车速表

奥托·舒尔茨于1902年10月7日获得车速表专利^[5]， 该专利使用一根旋转的柔性电缆，该电缆通常由与车辆变速器输出相连的传动装置所驱动。实际上，早期的大众甲壳虫汽车和许多摩托车使用前轮驱动的电缆。

当车辆行驶时，车速表齿轮传动装置带动电缆转动，进而车速表电缆带动车速表机构本身转动。附着在车速计电缆上的小永磁体与附着在模拟车速表仪器指针轴上的铝质凹槽（称为速度计凹槽）相互作用。当磁铁在凹槽附近旋转时，变化的磁场在凹槽中产生涡流，涡流本身产生另一个磁场。其效果是磁铁在凹槽上施加一个扭矩，沿着凹槽的旋转方向“拖动”凹槽，从而拖动车速表指针，两者之间没有机械连接^[1]。

指示器转轴由一个精细的扭力弹簧保持在零位置。指针凹槽上的扭矩随着磁铁旋转速度的增加而增加。因此，汽车速度的提高会使凹槽和车速表指针逆着弹簧转动。凹槽和指针将会转动，直到凹槽里涡流的扭矩被弹簧的反向扭矩平衡，然后指针停止。设定凹槽上的扭矩与汽车的速度成正比，弹簧的偏转角度与扭矩成正比，指针的角度也与速度成正比，因此刻度盘上等距的标记可表示速度间隔。在一定的速度下，指针将保持不动，并指向车速表刻度盘上的适当数字。

复位弹簧经过校准，使得电缆的给定转速对应于车速表上的特定速度指示。该校准必须考虑以下几个因素，包括驱动柔性电缆的输出轴齿轮比率、差速器的最终传动比和从动轮胎的直径。

涡流车速表的一个主要缺点是，它不能显示倒车时的车速，因为凹槽会向相反的方向转动——在这种情况下，指针会靠着它的机械止动销固定在零位。

1.1 电子式车速表

许多现代车速表是电子式的。在源自早期涡流模型的设计中，安装在变速器中的旋转传感器传递一系列电脉冲。假设车轮具有完全牵引力，这些电脉冲的频率对应于驱动轴的（平均）旋转速度，从而对应于车辆速度。传感器通常是一个或多个磁体，安装在输出轴上，或者安装在（跨轴中的）差动冠状轮，或者位于磁体和磁场传感器之间的齿形金属盘。当相关零件转动时，磁铁或齿将从传感器下方穿过。因为磁铁或齿会影响传感器所测量的磁场强度，因此每次都会在传感器中产生一个脉冲^[1]。 此外，特别是在具有多路布线的车辆中，一些制造商利用来自防抱死制动系统车轮传感器的脉冲来测量速度，该传感器通过控制器局域网络（CAN）总线与仪表板通信。相比于涡流类车速计，大多数现代电子车速计具有显示倒车时的车速的额外功能。

计算机将电子脉冲转换成速度，并在电子控制的模拟式仪表盘或数字显示器上显示该速度。电子控制单元或全车控制系统还将脉冲信息用于各种其他目的，例如触发防抱死制动系统或牵引力控制，计算平均行程速度，或增加独立的里程表以代替直接由车速表电缆驱动的里程表。

电子车速表的另一种早期形式依赖于精密手表机构和由车轮或变速器驱动的机械脉动器之间的相互作用。手表机构试图将车速计指针推向零，而车辆驱动的脉动器试图将其推向无穷大。车速计指针的位置反映了手表机构和脉动器输出的相对大小。

自行车车速表

典型的自行车车速表测量车轮每一转之间的时间，并在安装在车把上的小型数字显示器上给出读数。传感器安装在自行车的固定位置，当辐条上安装的磁铁经过时会发出脉冲。通过这种方式，这种车速表类似于使用来自防抱死制动系统传感器脉冲的电子式汽车车速表。但是自行车车速表的时间/距离分辨率更粗糙——通常每转一圈产生一个脉冲或更新显示一次，或者在26英寸（周长2.07米，无轮胎）车轮的低速情况下每2-3秒更新一次。然而，这并不是一个关键问题，因为车速较高时速度信息更为重要，而系统在更高的道路速度下提供频繁的数据更新。低脉冲频率对测量精度也几乎没有影响，因为这些数字设备可以通过车轮尺寸编程，或者另外通过车轮或轮胎周长编程，以便使距离测量比典型的机动车辆仪表更准确和精确。然而，这些设备存在一些小缺点，一个缺点是需要电池供电，而接收器中的电池必须经常更换（无线型号为AND传感器）。另外一个缺点是在有线型号中，信号由细电缆传输，这种电缆比用于制动器、齿轮或有线速度表的电缆更不稳定。

其他通常较老式的自行车车速表是由其中一个车轮驱动的缆索，如上述的摩托车车速表。这些不需要电池供电，但是可能相对笨重，并且可能不太精确。车轮上的转动力可以由一般的摩托车轮毂上的传动系统（利用轮毂制动器、圆柱齿轮或发电机等）提供，或者由摩擦轮装置提供，该摩擦轮装置推压轮辋的外边缘（与轮辋制动器相同的位置，但是在叉的相对边缘）或轮胎本身的侧壁。由轮毂传动系统提供转动力的方式非常可靠，维护量小，但需要与轮辋和轮胎尺寸适当匹配的仪表和轮毂传动装置，而后者只需很少或不需要校准即可获得比较精确的读数（对于标准轮胎，车轮每旋转一圈，摩擦轮对轮辋的所覆盖的“距离”应与车轮尺寸成线性比例，几乎就像它沿着地面滚动一样），但这种方式不适合越野使用，必须保持适当张紧和清洁路面灰尘，以避免打滑或堵塞。

大多数速度计的允许偏差约为10%，主要是由于轮胎直径的变化。轮胎直径变化引起的误差来源是磨损、温度、压力、车辆载荷和标称轮胎尺寸。车辆制造商通常校准车速表，使其所高出的读数超出平均误差，以确保其车速表不会显示低于车辆实际速度的速度值，从而确保他们无需对违反速度限制的驾驶员负责。

制造后车速表误差过大，可能有多种原因，但最常见的原因是轮胎直径不标准，在这种情况下，误差为:

百分比误差=100×(1-新直径/标准直径)

现在，几乎所有的轮胎都在轮胎侧面显示为“载重子午线”。

直径（厘米）=2×T ×A /100+W ×25.4

直径（英寸）=T ×A /1270+W

例如，标准轮胎为“185/70R14”，直径= 2*185 *(70/100)+(14 * 25.4)= 614.6毫米(185x70/1270 + 14 = 24.20英寸)。另一个是“195/50R15”，2*195*(50/100)+(15*25.4) = 576.0毫米(195x50/1270 + 15 = 22.68英寸)。将第一个轮胎(和车轮)更换为第二个轮胎(在15英寸= 381毫米车轮上)，车速表读数比实际速度高100 *(1-(576/614.6))= 100 *(1-22.68/24.20)= 6.28%。在100公里/小时(60英里/小时)的实际速度下，速度计将显示大约100 ×1.0628 = 106.28公里/小时(60×1.0628 = 63.77英里/小时)。

在磨损的情况下，直径为620毫米(24.4英寸)的新“185/70R14”轮胎的胎面深度约为8毫米，在法定极限下，胎面深度减少至1.6毫米，直径为12.8毫米或0.5英寸，620毫米(24.4英寸)的速度误差为2%。

2.1 国际协议

在许多国家，车速表读数中的法定误差最终受联合国欧洲经济委员会((UNECE))第39号条例管辖^[6]，该条例涵盖了与车速表相关的车型认证方面。欧洲经委会条例的主要目的是通过商定统一的型式认证标准来促进机动车辆贸易，而不是要求车辆型号在其销售的每个国家经历不同的认证程序。

欧盟成员国还必须对符合类似欧盟标准的车辆授予型式认证。所涵盖^[7][8][9] 的规定与欧洲经委会的规定相似，具体规定如下:

• 指示速度决不能小于实际速度，即不应因车速表读数不正确而无意中加速。
• 在规定的测试速度下，指示速度不得超过实际速度的110%加4公里/小时。例如，在80公里/小时时，指示速度不得超过92公里/小时。

这些标准规定了精度限制和认证过程中测量精度的许多细节，例如，对于大多数车辆，试验测量应在40、80和120 km/h速度下，以及特定环境温度和路面条件下进行。不同标准之间略有不同，例如测量车辆真实速度的设备的最低精度。

欧洲经委会法规放宽了型式认证后批量生产车辆的要求。在符合生产审核时，对于小汽车、公共汽车、卡车和类似车辆，指示速度的上限增加到实际速度的110%加6公里/小时，对于最大速度超过50公里/小时(或由热力发动机驱动气缸容量超过50厘米)的两轮或三轮车辆，上限增加到实际速度的110%加8公里/小时。在涉及两轮和三轮车辆时，欧盟指令2000/7/EC提供了类似的稍微宽松的生产限制。

2.2 澳大利亚

在1988年7月之前，澳大利亚还没有针对车速表的澳大利亚设计规则。当速度相机第一次被使用时，相关设计规则必须被确立。这意味着这些老式汽车没有法律上精确的车速表。2007年7月1日当天或之后制造的所有车辆以及2006年7月1日当天或之后推出的所有车型必须符合欧洲经委会第39条^[10]。

在这些日期之前但在1995年7月1日之后制造的车辆(或1995年1月1日用于前向控制乘用车和越野乘用车)中的车速表必须符合澳大利亚以前的设计规则。这说明，在高于40公里/小时的速度下，车速表显示的速度精度在+/- 10%内即可。而对于低于40公里/小时的速度，则根本没有规定精度。所有在澳大利亚制造或进口供澳大利亚市场使用的车辆必须符合澳大利亚设计规则。

^[11] 各州和地方政府可制定政策，允许速度超过公布的速度限制，该速度限制可能低于澳大利亚设计规则早期版本所允许的10%，例如维多利亚州就实行了这样的政策^[12]。这引起了一些争议，因为如果汽车安装了读数不足的车速表，司机就有可能不知道自己在超速行驶^[13]。

2.3 英国

在英国，修订后的《1986年道路车辆(建造和使用)条例》允许使用符合欧盟理事会第75/443号指令(经第97/39号指令修订)或欧洲经委会第39号条例要求的车速表^[14]。

《2001年机动车(批准)条例》^[15] 允许认证单一车辆。如同欧洲经委会条例和欧洲委员会指令一样，车速表不得显示低于实际速度的指示速度。然而，《2001年机动车(批准)条例》规定25英里/小时到70英里/小时之间的所有实际速度（ 或车辆的最大速度，如果低于此速度），车速表的指示速度不得超过实际速度的110%加6.25英里/小时，这一点与欧洲经委会条例和欧洲委员会指令略有不同。

例如，如果车辆以50英里/小时的实际速度行驶，车速表不得显示超过61.25英里/小时或低于50英里/小时。

2.4 美国

美国联邦标准允许商用车辆车速表读数在50英里/小时的速度下出现最大5英里/小时的误差^[16]。车辆的售后改装，如不同的轮胎和车轮尺寸或不同的差速器齿轮，可能会导致车速表不准确。

1979年9月1日，国家公路交通安全管理局（NHTSA）对车速表提出要求，特别强调了在55英里/小时时，所显示的最大速度不得超过85英里/小时。1982年3月25日，NHTSA撤销了这项规定，因为维持这一标准不会带来“重大安全利益”^[17]。

全球定位系统设备是位置速度计，基于接收器自上次测量以来移动的距离。其速度计算不受与车速表相同的误差来源（ 车轮尺寸、变速器/传动比）的影响。相反，全球定位系统的位置精度以及由此计算出的速度精度取决于当时的卫星信号质量。当位置误差与位置变化的比率较低时，速度计算在较高的速度下会更精确。全球定位系统软件也可以使用移动平均计算来减少误差。一些全球定位系统设备没有考虑汽车的垂直位置，所以会由于道路坡度的影响低估速度。

正如卫星导航文章中提到的，全球定位系统数据已经被用来撤回超速罚单；因为全球定位系统日志显示被告在被开罚单时低于限速行驶。数据来自全球定位系统设备并不重要，重要的是事实被记录了下来；如果车辆车速表上的速度日志存在的话，车速表日志可能会代替全球定位系统日志被使用。