Ackerman geometrisinin amacı, bir eğri etrafındaki yolu takip ederken lastiklerin yana doğru kayma ihtiyacından kaçınmaktır. Bunun geometrik çözümü, tüm tekerleklerin eksenlerinin ortak bir merkez noktası olan bir dairenin yarıçapları olarak düzenlenmesidir.
Arabalar nasıl viraj alır?
İster ön tekerleklerden ister arkadan sürülsün, arabalar ön tekerlekler döndürülerek yönlendirilir. Çünkü araç arkadan yönlendirilirlerse, açıdaki küçük sapmalar pozitif geri besleme ile büyütülecek ve açıyı daha da artıracaktır. Bunların büyük açık tekerlekleri vardı. Ackerman prensibinde ön aksın döndürülmesiyle, her iki aks da ortak bir noktaya bakacak şekilde ayarlanır.
Her bir tekerlek, yandan kayma veya savrulma ihtiyacını ortadan kaldırarak (farklı yarıçaplarda olsa da) ortak bir merkeze sahip bir daire içinde hareket eder. Basit bir arabada, her bir tekerlek bağımsız olarak serbest dönmektedir ve çekiş kuvveti tekerlekler tarafından sağlanmamaktadır, bu nedenle sistemdeki farklılıklar, biraz farklı bir dönme oranına sahip olan her bir tekerlek tarafından telafi edilmektedir. Araç çamurlu bir tarlada hareket ediyorsa, dönerken dört dairesel yay görebilirsiniz.
Bu, manevra kabiliyeti için zarif bir çözümdür, ancak pek çok sorunu vardır: Aks, dönüşler yapmak için büyük kavisler boyunca sallanmak zorundadır ve bu, dingil mesafesi içindeki kullanılabilir alanı azaltır (veya işgal edilen alanın her iki aksın üzerinde yüksek olmasını gerektirir). Tek bir gerilme noktası, süspansiyonun eklenmesini zorlaştırıyor ve uzun aks, yol yüzeyindeki küçük varyasyonları güçlendiren bir kaldıraç görevi görüyor.
Simple Direksiyon
Bir sonraki çözüm basit direksiyondur. Burada her bir tekerleğin kendi ekseni vardır. Bu, yukarıdaki sorunların bir kısmını çözer, ancak yan kayma sorununun geri dönüşünü alıyoruz. Kesinlikle çok fazla yana kayma gerektiren tamamen sabit bir ön akstan daha iyidir, ancak her iki tekerleği aynı açıyla çevirerek, her bir ön tekerleğin farklı bir dönüş merkezine sahip olduğunu görebiliriz.
Basit direksiyonla, ön tekerleklerden en az birinde yandan kayma yaşanacaktır. Bu bir problem. Çakıllı bir araba yolunda basit direksiyon manevrası yapan bir araç hayal edersek, hızından bağımsız olarak her dönüşte ön tekerlekler, çirkin izler bırakarak çakıldan geçer ve basitçe yuvarlanmaya kıyasla bu ek sürtünmenin üstesinden gelmek için fazla çekiş gücü gerektirir.
Ackerman Direksiyon Prensibi
İdeal direksiyona yaklaşmak için zarif ve basit bir mekanizma 1818’de İngiltere’de Rudolph Ackerman tarafından patentlendi ve onun adını almış olsa da, asıl mucit, ondan iki yıl önce tasarlayan Georg Lankensperger adlı bir Alman araba üreticisi idi.
Ackerman direksiyonda, her tekerleğe kendi pivotu verilir (bu, genellikle tekerleğin göbeğine yakındır). Bağlantı çubukları, iki ek mil ile yamuk bir şekil oluşturur.
Şekil trapez olduğundan, iç tekerlek döndükçe dış tekerlek farklı bir hızda döner.
Geometriyi ayarlayarak (bağlantı çubuklarının uzunluğu ve düz karşıya ile oluşturdukları açı), tekerleklerin göreceli dönüşleri yapılandırılabilir. İki tekerleği birleştiren rot kolu, iki pivot arasındaki bu mesafe ile aynı uzunluktaysa, yaptıkları dikdörtgen, tekerlekler döndükçe bir paralelkenara deforme olur ve konfigürasyon, basit direksiyonla aynıdır ve her iki tekerlek de aynı şekilde ve oranda döner.
İzleme çubuğu akstan daha kısaldığından, trapez deforme olurken iç tekerlek daha yüksek bir hızda döner.
Çubuk uzunluklarına ve başlangıç açılarına dayalı tekerlek açılarının değeri için denklemler, ilk göründüğünden daha karmaşık hesaplamalardır. Ackerman direksiyon sistemi, ideal direksiyon durumuna yalnızca yaklaşık bir çözüm sağlar.
Solda, Ackerman direksiyon geometrisinin ideal direksiyona ne kadar yakın olduğuna dair bir örnek görebilirsiniz.
1878’de, bir Fransız, Charles Jentaud, Ackerman prensibini mekanik tahrikli aracına uyguladı ve en iyi sonuçların, trapezin kenarlarının bir çıkıntısı arka aks üzerinde kesiştiğinde elde edildiğini buldu.
Ackerman direksiyon, döner tabla direksiyon sorunlarının çoğunu çözer: Her bir tekerleğin gerektirdiği alan (ileri-geri hareket) önemli ölçüde azaltılır ve yoldaki kusurları geri ileten moment kolu azaltılır.
Küçük direksiyon simidi girdileri için, tekerlek açıları arasındaki fark küçüktür. Gerekli dönüşün yarıçapı azaldıkça, açı farkı artar (örneğin, arabanın tekerleğini tam kilit konumuna çevirdiğinizde, örneğin park ederken, farkın çok belirgin olduğunu fark etmiş olabilirsiniz).