為什麼汽車轉彎的時候不是四個輪子一起轉動?

突然間的一個想法。汽車都是控制前面兩個輪子轉彎,設想一下四個輪子一起轉,效率會不會更高一些


騷年,首先對你的好奇心表示充分的讚賞!
然後再十分地肯定你的想法,你想得沒錯!
而且,其實上百年前就有人想到這個啦。彩蛋在最後
--------------------------------------2014/5/24更新-------------------------------------------------
有回復提到後輪隨動轉向技術,那就順便追加講講這一部分內容吧

-----------------------------------------------------------八卦---------------------------------------------------------------------------
事實上,汽車工程師都替你想到啦,是存在四輪轉向(4WS,Four Wheels Steering)這種技術的,並且這項技術其實上個世紀就有應用啦。

早在80年代,豐田,馬自達等廠商就在概念車上展示了自己的這些技術。但為什麼市面上大家很少有看到有車宣稱有應用這種技術呢?其原因是,這種技術應用在家用的緊湊車型裡面,對轉向性能的改善收效甚微,投入和效果收益之間上不對稱,自然使得汽車廠商們沒有動力去推廣4WS技術。

90年代,GM與德爾福共同開發的Quadrasteer四輪轉向技術,在目前有比較廣的應用。

四輪轉向技術在普通家用轎車裡面少有應用,大多數應用在SUV、MPV,卡車等大型車輛上。

---------------------------------------------------------乾貨--------------------------------------------------------------------------
下面介紹一下四輪轉向技術吧。

  1. 不知道大家開車時有沒有發現,2輪轉向(以下簡稱為2WS)天生存在著一個劣勢:「在轉彎時車頭並不是一直朝著預期的前進的方向」,這個劣勢很容易成為新手女司機的傷人越貨的利器。
    (翻箱倒櫃,終於從蒙塵的教材里找到了以下這兩張圖,分別是低速時和高速時的車輛行駛軌跡,供學有餘力的同學看吧,理解不能的同學直接跳過這兩張,看後面的圖吧)

    來來,那個指著下巴,滿頭問號的同學,放棄理解吧,咱們跟上,看後面這張圖。

    紅色的為4WS車,黑色的那個是2WS車。由圖可以看出,2WS車在轉向時,車子比較難按照規定的方向行駛,而是車尾向外甩,穩定性較差。而4WS車則妥妥地總是面向其行駛方向。看到這裡,提問的同學此時是不是有一種「瞬間為自己的機智叫好」的感覺?

  2. 當然,4WS的好處絕不僅僅在於上面。4WS可以獲得比2WS更小的轉向半徑。

    下圖是某廠商宣稱的4WS與2WS的最小半徑比較,與2WS車輛的R5.5m的最小轉彎半徑相比,4WS車輛可以獲得R4.7m的最小轉彎半徑。不要小瞧這點改進,它足以讓你在彎道的時候輕鬆過去,媽媽也不用再擔心你的彎道技術了。

  3. 好了,既然知道4WS有這麼多好處了,那4WS是如何進行動作的呢。事實上不同的廠商會有不同的轉向控制思路。
    舉個例子吧,常見隨車速控制類型的,當車速較低時,比如40km/h以下時,我們通常會在過半徑比較小的彎時,適合採取前後輪的轉向相位相異,也就是說前輪向右時,後輪向左;當車速較高時,比如高於40km/h時,就適宜採取相同的轉向相位,也就是前後輪都同時向同一個方向轉,這樣車子還是沿著行駛方向走。

    ----------------------------------------------2014/5/24追加的後輪隨動部分內容------------------------

    既然有知友提到後輪隨動轉向,那就隨便講講這個吧。

    其實後輪隨動轉向也有人稱為4WS,當我第一眼看到這個問題時,我腦中第一個閃過的也是後輪隨動技術。但我個人並不願意稱之為真正的4WS,原因在於看完後面的內容,相比4WS。你會發現這其實是一項比較被動的轉向技術,但即使這樣,後輪隨動在我心目中也是一項了不起和值得令人稱讚的技術。

    後輪隨動技術,這項技術的集大成者有雪鐵龍和薩博(SAAB),儘管兩者對這項技術的叫法不大一樣,但這個技術思路是一樣的。雪鐵龍喜歡將它用在富康,愛麗舍這樣的家用的基本轎車底盤上,而SAAB,這個號稱貼地飛行,渦輪增壓技術最先的採用者,曾經的豪車品牌,喜歡將這個技術用在他們的跑車調教的底盤上。

    後輪隨動技術看起來其實挺簡單的:在後輪與懸掛,懸掛與車身之間布置了一些橡膠軟墊,通過橡膠把懸架與車身柔性連接,在轉彎時,後懸掛連接點的橡膠軟墊在橫向力的作用下能發生一定程度的彈性形變。這樣後輪就能隨著前輪的轉向而做一個很小角度的轉向了。這樣小的一個角度,其實相比於傳統的2WS,也是一個轉向效果的提升。這樣的提升可以體現在,即使很便宜的家用級別的轎車開到140甚至以上,駕駛員依然感覺車子很平穩。

    總而言之,這個後輪隨動的轉向角度其實非常小,一般來說,後輪的轉向角度都在3度以下,而且這種被動的隨動轉向性能是依靠底盤的調教來獲得

    下面我們來看4WS的構成。

而真正的4WS ,通過上圖可以看到,後輪上是有真的轉向機構的,它是通過後輪感測器,和電腦控制的執行器來實現轉向的主動控制的。前面之所以講到直到80年代4WS才真正開始走向成熟,是因為在此之前都是試圖通過機械結構上的創新來獲得四輪轉向技術,80年代開始才有通過電腦控制的來執行的後輪轉向技術。

到這裡我們可以看到,4WS相比後輪隨動,它是真正意義上的具有主動控制性質的後輪轉向。來我們依然拿前面的Quadrasteer技術講講好了。

Quadrasteer控制單元ECU根據轉向角度感測器及車速感測器輸入的檢測信號,實時地通過複雜的運算程序決定滿足現時路況所需的四輪轉向控制指令,即異相、中立或同相

如上圖,Quadrasteer具有如下三種駕駛模式可供選擇:

1.2WS模式,即傳統的前輪轉向。

2.4WS模式,即便Quadrasteer處於4WS時,系統仍能夠根據車輛的行駛及轉向狀況在4WS及2WS之間進行切換。

3.4WS挂車模式。Quadrasteer處於4WS挂車時,後軸具體的轉向角度取決於車速:車速降低,轉向角度減少;車速提高,轉向角度增加。在實際操縱過程中,駕駛者根據實際需要通過儀錶板上的按鈕來選擇/設定具體的駕駛模式。

相比之下,4WS技術要比後輪隨動轉向技術來得主動得多。


--------------------------------------------彩蛋----------------------------------------------------------
雖然4WS技術在家用轎車上到上世紀八九十年代才開始走向成熟,並開始逐漸廣泛應用,但其實之前已有不少先驅進行探索。比如:

1910年的4WS車輛,A柱B柱C柱全都沒有的超簡潔風格設計,超前的無框架無玻璃設計,超大離地的間隙,超小扁平比運動型輪胎,全地形越野,超廣闊車前視野,可拆卸式空氣動力學頂棚,車燈後視鏡全隱藏式設計,100%大自然純凈車內空氣凈化系統。這些超前近一個世紀的設計,現在依然引領著當前的汽車設計潮流,並且現在依然足以讓很多車黯然失色。

再補充一些吧
Benz 1937 早期的底盤設計

Audi 100 1970

拉轟的 МЗКТ-79191


阿親,
首先要告訴你,四輪轉向(4WS)對於目前的汽車來說肯定是最優秀的轉向系統。而且現在這種車越來越多,最具有代表性的有日產的GTR、雷諾的拉古娜、寶馬7系等。

四輪轉向(4WS)為什麼好呢?

首先,4WS的車比2WS車轉彎半徑小,你想想這樣一個情景,2WS的司機老大爺過個小彎前後調車身好幾個來回才過去了,他突然看到你一把就過去了,他一定會瞪大眼睛流著口水望著你的車和你車上的美女最後說「son of bitch」,是不是很爽。

然後,4WS的汽車高速轉彎時車身更穩定,速降也小,你開車4WS的車在高速路上像閃電俠一樣左插插右插插超過每一輛車,經過幾個彎道之後,蘭博基尼和保時捷肯定氣喘吁吁的指著你的車說:「有種比長相」。

但是,

儘管有這樣的優點,要實現4WS是一件困難的事情。有些人對4WS存在這樣一個誤解:轉動方向盤控制前輪和後輪同時異向偏轉就是4WS。那完全不是4WS(儘管有些工程車如叉車是這樣的)。

而真正的4WS的前輪轉向和後輪轉向動作應該是線性無關的。在低速轉彎的時候,前後輪異向偏轉,車身旋轉中心在車身中段的一側,轉向半徑小,在擁堵的市區會很靈活。在高速轉彎的時候,前後輪同向偏轉,前輪的偏轉角度大於後輪的,車身的旋轉中心跑到了車身的側後方,車身穩定,超車、換道、轉彎都非常舒適。

真正的困難就在於:怎樣實現一個方向盤控制2組動作線性無關的前後輪呢?用2個方向盤,一手控制一個?危險不說,至少無聊的開車過程又少了摳鼻孔和咬手指頭的樂趣,便更無聊了。

目前主流的4WS方案是這樣的:(90年代的單自由度純機械結構的本田、馬自達的就不說了)

方向盤還是控制前輪的轉向,然後加一個測速感測器測量前輪的速度和一個感測器測量前輪的轉向方向和角度,感測器的信號給CPU,CPU計算後控制一個伺服電機,這個伺服電機控制後輪的轉向。

我曾經以為這樣似乎完美解決了4WS問題。然而這種方案是束手束腳的,首先這種感測器可不是什麼普通的感測器,汽車速度這麼高還能精確控制,這個感測器的穩定性要非常高,響應時間要非常短,其實就是很貴。其次,採用電子控制的汽車的失控風險比機械控制的風險高出很多。最後,為了降低失控風險,電子控制後輪轉向的幅度不會很大。

這種限制,根本不能完全釋放出4WS的野蠻技能。直到我看到了下面這種簡粗low的概念:

這貨的方向盤不僅可以轉動還可以擺動(相信做出來的實物肯定要比這漂亮),2個線性無關的動作最終形成前後輪的轉向。上圖是順時針轉動方向盤並且向右偏轉方向盤,這是前後輪都向右偏轉,但前輪轉向角度大於後輪,這是高速向右轉彎。

上圖是方向盤只向右偏轉,前後輪向右偏轉角度大小一樣,這是汽車高速側移換道或超車的時候。

上圖方向盤只逆時針轉動,前後輪異向偏轉,且角度大小一樣。這是低速轉彎的動作。wow,
這才是真正的4WS呀,
儘管它對人的操作技巧的要求要高了一些,
期待。。。


目前市場上的ARS系統主動轉向也就5度。。目前主要供應商為采埃弗


可以,漂移車........


4個輪子一起轉動能夠減少轉彎半徑,更加靈活,但是因此帶來的成本會大大的增加。目前有一些車輛(法國雪鐵龍的一款車),後輪可以在轉彎的時候有一個微小角度的偏移,以減少轉彎半徑。


假設四個一起轉且轉動角度相同的話,汽車會轉彎嗎?答案是否定的,汽車只會斜向移動,而且車身相對地面的方向指向不會發生任何變化……


雪鐵龍看家本領:後輪隨動轉向


無往的回答很好,我只是告訴你如何在現實里看到這種車,在城市裡或者野外工業園區施工現場,你可以看到百噸汽車吊,那玩意出門等於航母,還要跟補給車就是幫他拉配重的車子,他太長了,在作業區域活動不便,所以這種傢伙的後輪在低速過彎的時候就是隨動的。


又是一個沒有是不是 直接問為什麼,並且標題與內容嚴重不符的問題……

少年,光看題目,我可以用8個字完美解答你的問題——因為有差速器啊~~~親~╭(╯3╰)╮

正確地提問:

首先,是不是汽車用四個輪子一起轉向,轉向的效率更高?

其次,那為什麼大家不用四個輪子一起轉向呢?

上面好多人都給你普及了四輪轉向的基礎知識,我就不重複了

But,

純論技術不談成本與實用的「效率」,那不是耍流氓是什麼?

效率最高那就應該是四輪獨立電機啊!要什麼發動機!要什麼變速箱!通過四輪感測器,實時檢測橫擺的角度與輪速,每個輪子單獨提供動力與轉向,機械式差速鎖也省了!轉向與動力搭配那是有多效率,多完美啊!!!直接上賽道碾壓別人的節奏啊!!!

問題是,就算目前技術支持,不惜成本整一個粗來,也木有意義!
這價格,我會選擇買個很拉轟很拉轟很拉轟,有足夠空間的跑車,帶著妹子去山上看星星的~

所以,這個問題本身的現實意義並不大,
為了轉彎效率去換四驅的不是土豪,就是土屋圭市們。

如果你對轉向效率這個問題感興趣,
建議你去感受一下後驅車與前驅車在轉向時的不同表現,
並且百度「轉向不足」與「轉向過度」的區別,這對於咱日常駕駛,可能會有更多的實際意義。

以上
希望對你有所幫助


轉太多輪子汽車會糾結,想不開,人生會失去方向。


因為太貴了,還用說么。。。


我知道,寶馬的某些車,在低速轉彎時,前後輪是相反方向的,這樣可以縮小掉頭或者轉彎時需要的空間。高速時,前後輪是相同方向轉動的,這樣可以提升操縱性能,讓過彎平順一些。 以上。


下面很多兄弟痛心疾首的提醒我,很感謝!!
幸虧我提前早有準備,請注意以下文字加粗加黑部分,雖然我確實不懂汽車及機械,但是早就猜到這裡會有陷阱,哈哈。
當然,還有更多NB人士的回答更加專業,先跪拜一下~~~
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你腦補一下,如果四個輪子保持相同角度旋轉,你在正常拐彎時就會撞到牆上。如下圖,正常的拐彎路線是上面的曲線,而四輪相同角度轉向的結果就是下面的直線。


我只是單純的想說現在奧迪出球星輪胎,徹底實施後將不存在轉向。
回復這個問題紀念這個可能要改變歷史的事件


這樣的話造價就高了,賣賣不出去,汽車製造商是為了賺錢,而不是為了純粹的性能啊。再就是如其他同學說的有的高檔汽車就是可以四輪轉向的。還要說一點,我看過一個二炮的導彈發射車,低速轉向的時候就是就是前後同時轉,幾乎原地打轉,機動性超強。還有一點就是平日里的汽車,要是可以那樣轉向的話,在路上高速開著,你一但轉彎,那股向前的速度突然變成橫向速度(四輪轉向效率太高)這是很危險的,四輪轉向必須得低速啊,這樣開個車轉個彎多麻煩,得減速到很慢才轉,不實用。 前面同學說後輪轉向只有五度,就是因為前後同時轉向效率太高,一一旦大了就可能幾乎原地打轉,所以才控制在五度。


凱迪拉克新款的CT6


差速器。 你想想下 如果滑冰鞋 90度 會轉彎成功么。


看是否是四輪驅動


這種技術早已有之,但效費比不佳,和被壓縮了的汽車公司的利潤相比,能帶來的好處簡直少。


與之類似而程度不同的是,大型民航客機製造商和航空公司會想出無數種理由指出「為什麼民航客機無需裝備降落傘、且裝備降落傘是無用的」,但本質的問題卻是裝備了個人逃生系統的民航客機將極大降低航空界的利潤,而這些多出來的利潤在賠償那些數量不多的被摔死的乘客後還能剩下好多。


5 series GT 可以


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