Tại sao ô tô quay bằng cách quay bánh trước?


20

Tại sao chúng ta thiết kế xe để quay bằng cách quay bánh trước?

Sẽ tốt hơn nếu giữ tất cả các bánh xe thẳng và quay bằng cách xoay các bánh xe ở một bên của xe hơn là các bánh xe ở phía đối diện của xe, giống như đường ray xe tăng làm gì? Bằng cách đó bạn có thể xoay ngay cả khi bạn đứng yên. Tại sao xe không làm điều này?


Câu trả lời:


19

Nếu bạn định rẽ trái 90 độ, mà không quay bánh xe, thì bạn sẽ kéo bánh xe sang một bên trong khi bạn rẽ. 16 giây trong video này cho thấy chính xác những gì tôi đang nói .

Vì vậy, mỗi khi bạn cố gắng lùi ra khỏi đường lái xe, hoặc một chỗ đậu xe, hoặc rẽ vào một chỗ đậu xe, hoặc rẽ bất cứ nơi nào vì bất kỳ lý do gì, bạn sẽ nằm xuống cao su vì lốp xe đang quay nhanh trong khi vẫn gần như đứng yên bạn quay Một lần nữa, hãy nhìn vào bánh xe trượt trong video tôi liên kết.

Bạn sẽ khó có thể tìm thấy "hệ thống lái vi sai bốn bánh" được sử dụng ở bất cứ đâu vì bất kỳ lý do gì. Xe tăng sử dụng nó để giảm áp lực mặt đất mà chúng gây ra để chúng không bị chìm trong bụi bẩn. Ô tô sẽ không chìm vào vỉa hè nên đây không phải là vấn đề.


10
2 đoạn đầu là hoàn hảo, nhưng mọi thứ về đoạn cuối đều sai. Có rất nhiều robot, xe nâng và các phương tiện công nghiệp khác sử dụng hệ thống lái vi sai 4 bánh kết hợp với mecanum / omniwheels để đạt được hệ thống lái 3 DOF (xoay độc lập và dịch theo 2 trục). Xe tăng cần phải giảm áp lực mà chúng gây ra trên mặt đất khi di chuyển trên địa hình mềm, nhưng việc điều khiển vi sai không liên quan gì đến nó. Áp suất tỷ lệ thuận với trọng lượng của xe và tỷ lệ nghịch với diện tích bề mặt tiếp xúc với mặt đất ...
bcrist

4
... do đó chỉ đơn thuần là có các rãnh / rãnh làm tăng đáng kể diện tích bề mặt tiếp xúc với mặt đất so với 4 bánh xe, làm giảm áp lực truyền trên mặt đất. Nhưng sử dụng đường ray có nghĩa là lái vi sai là lựa chọn duy nhất bạn có. Các liên kết giữa các phân khúc của guồng chỉ có một mức độ tự do duy nhất; họ không thể "uốn éo" để điều khiển xe tăng.
bcrist

3
Câu trả lời của tôi, bao gồm cả đoạn cuối, được đưa ra trong tham chiếu đến các phương tiện trên đường. Tôi đã nói rằng bạn khó có thể tìm thấy một ví dụ, không phải là chúng không tồn tại. Phần lớn xe nâng sử dụng hệ thống lái phía sau, không phải lái vi sai. Bánh xe Mecanum quá không thực tế để được sử dụng trên bất cứ thứ gì khác ngoài xe chuyên dụng. Câu hỏi của OP không phải là "mọi thứ có thể được thiết kế với hệ thống lái vi sai 4 bánh", đó là "tại sao những chiếc xe không được thiết kế với hệ thống lái vi sai". Câu trả lời là, một lần nữa, đối với những chiếc xe thông thường có lốp thông thường , có quá nhiều hao mòn.
Chuck

1
@bcrist bạn thực sự có thể có đường ray xe tăng mà không cần lái vi sai. Xem những phương tiện như thế này: upload.wikidia.org/wikipedia/commons/3/37/Tucker_sno-cat.jpg . Lý do chính là vì nó làm giảm sự phức tạp của một hệ thống vốn đã phức tạp
Rugnir 17/03/2016

Ngoài hình ảnh của @Rugnir, còn có những chiếc xe nửa đường .
Chuck

7

Mặc dù có thể thiết kế một chiếc xe dẫn động cầu sau theo cách mà bánh trước hoạt động cơ bản như bánh xe và tay lái được điều khiển bằng cách lái các bánh sau ở tốc độ khác nhau (một số xe tự động điều khiển theo nguyên tắc này), những chiếc xe như vậy hoạt động kém khi bị mất lực kéo ở tốc độ. Nếu một chiếc xe như vậy đang tăng tốc khi bánh sau bên trái bị mất lực kéo, chiếc xe sẽ ngay lập tức bắt đầu quay sang trái, và có khả năng sẽ di chuyển một khoảng cách sang bên trái trước khi người lái xe có thể phản ứng với tình huống này. Ngay cả khi hệ thống điều khiển của xe sử dụng gia tốc kế và con quay để phát hiện tình trạng đó nhanh hơn và giữ cho chiếc xe không đi quá xa, chúng vẫn không thể phản ứng với việc mất lực kéo cho đến khi nó đã ảnh hưởng đến tốc độ quay của xe. Ngược lại,


Nếu bạn giữ vô lăng liên tục, sau đó bắt đầu quay, chiếc xe sẽ không đi thẳng một cách kỳ diệu (mặc dù bánh xe tích cực sẽ giúp điều chỉnh độ xoáy cơ học). Những chiếc xe công suất cao với một bánh xe trên đường nhựa và một bánh xe trên cát có thể là vấn đề vì chính lý do này. Ngoài ra, nếu bạn đang điều khiển bánh sau và máy tính phát hiện một vòng quay sang trái, thì bạn chỉ cần phanh bánh xe bên phải để điều chỉnh độ trượt trước khi con người thậm chí nhận ra điều gì đó đã xảy ra. Vấn đề tôi gặp phải với thiết lập giả thuyết của bạn là thiếu sự dư thừa. Ô tô bình thường có hai nơi
MichaelS

chỉ đạo từ (nếu bánh xe bên trái bị trượt, bánh xe bên phải có thể được điều chỉnh để bù một chút) và hai nơi để tăng tốc từ. Ngay cả một chiếc xe dẫn động bánh trước cũng có thể điều khiển và tăng tốc chỉ bằng một bánh trước, mặc dù nó sẽ bị cản trở. Thiết kế của bạn có nghĩa là một bánh xe tốt là "lái" bằng cách tăng tốc, đồng thời cố gắng tăng tốc, điều mà nó không thể làm mà không quay xe, vì vậy bạn bị kẹt ở tốc độ không đổi trừ khi cả hai bánh có lực kéo. Một hệ thống trượt 4 bánh sẽ mạnh mẽ hơn nhiều.
MichaelS

.... một caster như vậy có thể được hãm khi bất cứ nơi nào gần góc vận hành của nó, mặc dù nó sẽ truyền lực quay cho chiếc xe liên quan đến khoảng cách từ góc đó. Tuy nhiên, tôi không nghĩ rằng có một cách ổn định cho một caster xoay tự do để truyền bất kỳ loại gia tốc nào ngoài lực kéo thụ động, tuy nhiên.
supercat

@MichaelS: Chắc chắn có thể sử dụng ổ vi sai như một phần bổ sung cho vô lăng điều khiển góc, nhưng tôi không nghĩ có thể có nhiều hơn hai bánh lái trong một hệ thống truyền động vi sai mà không cần điều khiển tích cực góc của chúng, điều này sẽ trái ngược với những gì câu hỏi đang hỏi , hoặc có bánh xe bị trượt trong khi rẽ (điều này rất tệ vì những lý do được ám chỉ ở nơi khác. BTW, tôi biết rằng một chiếc xe có bánh trước chỉ thẳng về phía trước, một bánh sau, còn chiếc kia thì không, sẽ không đi khá thẳng về phía trước (xe mô hình với như vậy cần một thiết kế có ...
supercat

... Góc bánh trước bị lệch để bù cho xu hướng quay nhẹ của xe) nhưng chúng sẽ cứng hơn nhiều so với khi bánh trước là bánh đúc thụ động.
supercat

6

Lý do chính là bởi vì khi một chiếc xe phanh / giảm tốc, tải trọng giảm xuống ở bánh sau và tăng lên ở bánh trước. Nếu xe của bạn là độc quyền tay lái phía sau, bạn sẽ mất lái trong phanh tốc độ cao. Điều ngược lại không xảy ra vì gia tốc động cơ thường ít hơn nhiều so với giảm tốc phanh.

Xe nâng hầu như chỉ có bánh lái phía sau để có khả năng cơ động hơn của pallet ở phía trước, nhưng chúng bị giới hạn ở tốc độ thấp.

Có bốn chiếc xe lái: https://en.wikipedia.org/wiki/C Category : Vehicles_with_four-wheel_stangu

Nhiều người trong số họ được điều khiển bằng máy tính và điều khiển theo hướng ngược lại để có khả năng cơ động tốc độ thấp và cùng hướng cho việc bắn tốc độ cao. Không ai mà tôi biết làm xoay vòng kiểu sâu bướm về trục trung tâm.


3
Điều này giải quyết câu hỏi trong tiêu đề nhưng không phải là câu hỏi thực tế, không nói gì về tay lái phía sau. Đó thực sự là hỏi về việc điều khiển giống như cách các phương tiện được theo dõi thực hiện: bằng cách các bánh xe ở một bên quay nhanh hơn.
David Richerby

5

Các Jeep Bão có lái bốn bánh cho phép nó để xoay 360 °, không nhúc nhích. Nhưng nó rất phức tạp và đắt tiền.

Tôi đoán rằng các hệ thống chống trượt nói chung là nặng hơn, cồng kềnh hơn và phức tạp hơn. Và thực sự, nơi duy nhất chúng đặc biệt hữu ích là khi bạn cần tay lái thật chặt. 99% lái xe của chúng tôi không sử dụng cho việc điều khiển thực sự chặt chẽ, vì vậy sẽ không có ý nghĩa gì khi thiết kế chiếc xe cho 1% còn lại.


Dòng lập luận này rất kém. 99,99% lái xe của chúng tôi không sử dụng cho túi khí va chạm.
Hồ tháng ba

2
Sự tương tự đó sử dụng hai thứ có tác động rất khác nhau. Trong những trường hợp hiếm hoi khi dây an toàn và túi khí và khu vực nhàu nát là hữu ích, chúng cực kỳ hữu ích. Rất ít tai nạn lớn sẽ tránh được vì lái bốn bánh, chủ yếu được sử dụng ở tốc độ rất thấp để vào không gian chật hẹp tốt hơn.
MichaelS

1

Ngoài vấn đề hao mòn lốp trên bánh xe trượt bên (có thể giải quyết một cách khái niệm bằng cách sử dụng các vật liệu khác nhau cho cả bánh xe và mặt đường), phương pháp lái được đề xuất của OP có một nhược điểm rất lớn so với lái "thông thường", và đó là thiếu độ chính xác . Nó nhất thiết liên quan đến một bước nhảy giữa ma sát tĩnh đối với lái xe thẳng và ma sát động (trượt) khi rẽ, và "nhảy" sẽ xảy ra tại một thời điểm không thể đoán trước.

Đây không phải là vấn đề lớn đối với việc sử dụng quân sự cho một chiếc xe được theo dõi như xe tăng, nhưng thiếu lái chính xác khi chuyển làn khi đi ở tốc độ 70 dặm / giờ trên đường cao tốc bận rộn là một vấn đề rất khác.


1

Gặp gỡ bộ tải skid-steer:

Trượt bánh

Đó là một con thú linh hoạt của một cỗ máy, chứa rất nhiều sức mạnh, nhiều tệp đính kèm và (phù hợp nhất với chủ đề trong tay) khả năng cơ động tuyệt vời.

Nó làm chính xác những gì bạn đề nghị. Nó có lốp xe đứng yên, quay ở các vận tốc góc khác nhau để quay đầu xe, giống như một chiếc xe tăng. Thật dễ dàng để xoay vòng tròn đầy đủ mà không thay đổi vị trí của máy. Điều này mang lại cho nó một số lợi thế:

  • Nó có thể điều chỉnh lại vị trí của nó khi tải và dỡ đồ đạc, nếu (ví dụ) các dĩa cần di chuyển một vài inch sang trái hoặc phải.
  • Nó có thể di chuyển một cái xô sang một bên để làm phẳng bụi bẩn hoặc sỏi.
  • Bán kính quay vòng của nó là 0, có nghĩa là nó có thể đi vào không gian chật hẹp không được thiết kế cho xe.

So với máy xúc lật nhỏ gọn (một loại máy tương tự sử dụng đường ray thay cho lốp xe), máy trượt bánh lái có những ưu điểm và nhược điểm sau:

  • Chi phí bảo trì và sửa chữa thấp hơn
  • Nhẹ hơn và nhanh hơn
  • Hoạt động kém nếu ở tất cả trong điều kiện bùn hoặc tuyết
  • Ảnh hưởng đến mặt đất nhiều hơn

Một chiếc xe hơi không cần đến bất kỳ ưu điểm nào trong số này, vì chúng không được sử dụng để tải, dỡ hoặc cảnh quan (mặc dù việc gắn một đoạn giới thiệu sẽ dễ dàng hơn nhiều), và thường đi trên những con đường được thiết kế cho chúng.

Thực tế tồn tại các phụ kiện cho các phương tiện có bánh xe cung cấp các rãnh nhỏ cho mỗi bánh xe, được sử dụng trong bùn hoặc tuyết:

Đường ray xe tải

Nhưng ngay cả như vậy, chức năng lái cơ bản vẫn bằng cách xoay theo hướng chứ không phải là trượt. Trên thực tế, thậm chí có những cỗ máy được thiết kế để theo dõi theo cách tương tự:

Máy uốn

Nếu thậm chí một số máy được theo dõi điều khiển theo cách tương tự như ô tô, thay vì trượt, phải có một số lợi thế, phải không?

Một lợi thế (máy hạn chế ở trên điều khiển theo quy ước vì lý do này) là việc tạo đường cong trơn tru dễ dàng hơn nhiều. Mặc dù các hệ thống máy tính có thể được sử dụng để xác định tốc độ quay của mỗi lốp xe để tạo ra bán kính quay vòng nhất định, nhưng việc xoay bánh xe đơn giản hơn nhiều. Ngoài ra, như được chỉ ra bởi @alphazero, một điều là việc trượt làm giảm đáng kể lực kéo, điều này có thể dẫn đến các tình huống không thể kiểm soát ở tốc độ cao. Ngoài ra còn có vấn đề hao mòn do trượt (và protip, cố gắng quay vô lăng trong xe của bạn chỉ khi di chuyển, nếu thực tế).

Cuối cùng:

Ô tô thường chỉ đạo bằng cách xoay bánh xe thay vì trượt bánh vì một số ưu điểm của hệ thống lái trượt có nhiều ứng dụng cho xe hơi nhưng những nhược điểm từ đắt tiền đến phức tạp đến thảm họa.


0

Một số thực phẩm cho suy nghĩ. Airtrax là một hệ thống lái đa hướng với các bánh xe đặc biệt để cho phép khả năng cơ động. (Tôi chỉ thấy nó được sử dụng trong các ứng dụng tốc độ thấp)

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

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.