車の旋回半径

車庫入れで柱ギリギリに停めてしまって考えた問題。
前輪と後輪の間隔が L, 左右の車輪の間隔が d の車がある。曲がるときは前輪のみ方向が変わるとする。またデフが付いていて左右の回転差は吸収されるとする。

  • 簡単のため d=0 とする。前輪がθ傾いた状態で進むとき、前輪と後輪の旋回半径を求めよ
  • dが0でない場合を計算せよ

以下答え。
とりあえず初めの答え:前輪が半径 L/sinθ, 後輪は L/tanθ。計算は3行くらいで可能。前輪と後輪が微小距離dl_1(\cos\theta, \sin\theta)dl_2(1, 0) 動くとし、相対距離が変わらない条件からdl1,dl2 の比を求める。このとき車体の方向が d\phi= dl_1 \sin\theta /L変化する。d\phi・旋回半径=移動距離。
二番目はまだ計算してない^^;
三輪だと全部横滑りせずに進めるけど、四輪だと必ずどれか横滑りしてしまう。どれが滑るかで若干答えが変わると思う。実際うちの車庫ではみんなギャーギャーとタイヤ鳴らしてるし。うちの CIVIC はそんなに鳴らないけど、もしかしたら舵角が大きい場合は左右で舵角を変えてるのかもしれない。滑る場合、はじめはタイヤの弾性変形で滑らずに行くけど、静止摩擦力を越えた所で滑る。タイヤの摩耗度合、路面状況、速度などで違ってくるかも。
高速で走行していて舵角が微小な場合は以下のようになる。
https://www.jsae.or.jp/~dat1/mr/motor16/mr200270.pdf