Указатель уровня топлива

Указатели уровня, температуры либо давления технических жидкостей устроены гораздо проще, чем спидометры/тахометры или одометры. И хотя история их появления именно на автомобилях тоже насчитывает уже больше столетия, вряд ли я вас удивлю длинной и противоречивой историей их эволюции.

Начнем с уровня топлива. Чтобы у вас было примерное понимание, как ранние указатели уровня отображали этот самый уровень, вот вам несколько патентов на различные вариации. Уже применительно к автомобилям: на этот раз паровозы трогать не будем.

Как видите, в основном использован самый простой и удобный принцип — закон Архимеда — один из основных законов гидростатики: на поплавок в баке действует выталкивающая сила, равная весу объема жидкости, вытесненной частью поплавка, погруженной в жидкость.
А на оси рычага поплавка размещен тот или иной привод, механически соединенный со стрелкой индикатора: трос, цепь, гибкий или жесткий вал, зубчатая рейка. Это решения, доступные на момент, когда возникла потребность в массовом применении дополнительных индикаторов кроме традиционных амперметра, спидометра с одометром и тахометра. Где-то в 20-х годах прошлого века автомобиль претерпел существенные изменения, среди которых был четкий тренд на повышение комфорта для водителя и пассажиров.

Как вы помните из прошлых постов, первоначально автомобиль с ДВС существенно уступал в комфорте и эксплуатационных характеристиках тем же электромобилям. Поговорка «лучше плохо ехать, чем хорошо идти» — это вот как раз про автомобили начала прошлого века: не избалованному комфортом автовладельцу ничего не стоило проверить уровень топлива на глаз или мерной рейкой. Или вовсе забыть проверить: характерные средние пробеги были мизерными, а остаться без топлива в черте города или в сотнях километров от него — это принципиально разные вещи. Но уже через десяток-другой лет массовый потребитель вполне ожидал увидеть целый набор индикаторов и датчиков, причем по возможности объединенных в кластер на приборной панели, а не бегать вокруг автомобиля и заглядывать то в бак, то за сиденье, то под капот, то на радиатор. Это с одной стороны.

А с другой — технический прогресс явно вынудил инженеров внедрить на приборную панель кроме индикатора уровня топлива еще и приборы контроля давления или температуры моторного масла и температуры охлаждающей жидкости: двигатели совершенствовались и усложнялись, становились мощнее и эластичнее. Ценой этому стала возросшая требовательность к качеству масла и топлива, а также более узкий диапазон рабочих температур. На водителя соответственно инженеры возложили бремя постоянного контроля этих показателей. Были и другие индикаторы той или иной степени экзотичности/избыточности: давление в тормозной системе, высотомер, индикатор мгновенного расхода топлива или разрежения во впускном коллекторе. Приборные панели Дюссенбергов и некоторых других автомобилей, например, предлагали едва ли не весь набор возможных индикаторов. И часы, конечно часы. А лучше хронометр или хронограф, если речь идет о премиум-сегменте.

Однако результатом вековой эволюции приборных панелей стал вот такой «джентльменский набор», то есть самая распространенная комбинация приборов: спидометр с одометром, тахометр, уровень топлива и температура охлаждающей жидкости.

Итак, современный датчик уровня топлива по-прежнему имеет в основе поплавок, разве что стрелка на приборной панели теперь управляется электричеством: поплавок через рычаг приводит в движение подвижный контакт потенциометра. Но как и все контактные датчики рычажно-поплавковый не лишен недостатков: со временем резистивный слой истирается, а отдельные виды топлива (тот же этанол/метанол) еще и ускоряют процесс износа.

Поэтому используются и бесконтактные датчики, фиксирующие изменение магнитного (индуктивность) или электрического (емкость) поля, а то и вовсе ультразвуковые. Но это экзотика в основном для коммерческого и специализированного транспорта, такие датчики ставят совместно с установкой Глонасс-оборудования, а также при использовании электропроводящего или химически активного топлива. Точность таких датчиков на порядок выше традиционных, но выше и стоимость. Владельцу обычного легкового автомобиля нет нужды прецизионно контролировать уровень топлива: точности современных цифровых поплавковых датчиков вполне достаточно для повседневной езды.

Кроме рычажных датчики бывают и трубчатыми. Как привод клапана в бачке унитаза, совершенно верно :)
Датчик обычно монтируют в одном корпусе с топливным фильтром и насосом.

Вернемся к приборной панели, именно там самое интересное.

Конструкция самых первых индикаторов была обусловлена доступными на тот момент времени технологиями, поэтому водитель видел перед собой вертикальный столбик со шкалой и индикатором: контрастным флажком или просто уровнем жидкости в стеклянной колбе. Такой дизайн позволял разместить с разных сторон от индикатора две шкалы, размеченные в галлонах или литрах и в дробях от остатка топлива в баке. С круговой или секторной шкалой такой фокус дизайнеру сходу не провернуть. Помните, в одной из записей я вкратце рассказал о сложностях радиальной разметки спидометров под две системы: метрическую и имперскую?

Позже появились барабанные индикаторы. Конструктивно аналогичные ранним спидометрам.

С точки зрения классической эргономики именно такой индикатор дает минимальный (0,5–1,0) процент ошибок. Но с парой оговорок: если он расположен как можно ближе к центру поля зрения водителя, при этом достаточно крупный и контрастный. Например, как это реализовал Ситроен. Я уже рассказывал о такой приборной панели.

А на автомобилях начала века одновременно не выполнялись оба условия: циферблат крохотный и размещен вне поля зрения. На американских автомобилях еще и шкала была размечена обыкновенными дробями: отсутствие системы мер, кратной десяти, вынуждало использовать их даже здесь. А может просто по привычке так размечали, кто их теперь разберет. В любом случае вот, справа.

На смену барабанным пришли стрелочные индикаторы с линейной и радиальной разметкой шкалы, они-то и стали самыми массовыми. Позже, когда появилась эргономика как отдельная дисциплина, инженеры в результате экспериментов установили, что именно стрелочный индикатор с круглой шкалой является самым удобным для визуального восприятия. И процент ошибок сравнительно невысокий (10–11), и показания можно считывать периферийным зрением. Прекрасный компромисс. Именно поэтому многочисленные опыты автопроизводителей по замене круглых шкал другими вариантами отображения информации постепенно сошли на нет. Впрочем я забегаю вперед, это тема отдельного поста.

Разметка шкал была разнообразной.
Например, встречались такие варианты. Галлоны или литры — это уже особенности местного рынка.

Полагаю, ход мыслей был такой: если все приборы на панели размечены конкретными цифровыми показаниями, то почему бы подобным образом не оформить и указатель уровня топлива? Творческий поиск это прекрасно, но подход в итоге на аналоговых приборках массово не прижился: с одной стороны, в силу особенностей устройства датчика и формы топливного бака показания нелинейные, а погрешность достаточно высокая. С другой, это попросту избыточная для водителя информация.

Стрелка температуры антифриза в красной зоне или давления масла на нуле — это считанные минуты на принятие решения, и чем быстрее водитель заглушит двигатель, тем меньше будут повреждения. А езда на остатке топлива — чаще всего просто дискомфорт, когда придется искать помощи других водителей, и лишь в отдельных случаях грозит перегревом и выходом из строя топливного насоса. Но и замена сгоревшего топливного насоса это не ремонт перегретого двигателя, не так ли? Однако в помощь водителю со временем стрелочный индикатор все же дополнили контрольной лампой низкого уровня топлива (поначалу это была просто лампа, а сейчас — привычная нам пиктограмма бензоколонки).

В общем, галлоны/литры не рисовали массово, но так или иначе индикаторы уровня топлива с такой разметкой выпускались производителями в течение всего прошлого столетия.

Еще мне попалась пара вот таких необычных вариантов. О практичности рассуждать не буду, но выглядит забавно.

Самостоятельное, но тупиковое направление — цифровые электронные панели 80–90-х. На них (впрочем, иногда и на обычных приборках) остаток топлива был указан цифрой. Информация считывается прекрасно, но она опять же избыточна.

Современные инженеры творчески переосмыслили указатель и теперь бортовые компьютеры указывают запас хода. В самом деле, что толку знать, сколько у тебя в баке бензина, если в итоге его нужно пересчитывать в километры и мили, которые ты можешь проехать на этом количестве.

Хорошо, пусть не литры, но в любом случае шкала, если она есть, должна быть как-то размечена? Отдельный адъ, перекочевавший с самых первых индикаторов, вот:

1/4 и 3/4 это просто визуальный мусор. 1/1 и 4/4 для обозначения полного бака — тоже, к слову. Бывает даже на современных приборных панелях.

1/2 (или реже 2/4), то есть полбака это еще терпимо. Дроби в любом случае не самый лучший вариант, но одна дробь посередине шкалы это допустимый компромисс для приборной панели, а для указателя уровня топлива и вовсе, пожалуй, один из лучших вариантов. Поэтому и встречается массово.

Также лично мне непонятно использование единицы для обозначения полного бака (в том числе заряда батареи на электромобилях). Ноль разночтений не предполагает, но единица? С одной стороны, мы прекрасно понимаем, о чем идет речь. С другой — «один» что? Один полный бак? Одна полностью заряженная батарея? Да, придираюсь.

Однако надо полагать, и многие производители рассуждают так же. Поэтому для крайних значений шкалы устоявшийся вариант представлен двумя английскими словами empty/full, или сокращением e/f. Реже r/f или reserve/full.

Для европейских рынков это, например, leer/voll (немецкий) или vide/plein (французский). Сейчас такое вряд ли встретишь: унификация для глобальных рынков сбыта.

И без дробей вообще. Достаточно разметить шкалу пятью делениями, соответствующими остатку топлива в баке (0, 1/4, 1/2, 3/4 и 1) и обозначить только три важных значения: пустой бак, половина бака и полный бак.

На автомобилях конца прошлого века встречался полнейший минимализм. Только шкала и стрелка. Прикинуть в уме остаток топлива можно без проблем, но на поиск визуальных ориентиров и восприятие информации уйдет чуть больше времени.

А вот другая крайность, градуировка шкалы избыточна, считыванию это зачастую сильно мешает. Правый нижний угол: дизайнер конкретно заигрался в декор.

Или вот, современные специалисты по интерфейсам вспомнили хорошо забытое старое и вместо радиальной шкалы снова рисуют полоски. Ну, такое себе, если честно. Опять много лишних элементов, усложняющих считывание информации. Маркетологи рисовали, не иначе. Много есть спокойных и читаемых вариантов, здесь же я для наглядности собрал самый трэш, особенно в центральном и нижнем рядах на иллюстрации.

В поисках оптимального решения с учетом физиологических и культурных особенностей дизайнеры пробовали заменить буквы и цифры пиктограммами. С одной стороны неплохо. Универсально. Более-менее информативно. С другой — чего-то не прижилось…

А товарищи из местечка Сант-Агата-Болоньезе решили уровень топлива разметить и вовсе процентами. Это приборка Lamborghini Reventon. Мне не нра. Контрастно, лаконично, но можно было сделать еще нагляднее и информативнее. Однако не сидев ни разу за рулем супер-, гипер-, спорткара, судить об эргономике не возьмусь, честно. У них там вообще своя атмосфера, приборки многих подобных автомобилей ничего общего с обычными не имеют — и ничего, владельцы ездят как-то.

Ну, и завершить пост хотел бы упоминанием отдельной инженерной находки. Пусть это будет «вишенка на торте»: речь про стрелку-указатель расположения заливной горловины (владельцы УАЗов могут дальше не читать). Гениально простое и при этом крайне удобное решение. Полагаю, впервые появилось на американских автомобилях. Но это не точно.

Меня, например, указатель выручал не раз: больше двух-трех лет я на одном автомобиле езжу редко, за это время не всегда успеваешь привыкнуть к иному расположению горловины и иногда подъезжаешь к колонке не той стороной.

Лично для меня как дизайнера подобные изящные решения — просто эстетический восторг.
В следующих записях еще расскажу о подобных находках подробнее. На очереди указатели температуры и давления.

#rustygauges