Un velocímetro o velocímetro es un indicador que mide y muestra la velocidad instantánea de un vehículo. Ahora se instalan universalmente en los vehículos de motor y comenzaron a estar disponibles como opciones a principios del siglo XX, y como equipo estándar a partir de aproximadamente 1910 en adelante. [1] Otros vehículos pueden usar dispositivos análogos al velocímetro con diferentes medios para detectar la velocidad, por ejemplo, los barcos usan un registro de velocidad , mientras que los aviones usan un indicador de velocidad aerodinámica .
A Charles Babbage se le atribuye la creación de un tipo temprano de velocímetro, que generalmente se instalaba en las locomotoras . [2]
El velocímetro eléctrico fue inventado por el croata Josip Belušić [3] en 1888 y originalmente se llamó velocímetro.
El velocímetro fue patentado originalmente por Josip Belušić (Giuseppe Bellussich) en 1888. Presentó su invento en la Exposición Universal de París de 1889. Su invento tenía un puntero y un imán, que utilizaba electricidad para funcionar. [4] [5] [6] El inventor alemán Otto Schultze patentó su versión (que, como la de Belušić, funcionaba con corrientes de Foucault) el 7 de octubre de 1902. [7]
Muchos velocímetros utilizan un cable flexible giratorio accionado 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 desplazaba hacia afuera a medida que aumentaba la velocidad, de forma similar al regulador que se utilizaba en las máquinas de vapor. Este movimiento se transfería al puntero para indicar la velocidad.
A continuación, se introdujo el velocímetro cronométrico, en el que se medía la distancia recorrida en un intervalo de tiempo preciso (algunos velocímetros Smiths utilizaban 3/4 de segundo) medido por un escape. Esto se trasladó a la aguja del velocímetro. El velocímetro cronométrico es tolerante a las vibraciones y se utilizó en motocicletas hasta la década de 1970.
Cuando el vehículo está en movimiento, un conjunto de engranajes del velocímetro hace girar un cable del velocímetro, que a su vez hace girar el mecanismo del velocímetro. Un pequeño imán permanente fijado al cable del velocímetro interactúa con una pequeña copa de aluminio (llamada copa de velocidad ) unida al eje de la aguja del instrumento analógico del velocímetro. 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 par sobre la copa, "arrastrándola", y por lo tanto la aguja del velocímetro, en la dirección de su rotación sin ninguna conexión mecánica entre ellos. [1]
El eje del indicador se mantiene hacia el cero mediante un fino resorte de torsión . El par de torsión en la copa aumenta con la velocidad de rotación del imán. Por lo tanto, un aumento en la velocidad del automóvil hará girar la copa y el indicador del velocímetro contra el resorte. La copa y el indicador girarán hasta que el par de torsión de las corrientes parásitas en la copa se equilibre con el par de torsión opuesto del resorte, y luego se detendrán. Dado que el par de torsión en la copa es proporcional a la velocidad del automóvil y la deflexión del resorte es proporcional al par de torsión, el ángulo del indicador también es proporcional a la velocidad, de modo que se pueden usar marcadores igualmente espaciados en el dial para los espacios en la velocidad. A una velocidad dada, el indicador permanecerá inmóvil y apuntará al número apropiado en el dial del velocímetro.
El resorte de retorno está calibrado de tal 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, entre ellos 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 de Foucault es que no puede mostrar la velocidad del vehículo cuando circula en reversa, 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.
Muchos velocímetros modernos son electrónicos . En los diseños derivados de los modelos anteriores de corrientes de Foucault, un sensor de rotación montado en la transmisión proporciona 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 tienen 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 un disco de metal 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 a medida que afectan la fuerza del campo magnético que está midiendo. [1] Alternativamente, particularmente en vehículos con cableado multiplex, algunos fabricantes utilizan los pulsos que vienen 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 corriente de Foucault de mostrar la velocidad del vehículo cuando se mueve en reversa.
Una computadora convierte los pulsos en una velocidad y muestra esta velocidad en una aguja de estilo analógico controlada electrónicamente o en una pantalla digital . La información de los pulsos también se utiliza para una variedad de otros propósitos por parte de la ECU o el sistema de control completo del vehículo, por ejemplo, para activar el ABS o el control de tracción, calcular la velocidad promedio del viaje o incrementar el odómetro en lugar de que se gire 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 accionado por la rueda o la transmisión del automóvil. El mecanismo del reloj intenta empujar la aguja del velocímetro hacia cero, mientras que el pulsador accionado por el vehículo intenta empujarla hacia el infinito. La posición de la aguja del velocímetro refleja las magnitudes relativas de las salidas de los dos mecanismos.
Un velocímetro virtual es una herramienta generada por computadora que muestra la velocidad actual de un vehículo u objeto. El velocímetro virtual generalmente calcula la velocidad del objeto en función de la distancia que recorre a lo largo del 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 que la batería se agote más rápido. Además, los velocímetros virtuales calculan la velocidad midiendo la distancia y el tiempo entre dos puntos mediante señales GPS. Sin embargo, diversos factores ambientales, como las condiciones climáticas, el terreno y los obstáculos, pueden interferir con la precisión de estas señales y dar como resultado lecturas de velocidad inexactas.
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. De esta manera, es análogo a un velocímetro electrónico de automóvil que utiliza pulsos de un sensor ABS, pero con una resolución de tiempo/distancia mucho más burda: normalmente un pulso/actualización de pantalla por revolución, o tan raramente como una vez cada 2-3 segundos a baja 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 en la carretera, 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 tamaño de rueda, o adicionalmente por circunferencia de rueda o neumático para hacer mediciones de distancia más precisas y exactas que un medidor de vehículo de motor típico. Sin embargo, estos dispositivos tienen algunas desventajas menores, ya que requieren energía de baterías que deben reemplazarse cada cierto tiempo en el receptor (y sensor, para modelos inalámbricos) y, en los modelos con cable, la señal es transportada por un cable delgado que es mucho menos robusto que el que se usa para frenos, cambios o velocímetros con cable.
Otros velocímetros de bicicleta, generalmente más antiguos, se accionan mediante un cable desde una u otra rueda, como en los velocímetros de motocicleta descritos anteriormente. Estos no requieren energía de batería, pero pueden ser relativamente voluminosos y pesados, y pueden ser menos precisos. La fuerza de giro en la rueda puede proporcionarse mediante un sistema de engranajes en el buje (aprovechando la presencia, por ejemplo, de un freno de buje, un engranaje de cilindro 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 (la misma posición que los frenos de llanta, pero en el borde opuesto de la horquilla) o la pared lateral del propio neumático. El primer tipo es bastante confiable y requiere poco mantenimiento, pero necesita un calibre y un engranaje de cubo que coincida adecuadamente con el tamaño de la llanta y el neumático, mientras que el último requiere poca o ninguna calibración para una lectura moderadamente precisa (con neumáticos estándar, la "distancia" cubierta en cada rotación de la rueda por una rueda de fricción colocada contra la llanta debe escalar bastante linealmente con el tamaño de la rueda, casi como si estuviera rodando por el suelo), pero no son adecuados para uso todoterreno y deben mantenerse adecuadamente tensados y limpios de suciedad de la carretera para evitar resbalones o atascos.
La mayoría de los velocímetros tienen tolerancias de alrededor de ±10%, principalmente debido a las variaciones en el diámetro de los neumáticos. [ cita requerida ] Las fuentes de error debido a las 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 valores altos en una cantidad igual al error promedio, para garantizar que sus velocímetros nunca indiquen una velocidad inferior a la velocidad real del vehículo, para asegurarse de que no sean responsables de los conductores que infrinjan los límites de velocidad. [ cita requerida ]
Los errores excesivos del velocímetro después de la fabricación pueden provenir de varias causas, pero lo más común es que se deba a un diámetro de neumático no estándar, en cuyo caso el error es:
Casi todos los neumáticos ahora tienen su tamaño mostrado como "T/A_W" en el costado del neumático (Ver: Código de neumático ) y los neumáticos.
Por ejemplo, un neumático estándar es "185/70R14" con un 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 sustituir el primer neumático (y las ruedas) por el segundo (en ruedas de 15" = 381 mm), el velocímetro indica 100 * ((614,6/576) - 1) = 100 * (24,20/22,68 - 1) = 6,7 % más 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, un neumático nuevo "185/70R14" de 620 mm (24,4 pulgadas) de diámetro tendrá una profundidad de dibujo de ≈8 mm, en el límite legal esto se reduce a 1,6 mm, siendo la diferencia de 12,8 mm de diámetro o 0,5 pulgadas, lo que supone un 2% en 620 mm (24,4 pulgadas).
En muchos países, el error legal 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), [8] que cubre aquellos aspectos de la homologación de vehículos relacionados con los velocímetros. El objetivo principal de los reglamentos de la CEPE es facilitar el comercio de vehículos de motor mediante el acuerdo sobre normas de homologación de tipo uniformes en lugar de exigir que un modelo de vehículo se someta a diferentes procesos de homologación en cada país donde se vende.
Los Estados miembros de la Unión Europea también deben conceder la homologación de tipo a los vehículos que cumplan normas de la UE similares. Las que se refieren a los velocímetros [9] [10] [11] son similares al reglamento de la CEPE en el sentido de que especifican que:
Las normas especifican tanto los límites de precisión como muchos de los detalles de cómo debe medirse durante el proceso de homologación. 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 de la CEPE relaja los requisitos para los vehículos fabricados en serie tras la homologación. En las auditorías de conformidad de la 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 vehículos de dos o 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 2000/7/CE de la Unión Europea, que se refiere a los vehículos de dos y tres ruedas, establece límites similares ligeramente relajados en la producción.
Antes de julio de 1988, no existían normas de diseño australianas para velocímetros en Australia. Tuvieron que introducirse cuando se empezaron a utilizar las cámaras de velocidad. 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 el Reglamento 39 de la CEPE. [12]
Los velocímetros de los vehículos fabricados antes de estas fechas pero después del 1 de julio de 1995 (o del 1 de enero de 1995 para los vehículos de pasajeros con control avanzado y los vehículos de pasajeros todoterreno) deben cumplir con la norma de diseño australiana anterior, que especifica que solo deben 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 abastecer al mercado australiano deben cumplir con las Normas de Diseño de Australia. [13] Los gobiernos estatales y territoriales pueden establecer políticas para la tolerancia de velocidad por encima de los límites de velocidad establecidos, que pueden ser inferiores al 10 % permitido en las versiones anteriores de las Normas de Diseño de Australia, como en Victoria. [14] 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 que no marca la velocidad correcta. [15]
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El Reglamento de construcción y utilización de vehículos de carretera modificado de 1986 permite el uso de velocímetros que cumplan los requisitos de la Directiva 75/443 del Consejo de la CE (modificada por la Directiva 97/39) o del Reglamento 39 de la CEPE. [16]
El Reglamento de homologación de vehículos de motor de 2001 [17] permite la homologación de vehículos individuales. Al igual que el reglamento de la CEPE y las directivas de la CE, el velocímetro nunca debe mostrar una velocidad indicada inferior a la velocidad real. Sin embargo, difiere ligeramente de ellas al especificar que para todas las velocidades reales entre 25 mph y 70 mph (o la velocidad máxima del vehículo si es inferior a esta), la velocidad indicada no debe superar el 110% de la velocidad real, más 6,25 mph.
Por ejemplo, si el vehículo viaja realmente a 50 mph, el velocímetro no debe mostrar más de 61,25 mph ni menos de 50 mph.
Las normas federales en los Estados Unidos permiten un error máximo de 5 mph a una velocidad de 50 mph en las lecturas del velocímetro de vehículos comerciales. [18] Las modificaciones posteriores, como diferentes tamaños de neumáticos y ruedas o diferentes engranajes diferenciales, pueden causar imprecisiones en el velocímetro.
A partir del 1 de septiembre de 1979, la NHTSA exigió que los velocímetros de los automóviles estadounidenses fabricados en ese país tuvieran un énfasis especial en los 90 km/h y no mostraran una velocidad máxima de 136 km/h. El 25 de marzo de 1982, la NHTSA revocó la norma porque no se obtenían "beneficios significativos para la seguridad" de mantener la norma. [19]
Los dispositivos GPS pueden medir la velocidad de dos maneras:
Como se menciona en el artículo sobre el sistema de navegación por satélite , los datos del GPS se han utilizado para anular una multa por exceso de velocidad; los registros del GPS mostraban que el acusado circulaba por debajo del límite de velocidad cuando le pusieron la multa. El hecho de que los datos procedieran de un dispositivo GPS probablemente era 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.
