Compteur de vitesse

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Contexte

Un indicateur de vitesse est un appareil utilisé pour mesurer la vitesse de déplacement d'un véhicule, généralement dans le but de maintenir un rythme raisonnable. Son développement et son statut éventuel en tant qu'élément standard dans les automobiles ont conduit à l'application de limites de vitesse légales, une notion qui était en pratique depuis le début des voitures sans chevaux mais qui était largement ignorée par le grand public. Aujourd'hui, aucune automobile n'est équipée sans un compteur de vitesse intact; il est fixé à l'habitacle d'un véhicule et partage généralement un boîtier avec un compteur kilométrique, qui est un mécanisme utilisé pour enregistrer la distance totale parcourue. Deux types de base de compteur de vitesse automobile, mécanique et électronique, sont actuellement produits.

Historique

Le concept d'enregistrement des données de déplacement est presque aussi ancien que celui des véhicules. Les premiers Romains marquaient les roues de leurs chars et comptaient les révolutions, estimant la distance parcourue et la vitesse quotidienne moyenne. Au XIe siècle, les inventeurs chinois ont imaginé un mécanisme impliquant un train d'engrenages et un bras mobile qui frapperait un tambour après une certaine distance. Les données de vitesse nautique ont été enregistrées dans les années 1500 par une invention appelée chip log, une ligne nouée à intervalles réguliers et lestée pour traîner dans l'eau. Le nombre de nœuds lâchés dans un laps de temps déterminé déterminerait la vitesse de l'engin, d'où le terme nautique "nœuds" encore appliqué aujourd'hui.

Le premier brevet pour un indicateur de vitesse à arbre tournant a été délivré en 1916 à l'inventeur Nikola Tesla. À cette époque, cependant, les compteurs de vitesse étaient déjà en production depuis plusieurs années. Le développement du premier compteur de vitesse pour voitures est souvent attribué à A. P. Warner, fondateur de la Warner Electric Company. Au tournant du siècle, il a inventé un mécanisme appelé coupe-mètre, utilisé pour mesurer la vitesse des outils de coupe industriels. Réalisant que le coupe-mètre pouvait être adapté à l'automobile, il modifia l'appareil et se lança dans une grande campagne promotionnelle pour faire connaître son compteur de vitesse au grand public. Plusieurs concepts d'indicateurs de vitesse ont été introduits par des sources concurrentes à l'époque, mais la conception de Warner a connu un succès considérable. À la fin de la Première Guerre mondiale, la Warner Instrument Company fabriquait neuf compteurs de vitesse sur dix utilisés dans les automobiles.

L'Oldsmobile Curved Dash Runabout, sorti en 1901, a été la première ligne automobile équipée d'un compteur de vitesse mécanique. Cadillac et Overland ont rapidement suivi, et les compteurs de vitesse ont commencé à apparaître régulièrement comme une option installée en usine dans les nouvelles automobiles. Les compteurs de vitesse de cette époque étaient difficiles à lire à la lumière du jour et, sans lampe dans le boîtier, pratiquement illisibles la nuit. Le câble d'entraînement des premiers modèles était fixé aux roues avant ou à l'arrière de la transmission, mais l'intégration du câble d'entraînement dans le carter de transmission ne se produirait pas avant 20 ans. Après cette amélioration, la conception technique de base d'un compteur de vitesse resterait inchangée jusqu'à l'avènement du compteur de vitesse électronique au début des années 1980.

Matières premières

Les matériaux utilisés dans la production de compteurs de vitesse varient selon le type de jauge et l'application prévue. Les modèles mécaniques plus anciens étaient entièrement composés d'acier et d'autres alliages métalliques, mais plus tard, environ 40% des pièces d'un compteur de vitesse mécanique ont été moulées à partir de divers polymères plastiques. Les modèles électroniques les plus récents sont presque entièrement fabriqués en plastique et les ingénieurs de conception améliorent continuellement les polymères utilisés. Par exemple, le boîtier de l'ensemble principal d'un compteur de vitesse est généralement en nylon, mais certains fabricants utilisent désormais le polyester de polytéréphtalate de butylène (PBT) plus résistant à l'eau. La vis sans fin et l'arbre magnétique sont également en nylon, tout comme le train d'engrenages et les broches du compteur de vitesse. La lentille d'affichage en verre du passé récent est maintenant faite de polycarbonate transparent, un plastique solide et flexible qui résiste à la chaleur, à l'humidité et aux chocs.

Conception

Dans un compteur de vitesse mécanique, un câble rotatif est attaché à un ensemble d'engrenages dans la transmission de l'automobile. Ce câble est directement attaché à un aimant permanent dans l'ensemble compteur de vitesse, qui tourne à une vitesse proportionnelle à la vitesse du véhicule. Lorsque l'aimant tourne, il manipule un anneau en aluminium, le tirant dans la même direction que le champ magnétique tournant; le mouvement de l'anneau, cependant, est contrecarré par un ressort en spirale. Attaché à l'anneau en aluminium se trouve l'aiguille, qui indique la vitesse du véhicule en marquant l'équilibre entre ces deux forces. Au fur et à mesure que le véhicule ralentit, la force magnétique exercée sur l'anneau en aluminium diminue et le ressort ramène l'aiguille du compteur de vitesse à zéro.

Les compteurs de vitesse électroniques sont presque universellement présents dans les voitures de modèle récent. Dans ce type de jauge, un générateur d'impulsions (ou générateur de tachymètre) installé dans la transmission mesure la vitesse du véhicule. Il communique cela via des signaux d'impulsions électriques ou magnétiques, qui sont soit traduits en un affichage électronique, soit utilisés pour manipuler un ensemble de jauge magnétique traditionnel.

Le processus de fabrication

Composants en acier

• 1 Pour former de l'acier en fusion, le minerai de fer est fondu avec du coke, une substance riche en carbone qui se forme lorsque le charbon est chauffé sous vide. Selon l'alliage, d'autres métaux tels que l'aluminium, le manganèse, le titane et le zirconium peuvent également être introduits. Une fois l'acier refroidi, il est formé en feuilles entre des rouleaux à haute pression et distribué à l'usine de fabrication. Là, les pièces individuelles peuvent être coulées dans des moules ou pressées et façonnées à partir de barres par de grandes machines à rouler.

Composants en plastique

• 2 Les différents plastiques qui arrivent dans une station de fabrication d'instruments ont d'abord été créés à partir de composés chimiques organiques dérivés du pétrole. Ces polymères sont distribués sous forme de pastilles pour une utilisation dans le procédé de moulage par injection. Pour fabriquer les petites pièces d'un assemblage de compteur de vitesse, ces pastilles sont chargées dans la trémie d'une machine de moulage et fondues. Une vis hydraulique force le plastique à travers une buse et dans un moule préfabriqué, où le plastique est autorisé à refroidir et à se solidifier. Les pièces sont ensuite rassemblées et transportées vers des stations d'assemblage.

Assemblage

• 3 Le mode d'assemblage et le degré d'interaction humaine dépendent de la qualité du compteur de vitesse. Certains systèmes de compteurs de vitesse bon marché sont conçus pour être "jetables", ce qui signifie que les instruments ne sont pas conçus pour être facilement démontés ou réparés. Dans ce cas, la quincaillerie est fixée à l'aide d'un processus appelé rivetage, dans lequel une broche à tête est insérée et émoussée à l'autre extrémité, formant une fixation permanente. Les systèmes de compteur de vitesse haut de gamme se composent de deux ensembles principaux fixés par des vis; l'avantage est que le matériel interne de la jauge est accessible pour la réparation et le recalibrage.
• 4 L'arbre intérieur et l'ensemble compteur de vitesse sont ensuite fusionnés en place avec des rivets ou des vis. Les aimants permanents utilisés dans les compteurs de vitesse mécaniques sont compressés et moulés avant l'arrivée à l'usine, et ne nécessitent donc qu'un montage sur la vis sans fin. Dans le cas des compteurs de vitesse électroniques, les circuits en fibre de verre et cuivre sont également fabriqués par les fournisseurs et nécessitent une programmation avant d'être vissés dans le système plus large. Ces composants plus gros sont transportés vers une station d'assemblage séparée, où ils sont montés dans le boîtier avec des connecteurs en plastique à bornes à goujon ou à lame. Au-delà de son primaire Les mécanismes internes d'un compteur de vitesse. en tant qu'étui de protection, le boîtier sert également de plate-forme pour la fixation d'éléments extérieurs tels que le cadran, l'aiguille et la fenêtre d'affichage. Encore une fois, ces processus nécessitent une automatisation en raison de la production importante, mais un effort humain est nécessaire à chaque étape pour inspecter et garantir la cohérence du produit.

Étalonnage

• 5 L'étalonnage est le processus de détermination de la vraie valeur des espaces dans n'importe quel instrument gradué. Il s'agit d'un processus particulièrement vital dans la fabrication de compteurs de vitesse, car la sécurité du conducteur dépend d'une lecture précise. Dans une jauge mécanique, les forces magnétiques produisent le couple qui dévie l'aiguille indicatrice. Lors de l'étalonnage de ce type de jauge, un électro-aimant est utilisé pour ajuster la force de l'aimant permanent monté dans le compteur de vitesse jusqu'à ce que l'aiguille corresponde à l'entrée du câble rotatif. Lors de l'étalonnage d'une jauge électronique, des ajustements sont effectués lorsque les facteurs d'étalonnage sont écrits dans la mémoire du compteur. Le système peut alors reconfigurer l'équilibre entre l'entrée de la transmission et la sortie de l'aiguille. De nouveaux systèmes automatisés d'étalonnage des compteurs de vitesse mécaniques et électroniques sont désormais disponibles, ce qui permet d'économiser un nombre considérable d'heures de travail habituellement requises pour ce processus.

Contrôle qualité

La méthode de contrôle qualité la plus directe est probablement le processus d'étalonnage. Les fabricants de pièces automobiles travaillent selon les normes de mesure développées par l'Organisation internationale de normalisation (ISO), qui garantit que les directives universelles entre les fabricants de jauges sont utilisées. Les équipes internes d'assurance qualité élaborent des spécifications pour chaque nouveau produit avant qu'il ne passe à la chaîne de montage, et les mêmes équipes signalent plus tard si ces directives sont respectées dans l'usine. Les niveaux progressifs d'assemblage impliquent également une inspection par le personnel de l'usine pour s'assurer que l'automatisation fonctionne correctement.

Sous-produits/Déchets

Aucun sous-produit ne résulte de la fabrication des jauges. Les déchets comprennent la ferraille et les plastiques, dont certains peuvent être réutilisés dans des cycles de production ultérieurs. Étant donné que les matières premières impliquées sont préparées à l'extérieur de l'usine, aucune quantité significative de déchets industriels dangereux ne résulte de la fabrication. Les émissions provenant de l'automatisation des usines sont réglementées par le gouvernement et étudiées par des groupes de protection de l'environnement.

Le futur

Les entreprises de conception expérimentent actuellement des améliorations dans la lecture du compteur de vitesse, un effort pour éliminer le moment de distraction nécessaire pour qu'un conducteur regarde vers le bas et évalue sa vitesse. Les lectures numériques projetées sur le pare-brise semblent être la prochaine étape de développement. Certains prototypes de ces compteurs de vitesse donnent l'impression que l'affichage flotte au-dessus du capot du moteur. Étant donné que ce type d'affichage donne l'impression qu'il se trouve à plusieurs pieds au-delà du volant, les conducteurs pourront surveiller en permanence la vitesse sans avoir à quitter la route des yeux. Les rétroviseurs et les dispositifs de projection utilisés dans ce système pourraient également être ajustés pour s'adapter à la position du conducteur, de la même manière qu'un rétroviseur. De plus, les systèmes de projection des compteurs de vitesse seront éventuellement intégrés aux outils de navigation, permettant aux informations directionnelles d'apparaître avec les lectures des jauges.

Où en savoir plus

Autre

Devaraj, Ganesh et al. "Automatisation de l'étalonnage du compteur de vitesse." Page Web d'ingénierie d'évaluation. Décembre 2001. .

"Comment fonctionne un tachymètre/compteur de vitesse à l'aide d'un capteur magnétique." Manuel. Stewart-Warner Co., avril 2001.

"Comment une jauge électrique est assemblée." Manuel. Stewart-Warner Co., avril 2001.

"Comment fonctionnent les compteurs kilométriques." Comment fonctionnent les trucs de Marshall Brain. Décembre 2001. .

"La vitesse à travers le temps." Journal électronique sur les thèmes des transports. Novembre 1998. Décembre 2001. .

"Compteur de vitesse." Compléter la page Web du logiciel informatique. Décembre 2001. .

"Le compteur de vitesse flottant." Page Web Siemens.com. Décembre 2001. .

Kate Kretschmann