Warum drehen Autos mit dem Vorderrad?

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Warum entwerfen wir Autos, die durch Drehen des Vorderrads gedreht werden?

Wäre es nicht besser, alle Räder gerade zu halten und zu drehen, indem Sie die Räder auf einer Seite des Autos mehr drehen als die Räder auf der gegenüberliegenden Seite des Autos, wie es Panzerspuren tun? Auf diese Weise können Sie sich auch dann wenden, wenn Sie still stehen. Warum machen Autos das nicht?

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— Mustafa
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Siehe auch Ackerman-Kinematik .
— Karlo

Antworten:

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Wenn Sie um 90 Grad nach links drehen, ohne die Räder zu drehen, ziehen Sie die Räder beim Drehen zur Seite. 16 Sekunden in diesem Video zeigt genau, wovon ich spreche .

Jedes Mal, wenn Sie versuchen, aus Ihrer Einfahrt oder einem Parkplatz herauszufahren oder sich in einen Parkplatz zu verwandeln oder sich aus irgendeinem Grund irgendwohin zu wenden, werden Sie Gummi ablegen, da sich die Reifen schnell drehen und dabei fast wie im Stillstand bleiben du drehst dich um Schau dir nochmal den Radschlupf in dem Video an, das ich verlinkt habe.

Es wird Ihnen aus irgendeinem Grund schwer fallen, eine "Allrad-Differentiallenkung" zu finden, die überall zum Einsatz kommt. Panzer verringern damit den Bodendruck, den sie ausüben, damit sie nicht im Schmutz versinken. Autos werden nicht auf dem Bürgersteig versinken, das ist also kein Problem.

— Futter
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Die ersten beiden Absätze sind perfekt, aber alles an dem letzten ist falsch. Es gibt viele Roboter, Gabelstapler und andere Industriefahrzeuge, die eine 4-Rad-Differenziallenkung in Kombination mit Mecanum / Omniwheels verwenden, um eine 3-DOF-Lenkung (unabhängige Rotation und Translation in 2 Achsen) zu erzielen. Tanks müssen den Druck, den sie auf den Boden ausüben, auf weichem Gelände reduzieren, aber die Differenziallenkung hat nichts damit zu tun. Der Druck ist direkt proportional zum Gewicht des Fahrzeugs und umgekehrt proportional zur Oberfläche in Kontakt mit dem Boden ...
— bcrist
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... das bloße Vorhandensein von Spuren / Laufflächen vergrößert die den Boden berührende Fläche im Vergleich zu 4 Rädern erheblich und verringert den auf den Boden ausgeübten Druck. Die Verwendung von Gleisen bedeutet jedoch, dass Sie nur über eine Differenziallenkung verfügen. Die Verbindungen zwischen den Laufflächensegmenten haben nur einen einzigen Freiheitsgrad. Sie können sich nicht "bücken", um den Panzer zu steuern.
— bcrist
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Meine Antwort, einschließlich des letzten Absatzes, bezieht sich auf Geländewagen. Ich sagte, es würde Ihnen schwer fallen, ein Beispiel zu finden, nicht, dass es sie nicht gibt. Die überwiegende Mehrheit der Gabelstapler verwendet eine Hinterradlenkung, keine Differenziallenkung. Mecanum-Räder sind zu unpraktisch, um jemals für etwas anderes als Spezialfahrzeuge verwendet zu werden. Die Frage von OP lautete nicht "Kann alles mit Allrad-Differenziallenkung konstruiert werden", sondern "Warum sind Autos nicht mit Differenziallenkung konstruiert?". Die Antwort lautet wiederum: Bei herkömmlichen Autos mit herkömmlichen Reifen ist der Verschleiß zu hoch.
— Chuck
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@bcrist du könntest tatsächlich Panzerspuren ohne Differentiallenkung haben. Sehen Sie sich Fahrzeuge wie dieses an: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/Tucker_sno-cat.jpg . Der Hauptgrund ist, dass es die Komplexität eines bereits komplexen Systems reduziert
— Rugnir
Neben dem Image von @Rugnir gibt es auch Halbkettenfahrzeuge .
— Chuck
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Während es möglich sein könnte, ein Auto mit Hinterradantrieb so zu konstruieren, dass die Vorderräder im Wesentlichen als Rollen betrieben werden und die Lenkung durch Antreiben der Hinterräder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gesteuert wird (einige automatisch geführte Fahrzeuge arbeiten nach diesem Prinzip), Solche Fahrzeuge verhalten sich schlecht, wenn die Traktion bei der Geschwindigkeit nachlässt. Wenn ein solches Auto beschleunigen würde, wenn das linke Hinterrad die Traktion verliert, würde sich das Auto sofort nach links drehen und würde wahrscheinlich eine Strecke nach links zurücklegen, bevor der Fahrer auf die Situation reagieren könnte. Selbst wenn das Steuerungssystem des Fahrzeugs Beschleunigungsmesser und Kreisel einsetzte, um diesen Zustand schneller zu erkennen und das Auto davon abzuhalten, weit vom Kurs abzuweichen, konnten sie erst dann auf den Traktionsverlust reagieren, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugs bereits beeinträchtigt war. Im Gegensatz,

— Superkatze
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Wenn Sie das Lenkrad konstant halten und dann anfangen zu drehen, fährt das Fahrzeug nicht magisch geradeaus (obwohl ein positiver Nachlauf dabei hilft, das Durchdrehen mechanisch zu korrigieren). Hochleistungsfahrzeuge mit einem Rad auf dem Asphalt und einem Rad im Sand können aus diesem Grund problematisch sein. Wenn Sie mit den Hinterrädern lenken und der Computer eine Drehung nach links erkennt, muss er nur das rechte Rad bremsen, um den Schlupf zu korrigieren, bevor der Mensch überhaupt etwas erkannt hat. Das Problem, das ich mit Ihrem hypothetischen Setup haben würde, ist der Mangel an Redundanz. Normale Autos haben zwei Plätze zu
— MichaelS
Lenke von (wenn das linke Rad ins Schleudern gerät, kann das rechte Rad angepasst werden, um etwas auszugleichen) und zwei Stellen, um von dort aus zu beschleunigen. Selbst ein Auto mit Frontantrieb kann mit nur einem Vorderrad lenken und beschleunigen, obwohl es behindert wird. Ihr Design bedeutet, dass das eine gute Rad durch Beschleunigen "lenkt", während es gleichzeitig versucht, zu beschleunigen, was nicht möglich ist, ohne das Auto durchzudrehen, sodass Sie mit einer konstanten Geschwindigkeit stecken bleiben, es sei denn, beide Räder haben Traktion. Ein 4-Rad-Kompaktlenksystem wäre wesentlich robuster.
— MichaelS
@MichaelS: Das Verhalten einer nicht angetriebenen passiv schwingenden Rolle ist stabil, es sei denn, sie fährt fast direkt vor ihrem Drehpunkt (in diesem Fall befindet sie sich in einem ungleichen Gleichgewicht, bis sie sich in die eine oder andere Richtung dreht) und a Ein solcher Nachlauf kann in der Nähe seines Arbeitswinkels abgebremst werden, obwohl er auf das Fahrzeug in Abhängigkeit von der Entfernung von diesem Winkel Drehkräfte ausübt. Ich glaube nicht, dass es für einen frei schwingenden Caster eine stabile Möglichkeit gibt, eine andere Beschleunigung als den passiven Widerstand zu erzeugen.
— Supercat
@MichaelS: Es ist sicherlich möglich, den Differentialantrieb als Ergänzung zu winkelgesteuerten Lenkrädern zu verwenden, aber ich denke nicht, dass es möglich ist, mehr als zwei Antriebsräder in einem Differentialantriebssystem zu haben, ohne deren Winkel positiv zu steuern, was der Fall wäre im Widerspruch zu dem stehen, was die Frage stellte , oder Räder beim Drehen schleudern zu lassen (was aus anderen Gründen schlecht ist. Übrigens weiß ich, dass ein Fahrzeug mit den Vorderrädern geradeaus zeigt, ein Hinterradantrieb und das andere nicht, wird nicht ganz geradeaus fahren (Modellautos mit einem solchen Design müssen ...
— Supercat
... der Vorderradwinkel ist vorgespannt, um die Tendenz des Fahrzeugs, sich leicht zu drehen, auszugleichen), aber sie werden viel gerader als wenn die Vorderräder passive Rollen wären.
— Supercat
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Der Hauptgrund ist, dass beim Bremsen / Bremsen eines Autos die Last auf den Hinterrädern reduziert und auf den Vorderrädern erhöht wird. Wenn Ihr Auto ausschließlich mit Hinterradlenkung ausgestattet ist, verlieren Sie beim Hochgeschwindigkeitsbremsen die Lenkung. Das Umgekehrte tritt nicht auf, da Motorbeschleunigungen typischerweise viel geringer sind als Bremsverzögerungen.

Bei Gabelstaplern handelt es sich fast ausschließlich um Hinterradlenkungen, um die Manövrierfähigkeit einer Palette vorne zu erhöhen. Sie sind jedoch auf niedrige Geschwindigkeiten beschränkt.

Es gibt Fahrzeuge mit Vierradlenkung: https://en.wikipedia.org/wiki/Category:Vehicles_with_four-wheel_steering

Viele von ihnen sind computergesteuert und lenken für Manövrierfähigkeit bei niedriger Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen und für Biegen bei hoher Geschwindigkeit in dieselbe Richtung. Keine, von denen ich weiß, dass sie eine Raupendrehung um die Mittelachse ausführen.

— ericnutsch
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Damit wird die Frage im Titel angesprochen, nicht aber die eigentliche Frage, die nichts über die Hinterradlenkung aussagt. Eigentlich geht es darum, genau so zu lenken wie bei Kettenfahrzeugen: indem sich die Räder auf einer Seite schneller drehen.
— David Richerby
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Der Jeep Hurricane hat eine Allradlenkung, mit der er sich ohne Bewegung um 360 ° drehen kann. Aber es ist sehr komplex und teuer.

Ich würde vermuten, dass Kompaktlenksysteme im Allgemeinen schwerer, sperriger und komplexer sind. Und wirklich, der einzige Ort, an dem sie besonders nützlich sind, ist, wenn Sie eine wirklich straffe Lenkung benötigen. 99% unserer Fahrweise haben keine Verwendung für eine straffe Lenkung, daher ist es nicht sehr sinnvoll, das Fahrzeug für die anderen 1% zu konstruieren.

— MichaelS
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Diese Argumentation ist sehr schlecht. 99,99% unseres Fahrens haben keine Verwendung für Crash-Airbags.
— März,
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Diese Analogie verwendet zwei Dinge mit sehr unterschiedlichen Auswirkungen. In den seltenen Fällen, in denen Sicherheitsgurte, Airbags und Knautschzonen nützlich sind, sind sie äußerst nützlich. Nur sehr wenige schwere Unfälle würden durch die Allradlenkung vermieden, die meistens bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten eingesetzt wird, um auf engem Raum besser zurechtzukommen.
— MichaelS
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Abgesehen von dem Problem des Reifenverschleißes an Seitenrutschrädern (das konzeptionell durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien für Räder und Straßenoberflächen gelöst werden könnte) weist die vom OP vorgeschlagene Lenkmethode einen großen Nachteil gegenüber der "konventionellen" Lenkmethode auf, und das ist ein Mangel an Präzision . Es handelt sich zwangsläufig um einen Sprung zwischen Haftreibung beim Geradeausfahren und dynamischer (Gleit-) Reibung beim Abbiegen, und dieser "Sprung" tritt zu einem unvorhersehbaren Zeitpunkt auf.

Für den militärischen Einsatz eines Kettenfahrzeugs wie eines Panzers ist dies kein großes Problem , aber die mangelnde Lenkpräzision beim Spurwechsel bei einer Geschwindigkeit von 110 km / h auf einer stark befahrenen Autobahn ist eine ganz andere Sache.

— Alephzero
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Lernen Sie den Kompaktlader kennen:

Kompaktlader

Es ist ein vielseitiges Maschinentier, das viel Kraft, mehrere Anbaugeräte und (was am wichtigsten für das jeweilige Thema ist) eine hervorragende Manövrierfähigkeit bietet.

Es macht genau das, was Sie vorgeschlagen haben. Es hat stationäre Reifen, die mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten drehen, um das Fahrzeug wie ein Panzer zu drehen. Es ist einfach, sich im Kreis zu drehen, ohne die Position der Maschine zu ändern. Dies bietet eine Reihe von Vorteilen:

  • Es kann seine Position beim Be- und Entladen neu einstellen, wenn sich (zum Beispiel) die Gabeln einige Zentimeter nach links oder rechts bewegen müssen.
  • Es kann einen Eimer seitwärts bewegen, um Schmutz oder Kies auszugleichen.
  • Sein Wenderadius ist 0, was bedeutet, dass er in enge Räume gelangen kann, die nicht für Fahrzeuge ausgelegt sind.

Im Vergleich zu einem kompakten Kettenlader (eine ähnliche Maschine, die Ketten anstelle von Reifen verwendet) weist der Kompaktlader die folgenden Vor- und Nachteile auf :

  • Geringere Wartungs- und Reparaturkosten
  • Leichter und schneller
  • Funktioniert schlecht, wenn überhaupt, bei schlammigen oder schneereichen Bedingungen
  • Beeinflusst den Boden mehr

Ein Auto benötigt kaum einen dieser Vorteile, da es nicht zum Laden, Entladen oder Landschaftsbau verwendet wird (obwohl das Anbringen eines Anhängers viel einfacher wäre) und im Allgemeinen auf dafür vorgesehenen Wegen fährt.

Es gibt tatsächlich Zubehör für Radfahrzeuge, die für jedes Rad Minispuren für den Einsatz in Schlamm oder Schnee bereitstellen:

LKW-Spuren

Trotzdem liegt die grundlegende Lenkfunktionalität eher im gerichteten Wenden als im Schleudern. Tatsächlich gibt es sogar Maschinen, die für Ketten ausgelegt sind, die auf die gleiche Weise lenken:

Bordsteinmaschine

Wenn sogar einige Kettenmaschinen auf die gleiche Weise lenken wie Autos, anstatt durch Schleudern, muss es einen Vorteil geben, oder?

Ein Vorteil (die obige Bordsteinmaschine lenkt aus diesem Grund konventionell) ist, dass es viel einfacher ist, eine glatte Kurve zu bilden. Während Computersysteme verwendet werden könnten, um die Rotationsgeschwindigkeit jedes Reifens zu bestimmen, um einen gegebenen Kurvenradius zu erzeugen, ist es viel einfacher, die Räder einfach zu drehen. Wie von @alphazero hervorgehoben, wird durch Schleudern die Traktion erheblich reduziert, was bei hoher Geschwindigkeit zu unkontrollierbaren Situationen führen kann. Das Schleudern hat auch Verschleiß zur Folge (und versuchen Sie, das Lenkrad in Ihrem Auto nur während der Fahrt zu drehen, wenn dies praktisch ist).

Abschließend:

Autos lenken im Allgemeinen durch Drehen der Räder, anstatt zu schleudern, da einige der Vorteile der Schleuderlenkung für ein Auto in großem Umfang gelten, die Nachteile jedoch von teuer über komplex bis katastrophal reichen.

— Devsman
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