MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ

Transkript

1 MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ AKTİF EMNİYET SİSTEMLERİ Fren Sistemi Genel ABS, BAS, EBD, ASR/TCS, MSR, ESP/VSC Abdullah DEMİR, Dr.

2 PASSIVE SAFETY Passive Safety Devices Passive safety features are design measures taken to protect the occupants of vehicles from injury or to reduce the risk of injury. These features include: Standard driver- and passenger-side front airbags* Side-impact head and thorax airbags* Safety belt pre-tensioners for front seat and rear seat occupants High-strength safety design for improved crash performance * Airbags are supplemental restraints only and will not deploy under all crash circumstances. Always use safety belts and seat children only in the rear, using restraint systems appropriate for their size and age.

3 PASSIVE SAFETY During an accident: A collision can start and end in mere milliseconds. How a car responds to protect you in that blink of eye can greatly influence the outcome. A Mercedes-Benz is engineered as an integrated safety system to offer superior occupant protection. Mercedes-Benz

4 PASSIVE SAFETY During an accident: A collision can start and end in mere milliseconds. How a car responds to protect you in that blink of eye can greatly influence the outcome. A Mercedes-Benz is engineered as an integrated safety system to offer superior occupant protection. Mercedes-Benz

5 ACTIVE SAFETY Honda Accord Safety Features - Advanced Active Safety Honda's Advanced Active Safety (or Advanced Driver Assist System) incorporates three core Honda technologies Adaptive Cruise Control, Lane Keep Assist, and the Collision Mitigating Braking System.

6 ACTIVE SAFETY Active safety technologies on Audi and Volkswagen vehicles include: Anti-Lock Brake System Enables steering control while braking Anti-Slip Regulation Prevents loss of wheel traction Electronic Differential Lock Permits smooth starts on uneven surfaces Electronic Brake-Pressure Distribution Maximizes braking power Electronic Stability Control Reduces skidding and rollovers Engine Braking Assist Prevents skidding on slippery surfaces Hydraulic Brake Assistant Shortens braking distance Electronic stability control is standard on all our models as of 2009, ahead of the National Highway Traffic Safety Administration s 2012 mandate. This feature has the potential to save 9,600 lives and prevent up to 238,000 injuries in all types of crashes annually. Audi introduced electronic stability control to the U.S. market in

7 ACTIVE SAFETY Advanced active safety features are optional on some models: Lane Assist Monitors traffic lines on the pavement and assists the driver to stay in the lane by giving the appropriate warning Adaptive Cruise Control Monitors the distance to vehicles in front via radar Side Assist System Monitors rear and side blind spots High Beam Assist Activates and lowers high beams automatically Dynamic Adaptive Headlights Sweep around to follow curves Night Vision Scans for pedestrians, warns driver with light and sound Back-Up Camera Makes parking and reversing easier Voice Activation Offers a more personalized way to interface in a hands-free mode Pre Sense Basic Activates basic preventive occupant protection systems Pre Sense Front Monitors traffic, warns the driver, increases braking force Pre Sense Rear Scans traffic, moves seats into safest position, inflates seat sides Pre Sense Plus Activates braking guard, prompts hard braking

8 FRENLER-GENEL AD, Doktora Tezi Frenler, güvenli sürüş için taşıtlarda bulunan en önemli aktif emniyet donanımıdır. Hareket halindeki taşıtı yavaşlatmak, durdurmak, taşıtın hızını kontrol altında tutmak ve duran taşıtı yerinde sabit tutmak amacıyla kullanılır. Taşıtlarda tekerlek freni olarak sürtünmeli frenler kullanılmaktadır. Genel olarak doğrudan doğruya tekerleğe bağlı olan bu frenler iki ana fonksiyonu yerine getirirler. Fren momentinin oluşturulması, Enerji değişiminin gerçekleştirilmesi (kinetik veya potansiyel enerjinin ısı enerjisine dönüştürülmesi) ve oluşan ısının atılması [1].

9 FRENLER-GENEL Ana fren (Servis freni): Ana fren, sürücüye aracın hareketine kumanda edebilmesi ve onu emniyetli, çabuk ve etkin şekilde durdurmasına olanak vermelidir. Etkisi kademelendirilebilir olmalıdır. Sürücü, frenlemeyi oturduğu yerden ve ellerini direksiyondan ayırmadan sağlayabilmelidir. Yardımcı fren (İmdat freni): Yardımcı fren, ana fren devre dışı kaldığında, aracı uygun bir uzaklıkta durdurabilmelidir. Etkisi kademelendirilebilir olmalıdır. Sürücü frene oturduğu yerden ve en az tek elle direksiyon kumandasını koruyarak erişebilmelidir. Bu frenin, ana frenin en çok bir yerinde arıza olması halinde, aracı durdurmaya yardımcı olabileceği kabul edilmiştir. Park freni (Tespit freni): Park freni, sürücü olmaksızın da, aracı yokuş ve inişlerde hareketsiz tutabilmelidir. Sürücü, römorklar hariç, bu frene oturduğu yerden kumanda edebilmelidir. Park freni, etkisi kademelendirilebiliyorsa, yardımcı fren olarak da sayılabilir. Egzoz freni: Egzoz çıkışını engelleyerek, aracın hızını motordan yararlanarak kesmeyi sağlayan frenlemedir. Yavaşlatıcılar: Motor freni ve tekerleklerdeki sürtünme frenleri dışında, enerji yutarak veya depolayarak aracın hızını kesmekte kullanılan volan, vites kutusu çıkışında kullanılan kasnak gibi düzenlerdir. Taşıt Konstrüksiyonu - A.G.Göktan, 2001/2002

10 Taşıt Konstrüksiyonu A.G.Göktan 2001/2002 FRENLER-GENEL

11 FRENLER-GENEL AD, Doktora Tezi, 2009

12 1. Ön-arka dağılımı: Ağırlık merkezi taşıtın ortasında veya arkaya doğru olan taşıtlar için uygundur. Basit ve ucuz bir şekildir. Fiat, Ford, Opel gibi markalarda uygulanmaktadır. 2. Diyagonal dağılım: Ağırlık merkezi taşıtın ön veya ortasına doğru olan taşıtlar için uygundur. Bu dağılım şekli kullanıldığında, bir devrenin arızalanması halinde aşırı direksiyon momentlerinin ortaya çıkmaması için ön tekerleklerin yuvarlanma dairesi yarıçaplarının negatif olması şarttır. Basit ve ucuz bir şekildir. Uygulamada Audi, Saab, Volkswagen gibi markalarda kullanılmaktadır. 3. Ön aks, arka-ön aks dağılımı: Yalnız ağırlık merkezi önde olan taşıtlar için uygundur. Ön tekerlek frenleri ikişer silindirli olduğundan 1 ve 2 numaralı dağılımlardan daha pahalıdır. BMW marka otomobillerde uygulanmaktadır. A negative roll radius exists when the steering axis line is outside of the tire center line (in other words, the imaginary intersection of these two lines is above the road surface).

13 4. Ön aks, arka tekerlek - ön aks, arka tekerlek dağılımı: Ağırlık merkezi ortada veya öne doğru olan taşıtlar için uygundur. Ön tekerlek frenleri ikişer silindirli olduğundan 1 ve 2 numaralı dağılımlardan daha pahalıdır. Volvo marka otomobillerde kullanılmaktadır. 5. Ön ve arka aks - ön ve arka aks dağılımı: Ağırlık merkezinin yerinin önemi yoktur. Teorik olarak ideal dağılım şeklidir. Konstrüksiyonunda yerleştirme sorunu çıkarmaktadır. En pahalı uygulamadır. Rolls Royce marka otomobillerde kullanılmaktadır.

14 The steering roll radius determines the extent to which the steering system is affected by disturbance forces (brakes pulling unevenly, driving forces under traction/overrun conditions with front-wheel drive). Today, the goal is to achieve a steering roll radius which is "zero" to "slightly negative". A negative roll radius exists when the steering axis line is outside of the tire center line (in other words, the imaginary intersection of these two lines is above the road surface). Note: The term Steering Roll Radius is also known as Scrub Radius, Steering Offset or King Pin Offset. Not: Fren taşıtın daha dışına doğru yerleştirilebildiğinde ön aksta direksiyon pimi de daha dışa doğru eğilebilmekte ve negatif yuvarlanma yarıçapı elde edilebilmektedir. Özellikle ön tekerleklerdeki farklı sürtünme katsayıları taşıtın fazla sapmasına yol açar. Bu sapma miktarı frenleme oranı arttıkça artmakta ve bu durum özellikle yüksek hızlarda tehlikeli olmaktadır. Karşı tedbir olarak ön tekerlek yuvarlanma dairesi yarıçapı negatif seçilmektedir.

15 Steering Axis Inclination (SAI)

16 Sürtünmeli frenler: kampanalı ve diskli olmak üzere ikiye ayrılır. FRENLER-GENEL Taşıt Frenleri, A.G.Göktan

17 Kampanalı frenler Kampanalı frenlerde fren yüzeyi silindiriktir. Çeşitli tipleri olmakla birlikte karayolu taşıtlarının tekerlek frenlerinde içten pabuçlu olanlar kullanılmaktadır. Bantlı frenler genellikle otomatik vites kutularında, dıştan pabuçlu frenler ise raylı taşıtlarda bulunmaktadır. Kampanalı bir frenin ana parçaları kampana, pabuçlar, baskı düzeni ve taşıma düzenidir. Kampana, işletme şartlarının gerektirdiği mukavemet ve ısıl özellikleri sağlamak üzere konstrükte edilir. FRENLER-GENEL Taşıt Frenleri, A.G.Göktan

18

19

20 Kampanalı Fren Konstrüksiyonları a) simpleks b) dupleks c) servo d) duo dupleks e) duo servo Taşıt Konstrüksiyonu A.G.Göktan 2001/2002

21 İÇ ÇEVRİM KATSAYISI Brake coefficient C*: Defines the relationship between the total circumferential force of a given brake and the respective brake's application force. C* = Fu / Fs Fu Total circumferential force, Fs Application force. Çevresel kuvvet (Fu): Çevresel kuvvet F U, yol yüzeyinde etkilidir. Application force Fs: In friction brakes, the total force applied to a brake lining, which causes the braking force by friction effect. The mean is employed when there are variations in the application forces at the individual brake shoes (i Number of brake shoes). Fs = ΣFsi / I C*: İç çevrim oranı, İç aktarma oranı, tanımlama değeri ya da fren/leme/ katsayısı

22 FREN İYİLİK DERECESİ (FRENLEME FAKTÖRÜ/ORANI) Fren iyilik derecesi: Negatif ivmenin yerçekimi ivmesine oranına frenleme oranı "z" adı verilmektedir. z: -a/g Braking factor (z): Ratio between the total braking force, Ff, and the static weight, Gs, on the axle or the axles of the vehicle: z: F f /G s = -a/g

23 C* as an assessment criterion for brake performance, indicates the ratio of braking force to actuating force. This value takes into account the influence of the internal transmission ratio of the brake as well as the friction coefficient, which in turn is mainly dependent on the parameters speed, brake pressure and temperature. C* as a function of the coefficient of friction and initial road speed 1 Duo-servo drum brake, 2 Duo-duplex drum brake, 3 Simplex drum brake, 4 Disc brake. Automotive Handbook, Robert Bosch GmbH, 2002

24 In the case of the Simplex drum brake, C* is the sum of the values for the individual shoes, and is 2.0 (referred to a coefficient of friction of μ = 0.38; it always appears in the following C* observations as the basis value). A disadvantage of this design is the considerable difference in the braking effect between the two brake shoes, and the resulting greatly increased wear on the leading shoe as compared to the trailing shoe. The high degree of adaptive braking required at high highway speeds is handled better by disc brakes. The brake discs are less susceptible to cracking than the drums of the drum brakes, apart from which disc brakes are less subject to fading. The brake factor of the disc brake is C* 0.76, referred to the basis value of μ = Automotive Handbook, Robert Bosch GmbH, 2002

25 DİSKE ETKİYEN KUVVET VE MOMENTLER C* = Fu / Fs Fs = P * A Fu = Fs * μ * z C* = μ * z Zamanla tekerlek yarıçapları ve dolayısıyla kullanılan rb/r oranı küçültüldü. Böylelikle çevresel kuvvetlerin daha büyük olması gerekti. Taşıt Frenleri, Ali Göktan

26 FRENLERDE ISINMA Fren sistemi elemanlarının çok çabuk ısınmasını önlemek için ısı depolama kapasitelerinin büyük olması gerekmektedir. Bu kapasite özgül ısı kapasitesi ile fren ağırlığının çarpımı ile elde edilir. Bu durumda fren sisteminin büyük ve özgül ısı kapasitesinin de yüksek olması uygundur. Ancak taşıt konstrüksiyonu ile ilgili sınırlayıcı faktörler nedeniyle özellikle otomobillerde fren sistemleri fazla büyük seçilememektedir. Böylece alüminyum alaşımları kullanılarak bu malzemenin demire oranla üç katı daha yüksek olan ısı kapasitelerinden yararlanılabilmektedir. Ayrıca ısı iletim katsayısı da büyük olan alüminyumun kullanımında sıcaklık dağılımı daha dengeli olabilmektedir. Ancak sürtünme elemanı olarak alüminyum fazla yumuşak olduğundan sürtünme yüzeyinin kaplanması yoluna gidilmelidir. Fren sistemlerinde, frenleme esnasında oluşan ısının mümkün olduğunca hızlı bir şekilde sistemden uzaklaştırılması gerekmektedir. Böylece frenleme sırasında sistemin sıcaklığının hızlı artması önlendiği gibi frenleme işlemi tamamlandığında sistemde hızlı bir soğuma sağlanmış olur. Bu nedenle fren sistemlerinin yerleştirildiği bölgenin kapalı olmaması gerekir. Isı transferinin artırılabilmesi için fren sistemleri seyir rüzgârına maruz kalacak şekilde yerleştirilmelidirler. Ayrıca ısı transfer yüzey alanının arttırılması ısının sistemden hızlı bir şekilde uzaklaştırılmasını sağlar. Bu amaçla diske ve kaliper sistemine soğutma kanalları ve kanatçıkları uygulanmaktadır.

27 KİA Fren Hidroliği

28 FRENLER-GENEL Fren hidroliği belirli özelliklere sahip özel bir yağdır. Soğuk havalarda yoğunlaşmaya, sıcak havalarda kaynamaya karşı dayanıklı şekilde tasarlanmıştır (Fren hidroliği kaynarsa, pedalının sünger gibi olmasına neden olur ve aracın durması zorlaşır.). Fren hidroliği Ulaştırma Bakanlığı (DOT) tarafından belirlenen standartları karşılamalıdır. Fren hidroliği haznesi ana silindirin üst kısmındadır. Günümüzde araçların çoğunda saydam bir hazne bulunduğundan kapağı açmadan sıvı seviyesi görülebilmektedir. Fren balataları aşındığında, fren hidroliği seviyesinde hafif bir düşme olacaktır. Bu normaldir ve ciddi bir durum söz konusu değildir. KİA

29 Frenleme esnasında disk ve balata arayüzünde oluşan yüksek sıcaklıklar; frenlerin zayıflamasına, erken aşınmalara, fren sıvısının buharlaşmasına, yatak arızalarına, termik çatlaklara, termik olarak uyarılmış titreşimlere ve gürültüye sebep olmaktadır [3]. AD, Doktora Tezi, 2009

30 OKUMA METNİ: Fren zayıflaması; balata zayıflaması, fren sıvısının kaynaması ve green fade (balatanın gazlaşması) olarak üç grupta incelenebilir [4]. Buda yük zayıflaması, hız zayıflaması ve sıcaklık zayıflaması olarak üç mekanizma olarak karşımıza çıkmaktadır [5]. Sıcaklık ve sürtünen yüzeylerdeki rölatif hızdaki değişim sürtünme katsayısını etkilemektedir. Artan sıcaklık ve kayma hızı ile sürtünme katsayısı düşerek frenleme zayıflamasına neden olmaktadır. Ancak, yapılan çalışmalarda ve endüstride farklı fren zayıflaması yaklaşımları da bulunmaktadır. Genel de ise; fren zayıflaması mekanik ve sıcaklık zayıflaması olarak bilinmektedir. Fren zayıflamasının nedeni olarak frenleme esnasında sürtünme katsayısındaki [µ] değişim ve kampanadaki genleşmedir. Abdullah Demir, Frenlemede Zayıflama Sınırının Tespiti ve İyileştirme Çalışmaları, 2008

31 Abdullah Demir, Frenlemede Zayıflama Sınırının Tespiti ve İyileştirme Çalışmaları, 2008

32 The real-world figures are always somewhat lower, as all the vehicle's tires do not simultaneously exploit their maximum adhesion during each acceleration (deceleration). Electronic traction control and antilock braking systems (TCS, ABS, ESP) maintain the traction level in the vicinity of the coefficient of static friction.

33 HİDROLİK FREN SİSTEMİNİN TİPİK DÜZENİ Tipik fren sistemi; ön tarafta disk frenler ve freni her bir tekerlekten ana silindire bağlayan borular ve hortumlardan oluşan bir sisteme bağlanan arka tarafta ise disk veya kampanalı frenlerden oluşur. Fren sistemiyle bağlanan diğer sistemlerde el frenleri, fren kuvveti servoları ile bazı araçlarda Kilitlemeyi Önleyici Fren Sistemi (ABS) veya Elektronik Stabilite Programı (ESP) yer alır. Ayrıca belirli bazı modellerde ABS ve ESP Hidrolik Elektronik Kontrol Ünitesi nin (HECU) içerisinde Çekiş Kontrol Sistemi (TSC) bulunur. KİA

34 Electronic/compressed-air braking system for two-axle tractor 1 Wheel-speed sensor, 2 Brake-pad wear sensor, 3 Control valve, 4 Front-wheel cylinder, 5 Rear-wheel cylinder, 6 ECU, 7 Brake pedal, 8 Compressed-air cylinder, 9 Compressed-air supply to trailer, 10 Trailer control line, 11 Coupling-force sensor, 12 Steering-wheel position sensor, 13 Control for retarder and engine-braking system, 14 Yaw-rate/lateral-acceleration sensor. Automotive Handbook, Robert Bosch GmbH, 2002

35 FREN SİSTEMLERİNDE BAZI HESAPLAMALAR

36 Engine Model

37 Torque Converter Model

38 Transmission Model

39 Vehicle Dynamics Model

40 Statik Kütle Dağılımı 2500 libre = 2500 pound = 1133 kg 1 pound = 1 lb = 0,454 kg

41 Frenlemede Kütle Transferi Örnekteki transfer oranı %74 dür. Normalde olması gereken %60.

42 Frenlemede Kütle Transferi

43 Diske Etkiyen Kuvvet ve Momentler Taşıt Konstrüksiyonu A.G.Göktan 2001/2002

44 Fren İç Çevrim Oranının Değişimi Taşıt Konstrüksiyonu A.G.Göktan 2001/2002

45 Günümüzde kullanılan frenlerde μ = 0,3...0,4 arasında değerler almakta, balata yüzey basınçları ise p = N/cm 2 (maksimum 1200 N/cm 2 ) olmaktadır. ÖRNEK Tekerlek yükü Fz = 3000 N Tekerlek ile yol arasındaki tutunma katsayısı μh = 1 çaplar oranı r B /r = 0,4 Fren yüzeyi sayısı z = 2 Balata ile disk arasındaki sürtünme katsayısı μ = 0,35 İzin verilen balata yüzey basıncı p = 800 N/cm 2 ise B = Fz.μh bağıntısından maksimum taşınabilir fren kuvveti B = 3000 N ; M = B r ve M = U B r B bağıntılarından çevresel kuvvet U B = 7500 N, bunun için gerekli baskı kuvveti U B = μ z S B bağıntısı ile S B = N bulunur. p = S B /A B bağıntısından balata yüzey alanı AB = 13.4 cm 2 olup 37 x 37 mm 2 boyutlarında bir balata kullanılabilir. Bu durumda piston alanı A P = 8,23 cm 2 ( dp = 32.4 mm) ise S B = ph AP bağıntısı kullanılarak maksimum hidrolik basıncı için ph = 1300 N/cm 2 bulunur. Taşıt Konstrüksiyonu A.G.Göktan 2001/2002

46 Taşıt Konstrüksiyonu A.G.Göktan 2001/2002

47 Frenlemenin seyri tr: reaksiyon süresi ( s ) tb: tahrik yükselme süresi ( s ). ta: cevap süresi (0.04 s ) ts: sistem yükselme süresi tv: tam frenleme süresi v0: başlangıç hızı Taşıt Konstrüksiyonu A.G.Göktan 2001/2002

48 Frenleme mesafesi; taşıtın hızına, yüküne, yol ve lastik durumuna, frenlerin durumuna ve fren zayıflamasına bağlıdır. Hareket eden bir taşıtın frenlenmesi süresince taşıtın kinetik ve potansiyel enerjileri frenlerdeki sürtünmelerden dolayı termal enerjiye çevrilir. 1 hızından 2 hızına yavaşlayan bir taşıt için frenleme enerjisi E f ; E f = (1/2).m.( ) + (1/2).I.( ) [Nm] şeklindedir. Burada; I : Dönen parçaların kütle atalet momenti, [kgm 2 ] m : Taşıtın kütlesi, [kg] 1 : Taşıtın ilk hızı, [m/s] 2 : Taşıtın son hızı, [m/s] 1 : Frenleme başlangıcında dönen parçaların açısal hızı, [1/s] 2 : Frenleme sonunda dönen parçaların açısal hızı, [1/s] Eğer taşıt frenleme sonucunda duruyorsa 2 = 2 = 0 olacak ve denklem aşağıdaki şekle dönüşecektir. E (1/2).m. (1/2).I. [Nm] 2 2 f 1 1 AD, Doktora Tezi

49 1 = 1 /r 1 olduğu hatırlanırsa; E (1/ 2).m.[1 I/(m.r )]. (1/ 2).m.k f 1 1 şeklinde yazılabilir. Burada; k : Dönen kütleler için düzeltme faktörü (k 1+ I/m.r 2 ) r : Dinamik lastik yarıçapı, m Binek otomobilleri için k yüksek viteslerde 1,05 ile 1,15, düşük viteslerde 1,3 ile 1,5 arasında bir değer olarak alınır. Kamyonlar için yüksek viteslerde 1,03 ile 1,06, düşük viteslerde 1,25 ile 1,6 arasında bir değerdir [87]. AD, Doktora Tezi

50 Eğer taşıt yavaşlayarak yokuş aşağı iniyorsa, disk ve balata ikilisi hem potansiyel hem de kinetik enerjiyi ısı enerjisine dönüştürecektir [Şekil A1]. Bu durum için enerjinin korunumu kanunu yazılacak olursa; E m.g.h 1/ 2.k.m.( ) [Nm] 2 2 f 1 2 Sabit hızda sürekli frenleme için (yani yokuş aşağı sabit hızla iniş) denklem (A.9) da 1 = 2 olarak alınırsa; Ef m.g.h [Nm] şekline dönüşür. Burada; g: Yerçekimi ivmesini, [m/s 2 ] h: Yüksekliği, [m] ifade eder. Şekil A1: Eğimli yolda kinetik ve potansiyel enerji [87] AD, Doktora Tezi

51 Taşıt Konstrüksiyonu, A.G.Göktan 2001/2002 Tekerleğe bir MT momenti etki ediyorsa, ivmesiz harekette tekerlek çevresel kuvveti Fx = MT /r - FR bulunur. MT / r oranına tekerlek çeki kuvveti denir. Tekerlek çevre kuvveti = Tekerlek çeki kuvveti Yuvarlanma direnci Ancak burada bulunan çevre kuvveti sınırsız olmayıp, zeminle lastik tekerlek arasındaki kuvvet bağlantısına bağlıdır. μ ile kuvvet bağlantı katsayısını gösterirsek,

52 Kayma Taşıt Konstrüksiyonu A.G.Göktan 2001/2002

53 Basic closed-loop control process On initial braking, the brake pressure is increased; the brake slip λ rises and at the maximum point on the adhesion/slip curve, it reaches the limit between the stable and unstable ranges. From this point on, any further increase in brake pressure or braking torque does not cause any further increase in the braking force FB. In the stable range, the brake slip is largely deformation slip, it increasingly tends towards skidding in the unstable range. Brake slip λ = (υ F υ R )/υ F 100 % Wheel speed υ R = r ω Braking force F B = μ HF G Lateral force F S = μ S G μ HF Coefficient of friction, μ S Lateral-force coefficient. Adhesion/slip curve The curve shape differs greatly as a function of road surface and tire condition. There is a more or less sharp drop in the coefficient of friction μhf, depending upon the shape of the slip curve. The resulting excess torque causes the wheel to lock-up very quickly (when braking without ABS); this is expressed as a sharp increase in wheel deceleration

54 Kuvvet bağlantı katsayısı ile kaymanın ilişkisi Kuvvet bağlantı katsayısının en büyük değerine μh tutunma katsayısı, kaymanın 1 olduğu değerine ise μg kayma katsayısı denir. Taşıt Konstrüksiyonu A.G.Göktan 2001/2002

55 Kuvvet Bağlantı Katsayısı ile Kaymanın İlişkisi Taşıt Konstrüksiyonu A.G.Göktan 2001/2002

56 KAYMA VE TUTUNMA

57 Taşıt Frenleri, A.G.Göktan ve Arkadaşları, 1995 ve Taşıt Konstrüksiyonu Ders Notları, A.G.Göktan 2001/2002 KUVET BAĞLANTI KATSAYISI Kuvvet bağlantısı ve kayma Tekerleğe bir M T momenti etki ediyorsa, ivmesiz harekette denklemine göre Fx = M T /r F R bulunur. M T /r oranına tekerlek çeki kuvveti denir. Tekerlek çevre kuvveti = Tekerlek çeki kuvveti - Yuvarlanma direnci (F R ) Ancak burada bulunan çevre kuvveti sınırsız olmayıp, zeminle lastik tekerlek arasındaki kuvvet bağlantısına bağlıdır. μ, kuvvet bağlantı katsayısını gösterirsek, Fx = μ Fz çevre kuvvetinin alabileceği değerler bulunur. Kuvvet bağlantı katsayısı lastiğin dönerken zemin üzerinde kaymasına bağlıdır. X Z M T F x F z m T J T v r e : taşıtın tekerleğe tepki kuvveti : taşıtın ağırlığından tekerleğe düşen kuvvet : tekerlek momenti : tekerlek çevre kuvveti : yolun tepki kuvveti = tekerlek yükü : tekerlek kütlesi : tekerlek ataleti : taşıt hızı : tekerlek statik yarıçapı : tekerlek yükünün etkime noktasının eksenden kaçıklığı

58 KAYMA Kuvvet bağlantı katsayısı lastiğin dönerken zemin üzerinde kaymasına bağlıdır. Kaymasız yuvarlanan bir tekerlek bir dönüşünde yuvarlanma çevresi adı verilen U mesafesini kat eder. U = 2.π.R den hesaplanan R'ye dinamik tekerlek yarıçapı denir. Tekerleğin yuvarlanarak eriştiği çevresel hız R, taşıt hızı v den farklı ise kayma olmaktadır. Bu iki hızın farkının büyük olan hıza oranına kayma denir. Kayma hep pozitif olsun diye frende ve tahrikte iki farklı ifade kullanılır. Kayma 0 ile 1 arasında değerler alır. Taşıt Frenleri, A.G.Göktan ve Arkadaşları, 1995 ve Taşıt Konstrüksiyonu Ders Notları, A.G.Göktan 2001/2002

59 Adhesion/slip curve: The curve shape differs greatly as a function of road surface and tire condition. Brake slip λ = (υ F υ R )/υ F 100 % Wheel speed υ R = r ω Braking force F B = μ HF G Lateral force F S = μ S G μ HF =Coefficient of friction, μ S =Lateral-force coefficient. There is a more or less sharp drop in the coefficient of friction μ HF, depending upon the shape of the slip curve. The resulting excess torque causes the wheel to lock-up very quickly (when braking without ABS); this is expressed as a sharp increase in wheel deceleration

60 EK OKUMA VE İNCELEME KISMI Bilindiği gibi kuvvet bağlantı katsayısı kaymaya bağlı olarak değişmekte ve bu değişim tekerleklerin ve yolun cins ve durumlarına göre farklı şekiller alabilmektedir. Buradaki kayma (s), taşıtın gerçek hızı (v 0 ) ile fren yapan tekerleğin çevresel hızı (v) arasındaki farkın taşıt hızına oranı olarak tanımlanmaktadır. Bu tanıma göre fren yapan bir taşıtta bloke olmuş, yani dönmeyen (v = 0) bir tekerleğin kayması (s) 1, serbest yuvarlanan (v = v 0 ) bir tekerleğin kayması ise (s) 0 olmaktadır. μx kuvvet bağlantı katsayısının μh maksimum değerini aldığı noktadaki kaymaya da kritik kayma (sk) adı verilecektir. Kuvvet bağlantı katsayılarının kaymaya bağlı değişimi.

61 Kuvvet Bağlantı Katsayısı ile Kaymanın İlişkisi Kayma ile kuvvet bağlantı katsayısı arasındaki ilişki Şekilde gösterilmiştir. Kuvvet bağlantı katsayısının en büyük değerine μh tutunma katsayısı, kaymanın 1 olduğu değerine ise μg kayma katsayısı denir. Taşıt Frenleri, A.G.Göktan ve Arkadaşları, 1995 ve Taşıt Konstrüksiyonu Ders Notları, A.G.Göktan 2001/2002 Fx = μ Fz μ : kuvvet bağlantı katsayısı F x : tekerlek çevre kuvveti F z : yolun tepki kuvveti = tekerlek yükü

62 Kaynak: ABS & NVH, Toyota.

63