Почему автомобили поворачиваются, поворачивая переднее колесо?

Почему мы проектируем автомобили, поворачивая переднее колесо?

Не лучше ли держать все колеса прямо и поворачивать, вращая колеса на одной стороне автомобиля больше, чем колеса на противоположной стороне автомобиля, как это делают гусеницы танка? Таким образом, вы можете повернуть, даже если вы стоите на месте. Почему автомобили не делают это?

Если вы собирались повернуть налево на 90 градусов, не поворачивая колеса, то вы поворачиваете колеса, поворачивая их вбок, пока вы поворачиваете. 16 секунд в этом видео показывают именно то, о чем я говорю .

Поэтому каждый раз, когда вы пытаетесь съехать с дороги или с места для парковки, или превратиться в место для парковки, или повернуть куда угодно по любой причине, вы собираетесь сложить резину, потому что шины вращаются быстро, оставаясь почти неподвижными, так как ваш ход. Снова, посмотрите на проскальзывание колеса в видео, которое я связал.

Вы были бы в затруднении, чтобы найти "управление четырехколесным дифференциалом" в любом месте в использовании по любой причине. Танки используют его, чтобы уменьшить давление на грунт, которое они оказывают, чтобы не утонуть в грязи. Автомобили не собираются врезаться в тротуар, так что это не проблема.

Хотя может быть возможно сконструировать заднеприводный автомобиль таким образом, чтобы передние колеса в основном работали как ролики, а рулевое управление осуществлялось путем движения задних колес с разными скоростями (некоторые автомобили с автоматическим управлением работают по этому принципу), такие транспортные средства плохо работают, когда есть потеря тяги на скорости. Если бы такая машина ускорялась, когда левое заднее колесо теряло сцепление с дорогой, машина немедленно начинала вращаться влево и, скорее всего, проезжала бы некоторое расстояние влево, прежде чем водитель мог среагировать на ситуацию. Даже если система управления автомобилем использовала акселерометры и гироскопы, чтобы быстрее обнаружить это состояние и не дать машине отклониться от курса, они не могли реагировать на потерю тяги, пока она уже не повлияла на скорость вращения автомобиля. В отличие от

Основная причина в том, что когда автомобиль тормозит / замедляется, нагрузка на задние колеса уменьшается и увеличивается на передние колеса. Если бы у вашего автомобиля было только рулевое управление задними колесами, вы бы потеряли рулевое управление при быстром торможении Обратного не происходит, потому что ускорения двигателя обычно намного меньше, чем замедления при торможении.

Вилочные погрузчики имеют почти исключительно заднее рулевое управление для большей маневренности поддона спереди, но они ограничены низкими скоростями.

Есть четыре рулевых машины: https://en.wikipedia.org/wiki/Category:Vehicles_with_four-wheel_steering

Многие из них управляются компьютером и управляются в противоположных направлениях для малой скорости маневрирования и в том же направлении для высокоскоростного обстрела. Ни один из известных мне гусеничных движений не вращается вокруг центральной оси.

Джип Ураган имеет четыре колеса рулевого управления , который позволяет ему вращаться на 360 ° без перемещения. Но это очень сложно и дорого.

Я бы предположил, что системы с бортовым поворотом в целом тяжелее, громоздче и сложнее. И действительно, единственное место, где они особенно полезны, это когда вам нужно действительно жесткое рулевое управление. 99% нашего вождения бесполезно для действительно жесткого рулевого управления, поэтому нет смысла проектировать автомобиль для остальных 1%.

Помимо проблемы износа шин на боковых колесах (которая может быть концептуально решена при использовании различных материалов как для колес, так и для дорожных поверхностей), предложенный метод рулевого управления OP имеет один огромный недостаток по сравнению с «обычным» рулевым управлением, а именно отсутствие точности , Это обязательно включает скачок между статическим трением для движения по прямой и динамическим (скользящим) трением при повороте, и этот «скачок» произойдет в непредсказуемый момент времени.

Это не является большой проблемой для военного использования гусеничного транспортного средства, такого как танк, но отсутствие точности рулевого управления при смене полосы движения при движении со скоростью 70 миль в час по оживленной трассе - это совсем другое дело.

Встречайте погрузчик с бортовым поворотом:

Это универсальный зверь машины, обладающий большой мощностью, множеством навесных приспособлений и (что наиболее актуально для рассматриваемой темы) отличной маневренностью.

Это именно то, что вы предложили. Он имеет стационарные шины, которые вращаются с различными угловыми скоростями, чтобы поворачивать транспортное средство, как танк. Легко повернуть по кругу, не меняя положение машины. Это дает ему ряд преимуществ:

• Он может перенастроить свое положение при загрузке и разгрузке вещей, если (например) вилы должны сдвинуться на несколько дюймов влево или вправо.
• Это может переместить ведро в сторону, чтобы выровнять грязь или гравий.
• Его радиус поворота равен 0, что означает, что он может попасть в труднодоступные места, не предназначенные для транспортных средств.

По сравнению с компактным гусеничным погрузчиком (аналогичная машина, в которой вместо шин используются гусеницы), мини-погрузчик имеет следующие преимущества и недостатки :

• Более низкая стоимость обслуживания и ремонта
• Легче и быстрее
• Работает плохо, если вообще в грязных или снежных условиях
• Влияет на землю больше

Автомобиль практически не нуждается ни в одном из этих преимуществ, так как они не используются для загрузки, разгрузки или ландшафтной обработки (хотя установка прицепа будет намного проще) и, как правило, для проезда по специально разработанным для них дорожкам.

Фактически существуют аксессуары для колесных транспортных средств, которые обеспечивают мини-гусеницы для каждого колеса, которые будут использоваться в грязи или снегу:

Но даже в этом случае основная функциональность рулевого управления все еще заключается в направленном повороте, а не в поворотном управлении. На самом деле, есть даже машины, которые разработаны для гусениц, которые управляют таким же образом:

Если даже некоторые гусеничные машины движутся так же, как машины, а не скользят, то должно быть какое-то преимущество, верно?

Одно преимущество (по этой причине вышеупомянутая бордюрная машина управляется условно) состоит в том, что намного легче сформировать плавную кривую. Хотя компьютерные системы могут использоваться для определения скорости вращения каждой шины для получения заданного радиуса поворота, гораздо проще просто повернуть колеса. Кроме того, как отмечает @alphazero, одним из них является то, что трелевка значительно снижает тягу, что может привести к неконтролируемым ситуациям на высокой скорости. Также возникает проблема износа в результате заноса (и, если это целесообразно, попробуйте повернуть руль в автомобиле только во время движения).

В заключение:

Автомобили, как правило, управляют, поворачивая свои колеса вместо заноса, потому что немногие из преимуществ рулевого управления имеют большое применение для автомобиля, но недостатки варьируются от дорогих до сложных и катастрофических.

Некоторая пища для размышлений. Airtrax - это всенаправленная система привода со специальными колесами, обеспечивающими маневренность. (Я видел только его в приложениях с низкой скоростью)

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