Perché progettiamo auto per girare girando la ruota anteriore?
Non sarebbe meglio mantenere tutte le ruote dritte e girare ruotando le ruote su un lato di un'auto più delle ruote sul lato opposto dell'auto, come fanno le piste del serbatoio? In questo modo puoi girare anche se sei fermo. Perché le macchine non lo fanno?
Risposte:
Se avresti girato a sinistra di 90 gradi, senza girare le ruote, finirai per trascinare le ruote lateralmente mentre giri. 16 secondi in questo video mostra esattamente di cosa sto parlando .
Quindi ogni volta che provi a tornare indietro dal tuo vialetto, o in un posto di parcheggio, o trasformarti in un posto di parcheggio, o girare ovunque per qualsiasi motivo, stai per posare la gomma perché le ruote ruotano rapidamente rimanendo quasi stazionarie come ti giri. Ancora una volta, guarda lo slittamento delle ruote nel video che ho collegato.
Ti sarebbe difficile trovare "sterzo differenziale a quattro ruote" in uso ovunque per qualsiasi motivo. I carri armati lo usano per ridurre la pressione al suolo che esercitano in modo da non affondare nella terra. Le auto non affonderanno nel marciapiede, quindi questo non è un problema.
Mentre potrebbe essere possibile progettare un'auto a trazione posteriore in modo tale che le ruote anteriori funzionassero sostanzialmente come ruote e lo sterzo fosse controllato guidando le ruote posteriori a velocità diverse (alcuni veicoli a guida automatica funzionano su questo principio), tali veicoli hanno prestazioni scarse in caso di perdita di trazione alla velocità. Se una macchina del genere accelerasse quando la ruota posteriore sinistra perde trazione, la macchina inizierà immediatamente a ruotare a sinistra e probabilmente viaggerebbe a una certa distanza a sinistra prima che il conducente possa reagire alla situazione. Anche se il sistema di controllo dell'auto utilizzava accelerometri e giroscopi per rilevare quella condizione più velocemente e impedire all'auto di andare lontano dalla rotta, non potevano reagire alla perdita di trazione fino a quando non aveva già influenzato la velocità di rotazione del veicolo. Al contrario,
Il motivo principale è che quando un'auto frena / decelera, il carico viene ridotto sulle ruote posteriori e aumentato sulle ruote anteriori. Se la tua auto fosse esclusivamente sterzante a ruota posteriore, perderai la sterzata in frenata ad alta velocità. Il contrario non si verifica perché le accelerazioni del motore sono in genere molto inferiori rispetto alle decelerazioni di frenata.
I carrelli elevatori sono quasi esclusivamente sterzanti posteriori per una maggiore manovrabilità di un pallet nella parte anteriore, ma sono limitati a basse velocità.
Ci sono auto a quattro ruote sterzanti: https://en.wikipedia.org/wiki/Category:Vehicles_with_four-wheel_steering
Molti di essi sono controllati da computer e sterzano in direzioni opposte per la manovrabilità a bassa velocità e nella stessa direzione per le reggette ad alta velocità. Nessuno di quelli che conosco fa una rotazione in stile bruco attorno all'asse centrale.
La Jeep Hurricane ha lo sterzo a quattro ruote che gli permette di ruotare di 360 ° senza muoversi. Ma è molto complesso e costoso.
Immagino che i sistemi di skid steer in generale siano più pesanti, più voluminosi e più complessi. E davvero, l'unico posto in cui sono particolarmente utili è quando hai bisogno di uno sterzo molto stretto. Il 99% della nostra guida non è utile per una sterzata molto stretta, quindi non ha molto senso progettare il veicolo per l'altro 1%.
A parte il problema dell'usura dei pneumatici sulle ruote con slittamento laterale (che potrebbe essere risolto concettualmente utilizzando materiali diversi sia per le ruote che per le superfici stradali), il metodo di sterzo proposto dall'OP presenta un enorme svantaggio rispetto allo sterzo "convenzionale", e questa è la mancanza di precisione . Implica necessariamente un salto tra attrito statico per la guida rettilinea e attrito dinamico (scorrevole) durante la svolta, e quel "salto" avverrà in un momento imprevedibile nel tempo.
Questo non è un grosso problema per l' uso militare di un veicolo cingolato come un carro armato, ma la mancanza di uno sterzo di precisione quando si cambia corsia quando si viaggia a 70 mph su un'autostrada trafficata è una questione molto diversa.
Incontra il caricatore skid-steer:
È una bestia versatile di una macchina, che offre molta potenza, numerosi accessori e (soprattutto per l'argomento in questione) una grande manovrabilità.
Fa esattamente quello che hai suggerito. Ha pneumatici fissi, che ruotano a diverse velocità angolari per girare il veicolo, come un carro armato. È facile girare in un cerchio completo senza cambiare la posizione della macchina. Ciò offre numerosi vantaggi:
Rispetto a un caricatore di cingoli compatto (una macchina simile che utilizza cingoli anziché pneumatici), lo skid steer presenta questi vantaggi e svantaggi :
Un'auto ha poco o nessun bisogno di nessuno di questi vantaggi, in quanto non sono usati per caricare, scaricare o paesaggio (anche se collegare un rimorchio sarebbe molto più semplice) e generalmente viaggiano su percorsi progettati per loro.
Esistono effettivamente accessori per veicoli a ruote che forniscono mini cingoli per ogni ruota, da utilizzare nel fango o nella neve:
Ma anche così, la funzionalità di base dello sterzo è ancora la sterzata diretta anziché lo sbandamento. In effetti, ci sono anche macchine progettate per i binari che governano allo stesso modo:
Se anche alcune macchine cingolate virano allo stesso modo delle auto, invece di sbandare, ci deve essere qualche vantaggio, giusto?
Un vantaggio (la macchina per frenare sopra sterza convenzionalmente per questo motivo) è che è molto più facile formare una curva liscia. Mentre i sistemi informatici potrebbero essere utilizzati per determinare la velocità di rotazione di ogni pneumatico per produrre un determinato raggio di sterzata, è molto più semplice girare semplicemente le ruote. Inoltre, come sottolineato da @alphazero, uno è che lo slittamento riduce significativamente la trazione, il che può portare a situazioni incontrollabili ad alta velocità. C'è anche la questione dell'usura derivante dallo slittamento (e protip, prova a girare il volante in auto solo quando sei in movimento, se pratico).
In conclusione:
Le auto generalmente sterzano girando le ruote invece di sbandare perché alcuni dei vantaggi dello slittamento hanno molta applicazione su un'auto, ma gli svantaggi vanno da costosi a complessi a disastrosi.
Alcuni spunti di riflessione. Airtrax è un sistema di guida omnidirezionale con ruote speciali per consentire il tipo di manovrabilità. (L'ho visto usato solo in applicazioni a bassa velocità)