feetwet
Сегодня 00:14
Каков прирост производительности при использовании системы управления четырьмя колесами при экстренном перестроении на высокой скорости?
Из приведённых здесь ответов мы знаем, что управление всеми четырьмя колёсами является распространённой (хотя и нечасто встречающейся) функцией в коммерческих автомобилях. Как правило, на высоких скоростях и при небольшой скорости поворота задние колёса поворачиваются в том же направлении, что и передние, из-за чего автомобиль «змеится» или «крадётся» боком, не создавая момента рыскания. (Я не могу найти общепринятый термин для обозначения такого типа рулевого управления. Так что пока я буду называть его «змеем».)
Есть подозрение, что змейка предпочтительнее поворота при экстренном перестроении по двум причинам:
- Он менее требователен к сцеплению с дорогой: он равномерно нагружает два внешних колеса и не создает момент рыскания. В отличие от него, при смене полосы движения сначала нагружается переднее внешнее колесо, затем заднее внешнее, а затем та же последовательность повторяется с другой стороны, когда автомобиль пытается выровняться на новой полосе. При увеличении скорости это идеальный рецепт для возникновения заноса (или, при высоком центре тяжести, опрокидывания), когда автомобиль приближается к пределу сцепления с дорогой. Я бы предположил, что транспортное средство может выполнить экстренное перестроение, двигаясь зигзагом, на значительно более высоких скоростях, чем при повороте.
- Я считаю, что перестроение с изменением полосы движения можно выполнить на более коротком расстоянии, потому что обе внешние шины нагружены одновременно, а момент силы, вызывающий поступательное движение, всегда меньше момента силы, вызывающего поступательное движение плюс вращательное движение.
Верны ли одно или оба этих предположения? И если да, может ли кто-нибудь привести цифры, показывающие, насколько быстрее и/или короче может быть движение по дуге, чем по прямой?
(Обратите внимание: если эти функции работают правильно, то автомобиль, который может менять полосу движения зигзагообразно, сможет объезжать препятствия, которые он не смог бы объехать в той же ситуации, используя поворот с перестроением.)
Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/41198/what-is-the-performance-gain-from-four-wheel-steering-in-high-speed-emergency-la
Итак, давайте разберёмся в этом с точки зрения логики. Начнём с определения угла поворота задних колёс, сравнив его со статистикой из статьи в Википедии, на которую вы ссылаетесь: там говорится, что на низких скоростях радиус поворота может быть уменьшен на целых 25%. Итак, начнём с определения угла поворота задних колёс на низких скоростях.
Если вы мысленно представите круг:
Допустим, радиус (произвольно выбранный) равен 10 единицам. Это значит, что расстояние от центра (где пересекаются две прямые) до края окружности составляет 10 единиц.
Теперь давайте вычтем 50 процентов из радиуса:
Потому что длина окружности прямо пропорциональна радиусу:
... логично предположить, что для того, чтобы разделить радиус окружности пополам, нужно удвоить усилие на руле. Другими словами, задние колёса должны поворачиваться точно так же, как и передние.
Таким образом, чтобы компенсировать 25 % угла поворота рулевого колеса, вам нужно повернуть задние колеса на 50 % от угла поворота передних колес. Теперь давайте перенесем это на змейку. Предположим, что максимальная помощь в управлении задними колесами составляет 50 % от максимального поворота передних колес.
Мы все знаем, что на высоких скоростях вы никогда не приближаетесь к 50 % допустимого угла поворота (по крайней мере, я не помню, когда в последний раз мне приходилось сдавать назад на автостраде... :) ). Поэтому для наглядности можно сказать, что задние колёса имеют такой же допуск, как и передние.
Предположим, что ваши передние колёса могут переставить вас на новую полосу движения за 1 секунду (для наглядности) при вашей скорости реакции при повороте (в случае чрезвычайной ситуации). Большая часть этой 1-секундной задержки будет «потеряна» в обычном транспортном средстве, потому что задние колёса будут переставлять автомобиль. Однако в зависимости от длины вашего транспортного средства перестановка на полосу, на которой вы находитесь, займёт больше или меньше времени.
Это также будет зависеть от того, как именно управляет автомобилем ваш конкретный водитель. Таким образом, я прихожу к выводу, что задача невыполнима. Действительно, на извилистом шоссе перестроиться в другой ряд было бы быстрее, но насколько — зависит от слишком многих неизвестных факторов (кстати, факторов, которые было бы очень сложно учесть. :) )
Итог:
Отличный вопрос.
Первый пункт абсолютно верен. Как вы и сказали, трение уменьшается, потому что задние колёса фактически ведут машину, а не просто следуют за ней: в каком-то смысле они скользят по дороге вбок.
Второй пункт верен, но для точного расчёта необходимо учитывать длину транспортного средства и манеру вождения водителя, что невозможно сделать с помощью указанных переменных.