속도계

3. 종류 및 작동 원리

속도계는 1888년 요시프 벨루시치에 의해 처음 특허를 받았으며, 그는 와전류를 이용한 자신의 발명품을 1889년 파리 만국 박람회에서 선보였다.^[4][5][6] 이후 독일의 오토 슐츠 역시 1902년 와전류를 이용한 속도계 특허를 받았다.^[7]

속도계는 작동 원리에 따라 여러 종류로 나뉜다. 바퀴의 회전 속도(각속도)를 측정하여 속도를 계산하는 방식이 일반적이며, 공기나 물 같은 유체와의 상대 속도를 측정하는 피토관 방식, 인공위성 신호를 이용하는 GPS 방식, 도플러 효과를 이용하는 도플러 속도계 등도 있다.

속도 표시에 사용되는 단위는 운송 수단에 따라 다르다. 자동차, 오토바이, 철도 차량은 주로 시속(km/h)을 사용하고, 선박은 노트, 항공기는 노트 또는 마하 수를 사용한다.

특히 철도 차량에서 속도계는 안전 운행(신호, 포인트, 곡선 구간의 제한 속도 준수)과 열차 운행 계획 준수(정시성)에 매우 중요한 계기이므로, 운전대 정면의 가장 잘 보이는 곳에 설치된다. 형태는 원형이 일반적이지만 가로형도 있다. 속도 감지 방식으로는 차축에 설치된 소형 발전기의 전압이나 주파수를 측정하는 방식, 또는 구동 장치 톱니바퀴의 회전을 자기 유도 방식으로 세는 방식 등이 사용된다.

야마노테선과 같이 자동 열차 제어 장치(ATC)가 적용된 구간을 운행하는 전동차의 속도계 주위에는 환형의 차내 신호 표시등이 함께 설치되기도 한다. 신칸센은 고속 운행으로 인해 지상 신호 확인이 어려워 대부분 ATC 시스템을 사용하며, 모든 차량에 차내 신호 표시등이 장착되어 있다.

최근 도입되는 차량에서는 기계식 속도계 대신 LED를 사용한 디지털 미터나 액정 모니터를 이용한 글래스 콕핏 형태로 바뀌는 추세이다. 아날로그식 전기 계기의 경우, 110mm 각의 광각 지시계를 사용하는 경우가 많다.

일부 노면 전차나 과거 도쿄 메트로 긴자선 차량처럼 속도계가 없는 경우도 있었다. 또한, 드물게 승객을 위한 속도계가 설치된 차량도 있다(과거 뷔페차, 수학여행 전용 열차, 나고야 철도의 특급형 차량 등).

자동차, 오토바이, 항공기, 선박, 자전거 등 다른 운송 수단에서도 각각의 특성에 맞는 다양한 종류의 속도계가 사용된다. 이들에 대한 자세한 내용은 각 하위 섹션을 참조하라.

3. 1. 자동차 및 오토바이

속도계는 대부분 운전석 앞 대시보드나 중앙(센터 미터)에 위치하며, 오토바이는 핸들 중앙이나 카울 내부에 장착된다. 최근에는 회전계, 연료계 등 다른 계기들과 통합된 컴비네이션 미터 형태가 일반적이다. 표시 방식도 다양해져, 전통적인 아날로그 바늘 외에 LED를 사용한 디지털 미터나 액정 모니터를 이용한 방식(글래스 콕핏 참조)도 늘어나고 있다. 1980년대에는 세그먼트 방식의 디지털 미터가 잠시 사용되기도 했다.^[24]

자동차 속도계는 타이어 마모나 공기압 변화, 법규 준수 등의 이유로 실제 주행 속도보다 약간 높은 속도를 표시하도록 설정되는 경우가 많다.^[25] 표시 단위는 대한민국을 포함한 많은 국가에서 킬로미터 매 시(km/h)를 사용하지만, 미국, 영국 등에서는 마일 매 시(MPH)를 주로 사용한다. 두 단위를 함께 표시하거나 전환 가능한 속도계도 있다.

한편, 프랑스 자동차(푸조, 시트로엥, 르노 등)의 아날로그 속도계는 다른 나라와 달리 10, 30, 50, 70, 90, 110, 130 등 홀수 숫자를 강조하여 표시하는 경우가 많다. 이는 프랑스의 주요 제한 속도(시내 50, 일반도로 90, 고속도로 130 등)가 홀수로 설정되어 있어 운전자가 속도를 쉽게 확인하도록 돕기 위함이다.^[26] 일부 모델은 특정 제한 속도에 맞춰 빨간색 표시를 하기도 한다.^[26]

3. 1. 1. 대한민국

• 제1종 원동기장치자전거 (배기량 50cc 미만): 대부분의 속도계는 60km/h까지 표시되어 있다. 그러나 도로교통법상 법정 최고 속도는 30km/h이므로, 도로 주행 시 이 속도를 넘어서는 안 된다. 따라서 속도계의 표시 범위 중 일부는 실제 주행 가능 속도를 초과하는 영역이다.
• 제2종 원동기장치자전거 (소형 자동 이륜차, 배기량 50cc 초과 125cc 이하): 차종에 따라 다르지만, 대략 100km/h 부근까지 표시되어 있다. 법정 최고 속도는 60km/h이지만, 도로 상황에 따라 최고 속도가 80km/h까지 허용될 수 있어, 속도계 표시는 비교적 실용적인 범위 내에 있다.

3. 1. 2. 국제 표준

• 표시된 속도는 실제 속도보다 결코 낮아서는 안 된다. 즉, 운전자가 속도계의 부정확함으로 인해 의도치 않게 과속하는 상황을 방지해야 한다.
• 표시된 속도는 지정된 테스트 속도에서 실제 속도의 110% + 4km/h를 초과할 수 없다. 예를 들어, 실제 속도가 80km/h일 때 속도계에 표시되는 속도는 92km/h를 넘어서는 안 된다.

• 자동차, 버스, 트럭 등: 실제 속도의 110% + 6km/h
• 최고 속도 50km/h 초과 또는 열기관 배기량 50cc 초과 2륜/3륜 차량: 실제 속도의 110% + 8km/h

3. 2. 항공기

3. 3. 선박

3. 4. 자전거

4. 속도계 오차

속도계는 완전히 정확하지 않으며, 다양한 요인에 의해 오차가 발생할 수 있다. 주요 오차 발생 원인은 타이어 직경의 변화이며, 이는 타이어 마모, 온도, 압력, 차량 하중, 공칭 타이어 크기 등에 의해 영향을 받는다. 대부분의 속도계는 이러한 요인으로 인해 약 ±10%의 오차 범위를 가질 수 있다.

자동차 제조사는 일반적으로 속도계가 실제 속도보다 약간 높게 표시되도록 보정한다. 이는 운전자가 의도치 않게 속도 제한을 초과하는 것을 방지하고, 관련 법규 위반에 대한 제조사의 책임을 줄이기 위한 조치이다. 현대의 속도계는 약 5% 정도의 오차 범위 내에서 정확성을 가지도록 설계되지만, 이는 법적 허용 오차 범위 내의 정확성을 의미하며, 완전한 정확성을 보장하는 것은 아니다.

대한민국의 자동차 관리법 시행규칙에 따른 기술 기준에서는 제작 자동차의 속도계 오차에 대해 규정하고 있다. 시속 25km/h 이상의 속도에서 속도계에 표시되는 속도(지시속도)는 실제 속도보다 낮아서는 안 되며(0 ≤ 지시속도 - 실제속도), 지시속도와 실제 속도의 차이는 실제 속도의 10%에 6km/h를 더한 값 이하여야 한다(지시속도 - 실제속도 ≤ (실제속도/10) + 6km/h). 즉, 실제 속도보다 항상 같거나 높게 표시되어야 하며, 그 오차 범위는 법적으로 제한되어 있다.

제조 후 속도계 오차가 과도하게 발생하는 가장 흔한 원인 중 하나는 표준 규격이 아닌 타이어를 장착하는 것이다. 타이어 직경이 표준과 달라지면 속도계 오차가 발생하며, 오차율은 다음 공식을 통해 계산할 수 있다.

$$\backslash mbox\; \{오차\; 백분율\}\; =\; 100\backslash times\backslash left(1\; -\; \backslash frac\; \backslash mbox\{새로운\; 직경\}\; \backslash mbox\{표준\; 직경\}\backslash right)$$

현재 거의 모든 타이어의 크기는 타이어 측면에 "T/A_W" 형식으로 표시된다(참조: 타이어 코드). 여기서 T는 단면 폭(mm), A는 편평비(%), W는 휠 직경(인치)을 나타낸다. 타이어 직경은 다음 공식을 이용하여 계산할 수 있다.

$$\backslash mbox\; \{밀리미터\; 단위의\; 직경\}\; =\; 2\; \backslash times\; T\; \backslash times\; A\; /\; 100\; +\; W\; \backslash times\; 25.4$$

$$\backslash mbox\; \{인치\; 단위의\; 직경\}\; =\; T\; \backslash times\; A\; /\; 1270\; +\; W$$

예를 들어, 표준 타이어가 "185/70R14"라면 직경은 $2\; \backslash times\; 185\; \backslash times\; 70\; /\; 100\; +\; 14\; \backslash times\; 25.4\; =\; 614.6mm$ (약 61.47cm)이다. 만약 이 타이어를 "195/50R15" (직경 $2\; \backslash times\; 195\; \backslash times\; 50\; /\; 100\; +\; 15\; \backslash times\; 25.4\; =\; 576mm$ 또는 약 57.61cm) 규격으로 교체하면, 속도계는 실제 속도보다 $100\; \backslash times\; ((614.6/576)\; -\; 1)\; \backslash approx\; 6.7\backslash \%$ 더 높게 표시된다. 따라서 실제 속도가 100km/h일 때 속도계는 약 106.7km/h를 가리키게 된다.

타이어 마모 역시 직경 변화를 일으켜 속도계 오차를 유발한다. 예를 들어, 직경이 620mm인 새 "185/70R14" 타이어의 트레드(접지면 홈) 깊이가 약 8mm라고 가정하자. 타이어가 마모되어 법적 교체 한계인 1.6mm까지 닳게 되면, 타이어의 전체 직경은 $2\; \backslash times\; (8\; -\; 1.6)\; =\; 12.8mm$만큼 감소한다. 이는 초기 직경 620mm 대비 약 2%의 변화에 해당하며, 이만큼 속도계 오차가 발생할 수 있다.

참조

_[1] 웹사이트 How Speedometers Work http://auto.howstuff[...] 2015-01-30
_[2] 웹사이트 Charles Babbage and the Difference Engine https://sites.google[...] 2022-12-30
_[3] 서적 A Field Guide to Automotive Technology https://books.google[...] Chicago Review Press 2015-01-30
_[4] 웹사이트 US442849Ang use United States https://patents.goog[...] Google Patents 2020-09-21
_[5] 서적 The Wheel: Inventions and Reinventions https://books.google[...] Columbia University Press 2020
_[6] 백과사전 Belušić, Josip https://tehnika.lzmk[...] 2020-08-19
_[7] 웹사이트 Speedometer http://w1.siemens.co[...] Siemens 2015-01-30
_[8] 웹사이트 UNECE Transport Division – Vehicle Regulations – Addenda to 1958 agreement – Regulations 21–40 http://www.unece.org[...] UN Economic Commission for Europe 2015-01-30
_[9] 웹사이트 Regulation No 39 of the Economic Commission for Europe of the United Nations (UN/ECE) — Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the speedometer equipment including its installation http://eur-lex.europ[...] 2017-04-08
_[10] 웹사이트 Commission Directive 97/39/EC of 24 June 1997 adapting to technical progress Council Directive 75/443/EEC of 26 June 1975 relating to the reverse and speedometer equipment of motor vehicles http://eur-lex.europ[...] 2007-01-07
_[11] 웹사이트 Directive 2000/7/EC – speedometers for two- or three-wheel motor vehicles http://eur-lex.europ[...] 2007-01-07
_[12] 웹사이트 Australian Design Rule 18/03 – Instrumentation http://rvcs-prodweb.[...] 2008-01-07
_[13] 웹사이트 Australian Design Rule 18/02 – Instrumentation http://www.comlaw.go[...] 2008-01-14
_[14] 웹사이트 Vehicle Speed Measurement II http://www.aussiemot[...] 2008-01-14
_[15] 웹사이트 3.6 Accuracy of speedometers http://www.parliamen[...] 2008-01-14
_[16] 웹사이트 Speedometer Accuracy https://publications[...] 2008-01-07
_[17] 웹사이트 The Motor Vehicles (Approval) Regulations 2001: Schedule 3 http://www.opsi.gov.[...] 2007-12-19
_[18] 웹사이트 eCFR – Code of Federal Regulations https://www.ecfr.gov[...] 2019-02-18
_[19] 학술지 Child Restraint Law Adopted in Virginia https://www.iihs.org[...] Insurance Institute for Highway Safety 2019-04-10
_[20] 웹사이트 Principle of speed measurement using GPS https://www.onosokki[...] 2020-06-27
_[21] 웹사이트 What's more accurate: the car's speedo or the GPS? https://www.theglobe[...] 2020-06-27
_[22] 웹사이트 GPS Accuracy https://www.vboxauto[...] 2020-06-28
_[23] 문서 speed meter와 speedometer의 차이
_[24] 웹사이트 なぜスピードメーターは実際より速い速度を表示? 車検で“速度の誤差”が許される訳とは https://kuruma-news.[...] くるまのニュース mediavague 2022-08-10
_[25] 웹사이트 なぜスピードメーターは実際より速い速度を表示? 車検で“速度の誤差”が許される訳とは https://kuruma-news.[...] くるまのニュース mediavague 2022-08-10
_[26] 웹사이트 フランス車のスピードメーターはなぜ奇数表記なの? https://bestcarweb.j[...] くるまのニュース mediavague 2022-08-10
_[27] 문서 道路運送車両法と自動車の定義