fren dİnamİĞİkisi.deu.edu.tr/mustafa.karaoglan/sunu 17 fren dinamiği.pdf(basit hesaplama) prof....
Post on 20-Feb-2020
14 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
FREN DİNAMİĞİ
Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
2 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
DOĞRUSAL FRENLEME
1. Frenleme Süreci ve Durma Mesafesi
Yatay bir yol üzerinde bir aracın frenlenmesinde aracın hareket enerjisi ısıya
dönüştürülür. Resim e göre fren süreci şu şekildedir:
.
.
.
Zaman
Obje
ktif
rea
ksiy
on
tale
bi
Yağın
gaz p
edalından
k
ald
ırılm
ası
F
ren p
edalına
basılm
ası
Fre
nle
me ivm
esin
in
başla
ması
Maksim
um
fre
nle
me
ivm
esi
Ara
cın
durm
ası
Algılama, tanıma, karar verme, harekete geçme
Değiştirme zamanı
Boşluk alınması ve cevap süresi
Eşik süresi Tam frenleme süresi
T0 = 0,4 …1,5 s T1 = 0,2 … 0,45 s T2 = 0,2 s T3
.
Ayağın
gaz p
edalı
ndan
kald
ırılm
ası
Resim : Bir frenleme sürecinin zamansal akışı
3 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
. .
.
Frenleme ivmesi
Araç hızı
Ara
cın
du
rma
sı
Bir objektif reaksiyon talebinin ortaya çıkması
Yol
Zaman t
Zaman t
Zaman t Eşik Süresi Tam frenleme
Tam frenleme
Durma mesafesi
Du
rma
me
sa
fesi
.
Durma süresi
Resim : Frenleme sürecinde frenleme ivmesinin, araç
hızının, kat edilen mesafenin zamana bağlı olarak değişimi
Durma mesafesi s zaman dilimleri T0 , T1 ,
T2 ve T3 değerlerine uygun olarak dört
kısımdan oluşmaktadır.
T0 süresince araç henüz frenlenmemiştir.;
kat edilen mesafe :
000 T.vs
Sonraki zaman dilimi T1 süresince lineer
yükselen bir frenleme ivmesi etkimektedir:
t.T
a)t(a
1
1xx
11
0
2
1
10
0
012
T
X
T
X t.T.
avdt).t(av)t(v
11X
01 T.2
avv
T1 zamanı içerisinde hız aşağıdaki ifadeye
göre azalır :
ve T1 sonundaki hız değeri :
4 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
1. Fazda kat edilen yolun zaman fonksiyonu , hız denkleminin integralinden elde
edilir: 1
11
00
3
1
10
2
1
10
0
1162
TT
XX
T
t.T.
at.vdt.t.
T.
avdt).t(v)t(s
2
11X
101 T.6
aT.vs
1 noktasından itibaren geçerli olan frenleme ivmesi : t.T
a)t(a
2
2XX
Devam eden hesaplamalar buradan itibaren 1. fazdaki gibi devam etmektedir.
Hız, T2 süresince değer kaybetmektedir:
2
0
2
2
21
2
212
2
T
XX t.T.
avdt.t.
T
av)t(v
22X
11X
02 T.2
aT.
2
avv
2. Fazda alınan yol :
2
22
211
202
00
3
2
21
2
2
21
0
22
62
62
222
T.a
T.T.a
T.vs
t.T.
at.vdt.t.
T.
avdt).t(v)t(s
XX
TT
XX
T
5 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Frenleme sürecinin son fazında v2 hızı T3 esnasında sıfıra düşer. Burada sabit
frenleme ivmesi aX2 . T3 bu şart kullanılarak v2 hızı ifadesi de kullanılarak
hesaplanabilir :
Kat edilen son etap yol şöyle hesaplanır hesaplanabilir:
2
T
2
T.
a
a
a
v
a
vT 21
2X
1X
2X
0
2X
23
2
22X
2
1
2X
2
1X211X
1
2X
1X20
2X
2
03
3
2
32X
T
0
2X3
T.8
a
8
T.
a
a
4
T.T.a
2
T.
a
a
2
T.v
a.2
vs
ak,kullanılar ifadesi T ve T.2
atdt.a)t(s
3
Durma mesafesi, kısmı mesafelerin toplamından elde edilir :
2X
1X
1
22
11X2
22X
2X
2
01
2X
1X2100
a
a.3
T
T.64.T.
24
aT.
24
a
a.2
v
2
T.
a
a
2
TTT.vs
6 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Çoğu kez motor sürüklenme momenti nedeniyle oluşan aX1 frenlemesi ve son iki
terim ihmal edilmektedir. Bu basitleştirmeye göre durma mesafesi :
Durma süresi TA kısmı zamanların toplamından TA = T0 + T1 + T2 + T3 . Yukarıdaki
kısımlarda verilen T3 ifadesi, aX1 sıfıra eşit basitleştirmesi dikkate alınarak TA
eşitliğinde yerine konursa;
2X
2
0210.0
a.2
v
2
TTTvs
2X
0210A
a
v
2
TTTT
.
.
Frenleme ivmesi
Reaksiyon Eşik süresi Tam frenleme süresi süresi
Durma süresi
Zaman
Resim : Basitleştirilerek hesaplanmış durma
mesafesi ve zamanı için frenleme ivmesinin
zamana bağlı değişimi
Kesin ve basitleştirilmiş hesaplama yapılarak
elde edilen durma mesafeleri ve farkı: Araç
144 km/h (40 m/s) hızdan 8 m/s2 ivme ile
frenlenmektedir. Hesaplama için T0 = 0,4 s
T1 = 1,04 s , T2 = 0,2 s ve aX1 = 1 m/s2 için
s 7,551,02,04,0T
m 128 s
hesaplama) (kesin m 47,127s
A
Her iki sonuç arasında ki fark ~ % 0,5.
(basit hesaplama)
7 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Tablo : Araçların farklı yol, yük ve donanımlarla yapılan fren
denemelerinde ulaşılabilen frenleme ivmesi değerleri
8 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Konvoyda takip mesafesi
Trafik emniyeti açısından konvoy halinde giden araçlar arasındaki mesafenin arkadan
çarpmayı önlemek için yeterli mesafede olması önemlidir. Takip mesafesinin
hesaplanması için iki model kabul edilecektir:
1. Mutlak emniyetli mesafe ve
2. Relatif emniyetli mesafe
Mutlak emniyetli mesafe modelinde takip mesafesi, konvoyun önündeki aracın ani
olarak durması halinde takip eden araçların bir çarpma olmaksızın durabilecekleri
büyüklüktedir. Mutlak emniyet mesafesi sF :
2X
22
10EFa.2
v
2
TTT.vss
sE 2 m alınabilir.
Relatif emniyetli mesafenin gerçekçi modelinde arkadan takip eden aracın
çarpmadan kaçınmak için, tutunma sürtünme katsayısını kullanarak frenleme
yapılmasını varsaymaktadır.
1X2X
22
10EFrela
1
a
1.
2
v)
2
TTT.(vss
9 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
.
.
Ko
nvoyd
a t
akip
mesa
fesi s
F
Araç hızı v
Mutlak emniyetli takip mesafesi sFabs
Relatif emniyetli takip mesafesi sFrel
2-s takip mesafesi sF 2S
.
Resim : Konvoyda takip mesafesi ; reaksiyon süresi 0,8
s kabul edilmiştir.
Sürücü tarafından hıza bağlı
olarak takip mesafesinin tahmin
edilmesi zor olduğu için, çoğu kez
hızdan bağımsız olarak 2 s
zaman mesafesine göre hareket
edilmesi önerilmiştir.
Resimde gösterildiği gibi, 2-s
mesafesi mutlak ve relatif
emniyet modelleri arasında yer
almaktadır.
10 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Frenleme ve Tutunma Sürtünmesi Kullanımı
Frenleme veya negatif ivmelenmeyi basitleştirmek için boyutsuz frenleme oranı
kavramı kullanılacaktır. Frenleme (oranı) z ; fren kuvvetinin, araç ağırlığına oranıdır:
Bir araçla ulaşılabilecek frenleme değeri, yol tekerlek arası tutunma sürtünme
katsayısına oranlanırsa,
tutunma sürtünme katsayısı kullanım oranı elde edilir.
Eğer aracın tüm tekerlekleri = 1 olacak şekilde frenlenirse, fiziksel olarak mümkün
olan en yüksek frenleme, ideal frenleme değerine ulaşılır.
)BB.(G
1
G
Bz AAÖA
H
z
Bir araçta ulaşılan maksimum frenleme değerinin ideal frenleme değerine oranı
iyilik derecesi max olarak ifade edilir:
Yüksek fren iyilik derecesi kısa bir frenleme mesafesi demektir.
H
max
iideal
maxmax
z
z
z
11 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Fren Kuvveti Dağılımı
Bir aracın frenleme davranışı öncelikli olarak fren kuvvetlerinin ön ve arka akslara
nasıl dağıldığına bağlıdır. Bu nedenle fren kuvveti dağılımı fren sistemlerinin en
önemli tasarım kriteridir .
.
. .
.
BAA
G* AA
BÖA
A
G* ÖA
lÖ
z.G
G h
l
.
h h
G.zBB AAÖA
l
h.z
l
l.GG
için aks arka ve l
h.z
l
ll.GG
ÖAA
ÖÖA
Ön ve arka aks dinamik yük değerleri:
Resim : Frenlenen araca etkiyen kuvvetler
AAAAA
ÖAÖÖA
G.fB
G.fB
G
G
l
l ve
l
h AÖ
).z.(fG
B
).z1.(fG
B
AAA
ÖÖA
12 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
İdeal fren kuvveti dağılımı için, kuvvet bağıntı katsayıları, yani ön ve arka akstaki
sürtünme katsayıları eşit olması ilkesi geçerlidir. fÖ = fA = ile
z buradan ve G.z)GG.(BB AAÖAAAÖA
İdeal durumda ön ve arka aksta eşit olan sürtünme katsayıları frenleme oranına
eşittir.
).z.(zG
B
).z1.(zG
B
AA
ÖA
G
B.
1
.2
1
.2
1z
çözümleri ve 0G
B)1.(z.z
ÖA
2
1,2
ÖA2
İdeal teğetsel kuvvet dağılımı elde edilir:
G
B
.2
1
G
B.
1
.2
1
G
B ÖAÖA
2
AA
13 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Resim : İdeal teğetsel kuvvet dağılım
diyagramında karakteristik eğri grupları:
Sabit frenleme , sabit sürtünme katsayısı
eğrileri, araca monte edilmiş fren sisteminin
sabit fren kuvveti dağılımı doğrusu
G
Bz
G
B ÖAAA
dyn
AAAhAAA
dynÖÖÖhöÖA
r
2.C.r.A.pB
ve r
2.C.r.A.pB
Aracın fren sisteminden fren
kuvvetleri aşağıdaki gibi elde edilir:
phÖ , phA Fren hidrolik basınçları
AÖ, AA Ön ve arka tekerlek fren
silindiri piston alanı mm2
rÖ, rA Fren balataları efektif sürtünme
yarıçapları mm.
14
kuvveti Açma
kuvvet teğetsel çapındaki sürtünme EfekifC İç fren faktörü
rdyn Tekerlek dinamik yarıçapı rdyn = U/2.
Sabit bir dağılımda ön ve arka akstaki fren hidrolik basınçları eşittir. Fren kuvvetleri
oranı BAA/BÖA fren kuvveti dağılım faktörü DB ile ifade edilir. Sabit bir dağılım için :
ÖÖÖ
AAA
C.r.A
C.r.ADB
DB standart tahrikli bir araçta yaklaşık 0,4 ve
önden tahrikli bir araçta 0,35 değerindedir.
İnstale edilmiş fren kuvveti dağılımı diyagramda denklemi aşağıda verilen bir
doğru ile gösterilir:
G
B.DB
G
B ÖA
Ayrıca, arka aks fren kuvvetinin
toplam fren kuvvetine oranı :
1
B
B
.zG
B
)1.(zG
B
buradan ve G.z
B
BB
B
AA
ÖA
AA
ÖA
AA
AAÖA
AA
Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
15 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Fren sistemi hakkında kısa bir değerlendirme - z diyagramı ile de yapılabilir Bu
diyagramda ideal fren kuvveti dağılımı parabol yerine eğrisi yerine 450 açı altında
giden bir doğru ile gösterilmektedir. Ön ve arka aksların tutunma sınır değerleri için
gerekli olan eğriler aşağıdaki eşitliklerden hesaplanabilir:
.1
)1.(z eneşitliğind
).z1.(G
z.G).1(
G
Bf
ÖA
ÖA
ÖAö
.
.z eneşitliğind
).z.(G
z.G.
G
Bf AA
AA
AAA
.
.
.
.
.
Ön aks önce bloke olur Arka aks önce bloke olur
Dağılımın instabil olduğu bölge
Ön aksın tutunma
sınırı fÖ =
Arka aksın tutunma
sınırı fA =
İdeal fren kuvveti
dağılımı z =
Tutunma sürtünme katsayısı
F
renle
me
z
.
AT yönetmenlik sınırı
İdeal fren kuvveti
dağılımı z = H
İdeal fren kuvveti
dağılımı z = H
.
Ön aksın tutunma
sınırı fÖ =
.1
)1.(z eneşitliğind
).z1.(G
z.G).1(
G
Bf
ÖA
ÖA
ÖAö
.
.z eneşitliğind
).z.(G
z.G.
G
Bf AA
AA
AAA
Resim : Sürtünme katsayısı-frenleme
diyagramında (-z diyagramı) fren kuvveti
dağılımının gösterilişi. İnstabil bölgede
arka aks ön akstan önce bloke olur.
İnstale edilmiş sabit fren dağılımı için
ideal durum zkrit = 0,9
16 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
EG 71/320 yönetmeliğine göre; 0,2 0,8 bölgesi için z 0,1 + 0,85.(H - 0,2)
FREN STABİLİTESİ .
.
Araç ağırlık merkezi
Bozucu moment
M = SAA.lA
Geri getirici moment
a) Stabil b) İnstabil
Bozucu moment
M = BÖA.lÖ
Güçlendirici moment
BAA BAA
SAA
z.G z.G
BÖA BÖA
SÖA
Bir fren sisteminin tasarımında en
önemli kriter fren stabilitesidir. Bu
da aksların blokaj davranışına
bağlıdır. Bloke olan bir tekerlek
% 100 fren kaymasına sahiptir;
yalnızca bir doğrultuda kuvveti
yola iletir, yan kuvvet değeri sıfır
olur.
Ön aksın blokajı durumunda
aracın yönlendirilme kabiliyeti
kaybolur. Buna rağmen stabil bir
durumdadır; çünkü bozucu bir
kuvvet sonucu oluşan, aracı
düşey ekseni etrafında döndüren
(savrulma) momenti, arka akstaki
yan kuvvetin (SAA ), ağırlık
merkezine olan mesafesi lA ile
meydana getirdiği geri getirici
moment (SAA.lA) sayesinde
dengelenir
17 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Lineer Fren Kuvveti Dağılımında Fren Stabilitesi Aksların blokaj davranışı – ve buna bağlı olarak fren stabilitesi – fren kuvveti
diyagramı üzerinden belirlenebilir. Parabol boyunca her iki aksta maksimum mümkün
olan frenleme talep edilir..
. .
.
.
İdeal fren kuvveti dağılımı parabolü
Sabit fren kuvveti dağılımı
Sürtünme katsayısı
Kayma s
. .
G
BÖA
G
BAA
Resim : Frenleme esnasında blokaj süreci. H = 0,8 olan bir yol yüzeyinde ön aks tekerlekleri
z = 0,77 frenleme değerinde önce bloke olurlar (1 noktası). Daha kuvvetli frenleme yapmaya
devam edilirse, z = 0,8 frenleme değerinde arka tekerleklerde bloke olur (2 noktası). Şayet kayma
sürtünme katsayısı G , tutunma sürtünme katsayısı H değerinden küçük ise, maksimum
mümkün olan frenleme değeri de düşer ( Örnekte verilen z = 0,75 değerine düşer. 3-noktası)
18 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Fren kuvveti dağılım oranı yardımıyla kritik frenleme değeri bulunur.
ECE 13 numaralı düzenlemeye göre, sadece bir sürücü ile harekete hazır araç (boş
araç durumu) için zkrit > 0,82 olmalıdır. Tecrübeye dayanarak; 0,9…1,0 arasında bir
değer stabilite için uygun olacaktır.
kritz
Yüklemenin Etkisi : Artan yük ile arka aks yük payı büyür, fakat aks aralığına
oranlı ağırlık merkezi yüksekliği çok az değişir. . .
.
ECE 13 ’e göre yüklü durum için sınır eğrisi
Zkrit yüklü
Zkrit boş
Dolu
Boş
Sabit
dağılım
.
zkrit Dolu Araç
zkrit Boş Araç
BÖA / G
BA
A /
G
Bu sayede, parabolün
orijindeki eğimi / (1-)
artar. Yani, yüklü aracın
ideal fren kuvveti dağılım
eğrisi boş aracın
eğrisinin üzerinde
bulunur
Resim : Yükleme durumunun fren kuvveti dağılımına etkisi.. Ön
aksın zamanından önce blokajını önlemek için, ECE-13 ‘e göre
instale edilmiş dağılım için bir alt sınır eğrisi tanımlanmıştır.
19 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Fren Kuvveti Sınırlayıcısının Etkisi
Basınca bağlı kırılma noktalı bir fren kuvveti sınırlayıcısının tanım eğrisi, lineer
yükselen ve kırılma noktasından itibaren yatay gider iki doğru parçasından
oluşmaktadır. Yükselen kol ideal dağılım eğrisini kural olarak zkrit = 0,5 noktasında
keser. Yatay kol ise BAA/G ‘nin maksimumun değerinin % 90 seviyesinden geçer.
. .
..
Dolu
Boş
Fren kuvveti sınırlayıcısı
Kırılma noktası
Boş araçta instabil bölge
.
G
BAA
G
BÖA
.
G
BÖA
G
BAA
Resim : Fren kuvveti dağılım eğrisi içerisine fren kuvveti
sınırlayıcısı eğrisinin gösterilmesi
= 0,5 değerinin üst
kısmında arka aks
istisnai olarak önce bloke
olur ve araç instabil
duruma düşer.
Yüklü araçta ise, ön aks
çok erken bloke olur ve
fren pedalına daha
kuvvetli basılmasıyla
arka aks fren kuvvetinde
bir artış elde edilemediği
gibi, fren mesafesinde de
bir kısalma olmaz.
Yüke bağlı olarak etki eden bir kırılma noktası ile bu durum düzeltilebilir.
20 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Fren Kuvveti Kısıtlayıcısının Etkisi Fren kuvveti kısıtlayıcısını, fren kuvveti sınırlayıcısından ayıran en önemli fark, kırılma
noktasından sonraki doğru parçasının yatay gitmeyip daha düşük bir eğimle yükselen
doğru parçasından oluşmasıdır . Kural olarak fren kuvveti kısıtlayıcısı; boş aracın kritik
frenlemesi kısılma olmaksızın ideal eğriyi zkrit = 0,4 değerinde kesecek gibi eğim
verilerek ve kırılma noktası ise zkrit değerinin % 80…90 ‘na gelecek şekilde tasarlanır.
Kırılmış eğrinin eğimi de ideal eğriyi zkrit 0,82 (ECE R-13) değerinde kesecek
şekilde verilir. . .
.
zkırılma Boş
zkırılma Dolu
.
G
BÖA
G
BAA
Yalnızca basınç ayarlı
fren kuvveti
sınırlayıcısının
dezavantajı, araç
ağırlıkları oranındaki
yükleme durumunda
kırılma noktasının
düşmesidir.
Dolu
Boş
Boş kırılmaDolu kırılmaG
G.zz
Resim : Basınç ayarlı bir fren kuvveti kısıtlayıcısı eğrisinin fren kuvveti
dağılım diyagramında gösterilmesi. Kırılma noktası yükleme ile düşer.
21 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Motor Fren Momentinin Etkisi Frenleme esnasında debriyaj pedalına basılmadığı zaman, motor freni instale edilmiş
fren kuvveti dağılımını değiştirir. Arka akstan tahrikte, arka akstaki fren kuvvetleri
artar, araç instabil hale gelir, çünkü sabit fren eğrisi ideal dağılım eğrisine yaklaşır,
hatta alt bölgede ideal eğrinin de üzerine çıkar. ). . .
.
Boş
Ön akstan tahrik
Arka akstan tahrik
Yüklü
Motor freni etkisi
. G
BÖA
G
BAA
Arkadan tahrikli
boş aracın
yüksek hızdan
frenlemesinde
stabilitenin
muhafazası için
debriyaja
basılmalıdır
Resim: Fren kuvveti dağılım diyagramında sabit dağılımın eğrisinin ön
ve arka akstan tahrikte araç frenleme çıkış hızına bağlı olarak kayması.
Hızın artmasıyla frenleme etkisi büyür
22 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Önden tahrikte araç daha stabil olur . Araç bu durumda ayrılmamış kavramada ön
aksın aşırı frenlenmesine eğilim gösterir. Motor freni etkisi araç hızı ile artar ve o
an seçilmiş olan vites basamağına bağlıdır.
.
.
Motor freni etkisi
G
BÖA
G
BAA
Resim : Motor freni etkisiyle fren kuvveti dağılım diyagramında fren
kuvveti kısıtlayıcısı eğrisinin kayması. v = 40 m/s araç hızında
kısıtlayıcının eğrisi ideal dağılım parabolünün üzerinde kalır, arka akstan
tahrik edilen araç instabil duruma gelir.
23 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Fren Devrelerinin Tipleri Fren sistemleri hakkındaki yasal düzenlemeler kural olarak işletme fren sistemlerinin
en az iki fren devreli olarak uygulanmasını şart koşmaktadır. .
.
Basit iki, tekerli fren sistemi Diyagonal iki tekerli fren sistemi
Dört ve iki tekerli fren sistemi Üç tekerli fren sistemi
Dört tekerli fren sistemi Üç devreli fren sistemi
Resim : Mümkün olan fren devresi tipleri
24 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Bir fren devresinin düşmesi durumunda geriye kalan devre ile yardımcı fren
etkisine ulaşılabilmeli, yani v = 80 km/h çıkış hızından FP = 500 N maksimum fren
pedal kuvvetinde ax 2,0 m/s2 frenleme ivmesine ulaşılmalıdır. Bu etkiye pütürlü
yol yüzeyinde tekerler bloke olmadan ulaşılmalıdır (AB Standardı : 71/320 EWG).
Fren dağılımının 6 mümkün olan tipi verilmiştir:
A Basit iki teker fren sistemi : Her bir devre bir aksı frenlemektedir ( ÖA, AA)
B Diyagonal iki tekerli fren sistemi: Her bir devrede bir ön aks tekeri ile
diyagonal bir arka aks tekeri frenlenmektedir (ÖT, AT).
C Dört ve iki tekerli fren sistemi : Bu ve takip eden sistemde ön tekerlerde
dört silindirli fren semeri instale edilmektedir. Semerin bir silindir çifti bir
fren devresine bağlıdır. Bir devrenin düşmesi durumunda ön akstaki fren
kuvvetinin yalnızca yarısı etkindir (1/2 ÖA + AA, 1/2 ÖA).
D Üç teker fren sistemi : Her iki devre C ‘dekine benzer simetrik. Bir devre
yarım ön aks ve bir arka tekere etkimektedir (1/2 ÖA + AT).
E Dört teker fren sistemi : Bu sistemde ön ve arka tekerlere 4 silindirli fren
semeri takılmıştır. Bir devrenin düşmesi durumunda ön ve arka aksta
yalnızca yarım fren kuvveti etilidir . Her fren devresi diğerini aynısıdır
(1/2 ÖA + 1/2 AA).
F Üç devreli fren sistemi : Burada bir devrede duruma göre ön teker veya
arka aks yalnız bağlanmıştır (SağÖ, SolÖ, AA).
25 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Bir fren devresinin düşmesi için pratik olarak iki neden mümkündür:
1. Damlatma noktalarından sızdırma ile devre dışı kalma,
2. Termik zorlanma sonucu devre dışı kalma.
Sızdırma nedeniyle devre dışı kalma riskinin tahmini; bir sistemin tüm sızdırmazlık
elemanları, manşetleri ve sökülebilir bağlantı noktaları toplanırsa mümkündür. Burada tehlikeli noktaların sayısı açısında tek devreli sistemle karşılaştırıldığında
• iki tekerli fren sistemi (A ve B) emniyetlidir.
• 4/2 ve 3 tekerli sistemlerde (C ve D) tehlikeli noktalar sayısı % 50 artmaktadır,
• 4 tekerli sistemde (E) bu değer % 100 artmaktadır.
Termik zorlanma sonucu devre dışı kalma: Yokuş aşağı inişlerdeki sürekli ve sık
frenlemelerde frenler ısınır. Sistem basınç altında kaldığı süre boyunca, frenlerdeki
termik aşırı zorlanma sürücü tarafından fark edilmez, çünkü basınç altındaki fren
sıvısının buharlaşması söz konusu değildir. Basınç kalktığında, kaynama noktası
üzerinde sıvı buharlaşır. Bir sonraki frenlemede bir kısmı buharlaşmış sıvı ile basınç
oluşturma imkansızdır. Sistem soğuduğunda buharlaşan sıvı tekrar yoğuşmuş
olacağından fren sistemi yeniden fonksiyonunu yerine getirir. Fren sıvısı içerisindeki
su oranı burada önemli bir rol oynamaktadır.
26 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Diğer bir değerlendirme kriteri, bir fren devresinin düşmesi sonrası gerekli
olan fren pedal kuvvetinin büyüklüğüdür.
• A dağılımında ön aks devresinin düşmesi durumunda fren kuvveti
kaybının büyük olması nedeniyle, bu sistem boş araç ağırlığı payı arka
aksta fazla olan araçlar için uygundur. .
.
Basit iki, tekerli fren sistemi Diyagonal iki tekerli fren sistemi
Dört ve iki tekerli fren sistemi Üç tekerli fren sistemi
Dört tekerli fren sistemi Üç devreli fren sistemi
Ön aks yükü fazla (önden tahrikli) araçlarda
sadece arka aksın frenlemesi halinde gerekli
frenleme değerine z = 0,29 ulaşmak için
müsaade edilen pedal kuvvetinin 500 N
değerini aşmaması gerekmektedir. Bu
nedenle
• B ve C sistemleri önden tahrikli araçlar
için daha uygundur.
• A ve D sistemleri daha çok standart tipte
tahrik edilen araçlar için uygundur.
• E ve F çözümleri henüz pratikte
yeterince uygulanma şansı bulamamıştır
27 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Virajda Frenleme Virajda bir engelin ortaya çıkması sonucu fren yapma mecburiyeti , gündelik
araç kullanımı esnasında karşımıza sıkça çıkan bir pozisyondur.
Çoğu kez frenlemeden önce ayağın gaz pedalından çekilmesi geldiği için,
manevra yük değişim reaksiyonunun bir devamı gibi görülebilir. Yük değişme
reaksiyonu, yani viraja giriş, buna takiben orta frenleme ivmelerine kadar
yapılan frenleme etkisiyle güçlenir.
Yüksek frenleme değerlerinde yükü boşalan viraj içindeki tekerlekler blokaj
durumuna gelir.
• Ön aksın bloke olması durumunda araç daire yayını artık takip edemez ve
virajın dışa doğru doğrusal olarak itilir.
• Arka tekerleklerin bloke olması durumunda araç instabil olur ve kontrol
edilemeyen savrulma hareketleri yapar.
28
Virajda yola nakledilen fren kuvvetleri, aynı anda ortaya çıkan yan kuvvetler
nedeniyle doğrusal hareketteki fren kuvvetlerinden daha küçüktür. Bunun
açıklaması sürtünme çemberi (Kamm Çemberi) yardımıyla yapılabilir
.
.
FT1 S1
G
Kamm Çemberi
FT2 S2
G
Resim : Lastik temas yüzeyine gelen teğetsel kuvvet ve yan kuvvet arasındaki
ilişkinin Kamm çemberi ile açıklanması.
Bir virajda veya eğrisel harekette tekerlek temas yüzeyindeki teğetsel kuvvet ( tahrik
veya fren kuvvet) ile yan kuvvetin bileşkesi en fazla tekerlek düşey yükü G ile yol-
tekerlek arasındaki tutunma sürtünme katsayısı H çarpımından elde edilen
maksimum yatay kuvvete eşittir.
Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
29 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
. . .
.
Hare
ket
yönü
Noktasal cisim içim sürtünme çemberi
.
Çember yarıçapı maksimum taşınabilir
yatay kuvvete H.Gg denk düşmektedir. Taşınabilir fren kuvveti :
2
S
2
Hmax B FF
Viraj yarıçapı
.
Bmax
Hare
ket yönü
B.rR
B
S
S.nR S
Resim : a) Virajda frenleyen araca etkiyen kuvvetler. Araç maddesel nokta
olarak öngörüldüğünde sürtünme çemberi geçerlidir.
b) Virajda tekerlek temas yüzeyinin deformasyonu nedeniyle fren kuvvetleri
jant orta düzleminden etkimez. Ön tekerleklerde lastik geri getirme
momenti S.nR,, B.rR kadar küçülür.
30 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
.
.
.
Virajda frenleme
ay = 2,5 m/s2
İnstale edilmiş fren kuvveti dağılımı
Düz yolda frenleme
FB
H /
Gg
.
B H/
G
BV/G
G
BÖA
G
BAA
Resim : ay = 2,5 m/s2 yanal ivmeli viraj hareketi esnasında frenlemede
ideal fren kuvveti dağılımı parabolünün kayması; instale edilmiş fren
kuvveti dağılımı sabit.
31 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
. .
.
Dağıtıcı kırılma noktası
aY = 2,5 m/s2 olan
virajda frenleme
Sabit dağılım
Düz yolda frenleme
.
G
BÖA
G
BAA
Kırılmış sabit fren dağılımına sahip bir araç doğrusal sabit fren dağılımlı
bir araca göre virajda frenlemede daha kritiktir.
Resim : aY = 2,5 m/s2 yanal ivme ile viraj hareketi esnasında yapılan frenlemede ideal
fren kuvveti dağılım parabolünün aşağı doğru kayması. İnstale edilmiş kırılma noktalı fren
kuvveti dağılımında kritik frenleme değeri belirgin bir şekilde düşer
32 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
Virajda frenlemede aracın davranışını yorumlamak için iki kriter ölçek olarak
alınır:
1. Savrulma stabilitesi ve
2. Yönlenebilirlik sınırı.
Aracın düşey ekseni etrafındaki dönmesinin açısal hızı (savrulma açısal hızı)
stabilite için bir ölçek ve
Yönlenebilirlik için ise yanal ivme ölçektir.
Bu büyüklükler alışılageldiği gibi, frenlemeden 1 s sonra (sürücü reaksiyon
süresi sonrası) karşılaştırmaya tabi tutulur. Bu değerlerin frenleme değerine
göre gidişatı değerlendirilerek araç davranışı hakkında yorum yapılabilir.
33 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 33
Teşekkür ederim
Prof. Dr. N. Sefa KURALAY
top related