен завышать реальную скорость (чтобы считаться соответствующим стандарту, т.е. исправным), при определенных показаниях скорости (40, 60, 80, 100 и т.д. км/ч).

Реальная скорость — это скорость по спидометру, плюс поправка к показаниям спидометра (а поправка — это погрешность, взятая с обратным знаком, т.е. величина, которую надо прибавить к показаниям прибора, чтобы получить реальное значение измеряемой им величины, в нашем случае — скорости).
То есть, спидометр сделанный по стандарту, должен показывать вам скорость 100 км/ч, когда реальная скорость автомобиля будет равна 94 км/ч (это например, из таблицы выше), то есть на скорости 100 км/ч (по шкале прибора), он должен завышать свои показания на 6 км/ч.

Погрешность в % от реальной скорости — это величина погрешности (завышения) прибором реальной скорости, выраженная в процентах. 
Из таблицы видно, что на скоростях 60 и более км/ч, исправный спидометр должен завышать показания реальной скорости на 6-7% (а на скоростях менее 60 км/ч и того более).

Наглядно, это все выглядит так:

Выводы делайте сами. Но на автомобилях выпущенных после 1 апреля 2019 года, исправный спидометр на скоростях до 60 км/ч (включительно), должен завышать скорость не менее, чем на 4 км/ч, а на скоростях более 60 км/ч и на большие значения (приведены в таблице).

Как по мне, так бардак. Задавать погрешность в абсолютных величинах — нонсенс. Гораздо логичнее (и проще) было бы задать ее в относительных значениях. В процентах. Но технологам виднее (наверное).

Как теперь будут выкручиваться (и уже выкручиваются) производители, я не знаю. Технически, было бы гораздо проще, если бы погрешность устанавливалась постоянной в процентах, во всем диапазоне измерений прибора (допустим, +3-6%, или +5-10%, как-то так).

Но, полагаю, что как-нибудь выкрутятся. Их проблемы, в общем. Но скорее всего, будут вводить (задавать) общую погрешность плюс процентов 8-9 от измеренной скорости, и на том порешат.

Потому что задать единую погрешность для прибора во всем диапазоне измерений, гораздо проще технически (хотя, конечно, вполне можно вычислить и заданную зависимость, и ввести ее в прибор, не знаю только, будут ли они с этим заморачиваться).

Но в общем:

Спидометры всегда завышали измеренную скорость, и всегда будут ее завышать.
Исправные спидометры, при штатном оборудовании автомобиля. Потому что этого требуют до-ку-мен-ты.

Всё.

 

Почему завод (производитель) никогда не устанавливает нулевую погрешность спидометра

Но кроме требования стандартов, к вопросу «почему спидометр завышает скорость», есть и «во-вторых», а также «в-третьих» и «в-четвертых».

Производители автомобилей и сами перестраховываются вводя в прибор положительную погрешность измерений, чтобы не попасть впросак. Да, стандарт ЕЭК допускает установку нулевой погрешности на спидометре, но так не делают.

Выше уже говорилось, что никогда невозможно абсолютно точно измерить какую-либо величину. И невозможно создать датчик, измеряющий что-либо абсолютно точно.

И датчики, и сам спидометр, и его вычислитель всегда имеют некоторые погрешности (о чем говорилось выше). После сборки автомобиля, спидометр проходит проверку и калибровку, которая учитывает все погрешности.

И, в принципе, на этом этапе прибор можно было бы откалибровать так, чтобы он показывал скорость идеально точно (с погрешностью равной 0,0 км/ч). Но так никогда не делают. Почему?

Потому что со временем, (в процессе эксплуатации), условия измерений будут меняться: датчики будут потихоньку терять чувствительность, шестеренки в приборе будут изнашиваться (если они там есть), контакты будут окисляться (т.е. сигналы будут проходить с искажениями), и т.д.

И в конечном результате, общая точность измерений скорости, под влиянием этих факторов, будет снижаться. И этот процесс неизбежен. И непредсказуем.

Кроме того, всегда есть некоторое влияние дополнительных погрешностей (даже износ шин = уменьшение их диаметра на несколько миллиметров — и то влияет на точность измерения скорости),  и изменение температуры воздуха тоже влияет и т.д.

Накопление этих ошибок измерения может привести (и приведет) к появлению погрешностей измерения скорости (не огромных: 1-3%), но тем не менее, они будут появляться всегда.  

И здесь возникает вопрос: а в какую сторону начнет «привирать» изначально точно («в ноль») откалиброванный спидометр, в результате суммарного воздействия всех этих факторов?

И точного ответа на него нет, и быть не может. Может быть, он будет завышать скорость, а может и занижать. Если будет завышать — для производителя не страшно, а если начнет занижать, то у производителя могут возникнуть проблемы.  

Начиная с того, что как только спидометр начнет занижать скорость, он будет считаться неисправным (помните требование правил? «скорость по прибору никогда не должна быть меньше истинной»).

И заканчивая тем, что во многих европейских странах штрафы за превышение скорости начинаются с превышения скорости на 1 км/ч. И если спидометр будет занижать показания скорости, то владельцы автомобилей, «затаскали» бы производителей авто по судам, за то, что они (владельцы) получили штрафы за превышения скорости, которых они не совершали. 

Представьте: едет человек по автомагистрали, выдерживая по спидометру разрешенную там скорость — ровно 130 км/ч (то есть, не нарушая ничего).

Но поскольку у него спидометр (по вине производителя) занижает реальную скорость, допустим, на 5%, то фактически, он будет двигаться со скоростью 137 км/ч, и получит штраф за превышение.

И как вы думаете, к кому будут адресованы претензии владельца, когда выяснится (а это выяснится раньше или позже), что спидометр (на исправной машине укомплектованной штатной резиной и т.п.) занижает реальную скорость? Конечно, к производителю.

А производителю это не нужно, потому что в этом случае, он рискует и репутацией, и возможностью «попасть на деньги» (штрафы-то там будут ого-го, в таком случае). 

Вот поэтому, после проверки и калибровки спидометра, производителем в него и вводится поправка, завышающая измеренную скорость на несколько процентов, чтобы перекрыть все возможные мелочи возникающие в процессе эксплуатации, которые могут повлиять на точность измерения.

Размер этой поправки завышающей скорость — зависит от производителя автомобиля, от марки, модели, года выпуска автомобиля, и в общем случае, еще и регламентируется документами (о чем говорилось выше).

Например, на моей старой машине (1999 года выпуска) спидометр завышал показания на 10%, а на новой машине, спидометр завышает скорость на 5% (автомобили одного производителя).

Во-третьих, при завышении скорости спидометром, безопасность движения немного увеличивается.

Водитель думает, что он едет со скоростью 130 км/ч (это ему спидометр столько показывает), а фактически он движется со скоростью, например, 120 км/ч, а это уже пусть немного, но безопаснее. 

В-четвертых, и в прочих. Даже такая неизбежная вещь, как износ протектора шин (т.е. по сути небольшое изменение диаметра покрышки), вызывает дополнительную погрешность измерения скорости (до 1,5%).

Давление в шинах тоже играет роль, не говорю уже о том, что иногда владельцы ставят резину не соответствующую стандарту производителя авто.

В общем, подводя итог: на точность измерения скорости, влияет достаточно много факторов не зависящих от производителя. Вот поэтому производитель всегда и закладывает на этапе изготовления завышающую поправку в прибор, (на всякий случай), чтобы он (прибор) в любом случае показывал скорость чуть-чуть выше, чем она есть на самом деле.

 

 

 

Как погрешность спидометра зависит от скорости движения

Простой ответ — никак. Поправка спидометра (выраженная в процентах) не меняется (не зависит) от скорости. Поправка выраженная в абсолютных значениях, будет меняться пропорционально скорости.

То есть если производителем заложена погрешность измерения скорости равная 5%, то спидометр будет завышать показания скорости на эти 5% хоть на скорости 20 км/ч, хоть на скорости 120 км/ч.

Погрешность измерения скорости спидометром, выраженная в процентах, постоянна во всем диапазоне измерений.

А вот в абсолютном выражении, цифры, конечно, будут меняться. Например, если поправка к спидометру составляет 5%, то на скорости 50 км/ч он будет «врать» (завышать скорость) на 2,5 км/ч, на скорости 100 км/ч — на 5 км/ч, а на скорости 130 км/ч — на 6,5 км/ч.

В числах — значения поправки будут разные, но в процентах, это все равно будет 5% от измеренной спидометром скорости. 

 

 

Как диаметр колеса влияет на погрешность измерения скорости спидометром

В общем случае, если у вас стоят колеса штатного размера (рекомендованного производителем для вашей модели автомобиля), то погрешность измерения скорости, будет определяться поправкой заложенной производителем.

То есть, ваш спидометр будет завышать скорость на величину (те самые упомянутые 3-10%), заложенную на заводе-изготовителе. Также, по мере износа покрышек, эта погрешность будет изменяться  в сторону увеличения,  (до +1,5% примерно).

То есть, например, у моего автомобиля, на новой резине погрешность составляет 4% (т.е. прибор показывает 100 км/ч, когда на самом деле скорость 96 км/ч).

А по мере износа покрышек (диаметр колеса уменьшается), эта величина приближается к 5% (т.е. прибор показывает мне 100 км/ч, когда фактическая скорость всего 95 км/ч). 

Общее правило таково:
С уменьшением диаметра колеса от нормального (штатного, установленного производителем), спидометр будет завышать измеренную скорость.
С увеличением диаметра колеса от нормального, прибор будет скорость занижать.

Величина этой погрешности будет расти пропорционально отклонению нового размера шин, от размера заданного производителем.

Например, если новый диаметр колеса больше нормального (стандартного, штатного) на 3%, то спидометр будет занижать скорость на эти же 3%. Верно и обратное утверждение.

Ниже приведен рисунок, который наглядно объясняет зависимость изменения погрешности измерения скорости автомобильным спидометров, в зависимости от изменения диаметра колеса, относительно штатного:

погрешности автомобильного спидометра, в зависимости от диаметра колеса

То есть, допустим, ваш прибор при стандартном типоразмере шин, завышает скорость на 5%, (т.е. когда он вам показывает 100 км/ч, ваша скорость фактическая будет равна 95 км/ч).

Если вы поставите покрышки которые изменят диаметр колес на 3% в меньшую сторону, то он вам будет показывать 100 км/ч, когда ваша фактическая скорость, будет составлять 92 км/ч. То есть, к поправке заложенной производителем (5%), добавится и введенная вами поправка (еще 3%), и прибор начнет врать на 8%.

Если поставите колеса большего диаметра чем положено, то ваш спидометр будет занижать скорость на меньшую величину, чем это заложил производитель. 

Возвращаясь к примеру выше, то если вы поставите колеса диаметром больше стандартного на 3%, то из поправки заложенной производителем (5%), эти 3% отнимутся, и прибор будет показывать вам 100 км/ч, когда ваша скорость будет 98 км/ч (то есть, станет показывать чуть точнее скорость).

Переусердствовав с размером резины в сторону увеличения, можно дойти до того, что прибор начнет занижать скорость слишком сильно (т.е., показывать вам, например, скорость 100 км/ч, когда фактическая будет 103 км/ч), что может привести к дополнительным штрафам за превышение.

Впрочем, крайне не рекомендуется ставить шины, отличающиеся от нормальных (штатных) по диаметру, более чем на 3% (в любую сторону) — это вам расскажут в любом нормальном шинном магазине. 

Потому что кроме точности измерения скорости (это вторично), типоразмер шин влияет и на площадь пятна контакта, а, соответственно и на то, как автомобиль будет держать дорогу, тормозить, разгоняться, аквапланировать, расходовать топливо.

На самом деле эти параметры рассчитываются инженерами, и там все довольно серьезно. Поэтому, кстати, не стоит пренебрегать требованиями производителя при выборе размера резины — они установлены не просто так.

Как диаметр колеса влияет на погрешность измерения скорости, вы можете сами посчитать сами (если вам интересно) используя т.н. «шинные калькуляторы», например, этот, или этот, или любой другой по вашему выбору.

Поэкспериментируйте, по-подставляйте значения размеров шин, и посмотрите, как будет меняться поправка к скорости (в дополнение к той, которая уже заложена производителем), в зависимости от изменения диаметра покрышки.

 

 

Зачем нужно знать о погрешностях измерений спидометра

И что делать с этими знаниями? Это зависит от вас. Можете ничего не делать, и жить как жили до прочтения этой заметки — нет проблем.

Единственное, что можете запомнить, так это то, что не нужно впадать в панику перед проездом очередной камеры измеряющий скорость на дороге, и ехать медленнее «на всякий случай».

Во всяком случае, не стоит так делать, если вы не вносили никаких изменений в конструкцию машины, и используете резину штатного (рекомендованного производителем) типоразмера. 

Едете вы, например, (по России), со скоростью 110 км/ч по своему спидометру (при разрешенных 90), и видите камеру — ну и едьте себе спокойно. Не нужно сбрасывать до 105 или 100 км/ч (и уж тем более, до 90). Производитель уже позаботился о том, чтобы вы не получили штраф.

Потому что, когда вы едете 110 км/ч по своему спидометру, ваша фактическая скорость все равно будет ниже на 3-7-10 км/ч (кто ездит с навигатором, тот это знает). То есть, штрафа не будет. Точно.

Сам так езжу много лет. Даже больше скажу: под радар спокойно иду по спидометру 112-113 км/ч (навигатор при этом показывает 107-108 км/ч), и нет проблем никогда с этим, ни одного штрафа я не получал ни разу. 

А на самом деле, знание величины погрешности своего спидометра, позволяет ездить немножко (на величину погрешности спидометра) быстрее всех, не нарушая при этом ПДД, и не боясь получить штраф.

 

Более подробно о погрешностях измерения скорости радарами в Европе (да и у нас), а также о том, с какой скоростью можно там ездить не боясь совершить нарушение — смотрите в отдельной заметке.

 

 

 

Как определить погрешность спидометра автомобиля

Определить погрешность своего спидометра, то есть, величину, на которую он завышает или занижает реальную скорость, несложно. Для этого потребуется навигатор (GPS) и немного свободного времени.

Для определения погрешности спидометра, выезжаете за город (лучше, в нерабочее время, когда поменьше машин), выбираете кусок дороги на котором вы сможете выдерживать постоянную скорость хотя бы минуту (чтобы вам никто не мешал).

Разгоняетесь ровно до 100 км/ч по вашему спидометру (если есть «круиз-контроль», то задаете эту скорость), и смотрите в это время на показания скорости по GPS (желательно, не теряя контроля за дорогой). 

Смотреть на GPS-ку нужно не «мельком», а достаточно внимательно, хотя бы с минуту, при необходимости, осредняя ее показания.

Вы увидите, какую скорость она вам покажет. Эта скорость будет тоже не идеально точной, но она будет гораздо ближе к реальной, нежели определенная спидометром.

Вот разница между скоростью по спидометру и скоростью по GPS — и есть та самая погрешность измерения скорости спидометром вашего автомобиля. Причем, если для определения погрешности используется скорость ровно 100 км/ч, то полученная сразу в процентах.

Можно использовать и другую скорость для расчета погрешности спидометра (90 или 110 или 130 км/ч — чем больше скорость, тем заметнее будет разница), но тогда придется уже брать карандаш, чтобы пересчитать погрешность.

Формула примитивна:

Погрешность спидометра в % = (1 —  VGPS / Vсп )* 100;

где: VGPS — скорость по GPS; Vсп  — скорость по спидометру. 

Если погрешность получилась положительной, то это значит, что спидометр завышает реальную скорость (это нормально), если получилась отрицательной — то занижает (а вот здесь нужно уже разбираться почему: или колеса слишком большие стоят, или датчики «пошаливают», или сам спидометр грешит, может, контакт где-то «гуляет» и т.п.).

Исправный спидометр не должен занижать скорость! Никогда.

Допустим, при постоянной скорости по спидометру ровно 100 км/ч, навигатор показывает вам скорость 95 км/ч. Значит, погрешность вашего спидометра составляет +5% (спидометр завышает фактическую скорость на 5%), при данных фактических условиях (размер шин, давление в них, уровень износа и т.п.).

А поправка к показаниям спидометра (поправка — это величина, которую нужно прибавить к показаниям прибора, чтобы получить истинное значение), составляет -5 (минус пять) процентов.

Зная эту поправку (в процентах), легко посчитать данные для остального диапазона измерений (для конкретного автомобиля).

Например, на скорости 80 км/ч по спидометру, реальная скорость будет равна 80 — 5% от 80-ти = 80 × 0,95 = 76 км/ч. А на скорости 110 км/ч, реальная скорость будет 110 — 5% = 104,5 ≈ 105 км/ч, и так далее.

Но учтите, что если вы поменяете, например, резину на другой типоразмер, то эта поправка немного (или «много» — смотря что на что поменяете) изменится, о чем говорилось выше.

Таким образом, надо будет ее вычислить (измерить) заново. Если типоразмер будет тот же, но резина будет новая, то поправка тоже изменится, но уже не так существенно (до 1,5% максимум). Учитывайте это, если есть необходимость. 

 

 *   *   *   *   *

На этом, заметку про то, почему спидометр показывает скорость отличную от показаний GPS, от чего зависит точность измерения скорости спидометром, как размер шин влияет на точность определения скорости спидометром, я закончу. Подводя, вкратце, итоги: 

  • Спидометр «врет» всегда.
  • GPS определят скорость точнее спидометра.
  • Поправки к спидометру можно вычислить и учитывать при поездках. 

Вот, собственно, и всё. Выводы же (нужно это вам принимать во внимание или нет) — каждый делает сам для себя. Кому нужно — имейте информацию приведенную выше, в виду.

 

6 коммент. “Почему есть разница между показаниями спидометра и навигатора

  1. Прекрасная статья! Спасибо автору за разбор — недавно был в Финляндии и ехал по своему спидометру, снижая скорость перед знаками 80, 60. А получается, можно спокойно ехать по максимальному пределу.

  2. Спасибо, Иван, рад, что вам понравилось.
    А по Финляндии можно было ехать и еще быстрее (без штрафов), если знать, что штраф за превышение скорости там, выписывается начиная с превышения на 7 км/ч и более (до 3-х км/ч — без вопросов, с 3 до 6 км/ч — предупреждение).
    У меня здесь где-то есть заметка на эту тему, про штрафы в Европе (в разделе про ПДД в Европе поищите, если нужно).
    Можете посмотреть на будущее.

  3. Спасибо большое, автор, — очень информативная и полезная статья; подробное, убедительное и доходчивое изложение даже для тех, кто с физическо-математическими расчетами не в ладу:-) Удачи Вам!

  4. Аффтар , мне кажется вы ошибаетесь . Спидометр показыват линейную скорость относительно дорожного полотна не учитывая его углонов на подьнм или спуск , а GPS не учитывает углового отклонения дороги на подьем или спуск , поэтому GPS будет показывать скорость перемещения по планете , а спидометр относительно дороги . Пройденный путь также по спидометру будет больше , с учетом того что дорожное полотно имеет спуски и подьемы даже на ровных участках . Попробуйте взять нитку длиной 1 метр , и растянуть , а затем сморщить в нескольких местах и метра вы не получите .

  5. Сергей, ваша теория насчет счисления пути навигатором не подтверждается на практике. А между тем, именно практика является критерием истины (как говаривал старина Карл Маркс). То есть, все теоретические суждения должны подтверждаться практикой. Попробую пояснить.

    Если бы навигатор считал расстояние между точками маршрута только по поверхности некоего эллипсоида (без учета рельефа, как вы предполагаете), то ошибка в определении длины маршрута увеличивалась бы в зависимости от длины маршрута.
    То есть, на маршруте длиной 10 км, разница между GPS и одометром была бы (допустим) 0,05% по пройденному расстоянию, на маршруте длиной 100 км эта разница была бы 2%, на маршруте длиной 500 км — 5% на маршруте длиной 1500 км — 10% и так далее.

    То есть, разница расхождения показаний одометра с показаниями навигатора, все время увеличивалась бы пропорционально длине маршрута (чем длиннее маршрут и чем больше перепадов рельефа на нем, тем больше была бы разница, что логично если следовать вашей теории).
    Также наблюдалось бы изменение поправки (разности показаний) между спидометром и GPS при движении машины на или под уклон (и чем больше уклон, тем больше была бы эта разница, а на ровных участках, эта разница стремилась бы к нулю).

    На практике же, такого не наблюдается. Обе поправки постоянны.
    Поправка (разность показаний) между GPS и приборами на автомобиле (одометром и спидометром) всегда постоянна, вне зависимости от длины маршрута и рельефа, по которому проходит маршрут (для моего авто она равна, например, 5%). Не важно, проходит ли маршрут по горной местности, или по равнинной, маршрут длиной 100 км или 1500 км, ошибка спидометра/одометра всегда одинакова.

    Вы можете проверить это и самостоятельно, это несложно.

    И это отношение сохраняется постоянным для любого автомобиля (но, разумеется, это не всегда будет именно 5%, для каждого авто будет какая-то своя поправка), вне зависимости от внешних факторов. А это говорит нам о том, что данные ошибки заложены производителем в спидометр/одометр (в обсуждаемой заметке как раз и описывается почему и зачем), а не являются методическими погрешностями алгоритма работы GPS.

    То есть, выражаясь математическим языком, отношение Sнавиг/Sодометра = const и Vнавиг/Vспидометра = const

    Таким образом, ваша теория не подтверждается практикой, а это значит, что она ошибочна.
    Эти константы свидетельствует о том, что процесс расчета пройденного пути навигатором (ну и соответственно, скорости, являющейся первой производной от расстояния по времени), происходит несколько иначе, чем вам думается, и что производители навигационных программ все-таки учитывают высоту точек при выполнении расчетов (а не выполняют расчет расстояния/скорости на поверхности эллипсоида).

    Производители GPS-навигаторов прекрасно понимают, что не учитывая при расчетах высоту точки (вернее, принимая ее равной нулю, т.е. опуская точку на поверхность), они (а вернее, пользователи навигаторов) будут получать ту самую ошибку, о которой вы упомянули в своем комментарии.
    Причем эта ошибка будет не постоянной, а будет рандомно меняться в зависимости от длины маршрута и уклона местности, т.е. учесть (и исправить) ее методическим способом будет невозможно (что очень плохо).
    Но мы же с вами не будем считать производителей полными идиотами?

    GPS — это система для работы в пространстве. Не только на поверхности эллипсоида принятого за основу (как вы думаете), а в том числе и над ней. В пространстве.
    А одной из определяющих положение точки в пространстве координат, является высота.
    На практике, все точки, позиция которых определяется с помощью GPS имеют три (а не две) координаты: широту, долготу и высоту.

    И для вычисления программой расстояния между двумя любыми точками в пространстве, используется сферическая система координат.
    Использование сферической системы автоматически подразумевает, что во всех расчетах расстояний между точками будет участвовать (учитываться) и высота этих точек. И в таком случае, мы получим не расстояние между проекциями этих точек на поверхность эллипсоида (как вам кажется), а очень даже реальное расстояние между ними в пространстве. Ну, а потом уже, исходя из пройденного за единицу времени расстояния GPS определяет и скорость.

    Я не видел формул заложенных в алгоритм работы навигатора (думаю, что и вы тоже), я не специалист, я — простой пользователь. Но достаточно долго используя его на практике, пришел к выводу, что производители навигационных программ используют данные по высоте точки в расчетах расстояния (и, соответственно, скорости). Не знаю, как они это делают, но они это делают, что и подтверждается практикой.

    И вы (или любой другой читатель) всегда можете вполне самостоятельно это проверить, запланировав и проделав несколько маршрутов разной (но достаточной для сбора статистики) длины и по разной местности (500-800 км будет достаточно, но лучше 1000-1500 км).
    И самостоятельно, на практике, убедиться в верности приведенных выше утверждений.

  6. Спасибо за понятное изложение вопроса
    Не часто такое в сети встретишь
    Прям как в Вузе профессор, все по полочкам разложили
    Спасибо

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх