Dlaczego samochody obracają się, obracając przednie koło?

Dlaczego projektujemy samochody do skrętu, obracając przednie koło?

Czy nie lepiej byłoby utrzymywać wszystkie koła prosto i obracać, obracając koła po jednej stronie samochodu bardziej niż koła po przeciwnej stronie samochodu, jak robią to tory czołgów? W ten sposób możesz skręcić, nawet jeśli stoisz w miejscu. Dlaczego samochody tego nie robią?

Jeśli zamierzasz skręcić w lewo o 90 stopni, bez obracania kół, to podczas obracania kończysz się ciągnięciem kół na boki. 16 sekund tego filmu pokazuje dokładnie o czym mówię .

Tak więc za każdym razem, gdy próbujesz wycofać się z podjazdu lub miejsca parkingowego, skręcić w miejsce parkingowe lub skręcić gdziekolwiek z jakiegokolwiek powodu, będziesz kłaść gumę, ponieważ opony szybko się obracają, pozostając prawie nieruchomym jak Twoja kolej. Ponownie spójrz na poślizg kół w wideo, które połączyłem.

Trudno byłoby znaleźć „różnicowy układ kierowniczy na cztery koła” w dowolnym miejscu z dowolnego powodu. Zbiorniki wykorzystują go do zmniejszenia wywieranego przez nie nacisku na ziemię, aby nie zapadły się w błoto. Samochody nie zapadną się w chodnik, więc to nie jest problem.

Chociaż możliwe byłoby zaprojektowanie samochodu z napędem na tylne koła w taki sposób, że przednie koła działały zasadniczo jak kółka samonastawne, a sterowanie było sterowane poprzez napędzanie tylnych kół przy różnych prędkościach (niektóre pojazdy z automatycznym prowadzeniem działają na tej zasadzie), takie pojazdy osiągają słabe wyniki w przypadku utraty przyczepności przy dużej prędkości. Gdyby taki samochód przyspieszał, gdy lewe tylne koło straciło przyczepność, samochód natychmiast zacząłby obracać się w lewo i prawdopodobnie pokonałby pewną odległość w lewo, zanim kierowca będzie mógł zareagować na sytuację. Nawet jeśli układ sterowania samochodu użył przyspieszeniomierzy i żyroskopów do szybszego wykrycia tego stanu i powstrzymania samochodu przed zjechaniem z kursu, nie mogli zareagować na utratę przyczepności, dopóki nie wpłynie ona już na prędkość obrotową pojazdu. Natomiast

Głównym powodem jest to, że gdy samochód hamuje / zwalnia, obciążenie tylnych kół jest zmniejszone, a przednie - zwiększone. Gdyby twój samochód był kierowany wyłącznie tylnym kołem, straciłbyś kontrolę podczas hamowania z dużą prędkością. Odwrotna sytuacja nie występuje, ponieważ przyspieszenia silnika są zwykle znacznie mniejsze niż opóźnienia hamowania.

Wózki widłowe są prawie wyłącznie sterowaniem tylnym kołem dla większej zwrotności palety z przodu, ale są ograniczone do niskich prędkości.

Istnieją cztery kierownice samochodów: https://en.wikipedia.org/wiki/Category:Vehicles_with_four-wheel_steering

Wiele z nich jest sterowanych komputerowo i sterowanych w przeciwnych kierunkach, co pozwala na manewrowanie z małą prędkością i w tym samym kierunku, co ma duże prędkości. Żadne, co wiem o rotacji w stylu gąsienicy wokół osi środkowej.

Jeep Hurricane ma cztery koła kierownicy, który umożliwia mu obracać o 360 ° bez ruchu. Ale to bardzo złożone i drogie.

Sądzę, że ogólnie systemy miniładowarki są cięższe, nieporęczne i bardziej złożone. I tak naprawdę, jedynym miejscem, w którym są szczególnie przydatne, jest bardzo ścisłe sterowanie. 99% naszej jazdy nie ma zastosowania do naprawdę ciasnego kierowania, więc nie ma sensu projektowanie pojazdu dla pozostałych 1%.

Oprócz kwestii zużycia opon na kołach poślizgowych (które można koncepcyjnie rozwiązać za pomocą różnych materiałów zarówno na koła, jak i na nawierzchnie jezdne), proponowana metoda OP ma jedną ogromną wadę w stosunku do „konwencjonalnego” układu kierowniczego, a to jest brak precyzji . Z konieczności wiąże się to ze skokiem między tarciem statycznym podczas jazdy po linii prostej a tarciem dynamicznym (ślizgowym) podczas skręcania, a ten „skok” nastąpi w nieprzewidywalnym momencie.

Nie stanowi to większego problemu dla wojskowego zastosowania pojazdu gąsienicowego, takiego jak czołg, ale brak precyzyjnego sterowania przy zmianie pasów podczas jazdy z prędkością 70 km / h na ruchliwej autostradzie to zupełnie inna sprawa.

Poznaj ładowarkę o sterowaniu burtowym:

To wszechstronna bestia maszyny, pakująca dużo mocy, wiele załączników i (najbardziej odpowiednia do tematu) doskonałą manewrowość.

Robi dokładnie to, co zasugerowałeś. Ma stacjonarne opony, które obracają się z różnymi prędkościami kątowymi, aby obrócić pojazd, jak czołg. Łatwo jest obracać się w pełnym kole bez zmiany pozycji maszyny. Daje to szereg zalet:

• Może zmienić swoją pozycję podczas załadunku i rozładunku rzeczy, jeśli (na przykład) widły muszą przesunąć się o kilka cali w lewo lub w prawo.
• Może przesuwać wiadro na boki, aby wygładzić brud lub żwir.
• Jego promień skrętu wynosi 0, co oznacza, że ​​może dostać się do ciasnych przestrzeni nieprzeznaczonych dla pojazdów.

W porównaniu do kompaktowej ładowarki gąsienicowej (podobna maszyna, która wykorzystuje gąsienice zamiast opon), miniładowarka ma następujące zalety i wady :

• Niższe koszty konserwacji i napraw
• Lżejszy i szybszy
• Działa słabo, jeśli w ogóle w błotnistych lub zaśnieżonych warunkach
• Wpływa bardziej na ziemię

Samochód nie potrzebuje żadnej z tych zalet, ponieważ nie jest używany do załadunku, rozładunku lub ukształtowania terenu (chociaż przyczepa byłaby znacznie łatwiejsza) i ogólnie podróżuje po zaprojektowanych dla nich ścieżkach.

W rzeczywistości istnieją akcesoria do pojazdów kołowych, które zapewniają mini-gąsienice dla każdego koła, do użycia w błocie lub śniegu:

Mimo to podstawową funkcją kierowania jest nadal ukierunkowane skręcanie, a nie poślizg. W rzeczywistości istnieją nawet maszyny zaprojektowane dla torów, które kierują w ten sam sposób:

Jeśli nawet niektóre maszyny gąsienicowe kierują w taki sam sposób, jak samochody, zamiast poślizgu, musi być jakaś przewaga, prawda?

Jedną z zalet (powyższa maszyna do kręcenia steruje konwencjonalnie z tego powodu) jest to, że o wiele łatwiej jest utworzyć gładką krzywą. Chociaż do określenia prędkości obrotowej każdej opony w celu uzyskania danego promienia skrętu można zastosować systemy komputerowe, o wiele łatwiej jest po prostu obrócić koła. Ponadto, jak wskazał @alphazero, jednym z nich jest to, że poślizg znacznie zmniejsza przyczepność, co może prowadzić do niekontrolowanych sytuacji przy dużej prędkości. Istnieje również kwestia zużycia wynikającego z poślizgu (i protip, spróbuj obrócić kierownicę w samochodzie tylko podczas ruchu, jeśli to praktyczne).

Podsumowując:

Samochody na ogół kierują, obracając koła zamiast poślizgiem, ponieważ niektóre zalety sterowania poślizgiem mają wiele zastosowań w samochodzie, ale wady wahają się od drogich przez złożone po katastrofalne.

Trochę jedzenia do namysłu. Airtrax to wielokierunkowy układ napędowy ze specjalnymi kołami, które umożliwiają zwrotność. (Widziałem to tylko w aplikacjach o niskiej prędkości)

https://m.youtube.com/watch?v=IlmKcohyXG0