מדידת מהירות, סל"ד ומרחק נערכת באמצעות שלושה מכשירים הנמצאים ברכבנו ומשרתים אותנו באופן היום-יומי ביותר, גם אם יש מי שאינם מתייחסים אליהם כאל מכשירי חיווי חשובים, ותצוגתם מהווה אך ורק המלצה. שלושה אלה הינם מד המהירות - הספידומטר, מד המרחק - האודומטר ומד סיבובי המנוע - הטָכוֹמטר. בעוד כולנו עושים שימוש במד המרחק ובמד המהירות, גם אם זה האחרון רק על מנת לדעת "כמה סוגרת" מכוניתנו, הרי מד סיבובי המנוע, הנמצא כיום כמעט בכל מכונית, הוא פחות בשימוש, ולא בצדק. בשניים הראשונים נדון בכתבה זו, ובמד הסל"ד (כמו גם במחוונים אחרים) – בכתבה הבאה.
רומא (ואולי יוון?) קובעת את התקן
מבין שלושה מודדים אלה, מד המרחק הינו הראשון שהומצא. על פי הידוע, מד המרחק הראשון הומצא כ-15 שנים טרם הולדתו של ישו על-ידי אחד מאדריכלי רומא ומהנדסיה, ויטרוביוס (יש הטוענים כי ארכימדס המציא את מד מרחק כבר בימי המלחמה הפונית הראשונה, כ-250 שנים קודם לכן). הבחור ייצר גלגל בעל היקף של 3.78 מ' והציבו בתוך מזלג, כמעין מריצה, שנדחפה ביד. כל 400 סיבובים של גלגל זה יצרו מייל רומי אחד השווה לכ-1512 מ'. הגלגל סובב גלגל שיניים בעל 400 שיניים, כך שבכל סיבוב של גלגל זה הייתה נופלת אבן חצץ קטנה לתוך מיכל. ספירת האבנים בתום המסע נתנה את מרחק ההליכה במיילים רומיים. גם בסין לא טמנו המדענים ידיהם בצלחת, ובערך באותה תקופה הומצא מד מרחק, שבכל "לי" (מידת מרחק השווה לכחצי ק"מ) הייתה זרוע מכה בתוף. ההמצאה הראשונה, הדומה למדי המרחק המכאניים של ימי המכונית מאז המצאתה (ועד לפני כ-15 שנים), הייתה במחצית המאה ה-17, של הצרפתי בלייז פסקאל (אותו מדען שחקר את תופעת הלחץ, וכל זאת במהלך 37 שנות חיים בלבד). הוא ייצר סידרה של גלגלי שיניים, כאשר בכל עשרה סיבובים היה הגלגל הקטן מזיז את הגלגל הגדול סיבוב אחד. שיטה זו שוכללה על ידי חלוץ אמריקאי מורמוני בשם קלייטון בתחילת המאה ה-19, שרצה למדוד את מרחק מסעו מאוהיו ליוטה, והפכה להיות השיטה המובילה עם המצאת המכונית ועליית הצורך למדידת מרחק נסיעתה. אך עדיין נותר צורך לפתור כמה בעיות הנדסיות. מהיכן תילקח המדידה? כיצד יועבר המידע למכשיר, כיצד יתורגם למרחק וכיצד יוצג לעיני הנהג? באותה דרך בה התפתח מד המרחק נסקור גם אנו את המערכת, מבסיסה המכאני ועד להווה הדיגיטלי.
מאיפה מודדים?
לצורך בחירת מקום המדידה יש לבחור מקום בו הסטייה תהיה מועטה ככל האפשר. הנחת היסוד היא כי גודל גלגלי הרכב קבוע. כאשר מכפילים את קוטר הגלגל בקבוע פאי, מתקבל היקף הגלגל. מספר הסיבובים כפול היקף הגלגל נותן את המרחק שעבר הגלגל. לשם הפשטות, נבחרה תיבת ההילוכים כנקודת מוצא ממנה תילקח המדידה. כל עוד המנוע סובב, אך ההילוכים אינם משולבים, (ולא משנה אם תיבת ההילוכים היא ידנית או אוטומטית), הגלגל לא ינוע ולא יימדד כל מרחק. מרגע שציר המוצא מתיבת ההילוכים מתחיל להסתובב, משמע שהתנועה מועברת לגלגלים והרכב מתחיל לגמוע מרחק. מדידת סיבובי ציר המוצא של הגיר תאפשר לדעת את מרחק הנסיעה. המדידה נערכת באמצעות גלגל שיניים המשתלב בבורג חלזוני, המסתובב עם ציר המוצא של הגיר. יחס ההעברה של גלגלי השיניים חייב להיות מדויק: בין ציר המוצא של הגיר לגלגלים נמצא הדיפרנציאל, המקיים יחס הפחתה בין מהירות המוצא של הגיר לגלגל. יחס זה חייב להילקח בחשבון בתרגום המרחק הנמדד. על מנת להסביר את החישוב הכרוך בכך, ניתן דוגמא: מכונית היא בעלת צמיגי 15R195/65, כלומר קוטר החישוק (15 אינץ') ועוד פעמיים גובה דופן הצמיג (195 כפול 65 אחוז, פעמיים) הוא קוטר הגלגל, ובמקרה זה -
כ-64 ס"מ. היקף הגלגל, לפיכך, כאשר מכפילים בפאי, הינו כ-2 מ'. כדי להגיע למהירות של 100 קמ"ש (כ-28 מ' בשנייה) על גלגל כזה להסתובב כ-14 סיבובים בשניה, שמשמעם 840 סל"ד. אם מהירות המוצא מהגיר היא כ-2500 סל"ד, יחס הפחתה של הבורג החלזוני צריך להיות זהה ליחס ההפחתה של הדיפרנציאל, ובמקרה זה 1:3 בערך. מכאן ברור, אם כך, כי כל העלאה של קוטר החישוק, כדי לשוות לרכבנו מראה אגרסיבי יותר, ללא טיפול מתאים בגלגל השיניים של מד המרחק והמהירות, יביא לסטיות בשני מדדים אלה. ערך הסטיות ישתנה, כמובן, אך לצורך ההמחשה, די בשינוי של שן אחת בגלגל השיניים המחובר ליציאה מהגיר - ומד המרחק יסטה ב-10 אחוזים. מד המהירות עלול אף להגיע במצב כזה לסטייה של 15 אחוזים במהירות המוצגת ביחס לזו האמיתית.
...ואיך מציגים?
אז עכשיו, אחרי שהצלחנו לסובב את גלגל השיניים המשולב, כיצד נעביר את "המידע" הזה לעיני הנהג? בכל המערכות הראשונות, ועד לפני כ-15 שנים, העברת התנועה הייתה מכאנית לחלוטין: כבל עשוי קפיץ פלדה גמיש, שצידו האחד מחובר לגלגל השיניים המונע על ידי הגיר וצידו השני בעל חתך ריבועי, מסתובב בתוך מעטפת גומי ומחבר בין היציאה מתיבת ההילוכים לאחורי לוח המחוונים במכונית. צידו המתחבר ללוח המחוונים מסובב, באמצעות החתך הריבועי, את מנגנון התצוגה, בין אם של מד המרחק ובין אם של מד המהירות. שניהם ניזונים מכבל זה. לצורך מדידת המרחק נדרש יחס הפחתה גדול במיוחד. גלגל המכונית נדרש להסתובב, כבדוגמא שלנו, 500 סיבובים על מנת לעבור קילומטר אחד, כאשר בזמן זה גלגל מאות המטרים עושה סיבוב אחד בלבד. הואיל וכאן נכנס גם יחס ההפחתה של הדיפרנציאל, מתקבל מצב לפיו יחס ההפחתה עשוי להגיע ל-1:1700... ההפחתה היעילה ביותר מתקבלת באמצעות חילזון, ולכן מותקנים בכניסה למד המרחק שלושה כאלה בטור, המשיגים את יחס ההפחתה הנדרש. האחרון בשלושה מסובב גלגל שיניים היושב על ציר, עליו מותקנות שש גלגלות נושאות מספרים. עד תחילת שנות ה-90 מד המרחק נשא רק חמש גלגלות, כך שכשיעבור הרכב 100 אלף קילומטר, מד המרחק יתאפס ותתחיל ספירה מחדש. שש הגלגלות מסודרות כך שכל גלגלת מסובבת על ידי זו שמימינה ביחס העברה של 1:10. על כל סיבוב שלם של גלגלת, זו שמשמאלה מסתובבת עשירית סיבוב, כיחס שבין הקילומטרים לעשרות הק"מ, מאות וכך הלאה עד מאות האלפים. העברת התנועה בין הגלגלות מבוצעת באמצעות ציר נוסף, עליו מותקנים גלגלי שיניים בעלי עשר שיניים. מול כל ספרת ה-9 בכל גלגלת מוצב מרווח המשתלב לתוך השן התורנית בגלגל הקטן, וזה מסובב את הגלגלת הבאה עשירית סיבוב בכל פעם שהמרווח מגיע מולו. החיבור המכאני הזה מאפשר לסובב את המספרים גם לאחור פשוט על ידי נסיעה לאחור... אז כנראה שאיש לא יקדיש את הזמן לדבר על מנת להרוויח כמה קילומטרים בבואו למכור את מכוניתו, אך מד מרחק מכאני קל "לטיפול" וזיוף על ידי נוכלים, המבקשים להציג מצג-שווא באשר לקילומטראז' שהרכב עבר - ללא השארת עדות.
מתחת למד המרחק מותקן מד מרחק מתאפס (Trip בלעז) למדידת ה"טיול" היומי, המרחק בין שני תדלוקים או לכל צורך זמני אחר. מבנהו זהה למבנה מד המרחק הרגיל, אלא שלו רק ארבע גלגלות למדידת מאות מטרים ועד ל-1000 ק"מ. מד מרחק זה ניזון אף הוא מכניסת כבל הפלדה וסיבובו בא מגלגל השיניים המסובב את מד המרחק הרגיל. לשם האיפוס מותקן לחצן קפיצי. לחצן זה מחובר לגלגל שצירו אינו במרכזו - האקסצנטר. הגלגל אינו מאוזן מבחינה משקלית, ותמיד ישאף להסתובב כך שחלקו הכבד יפנה כלפי מטה (מה לעשות - ניוטון החליט על כך...). כל עוד מד המרחק הזה פועל, הקפיץ המחזיק את הלחצן אינו מאפשר לאקסצנטר להסתובב. בעת לחיצה על הלחצן הקפיץ משתחרר, האקסצנטר "נופל", וארבע הגלגלות היושבות על ציר האקסצנטר מתאפסות.
האינטרנט המהיר
הכבל המגיע מיציאת תיבת ההילוכים ללוח המחוונים ידע בעבר להפעיל את מד המהירות בשיטה מכאנית, יפה בפשטותה, גם אם מורכבת לייצור: הכבל המסתובב חובר לגלגל תנופה, אליו חוברו משקולות קטנות התלויות על חוטי פלדה. משקולות אלה פעלו כנגד קפיצים קטנים, שאליהם חובר מחוג המהירות. ככל שהכבל מסתובב מהר יותר, הכוח הצנטריפוגלי דוחף את המשקולות גבוה יותר, ואלה מושכות אחריהן את המחוג. משעה שמהירות הכבל הואטה, דואגים הקפיצים להחזיר את המחוג לכיוון האפס, כשגלגל התנופה דואג להסדיר את רציפות תנועת המחוג כדי שלא ינוע בקפיצות. מנגנון זה גבה את מיסיו באמצעות נפח גדול ומשקל, ובחלוף השנים הוחלט להשתמש בעקרונות החשמל והמגנטיות על מנת לקבל את התוצאה הרצויה - תצוגת המהירות הכמעט אמיתית. הכבל לא השתנה - הוא עדיין נכנס לתוך קופסת המחוונים, אלא שהפעם, במקום לסובב גלגל תנופה הוא מסובב סליל חשמלי. זה מסתובב לו בין ארבעה מגעים (ולעיתים יותר). כאשר הסליל מסתובב הוא מייצר שדה מגנטי. ליד כל מגע כזה השדה המגנטי מתמוטט ומושרה זרם חשמלי במגעים, כך שבעצם מד המהירות מודד את עוצמת הזרם ולא את המהירות. התצוגה מכויילת, כמובן, כך שתראה את המהירות המתאימה לעוצמת זרם ספציפית. מבחינתנו, כנהגים, ה"תחמון" הזה "שקוף".
לשימוש בחשמל יתרון בנפח, במשקל וביכולת לכייל בצורה מדויקת יותר. ברגע שהתוצר של סיבוב הכבל הוא זרם חשמלי, ניתן לעשות עימו הכל, כולל להציג את המהירות באופן דיגיטלי באמצעות התצוגה הקרויה "שבע צלעות" - seven segment, המרכיבה את הספרה שמונה, ממנה ניתן להציג כל ספרה. אלא שהוברר בניסויים רבים, שהחלו עוד בתקופת הפיאט טיפו דיגיטל, כי מצב המשתנה ברציפות קל יותר לקליטה בתצוגה אנלוגית של מחוג ולא בתצוגה דיגיטלית, המחייבת קריאה של המספר ותרגומו. מצב המחוג ביחס לסקלה נרכש על ידי הנהג, והוא אינו נדרש לקרוא את המספר מאחורי המחוג על מנת להבין את מהירותו. אלא שכנראה מחקרים אלה לא הגיעו לידיעת מהנדסי סיטרואן בדגמיהם האחרונים...
