إن عداد السرعة عرضة للأخطاء الميكانيكة، بينما يحتسب نظام تحديد المواقع العالمي الزمن الذي يستغرقه الانتقال من نقطة إلى أخرى، ما يجعله الخيار الأدق.
في أحد الأيام خرجت مع صديقي لركوب الدراجة إلى التلة القريبة. كانت الرحلة رائعةً كالمعتاد. المنظر الرائع على الطريق، وهبوب الريح التي تدفعنا بينما نسير، والوجبة السريعة في أثناء الرحلة، كل شيء كان رائعًا. كنا نسير عبر طريق مستقيم خال، لذلك أجرينا سباقًا: من يتجاوز سرعة 100 كيلومتر في الساعة أولًا سيفوز بمئة دولار. وصل صديقي إلى سرعة 100 كيلومتر في الساعة كما أشار عداد السرعة speedometer لديه، وبدأ يبطئ سرعته بعدما رأى مؤشر السرعة على العداد يشير إلى 100.
لكني، باعتباري مهندس ميكانيكا، أعرف أن عداد السرعة غير دقيق، وقد أخطأ قليلًا في تقدير السرعة. وقد تغلبت عليه، متجاوزًا سرعة 110 كيلومتر في الساعة. اعترض صديقي زاعمًا أنه قد فاز في السباق، وكنت مضطرًّا لتفسير عدم دقة عداد السرعة، وسبب اختياري لنظام تحديد المواقع GPS. لم يكن سعيدًا بالتفسير، لكنه اعترف بأني الفائز.
والسؤال هو: لماذا عدادات السرعة غير دقيقة؟
كيف تقيس عدادات السرعة وتقنية تحديد المواقع السرعة؟
لمعرفة سبب عدم دقة عداد السرعة، فإننا بحاجة أولًا إلى فهم كيفية احتساب السرعة. إن عداد السرعة في سيارتك إما إلكتروني أو ميكانيكي. عدادات السرعة الميكانيكية موجودة منذ بدايات القرن العشرين، أما عداد السرعة الإلكتروني فلم يظهر حتى أواخر الثمانينيات. تستخدم معظم السيارات الحديثة عداد السرعة الإلكتروني لقياس سرعة المركبة.
عداد السرعة الميكانيكي
يتكون عداد السرعة الميكانيكي Mechanical speedometer من الأجزاء التالية: كابل تشغيل ومغناطيس وعلبة سرعة ونابض شعري وإبرة مؤشر مثبتة على لوحة القيادة. كابل التشغيل هو كابل مرن (مجموعة من لفات حلزونية صغيرة مثبتة بإحكام حول سلك أو قضيب مركزي) مرتبط بناقل حركة السيارة.
تحديدًا يتصل كابل التشغيل بعجلة التروس على المحور الخارج output shaft لناقل الحركة، والمحور الخارج مرتبط مع عجلات السيارة لينقل سرعته الدوران إليها، ما يحقق تقديرًا دقيقًا -نسبيًّا- لسرعة المركبة.
يُسمى عداد السرعة الميكانيكية أيضًا عداد التيارات الدوامية
عند تشغيل المركبة، تنتقل الحركة الدورانية للمحور الخارج إلى المحور المركزي central mandrel لكابل التشغيل، فيدور كابل التشغيل بنفس سرعة دوران المحور الخارج، الذي يدور بنفس سرعة دوران عجلات المركبة. النهاية الأخرى لكابل التشغيل متصلة مع مغناطيس يوجد ضمن علبة السرعة، لكنه معزول عن علبة السرعة فعليًّا بوجود فجوة هوائية بينهما.
تنتقل الحركة الدورانية لكابل التشغيل إلى المغناطيس، فيولد المغناطيس حقلًا مغناطيسيًّا دورانيًّا، يولد تيارات دوامية صغيرة في علبة السرعة، ما يُجبر علبة السرعة (ومن ثم إبرة المؤشر) على الدوران في نفس اتجاه دوران المغناطيس.
كلما ازدادت سرعة دوران المحور الخارج، ازدادت قوة المجال المغناطيسي، ما يزيد من سرعة علبة السرعة وإبرة المؤشر. أما النابض الشعري hairspring فيقاوم عزم دوران علبة السرعة لتثبيت المؤشر على قيمة الصفر عندما لا تعمل المركبة. تتوقف إبرة المؤشر عن الحركة عندما يكون عزم الدوران المقابل للنابض الشعري مساويًا لعزم الدوران الناتج عن التيارات الدوامية، فيشير المؤشر إلى القيمة الصحيحة للسرعة.
عداد السرعة الإلكتروني
تُعَد عدادات السرعة الإلكترونية Electronic speedometer أبسط من الميكانيكية. يُثبَّت مستشعر السرعة الدوراني (ويسمى أيضًا مستشعر سرعة المركبة) على المحور الخارج لناقل الحركة، ويرسل نبضات إلكترونية حسب السرعة الدورانية للمحور.
عداد السرعة الإلكتروني أبسط من عداد السرعة الميكانيكي، ويتكون من 4 أجزاء: مغناطيس، ومستشعر للحقل المغناطيسي، ودارة إلكترونية صغيرة لتفسير القراءات، ووحدة إظهار رقمية أو تماثلية
يتكون المستشعر من قرص معدني مع مسنن صغير ينتهي بمغناطيس دائري. عندما يدور المحور، يُعيق المسنن التقاط المستشعر للحقل المغناطيسي، ويُحتسَب عدد النبضات ويُقارَن مع العدد الكلي لدورات عجلات المركبة، ما يعطينا تقديرًا لسرعة المركبة.
تقنية تحديد المواقع العالمية
يحتسب جهاز تحديد المواقع العالمي GPS device السرعة بأبسط طريقة ممكنة، فهو يقيس السرعة باستخدام المعادلة الكلاسيكية (السرعة = المسافة/الزمن). يتتبع جهاز تحديد الموقع موقع المركبة باستمرار ويقيس المسافة التي قطعتها المركبة بين نقطتين، ثم تقسم المسافة المقطوعة على الزمن الذي استغرقته المركبة للانتقال بين النقطتين، فيشير الرقم الناتج إلى السرعة. وبما إن أجهزة تحديد الموقع تستخدم موقع السيارة لاحتساب السرعة، فتسمى أيضًا عداد السرعة الموقعي positional speedometer.
مقارنة بين عداد السرعة وتقنية تحديد الموقع في احتساب السرعة
تتكون عدادات السرعة من العديد من الأجزاء الميكانيكية، لذا فهي معرضة للأخطاء الميكانيكية. أيضًا تحتسب العدادات السرعة بالاتصال المباشر مع العجلات، لذلك فإن أي تغير في خصائص العجلات، مثل تغير أبعاد العجلات نتيجة للضغط، وتغير غلاف العجلات أو تشققها، ودرجة حرارتها والحمل المطبق عليها، كل ذلك يسبب قراءات غير دقيقة.
إن عدادات السرعة معايَرة بالنسبة إلى الإطارات الأصلية للسيارة، لكن عند تغيير الإطارات الأصلية أو استخدام إطارات غير مطابقة للمواصفات، يتطلب ذلك إعادة معايرة عداد السرعة، وإلا سيعطي قراءات غير دقيقة.
لأسباب الأمان، يعاير المصنعون عداد السرعة ليعطي قيمًا أعلى من السرعة الحقيقية للمركبة، للحد من سرعة السائقين، وتُمنَع عدادات السرعة من قراءة قيمة أقل من القيم الحقيقية للسرعة، لكنها قد تعطي قيمًا أعلى بمقدار 10% +4.
أما تقنية تحديد الموقع فتستخدم تقنية رياضية بسيطة لقياس سرعة المركبة، لذا فهي أدق. وتكون بالغة الدقة عندما تسافر المركبة في خط مستقيم مع رؤية واضحة للسماء، إذ تعمل أجهزة تحديد الموقع من طريق الاتصال بالأقمار الصناعية، لكن عندما تسافر المركبة على طريق به عدة تحويلات ومنعطفات، يؤدي عدم قدرة تقنية تحديد الموقع على توقع مدى ضيق هذه المنعطفات أو ميلها إلى درجة من عدم الدقة.
عيب آخر في تقنية تحديد الموقع هو عدم القدرة على احتساب السرعة اللحظية للمركبة، إذ إن قراءة السرعة باستخدام تقنية تحديد الموقع هي السرعة المتوسطة مع تأخير ضئيل.
في الختام تجدر الإشارة إلى أن الاختلاف في الدقة بين عداد السرعة وجهاز تحديد المواقع ليس كبيرًا. مثلًا، عندما يُظهر عداد السرعة أن سرعتك تبلغ 100 كيلومتر في الساعة، ربما تظهرها تقنية تحديد المواقع -الأكثر دقة- لتكون 92 كيلومترًا في الساعة. ينشأ هذا الفرق بسبب الفروق الميكانيكية ومعايير الشركات المصنعة، وغالبًا تُعَد الفروق في القراءات ميزة، إذ تمنع السائقين من القيادة بتهور، وتحميهم من تلقي المخالفات طيلة الوقت.
اقرأ أيضًا:
ما هو الفرق بين السرعة الأرضية و السرعة الجوية ؟
فيزيائيًا.. ما هي السرعة الخطية و السرعة الزاوية ؟ وما الفرق بينهما ؟
ترجمة: فارس بلول
تدقيق: رزوق النجار
مراجعة: أكرم محيي الدين
