Одометр

Амперметры и вольтметры появились сравнительно недавно, в век электричества. А вот история одометра или одографа берет свое начало в глубокой древности.

С измерением сравнительно небольших геометрических величин (размеров дворца, храма, ЧСВ и т.д.) у наших предков особых проблем не было. Веревка с узлами-отметками, мерная цепь, мерная линейка, землемерный циркуль, собственные ноги — выбор богатый.

Лишь измерение расстояний между городами и государствами представляло собой не самую тривиальную задачу. Бематисты, специалисты по измерению расстояний в древних средиземноморских государствах, первоначально использовали самый доступный способ: подсчет количества шагов. Но у него есть серьезный недостаток — невысокая точность.

Первые косвенные свидетельства использования тех или иных механических устройств для измерения расстояний принадлежат античным ученым Страбону и Плинию Старшему. В описаниях походов Александра Филипповича Македонского aka Александра III Великого они приводили очень точные расстояния между теми или иными местами: погрешность составляла единицы процентов, да и ту во многих случаях историки объясняют смещением полотна дороги вслед за меняющимся ландшафтом (как в прямом, географическом смысле, так и в переносном, общественно-политическом). В общем, подобной точности можно было достичь только использованием специальных измерительных приспособлений.

Историки затрудняются сказать, кто первым придумал использовать для измерения расстояний колесо, да это и неважно. Упоминаний об одометрах в письменных источниках древности достаточно много, а значит, и задача эта была для общества достаточно насущной, чтобы придумать то или иное простое и удобное решение. Почему именно колесо? Так оно круглое, кати да кати себе, успевай только мили считать...

А тот факт, что отношение длины окружности к диаметру единое для любой окружности и составляет величину чуть более 3 (величину позже определят точнее и назовут числом Пи), знали еще четыре-пять тысяч лет назад.
Собственно, поэтому и решение лежало на поверхности: достаточно собрать мерное колесо с заранее известной длиной окружности, равной или кратной применяемым в конкретном государстве и в конкретную эпоху мерам длины, и приспособить к колесу тот или иной механизм для наглядного подсчета оборотов. Обычно через систему шестерен и передач с рассчитанным передаточным числом, то есть через редуктор, чтобы конструкция была одновременно точной и компактной. Хотя бывали и монструозные конструкции по несколько метров габаритами.
Колокольчик, гонг, барабан, падающие в емкость камушки — в ход шел любой доступный индикатор пройденного расстояния. Различными были и варианты размещения самого одометра: двухколесная тележка для пешего землемера, колесо с рукояткой или механизм, приспособленный к гужевой повозке. А дальше только успевай считать сигналы и переводить их в расстояние. Заодно и скорость можно измерить, засекая время между сигналами.

В общем, есть веские основания полагать, что «фитнес-трекеры» Македонского Диогнет и Батон изрядно подзадолбались бегать по всей Азии за своим жадным до славы и власти главнокомандующим, и в очередной раз изобрели одометр.

Ученые Средневековья каких-либо письменных упоминаний об одометрах не оставили, хотя скорее прибор был довольно привычным, чтоб о нем трактаты писать, кто теперь разберет. Но позже, где-то в XIV–XV веках в Европе, а затем и в XVIII–XIX веках в США, вновь возникла явная и массовая потребность измерять расстояние. Кроме землемеров фактический путь, пройденный экипажем или дилижансом, измеряли переселенцы Америки, а вслед за ними и почтальоны. Но зачем понадобилось устанавливать одометры именно на транспорт?

Могу только предположить. Картография в Европе к тому моменту прочно устоялась, расстояния между крупными населенными пунктами были хорошо известны и отмечены дорожными столбами еще со времен римлян, если не египтян. А вот молодое северо-американское государство еще не имело развитой сети удобных и безопасных дорог, поэтому путь между двумя пунктами мог различаться. Иногда различаться существенно: капризы погоды, нестабильная политическая обстановка, налеты грабителей или индейцев — лучше отклониться от устоявшегося маршрута, но добраться живым, здоровым и желательно не обобранным до нитки. Да мало ли по какой причине возница отклонился от маршрута. Поэтому фактически пройденное экипажем расстояние могло существенно отличаться от значения на карте или в справочнике.

Так, например, один из отцов-основателей Соединенных Штатов Бенджамин Франклин, будучи некогда первым руководителем почтовой службы государства, а по совместительству талантливым изобретателем, где-то во второй половине XVIII века собрал прототип одометра для построения оптимальных маршрутов доставки почты.

А в одном из писем не менее одаренного Томаса Джефферсона, датированном 1788 годом, упоминается носимое механическое устройство, прообраз «фитбита» или шагомера.
За несколько столетий до них итальянец Леонардо да Винчи, француз Жан Френель, британец Роберт Гук предлагали свои варианты устройства для измерения расстояний. Еще раньше в своих трудах одометр упоминали Витрувий, Архимед, Герон Александрийский. В общем, задача была насущной с давних времен и вариантов реализации было бесчисленное множество.

Похожий способ применил и мормон Уильям Клейтон при освоении территории Северной Америки в составе поезда переселенцев.
В 1847 он, предварительно посоветовавшись с математиком Орсоном Праттом, совместно с плотником Эплтоном Хармоном реализовал прибор roadometer (road — дорога):

I walked this afternoon in company with Orson Pratt and suggested to him the idea of fixing a set of wooden cog wheels to the hub of a wagon wheel in such order as to tell the exact number of miles we travel each day. He seemed to agree with me that it could be easily done at a trifling expense

Цель была довольно прозаичной: Клейтону поручили документировать пройденный мормонскими пионерами путь, а задача это, надо полагать, довольно нудная. Да и точность оставляла желать лучшего. Как-то Клейтон подметил, что на одну милю пути приходится определенное число оборотов колеса повозки, а именно — 360. Дело за малым: собрать механизм, переводящий обороты колеса в удобную для считывания форму — мили и четверти миль, отмеченные на шестернях соответствующими цифрами. Так они с Хармоном и поступили, изготовив конструкцию из дерева. На один оборот первичного вала приходилось 6 оборотов заднего колеса, а на 60 оборотов вала — один оборот первой шестерни. Таким образом, полный оборот составлял произведение 6 и 60, то есть те самые 360 оборотов колеса. А это и есть одна миля. Осталось добавить еще одну шестерню для отсчета четвертей мили — и прибор готов.

Позже Клейтон отразил свои наблюдения в таблице расстояний Пособия для эмигрантов, а роудометр стали использовать и другие пионеры Америки, а также геодезисты. Конечно, конструкцию предварительно усовершенствовали. Разметили полноценную шкалу, применили вместо дерева латунь. А сам прибор был в дальнейшем размещен на отдельной тележке, в которую запрягали лошадь: не пешком ведь мили по просторам Америки наматывать, это не Европа все же.

Ну, а к концу XIX века изобретения посыпались одно за другим словно из рога изобилия. Патент за патентом, об этом я уже писал в первой части про амперметры.
Вот так, например, реализовали одометр дилижанса: устройство 1879 года выпуска монтировалось прямо на оси колеса. А от пыли и грязи его закрывали кожаным чехлом.

Конструкция могла быть такой. Или вот такой.

Все это прообразы ступичных одометров (hub odometer или hubometer), которые получили широкое распространение в США, реже — Европе и еще меньше у нас. Дело в том, что расчетливые и прижимистые американцы широко практикуют аренду грузовых полуприцепов и шин для автобусов. Очевидно, что пробег в этом случае проще и надежнее считать не по одометру тягача или автобуса и записям в журналах, а непосредственно с колеса. Конструкция простая, себестоимость копеечная, а экономический результат от использования довольно ощутимый.

Но ступичный одометр встречался не только на грузовиках или дилижансах: вот такую прелесть я обнаружил на фотографии одного из колес легкового автомобиля Brasier 16 HP Limousine 1913 года.

Кроме автомобилей одометры стали использовать, например, на локомотивах. Но о них я более подробно расскажу в следующей записи про спидометр: дело в том, что фиксации лишь пробега и текущей скорости поезда было недостаточно, поэтому прибор реализовали в виде локомотивного самописца или скоростемера. Позже подобный прибор, тахограф, появился и на коммерческом автомобильном транспорте.

Вы уже обратили внимание, в чем принципиальная разница между одометром Клейтона и современными ступичными одометрами?
Расположить на круге цифры от нуля до 9 (десятичный счет) приходило в голову многим изобретателям. Так, например, поступил немецкий ученый, астроном и математик Вильгельм Шиккард, собрав в 1623 году счетное устройство или арифмометр.

А француз Блез Паскаль, не зная о механизме Шиккарда, через пару-тройку десятилетий после него разработал собственную конструкцию, но с одним важным усовершенствованием: паскалина после полного оборота колеса переносила остаток на следующее колесо (то есть разряд), а оно в свою очередь на третье, и так далее. Паскаль начал с пяти кругов, а на поздних версиях устройства разместил уже 8 разрядов. В дальнейшем именно этот принцип стали использовать в разнообразных счетчиках, и в одометрах естественно тоже. Несмотря на преимущества, которые предоставляла подобная автоматизация действий, паскалина широкого распространения не получила. Высокая стоимость, сложность использования. Но главное — денежная система Франции тогда была не десятичной в отличие от прибора сына сборщика налогов: в одном ливре было 20 су или 240 денье. Для коммерческого успеха изобретения необходима возможность его широкого практического применения...

А что у нас? Крепостной изобретатель и механик-самоучка Егор Кузнецов-Жепинский в 1801 году сконструировал дрожки с верстомером и музыкальным органом. Верстомер показывал пройденное расстояние в единицах, десятках и сотнях саженей и верст, а каждую версту отмечал звон колокольчика. Все как на ранних одометрах.
В том же году результат его 16-летних изысканий показали императрице Марии Федоровне. Изобретение большого успеха не получило, но все же сохранилось до наших дней и находится в Государственном Эрмитаже, а мастер через три года получил за свои многочисленные изобретения вольную.

Но все эти устройства предоставляют информацию о пройденном пути в довольно неудобном виде: отдельная шкала со стрелкой на каждую единицу измерений.
Инженерная мысль на месте не стояла, вместо отдельных циферблатов со временем предложили использовать сгруппированные по разрядам цифры, размеченные на окружности, а затем и на цилиндрических барабанах. Так конструкция стала компактной, а информация — гораздо более наглядной.

Со временем одометр принял привычный нам вид: набор цифр от нуля до девяти, сгруппированных в разряды. Поначалу до тысяч, то есть максимальное значение было 9999, после чего счетчик обнулялся. И обратите внимание: уже с отдельным счетчиком суточного пробега.

Гибкий приводной вал одометра первоначально подключали к оси колеса, такое решение позаимствовали с экипажей. Со временем его подключили к валу коробки передач, ведь так гораздо надежнее: меньше грязи, пыли, вибрации и изгибов вала при движении автомобиля по неровностям.

Естественно, первые одометры были механическими: вспомните запись про амперметры, век электричества начался не так давно, меньше пары сотен лет назад, а до массового бытового применения прошла еще почти сотня. И вот тогда, уже в XX веке, одометры стали электромеханическими, а недавно — и вовсе электронными.

Первые серийные автомобили, оснащенные одометрами (а это, надо полагать, начало прошлого века), также как и на повозках имели четыре разряда для общего пробега. А счетчик суточного пробега обычно был двузначный. Крайней правой цифрой уже тогда начали обозначать сотни метров: именно поэтому барабан и/или сами цифры красили в другой цвет, контрастный основному. И эта практика, похоже, перекочевала с одометров конных повозок. Впрочем, с началом массового использования принципа, заложенного Паскалем в счетную машину, десятые доли какого-либо показателя наверняка отмеряли подобным образом не на одних только одометрах.

Вот кстати для меня до сих пор открытый вопрос: американцы что обозначали цветной цифрой «после запятой»? Ведь известно, что сухопутная миля, как и практически все единицы измерения имперской системы, кратно десяти не делится ни на футы, ни на ярды. Даже Клейтон отметил на своем одометре мили и четверти миль. Поделитесь мнением в комментариях, пожалуйста.

Позже, где-то в 20-х годах одометру добавили еще один разряд. Обратите внимание на пробеги: 70–80 тысяч километров. Четырехразрядный одометр совершил бы уже несколько полных оборотов. А счетчик суточного пробега пока по-прежнему двузначный, характерные ежедневные пробеги были небольшими.

Впрочем, встречались пятизначные одометры без счетчика суточного пробега, и даже без сотен метров.

Или вот такой на Мерседесе: без сотен метров, но с трехзначным счетчиком.

С сотнями и там, и там.

Хотя самыми распространенными, по всей видимости, были такие варианты:
1. Полный пробег — десятки тысяч целым числом, а суточный — три целых разряда и сотни метров. Именно такое представление стало общепринятым.

2. Полный пробег десятичной дробью, суточный вовсе отсутствует. В основном так делали на американских автомобилях середины прошлого века. Встречались такие одометры и на отечественных машинах.

80–90-е — и одометры становятся шестизначными. Это уже привычный нам вариант реализации одометра.

Хотя в 90-х встречались и такие. Как по мне, не самое удобное решение: многовато цифр в ряд.

Ну, а с электронным одометром все предельно просто, механических ограничений по количеству разрядов нет. И хотя средний пробег постоянно увеличивался, необходимость добавлять седьмой разряд не возникла до сих пор. И не возникнет, надо полагать: шанс увидеть полный оборот современного одометра выпадет не каждому из нас.

Поэтому принято указывать шесть знаков для общего пробега, а также десятичную дробь с четырьмя знаками перед запятой — для суточного. Причем электроника позволяет реализовать и два счетчика суточного пробега: их обозначают обычно Trip A и Trip B. Технически можно и больше, просто на практике такой необходимости нет. Я, например, суточным вообще практически не пользуюсь.

Ну, а сейчас по мере вытеснения сегментных индикаторов полноценными ЖК-экранами преодолены вообще все возможные ограничения по размещению и компоновке показателей пробега...

На этом все, о спидометрах и тахометрах в следующей серии.