fren dİnamİĞİkisi.deu.edu.tr/mustafa.karaoglan/sunu 17 fren dinamiği.pdf(basit hesaplama) prof....

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


. .

.

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 :


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


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


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)


Tablo : Araçların farklı yol, yük ve donanımlarla yapılan fren

denemelerinde ulaşılabilen frenleme ivmesi değerleri


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


.

.

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.


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


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


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


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



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


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


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)


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.


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.


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.


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


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.


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


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).


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.


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


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.



. . .

.

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.


.

.

.

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.


. .

.

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


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


fren dİnamİĞİkisi.deu.edu.tr/mustafa.karaoglan/sunu 17 fren dinamiği.pdf(basit hesaplama) prof....

Documents