про управление креном
Jan. 30th, 2013 12:20 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
jayrandomПохоже, практически никто из моих знакомых, которым я рассказывал про чудо-самокат, не прочувствовал всей глубины идеи. Кроме коллеги, интересующегося экстремальным вождением :)
Мы все знаем, что на повороте любое тело испытывает поперечное ускорение. Если скорость существенна, транспортное средство при этом пытается наклониться, а непривязанных пассажиров прижимает к внешней стенке. От этого есть два лекарства: (1) сбрасывать скорость на повороте и (2) наклонить транспортное средство и/или пассажиров так, чтобы вес оставался в центре поворота.
Примеры из природы показывают, что естественным способом является второй. Ни птицы ни рыбы на повороте не тормозят, а просто правильно поворачивают всем телом. Так же, наклоняясь и сдвигая свой вес в центр, поворачивают мотоциклисты, велосипедисты, лыжники, разнообразные сёрферы/бордеры, пара- и дельтапланеристы.
В мире высоких скоростей без крена в повороте просто нельзя. Самолёты поворачивают креном (вертикальный руль на хвосте - просто для коррекции положения хвоста). Скоростные поезда наклоняются в повороте.
И только в автопромышленности наблюдается удивительный разрыв понимания этого закона. При двигателях в сотни лошадиных сил в качестве шасси используется гужевая телега из современных материалов с одной разрезанной поворотной осью (и чтобы дополнительно радовать водителей прелестями задней параллельной парковки, эта поворотная ось - передняя). Чтобы совсем не убиться на таких телегах на высоких скоростях, в качестве компенсации специалистам смежной области приходится наклонять дорогу. Казалось бы, дорогу нужно наклонять тем больше, чем выше текущая скорость транспортного средства, грозящегося с неё слететь. Не слишком ли сложно? Возможно, должна пройти целая эра "умных дорог", распознающих скорость проходящих машин и наклоняющихся соответственно, прежде чем автомобили начнут поворачивать креном.
К чему это всё? К тому, что классический руль, который поворачивает только колесо, полезен исключительно при пешеходных скоростях (достаточно вспомнить, на какой скорости мотоцикл или даже велосипед "даст" повернуть свой руль). Как показывает выдержавшая испытание временем конструкция скейтборда, естественный поворот должен осуществляться наклоном платформы. Если при этом нужен руль (т.н. кикборд), этот руль - просто жёстко закреплённый на платформе рычаг, помогающий держать равновесие. Вот почему я был рад аналогу кикборда для снега. Гармония и симметрия во всём :)
Мы все знаем, что на повороте любое тело испытывает поперечное ускорение. Если скорость существенна, транспортное средство при этом пытается наклониться, а непривязанных пассажиров прижимает к внешней стенке. От этого есть два лекарства: (1) сбрасывать скорость на повороте и (2) наклонить транспортное средство и/или пассажиров так, чтобы вес оставался в центре поворота.
Примеры из природы показывают, что естественным способом является второй. Ни птицы ни рыбы на повороте не тормозят, а просто правильно поворачивают всем телом. Так же, наклоняясь и сдвигая свой вес в центр, поворачивают мотоциклисты, велосипедисты, лыжники, разнообразные сёрферы/бордеры, пара- и дельтапланеристы.
В мире высоких скоростей без крена в повороте просто нельзя. Самолёты поворачивают креном (вертикальный руль на хвосте - просто для коррекции положения хвоста). Скоростные поезда наклоняются в повороте.
И только в автопромышленности наблюдается удивительный разрыв понимания этого закона. При двигателях в сотни лошадиных сил в качестве шасси используется гужевая телега из современных материалов с одной разрезанной поворотной осью (и чтобы дополнительно радовать водителей прелестями задней параллельной парковки, эта поворотная ось - передняя). Чтобы совсем не убиться на таких телегах на высоких скоростях, в качестве компенсации специалистам смежной области приходится наклонять дорогу. Казалось бы, дорогу нужно наклонять тем больше, чем выше текущая скорость транспортного средства, грозящегося с неё слететь. Не слишком ли сложно? Возможно, должна пройти целая эра "умных дорог", распознающих скорость проходящих машин и наклоняющихся соответственно, прежде чем автомобили начнут поворачивать креном.
К чему это всё? К тому, что классический руль, который поворачивает только колесо, полезен исключительно при пешеходных скоростях (достаточно вспомнить, на какой скорости мотоцикл или даже велосипед "даст" повернуть свой руль). Как показывает выдержавшая испытание временем конструкция скейтборда, естественный поворот должен осуществляться наклоном платформы. Если при этом нужен руль (т.н. кикборд), этот руль - просто жёстко закреплённый на платформе рычаг, помогающий держать равновесие. Вот почему я был рад аналогу кикборда для снега. Гармония и симметрия во всём :)
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2013-01-30 07:33 pm (UTC)Ограничивающим фактором в случае автомобиля является сцепление колёс с дорогой. Которое от наклона корпуса только ухудшается.
Наверное, можно замутить какую-нибдуь сверххитрую подвеску, которая будет и пассажиров наклонять (каждый ряд отдельно, иначе поднимется центр тяжести и, соответственно, больше разгрузятся внутренние колёса -> фейл) но автоконструкторы резонно решили, что лучше пожертвовать немножко комфортом, чем ценой, надёжностью и безопасностью.
Рельсы, кстати, наклоняют.
no subject
Date: 2013-01-30 07:58 pm (UTC)no subject
Date: 2013-01-30 08:09 pm (UTC)Не наклон зависит от скорости, а скорость зависит от наклона и радиуса поворота. Точнее диапазон скоростей. И на сколько я знаю, диапазон этот на зелезной дороге начинается от нуля.
За все дороги, конечно, не скажу, но из общих соображений должен.
Недалеко от моего жилища, кстати, есть ЖД остановка на повороте. С заметным наклоном.
И при этом, да, на некоторых поездах и фюзеляж наклоняют дополнительно, чтобы полностью компенсировать наклон вектора веса.
no subject
Date: 2013-01-30 08:40 pm (UTC)Если я правильно понимаю, о чём ты, то речь идёт о решении номер (1). Да, так в основном сейчас делают. Но это потому что не учитывают геометрии. Это мера, вынужденная состоянием доступной техники. Если поезд/автомобиль такой, каким ты его знаешь, то НАДО тормозить перед поворотом. А нужно, чтобы не надо было :)
no subject
Date: 2013-01-30 09:03 pm (UTC)Надо или не надо тормозить перед поворотом зависит от его радиуса. У нас есть граничные условия: ускорение ограничено коэффициентом сцепления с дорогой один и отношением высоты центра тяжести к ширине колеи и базе автомобиля.
Над коэффициентом сцепления у нас особенного контроля нет. Можно, конечно, на поворотах выдвигать дополнительные колёса из более мягкой резины. И заодно отодвигать их подальше в направлении центробежной силы. Но согласись, что возить ссобой дополнительные колёса для поворотов и ноги для их выдвижения на современном этапе не представляется разумным. Кроме того, ширина дороги ограничена, далеко их, колёса, всё равно не выдвинешь. Да и сильно бОльшего сцепления не получишь.
И да, прямоугольник самая выгодная конфигурация. Можно ещё двигать кузов по горизонтали. Вовнутрь сдвигать. Но опять же, море технического гемороя и ограниченная ширина дороги.
no subject
Date: 2013-01-31 09:32 am (UTC)Прямоугольник - привычная конфигурация. Но одна плохо себя ведёт на повороте.
Есть решение, причём готовое. И все его знают. Просто клин в головах.
no subject
Date: 2013-01-31 09:37 am (UTC)из реально реализуемых и из теоретически возможных?
no subject
Date: 2013-01-31 10:12 am (UTC)"Номер своей галактики в Тентуре думай" (ц)
no subject
Date: 2013-01-31 12:24 pm (UTC)Едиственное не совсем безумное решение, которое мне приходит в голову это бобслей. Но у бобслея есть свои очень существенные недостатки.
no subject
Date: 2013-01-31 02:26 pm (UTC)no subject
Date: 2013-01-31 03:16 pm (UTC)Порисовал, посмотрел, да если у тебя масса верхней части >> массы нижней части, расстояние от оси наклона до земли << расстояния от оси наклона до ЦТ, можно удержать проекцию ЦТ в пределах площади опоры при любом боковом ускорении. Если конструкция, конечно, позволит наклониться на нужный угол. А он не так велик, учитывая, что боковое ускорение ограничено ещё и коэффициентом трения колёс о дорогу.
Кроме того, если ты наклонил корпус и повернул колёса (что не обязательно должно зависеть одно от другого) и у тебя ВНЕЗАПНО!!1 существенно изменился коэффициент трения... скейтбордист может попытаться спрыгнуть с доски, что будет с автомобилем, оставляем читателю рассмотреть самостоятельно.
Кроме того, при вождении в реальных условиях крутизна поворота (она же скорость прохождения оного) ограничивается не столько устойчивостью транспортного средства, сколько потерей сцепления с дорогой. Да, некоторые автомобили можно на сухой дороге и хороших покрышках опрокинуть на повороте (я слышал, была/есть такая проблема у мерседесов А класса). Но в у большинства легковых автомобилей именно занос ограничивает возможность повернуть. В сложных дорожных условиях (когда скользко) оно и для высоких машин так.
Итого: почему не делают легковых и грузовых самоходных скейтбордов:
* схема решает проблему устойчивости в условиях стационарного поворота.
* схема не решает проблему заноса
* в реальных условиях устойчивость является ограничивающим фактором бокового ускорения для части грузовых автомобилей и автобусов.
* существенное снижение коэффициента трения при установившемся повороте скейтборда приведёт к опрокидыванию и заносу. тогда как у автомобиля только к заносу. который далеко не всегда фатален.
* введение механизма наклона усложняет конструкцию, требует повышения центра тяжести машины. высокая машина (а для них только система актуальна) с наклоном корпуса требует более широкой дороги.
no subject
Date: 2013-01-31 09:57 am (UTC)На самом деле, были автомобили с гидропневматической подвеской и системой активной стабилизации.
Ситроёны ДС, Ксантия, кажется какие-то Мерседесы.
Но там, на сколько мне известно, ограничились сохранением горизонтального положения кузова в поворотах и при торможении и разгоне. По каким причнам точно не знаю, но свои соображения я тебе уже изложил.
no subject
Date: 2013-01-30 08:12 pm (UTC)Стабильность он должен давать в первую очередь. Если ты на плоской дороге в плоском автомобиле на очень высокой скорости будешь устраивать поворот, то именно что потеряешь хорошее сцепление с дорогой, и машина с неё просто слетит по касательной. Наклонять пассажиров отдельно нет смысла, хотя пассажиры и порадуются. Нужно думать о том, как наклонять (а в случае особо крутого поворота и изгибать) весь корпус, чтобы он был in line с дорогой.
no subject
Date: 2013-01-30 08:30 pm (UTC)На повороте у автомобиля могут случиться две беды: потеря сцепления с дорогой и опрокидывание.
Сцепление с дорогой зависит только от силы, прижимающей колёса к дороге (*) А эта сила не зависит от наклона кузова. В разумных пределах наклона :)
Опрокидывание происходит когда проекция центра тяжести вдоль суммарного вектора веса выходит за пределы зоны опоры, прямоугольника в случае автомобиля. И чем выше центр тяжести тем при меньшем боковом ускорении это произойдёт. И если наклонять кузов, центр тяжести будет подниматься.
* прочие условия: конструкцию и материал колеса, состояние дорожного покрытия, параллельность оси колеса дороге, скорость, радиус поворота и ускорение вдоль вектора скорости примем одинаковыми.
no subject
Date: 2013-01-30 08:49 pm (UTC)