Por que projetamos carros para girar girando a roda dianteira?
Não seria melhor manter todas as rodas retas e girar girando as rodas de um lado do carro mais do que as rodas do lado oposto do carro, como fazem os trilhos dos tanques? Dessa forma, você pode virar mesmo se estiver parado. Por que os carros não fazem isso?
Respostas:
Se você viraria à esquerda 90 graus, sem girar as rodas, acabaria arrastando as rodas para os lados enquanto girava. 16 segundos neste vídeo mostram exatamente do que estou falando .
Portanto, toda vez que você tentar sair da garagem ou de uma vaga de estacionamento, ou se transformar em uma vaga de estacionamento ou virar para qualquer lugar por qualquer motivo, deitará borracha porque os pneus estão girando rapidamente enquanto permanecem quase estacionários. sua vez. Mais uma vez, olhe para o deslizamento da roda no vídeo que vinculei.
É difícil encontrar "direção diferencial nas quatro rodas" em uso em qualquer lugar por qualquer motivo. Os tanques o utilizam para reduzir a pressão no solo que exercem, para não afundar na sujeira. Os carros não vão afundar na calçada, então isso não é um problema.
Embora possa ser possível projetar um carro com tração traseira de tal maneira que as rodas dianteiras funcionassem basicamente como rodízios e a direção fosse controlada ao dirigir as rodas traseiras em velocidades diferentes (alguns veículos guiados automaticamente operam com esse princípio), esses veículos apresentam desempenho ruim quando há perda de tração em alta velocidade. Se um carro desse tipo estivesse acelerando quando a roda traseira esquerda perdesse a tração, o carro começaria a girar imediatamente para a esquerda e provavelmente percorreria uma certa distância para a esquerda antes que o motorista pudesse reagir à situação. Mesmo se o sistema de controle do carro usasse acelerômetros e giroscópios para detectar essa condição mais rapidamente e impedir que o carro se afastasse, eles não poderiam reagir à perda de tração até que ele já tivesse afetado a velocidade de rotação do veículo. Por contraste,
O principal motivo é que, quando um carro freia / desacelera, a carga é reduzida nas rodas traseiras e aumentada nas rodas dianteiras. Se o seu carro fosse exclusivamente da direção da roda traseira, você perderia a direção na frenagem em alta velocidade. O inverso não ocorre porque as acelerações do motor são tipicamente muito menos do que as desacelerações de frenagem.
As empilhadeiras são quase exclusivamente da direção da roda traseira, para maior manobrabilidade de um palete na frente, mas são limitadas a baixas velocidades.
Existem carros de direção com quatro rodas: https://en.wikipedia.org/wiki/Category:Vehicles_with_four-wheel_steering
Muitos deles são controlados por computador e dirigem em direções opostas para manobrabilidade em baixa velocidade e na mesma direção para estocagem em alta velocidade. Nada que eu conheça faça rotação no estilo da lagarta sobre o eixo central.
O Jeep Hurricane possui direção nas quatro rodas que permite girar 360 ° sem se mover. Mas é muito complexo e caro.
Eu acho que os sistemas de direção deslizante em geral são mais pesados, mais volumosos e mais complexos. E realmente, o único lugar em que são particularmente úteis é quando você precisa de uma direção realmente apertada. 99% da nossa condução não é útil para uma direção realmente apertada, por isso não faz muito sentido projetar o veículo para os outros 1%.
Além da questão do desgaste dos pneus nas rodas de derrapagem lateral (que conceitualmente poderiam ser resolvidas usando materiais diferentes para as rodas e as superfícies das estradas), o método de direção proposto pelo OP tem uma enorme desvantagem em relação à direção "convencional", e isso é falta de precisão . Envolve necessariamente um salto entre o atrito estático para direção em linha reta e o atrito dinâmico (deslizante) ao girar, e esse "salto" ocorrerá em um ponto imprevisível no tempo.
Isso não é um grande problema para o uso militar de um veículo rastreado como um tanque, mas a falta de direção precisa ao mudar de faixa ao viajar a 70 mph em uma estrada movimentada é uma questão muito diferente.
Conheça a minicarregadeira:
É uma máquina versátil, com muita potência, vários acessórios e (mais relevante para o tópico em questão) grande manobrabilidade.
Faz exatamente o que você sugeriu. Possui pneus estacionários, que giram em diferentes velocidades angulares para girar o veículo, como um tanque. É fácil girar em um círculo completo sem alterar a posição da máquina. Isso oferece várias vantagens:
Comparado a uma carregadeira compacta de esteiras (uma máquina semelhante que usa esteiras em vez de pneus), a minicarregadeira tem essas vantagens e desvantagens :
Um carro tem pouca ou nenhuma necessidade de qualquer uma dessas vantagens, pois não está acostumado a carregar, descarregar ou ajardinar (embora prenda um trailer seja muito mais fácil) e geralmente viaja por caminhos projetados para eles.
Na verdade, existem acessórios para veículos com rodas que fornecem minipistas para cada roda, para serem usadas na lama ou na neve:
Porém, mesmo assim, a funcionalidade básica da direção ainda é por giro direcionado, e não por direção skid. De fato, existem até máquinas projetadas para esteiras que dirigem da mesma maneira:
Se mesmo algumas máquinas de lagartas dirigem da mesma maneira que os carros, em vez de derraparem, deve haver alguma vantagem, certo?
Uma vantagem (a máquina de contenção acima dirige convencionalmente por esse motivo) é que é muito mais fácil formar uma curva suave. Embora os sistemas de computador possam ser usados para determinar a velocidade de rotação de cada pneu para produzir um determinado raio de virada, é muito mais simples simplesmente girar as rodas. Além disso, como apontado por @alphazero, um deles é que a derrapagem reduz significativamente a tração, o que pode levar a situações incontroláveis em alta velocidade. Há também a questão do desgaste resultante da derrapagem (e protip, tente girar o volante do carro somente quando estiver em movimento, se for prático).
Em conclusão:
Os carros geralmente dirigem girando as rodas em vez de derrapar, porque poucas das vantagens da direção deslizante têm muita aplicação no carro, mas as desvantagens variam de caras a complexas e desastrosas.
Algum alimento para o pensamento. O Airtrax é um sistema de acionamento omnidirecional com rodas especiais para permitir o tipo de manobrabilidade. (Eu só vi isso usado em aplicativos de baixa velocidade)