Pourquoi les voitures tournent-elles en tournant la roue avant?

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Pourquoi concevons-nous des voitures pour tourner en tournant la roue avant?

Ne serait-il pas préférable de garder toutes les roues droites et de tourner en faisant tourner les roues d'un côté d'une voiture plus que les roues de l'autre côté de la voiture, comme le font les chenilles de réservoir? De cette façon, vous pouvez tourner même si vous êtes immobile. Pourquoi les voitures ne font-elles pas cela?

Mustafa
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Voir aussi cinématique Ackerman .
Karlo

Réponses:

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Si vous alliez tourner à gauche à 90 degrés, sans tourner les roues, vous finissez par faire glisser les roues sur le côté pendant que vous tournez. 16 secondes dans cette vidéo montre exactement de quoi je parle .

Donc, chaque fois que vous essayez de sortir de votre allée, ou d'une place de stationnement, ou de vous transformer en une place de stationnement, ou de tourner n'importe où pour une raison quelconque, vous allez déposer du caoutchouc parce que les pneus tournent rapidement tout en restant presque immobiles comme ton tour. Encore une fois, regardez le patin de roue dans la vidéo que j'ai liée.

Vous auriez du mal à trouver la "direction différentielle à quatre roues" utilisée partout pour quelque raison que ce soit. Les réservoirs l'utilisent pour réduire la pression au sol qu'ils exercent afin qu'ils ne s'enfoncent pas dans la saleté. Les voitures ne vont pas s'enfoncer dans la chaussée, donc ce n'est pas un problème.

Mandrin
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Les 2 premiers paragraphes sont parfaits, mais tout sur le dernier est faux. Il existe de nombreux robots, chariots élévateurs et autres véhicules industriels qui utilisent la direction différentielle à 4 roues en combinaison avec des roues mécaniques / omnidirectionnelles pour obtenir une direction à 3 DOF (rotation et translation indépendantes sur 2 axes). Les réservoirs doivent réduire la pression qu'ils exercent sur le sol lorsqu'ils voyagent sur un terrain mou, mais la direction différentielle n'a rien à voir avec cela. La pression est directement proportionnelle au poids du véhicule et inversement proportionnelle à la surface en contact avec le sol ...
bcrist
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... ainsi le simple fait d'avoir des chenilles / marches augmente considérablement la surface de contact avec le sol par rapport aux 4 roues, diminuant la pression transmise au sol. Mais l'utilisation de chenilles signifie que la direction différentielle est la seule option dont vous disposez. Les liens entre les segments de la bande de roulement n'ont qu'un seul degré de liberté; ils ne peuvent pas "plier" pour diriger le réservoir.
bcrist
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Ma réponse, y compris le dernier paragraphe, est donnée en référence aux véhicules routiers. J'ai dit que vous auriez du mal à trouver un exemple, non pas qu'ils n'existent pas. La grande majorité des chariots élévateurs utilisent la direction arrière, pas la direction différentielle. Les roues Mecanum sont trop peu pratiques pour être utilisées sur autre chose que des véhicules spéciaux. La question d'OP n'était pas "peut-on concevoir quelque chose avec une direction différentielle aux 4 roues", c'est "pourquoi les voitures ne sont-elles pas conçues avec une direction différentielle". La réponse est, encore une fois, pour les voitures conventionnelles avec des pneus conventionnels , il y a trop d'usure.
Chuck
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@bcrist, vous pourriez en fait avoir des chenilles de réservoir sans direction différentielle. Voir des véhicules comme celui-ci: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/Tucker_sno-cat.jpg . La raison principale est qu'elle réduit la complexité d'un système déjà complexe
Rugnir
En plus de l'image de @Rugnir, il existe également des véhicules semi-chenilles .
Chuck
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Bien qu'il soit possible de concevoir une voiture à propulsion arrière de telle manière que les roues avant fonctionnent essentiellement comme des roulettes et que la direction soit contrôlée en entraînant les roues arrière à différentes vitesses (certains véhicules à guidage automatique fonctionnent sur ce principe), ces véhicules fonctionnent mal en cas de perte de traction à vitesse. Si une telle voiture accélérait lorsque la roue arrière gauche perdait de sa traction, la voiture commencerait immédiatement à tourner vers la gauche et parcourrait probablement une certaine distance vers la gauche avant que le conducteur puisse réagir à la situation. Même si le système de contrôle de la voiture utilisait des accéléromètres et des gyroscopes pour détecter cette condition plus rapidement et empêcher la voiture de s'éloigner de sa trajectoire, ils ne pouvaient réagir à la perte de traction qu'après qu'elle avait déjà affecté la vitesse de rotation du véhicule. Par contre,

supercat
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Si vous maintenez le volant constant, puis commencez à tourner, le véhicule ne se déplacera pas comme par magie (bien que la roulette positive aide à corriger mécaniquement la rotation). Les voitures à haute puissance avec une roue sur l'asphalte et une roue dans le sable peuvent être problématiques pour cette raison. De plus, si vous roulez avec les roues arrière et que l'ordinateur détecte un virage à gauche, il suffit de freiner la roue droite pour corriger le dérapage avant que l'humain n'ait même reconnu que quelque chose s'était passé. Le problème que j'aurais avec votre configuration hypothétique est le manque de redondance. Les voitures normales ont deux places
MichaelS
direction (si la roue gauche dérape, la roue droite peut être ajustée pour compenser un peu), et deux endroits pour accélérer à partir de. Même une voiture à traction avant peut diriger et accélérer à l'aide d'une seule roue avant, bien qu'elle soit gênée. Votre conception signifie que la bonne roue «braque» en accélérant, tout en essayant d'accélérer, ce qu'elle ne peut pas faire sans faire tourner la voiture, vous êtes donc bloqué à une vitesse constante à moins que les deux roues ne soient en traction. Un système de dérapage à 4 roues serait beaucoup plus robuste.
MichaelS
@MichaelS: Le comportement d'une roulette non pivotante à mouvement passif est stable, sauf lorsqu'elle roule presque directement en avant de son point de pivot (auquel cas elle restera à un équilibre inégal jusqu'à ce qu'elle tourne dans un sens ou dans l'autre), et un une telle roulette peut être freinée lorsqu'elle est n'importe où près de son angle de fonctionnement, bien qu'elle transmette des forces de rotation au véhicule en fonction de sa distance par rapport à cet angle. Cependant, je ne pense pas qu'il existe un moyen stable pour une roulette à oscillation libre de communiquer une accélération autre que la traînée passive.
supercat
@MichaelS: Certes, il est possible d'utiliser l'entraînement différentiel en complément des volants à angle contrôlé, mais je ne pense pas qu'il soit possible d'avoir plus de deux roues motrices dans un système d'entraînement différentiel sans contrôler positivement leur angle, ce qui être contraire à ce que la question demandait , ou faire déraper les roues en tournant (ce qui est mauvais pour des raisons évoquées ailleurs. BTW, je sais qu'un véhicule avec les roues avant pointées droit devant, une roue arrière et l'autre pas, n'ira pas tout droit (les modèles de voitures avec un tel design doivent avoir ...
supercat
... l'angle de la roue avant est biaisé pour compenser la tendance du véhicule à tourner légèrement) mais ils iront beaucoup plus droit qu'ils ne le feraient si les roues avant étaient des roulettes passives.
supercat
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La raison principale est que lorsqu'une voiture freine / décélère, la charge est réduite sur les roues arrière et augmentée sur les roues avant. Si votre voiture était exclusivement dirigée par la roue arrière, vous perdriez la direction lors du freinage à grande vitesse. L'inverse ne se produit pas parce que les accélérations du moteur sont généralement beaucoup moins importantes que les décélérations de freinage.

Les chariots élévateurs sont presque exclusivement des roues arrière directrices pour plus de maniabilité d'une palette à l'avant, mais ils sont limités à de faibles vitesses.

Il existe des voitures à quatre roues directrices: https://en.wikipedia.org/wiki/Category:Vehicles_with_four-wheel_steering

Beaucoup d'entre eux sont contrôlés par ordinateur et dirigent dans des directions opposées pour une maniabilité à basse vitesse et dans la même direction pour le mitraillage à grande vitesse. Aucune que je sache ne fait de rotation de style chenille autour de l'axe central.

ericnutsch
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Cela répond à la question dans le titre mais pas à la question réelle, qui ne dit rien sur la direction des roues arrière. Il s'agit en fait de diriger de la même manière que les véhicules à chenilles: en faisant tourner les roues d'un côté plus rapidement.
David Richerby
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La Jeep Hurricane est dotée d'une direction à quatre roues qui lui permet de pivoter à 360 ° sans bouger. Mais c'est très complexe et cher.

Je suppose que les systèmes à direction à glissement sont en général plus lourds, plus volumineux et plus complexes. Et vraiment, le seul endroit où ils sont particulièrement utiles, c'est quand vous avez besoin d'une direction très serrée. 99% de notre conduite n'a aucune utilité pour une direction très serrée, il n'est donc pas très logique de concevoir le véhicule pour les 1% restants.

MichaelS
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Cette argumentation est très pauvre. 99,99% de notre conduite n'a aucune utilité pour les airbags crash.
Mars Ho
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Cette analogie utilise deux choses aux impacts très différents. Dans les rares occasions où les ceintures de sécurité et les coussins gonflables et les zones de déformation sont utiles, ils sont extrêmement utiles. Très peu d'accidents majeurs seraient évités grâce à la direction à quatre roues, qui est principalement utilisée à très basse vitesse pour mieux pénétrer dans les espaces restreints.
MichaelS
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Mis à part le problème de l'usure des pneus sur les roues à patins latéraux (qui pourrait être résolu conceptuellement en utilisant différents matériaux pour les roues et les surfaces de la route), la méthode de direction proposée par l'OP présente un énorme inconvénient par rapport à la direction "conventionnelle", et c'est le manque de précision . Cela implique nécessairement un saut entre le frottement statique pour la conduite en ligne droite et le frottement dynamique (glissement) lors des virages, et ce "saut" se produira à un moment imprévisible.

Ce n'est pas vraiment un problème pour l' utilisation militaire d'un véhicule à chenilles comme un char, mais le manque de précision de la direction lors des changements de voie lorsque vous roulez à 70 mi / h sur une route très fréquentée est très différent.

alephzero
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Découvrez la chargeuse compacte:

Skid-steer

C'est une bête polyvalente de machine, qui offre beaucoup de puissance, de multiples accessoires et (le plus pertinent pour le sujet traité) une grande maniabilité.

Il fait exactement ce que vous avez suggéré. Il a des pneus stationnaires, qui tournent à différentes vitesses angulaires afin de faire tourner le véhicule, comme un réservoir. Il est facile de tourner en rond sans changer la position de la machine. Cela lui confère un certain nombre d'avantages:

  • Il peut réajuster sa position lors du chargement et du déchargement de choses, si (par exemple) les fourches doivent se déplacer de quelques pouces vers la gauche ou la droite.
  • Il peut déplacer un seau latéralement pour lisser la saleté ou le gravier.
  • Son rayon de braquage est de 0, ce qui signifie qu'il peut pénétrer dans des espaces restreints non conçus pour les véhicules.

Par rapport à une chargeuse compacte sur chenilles (une machine similaire qui utilise des chenilles au lieu de pneus), la chargeuse compacte présente les avantages et les inconvénients suivants :

  • Coûts de maintenance et de réparation réduits
  • Plus léger et plus rapide
  • Fonctionne mal, voire pas du tout dans des conditions boueuses ou enneigées
  • Affecte davantage le sol

Une voiture a peu ou pas besoin de ces avantages, car ils ne sont pas utilisés pour charger, décharger ou aménager (bien que fixer une remorque serait beaucoup plus facile), et voyagent généralement sur des voies conçues pour eux.

Il existe en effet des accessoires pour véhicules à roues qui fournissent des mini chenilles pour chaque roue, à utiliser dans la boue ou la neige:

Pistes de camions

Mais même ainsi, la fonctionnalité de base de la direction est toujours le virage dirigé plutôt que le dérapage. En fait, il existe même des machines conçues pour des chenilles qui se dirigent de la même manière:

Machine de bordure

Si même certaines machines à chenilles se dirigent de la même manière que les voitures, au lieu de déraper, il doit y avoir un avantage, non?

Un avantage (la machine à freiner ci-dessus dirige classiquement pour cette raison) est qu'il est beaucoup plus facile de former une courbe lisse. Bien que les systèmes informatiques puissent être utilisés pour déterminer la vitesse de rotation de chaque pneu pour produire un rayon de virage donné, il est beaucoup plus simple de simplement tourner les roues. En outre, comme l'a souligné @alphazero, l'un est que le dérapage réduit considérablement la traction, ce qui peut conduire à des situations incontrôlables à haute vitesse. Il y a aussi la question de l'usure résultant du dérapage (et protip, essayez de tourner le volant de votre voiture uniquement lorsque vous vous déplacez, si possible).

En conclusion:

Les voitures se dirigent généralement en tournant leurs roues au lieu de déraper, car peu des avantages de la direction à glissement s'appliquent beaucoup à une voiture, mais les inconvénients varient de coûteux à complexes à désastreux.

Devsman
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Un peu de matière à réflexion. Airtrax est un système d'entraînement omnidirectionnel avec des roues spéciales pour permettre le genre de maniabilité. (Je ne l'ai vu qu'utilisé dans des applications à faible vitesse)

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

GisMofx
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