AĞIR TĠCARĠ TAġITLARIN FREN SĠSTEMLERĠ TASARIMI. YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Makine Müh. Tuncay AVUNÇ. Anabilim Dalı : MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ. Programı : OTOMOTĠV

Transkript

1 ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ AĞIR TĠCARĠ TAġITLARIN FREN SĠSTEMLERĠ TASARIMI YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Makine Müh. Tuncay AVUNÇ Anabilim Dalı : MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ Programı : OTOMOTĠV ġubat 2007

2 ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ AĞIR TĠCARĠ TAġITLARIN FREN SĠSTEMLERĠ TASARIMI YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Makine Müh. Tuncay AVUNÇ Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 21 Aralık 2006 Tezin Savunulduğu Tarih : 16 ġubat 2007 Tez DanıĢmanı : Diğer Jüri Üyeleri Prof. Dr. Ali G. GÖKTAN Prof. Dr. Murat EREKE Prof. Ġrfan YAVAġLIOL (Y.T.Ü) ġubat 2007

3 ÖNSÖZ Fren sistemi karayolu taşıtlarının kontrolünü ve emniyetini sağlayan düzenekler bütünüdür. Taşıtın kontrolü ve emniyeti ise fren sisteminin ilgili yönetmeliklere uygun bir şekilde tasarlanması ile sağlanabilecek bir özelliktir. Yapmış olduğum bu çalışmadan makine mühendisliği öğrencileri, ayrıca otomotiv sanayii ve bu sanayi ile ilgilenen mühendis ve diğer teknik elemanların yararlanmalarını ümit ediyorum. Böylesine önemli bir konuda bana çalışma fırsatı veren ve yardımlarını esirgemeyen tez danışmanım Sayın Prof. Dr. Ali G. GÖKTAN a, çalışmamın hesaplama, uygulama ve tip onay deneyleri için şirketinin tüm olanaklarını sunan Frenteknik Otomotiv San. Tic. Ltd. Şti. müdürü Sayın Mak. Yük. Müh. Alpay LÖK e ve bu çalışmanın yazımındaki çabaları için değerli eşim Habibe AVUNÇ a teşekkür etmeyi bir borç bilirim. Şubat 2007 Tuncay AVUNÇ ii

4 ĠÇĠNDEKĠLER ÖNSÖZ KISALTMALAR TABLO LĠSTESĠ ġekġl LĠSTESĠ SEMBOL LĠSTESĠ ÖZET SUMMARY 1. GĠRĠġ 1 2. TAġIT FRENLERĠNĠN TANIMI ve ĠLGĠLĠ YÖNETMELĠKLER Taşıtların sınıflandırılması Taşıt frenleri ile ilgili tanımlar Taşıt fren sisteminde kullanılan fren tipleriyle ilgili tanımlar Ana fren İkincil fren Tespit freni Egzoz freni Yavaşlatıcılar Anti-blokaj sistemi Enerji kaynağı ile ilgili tanımlar Yardımcı kuvvetli enerji kaynağı Yabancı kuvvetli enerji kaynağı Atalet kuvvetli enerji kaynağı Taşıtlarda kullanılan fren sistemleri Taşıtlarda kullanılan fren sistemlerinin sağlaması gereken koşullar Genel Havalı (pnömatik) frenler Atalet kuvvetli frenler Fren deneyleri ve fren sistemlerinin etkinliği ile ilgili sınır değerler Tip O Deneyi Tip I Deneyi Tip II Deneyi Tip II Deneyi Tip II-A Deneyi Tip III Deneyi İkincil frenin sağlaması gereken koşullar Tespit freninin sağlaması gereken koşullar Aktarma arızası sonrası kalan fren etkinliği 18 ii vi vii viii x xiii xv iii

5 Havalı fren sistemi elemanları ile ilgili deneyler Enerji depolarının sağlaması gereken koşullar Enerji kaynaklarının sağlaması gereken koşullar Fren kuvvetinin taşıtın dingilleri arasına dağılımı Anti - blokaj sistemleri ABS ile ilgili tanımlar ABS' nin sağlaması gereken koşullar Özel koşullar ABS' nin etkinlik deneyi Kuvvet bağlantı katsayısı kullanımı İlave deney ve koşullar FREN DĠNAMĠĞĠNĠN ĠNCELENMESĠ Frenleme olayının seyri Taşıtın frenlenmesinde kuvvet bağıntıları ve kuvvet bağlatı katsayısı Frenleme sırasında taşıtın seyir stabilitesi Fren kuvvetinin taşıtın dingilleri arasına dağılımı AĞIR TĠCARĠ TAġITLARDAKULLANILANFRENSĠSTEMĠNĠN YAPISALÖZELLĠKLERĠ Havalı fren sisteminde kullanılan elemanları tanıtılması Hava kompresörü Hava kurutucusu Hava depoları Dört devre koruyucu valf Ana fren valfi Park freni valfi Röle valfi Yüke duyarlı fren kuvvet ayarlayıcı valf Fren silindirleri Sürtünmeli frenler Disk frenler Kampanalı frenler Disk ve kampanalı frenlerin karşılaştırılması Disk ve kampanalı fren hareket iletim mekanizmaları ÖRNEK BĠR AĞIR TĠCARĠ TAġITIN FREN SĠSTEMĠ TASARIMI Üçüncü dingil konstrüksiyonları MAN TGL taşıta ait teknik veriler MAN TGL taşıtın fren sistemine ait teknik veriler Ön (birinci) dingile ait fren teknik verileri İkinci dingile ait fren teknik verileri Üçüncü dingile ait fren teknik veriler MAN TGL taşıtın fren sisteminin tasarlanmasına ait iş akışı MAN TGL Üç dingilli taşıtın fren sistemi devre şeması Sadece üçüncü dingilden frenleme testi MAN TGL taşıta ait fren sistemi hesapları Taşıtta kullanılan fren pedalının pedal kuvveti - basınç karakteristiği Fren silindirlerinde oluşan baskı kuvveti Tekerleklerde oluşan fren kuvveti Dolu taşıtta dinamik dingil yüklerinin hesaplanması Dolu taşıtta kuvvet bağlantı katsayılarının bulunması 74 iv

6 Boş taşıtta dinamik dingil yüklerinin hesaplanması Boş taşıtta kuvvet bağlantı katsayılarının bulunması Fren hesaplarının taşıta ait tip onay deneyi sonuçları ile karşılaştırılması Daha iyi fren etkinliği için öneriler Üçüncü dingile ayrı bir ABS Modülatörü monte edilmesi Alternatif süspansiyon kullanımı Sonuçların karşılaştırılması SONUÇLAR 87 KAYNAKLAR 90 EKLER 92 ÖZGEÇMĠġ 100 v

7 KISALTMALAR ABS : Anti Lock Brake System ( Anti Blokaj Sistemi ) AĠTM : Araçların İmal, Tadil ve Montajı Yönetmeliği, T.C. Sanayi Bakanlığı EBS : Electronic Brake System ( Elektronik Fren Sistemi) LSV : Load Sensing Valve ( Yüke Duyarlı Fren Kuvvet Ayarlayıcı Valf) TMUR : Teknik Mevzuata Uygunluk Raporu TSE : Türk Standartları Enstitüsü AFS : Ana Fren Sistemi ĠFS : İkincil Fren Sistemi TFS : Tespit Fren Sistemi SÜFS : Sürekli Fren Sistemi vi

8 TABLO LĠSTESĠ Sayfa No Tablo 2.1. Belirli taşıtlar için fren sistemi kumandasına uygulanabilecek azami kuvvetler Tablo 2.2. M ve N sınıfı taşıtların ana fren sistemleri için öngörülen değerler. 14 Tablo 2.3. L1 ve L2 sınıfı taşıt haricindeki taşıtlar için Tip I deneyi koşulları Tablo 2.4. O2, O3 ve O4 sınıfı taşıtlar için Tip I deneyi koşulları Tablo 2.5. İkincil frenin çeşitli sınıf taşıtlar için sağlaması gereken ortalama azami ivme değerleri Tablo 2.6. Artık frenlemede çeşitli sınıf taşıtlar için ortalama azami ivme değerleri Tablo 3.1. Tepki süresinin kişisel ve dış etkenler ile olan ilişkisi Tablo 4.1. Fren silindiri tipleri için baskı kuvveti formülasyonları Tablo 5.1. Sadece üçüncü dingilin frenlenmesinde çeşitli basınçlar için fren kuvvetleri. 66 Tablo 5.2. Hesaplar ile bulunan fren ivmesinin Tip O deneyi sonucu ile karşılaştırılması 78 Tablo 5.3. Taşıta ait ikincil ve artık frenleme etkinlikleri. 79 Tablo 5.4. Dolu taşıtın fren etkinliği değerlerininkarşılaştırılması vii

9 ġekġl LĠSTESĠ ġekil 2.1 ġekil 2.2 ġekil 2.3 ġekil 2.4 ġekil 2.5 ġekil 2.6 ġekil 2.7 ġekil 3.1 ġekil 3.2 ġekil 3.3 ġekil 3.4 ġekil 3.5 ġekil 3.6 ġekil 4.1 ġekil 4.2 ġekil 4.3 ġekil 4.4 ġekil 4.5 ġekil 4.6 ġekil 4.7 ġekil 4.8 ġekil 4.9 ġekil 4.10 ġekil 4.11 ġekil 4.12 ġekil 4.13 ġekil 4.14 ġekil 4.15 ġekil 4.16 ġekil 4.17 ġekil 4.18 ġekil 4.19 ġekil 5.1 ġekil 5.2 ġekil 5.3 ġekil 5.4 ġekil 5.5 ġekil 5.6 ġekil 5.7 ġekil 5.8 ġekil 5.9 ġekil 5.10 ġekil 5.11 ġekil 5.12 : Taşıtlarda kullanılan fren tipleri... : Bir fren sisteminin fonksiyonel akış şeması... : Fren sisteminin işlevsel bölümlerine göre sınıflandırılması... : N1 sınıfı taşıtlar için fren kuvveti dağılımı... : M2, M3, N2 ve N3 sınıfı taşıtlar için fren kuvveti dağılımı... : Çekici taşıtlar ve römorklar için fren kuvveti dağılımı... : Yarı römork çekiciler için fren kuvveti dağılımı... : Frenleme olayının zamana göre seyri..... : Pedal kuvveti taşıt ivmesi değişimi... : Fren yapan bir taşıtta ön veya arka tekerleklerin bloke durumu. : İki dingilli bir taşıtta fren sırasında meydana gelen kuvvetler... : ABS sistemi olmayan M2, M3, N2 ve N3 sınıfı taşıtların fren kuvveti dağılımı.. : ABS sistemi olmayan çekici taşıtlar ve römorklar için fren kuvveti dağılımı.. : Basit bir havalı fren sisteminin şematik gösterimi..... : Tek silindirli hava kompresörü.... : Dört devre koruyucu valf..... : Servis freni (Pedal) valfi.. : Pedal valfi kuvvet strok devre basınçları değişimi.... : Fren kuvvet ayarlayıcı valf (yüke duyarlı)... : Fren kuvvet ayarlayıcı valfin çalışma prensibi : Fren silindirinde (körüğünde) kuvvet iletimi : Yaylı fren silindiri (çiftli körük) : Havalı disk fren..... : Disk fren tipleri..... : Kampanalı fren tipleri : Simpleks tip kampanalı fren konstrüksiyonu : Disk fren için C* katsayısı değişimi..... : Çeşitli tip kampanalı frenler için C* katsayısı değişimi : Disk fren mekanizması : Disk fren kuvvetinin tekerleğe iletilmesi : Simpleks tip kampanalı fren mekanizması : Kampanalı frende fren kuvvetinin tekerleğe iletilmesi : MAN TGL üç dingilli taşıt : Boyuna kollu tandem aks süspansiyon : Leyland kamyonlarda kullanılan tandem aks süspansiyon : Çift makaslı dengeli (Terazi kollu tandem aks) süspansiyon... : York tipi (Bugili) süspansiyon : Müstakil makaslı süspansiyon : Ters makaslı süspansiyon : Kasalı boş durumda taşıt teknik verileri : Yüklü durumda taşıt teknik verileri : EBS Fren sisteminde durma mesafesi : MAN TGL taşıtın fren sistemi tasarımı iş akışı : MAN TGL taşıtın fren devre şeması Sayfa No viii

10 ġekil 5.13 ġekil 5.14 ġekil 5.15 ġekil 5.16 ġekil 5.17 ġekil 5.18 ġekil 5.19 ġekil 5.20 ġekil 5.21 ġekil 5.22 ġekil 5.23 ġekil 5.24 ġekil 5.25 ġekil 5.26 ġekil 5.27 ġekil 5.28 ġekil 5.29 ġekil 5.30 : MAN TGL taşıtın fren pedalı strok basınç değişimi... : Disk frene sahip ön ve ikinci dingil tekerleklerinde oluşan kuvvetler... : Kampanalı frene sahip üçüncü dingil tekerleklerindeki kuvvetler.... : Yüke duyarlı fren kuvvet ayarlayıcı valf basınç karakteristiği... : Dolu taşıtta frenleme sırasında oluşan kuvvetler : MAN TGL taşıtta kullanılan arka dingil grubu süspansiyonu... : Yüklü durumda taşıta ait dinamik dingil yükleri : Frenleme oranı kuvvet bağlantı katsayısı değişimi : Boş taşıtta frenleme sırasında oluşan kuvvetler : Boş taşıtta dinamik dingil yükleri : Boş taşıtta frenleme oranı kuvvet bağlantı katsayısı değişimi... : Üçüncü dingilde Tip 24 fren körüğü kullanımı ve dingilin ABS ile doğrudan kontrolü : Örnek bir havalı süspansiyon.... : Boyuna kollu tandem aks süspansiyonu... : Alternatif süspansiyonlarda frenleme oranı dingil yükleri değişimi : Alternatif süspansiyonlarda frenleme oranı kuvvet bağlantı katsayısı değişimi... : Hesaplar için kullanılan programda taşıt teknik verilerine ait sayfa... : Hesaplar için kullanılan programda disk ve kampanalı fren teknik verilerine ait sayfa ġekil A1 : Havalı fren sistemi elemanlarının sembolleri..... ġekil A2-1 : Havalı Disk Fren İçin Fren Silindiri (Wabco)..... ġekil A2-2 : Fren Silindirleri (Wabco)... ġekil A2-3 : Fren Silindirlerinin taşıta montajı (Wabco)... ġekil A2-4 : Fren silindirlerinin verdiği baskı kuvvetleri (Wabco)... ġekil B1 : Fren pedal valfi karakteristiği (Wabco)..... ġekil B2 : 6S 5M ABS Fren Sistemi Devre Şeması (Wabco).. ġekil B3 : 6S 6M ABS ABS Fren Sistemi Devre Şeması (Wabco) ix

11 SEMBOL LĠSTESĠ a : Fren ivmesi a t : Terazileme çubuğunun ikinci dingil tarafındaki mesafesi b t : Terazileme çubuğunun üçüncü dingil tarafındaki mesafesi B r : Römork çevre kuvveti C* : Fren iç çevrim oranı C* d : Disk fren iç çevrim oranı C* k : Kampanalı fren iç çevrim oranı d m : Ortalama azami negatif fren ivmesi d r : Disk fren rotoru çapı e c : Kampanalı fren (S-kam) etkin yarıçapı e e : Disk fren manivela kolu etkin yarıçapı F A : Ayakla kumanda kuvveti F E : El ile kumanda kuvveti F x : Tekerlek çevre kuvveti F y : Tekerlek yan kuvveti g : Yerçekimi ivmesi G : Taşıtın toplam ağırlığı G A : Römork toplam ağırlığı G b : Kasalı boş taşıt ağırlığı G d : Dolu taşıt ağırlığı h : Dolu taşıtın ağırlık merkezinin yerden yüksekliği h b : Kasalı boş taşıtın ağırlık merkezinin yerden yüksekliği h m : Makas orta noktasının yüklü durumda yerden yüksekliği Ġ d : Disk fren manivela kolu çevrim oranı Ġ k : Kampanalı (S-kam) fren manivela kolu çevrim oranı k : Tekerlek ile zemin arasındaki kuvvet bağlantı katsayısı k 1(b) : Boş taşıtta birinci dingil dinamik kuvvet bağlantı katsayısı k 2(b) : Boş taşıtta ikinci dingil dinamik kuvvet bağlantı katsayısı k 1 : Dolu taşıtta birinci (ön) dingil dinamik kuvvet bağlantı katsayısı k 2 : Dolu taşıtta ikinci dingil dinamik kuvvet bağlantı katsayısı k 3 : Üçüncü dingil dinamik kuvvet bağlantı katsayısı L : Taşıtın dingilleri arasındaki mesafe L b : Kasalı boş taşıt dingilleri arasındaki mesafe L d : Dolu taşıtta ön dingil ile terazileme çubuğu bağlantı ekseni arasındaki mesafe L m : İkinci ve üçüncü dingiller arasındaki mesafe L 1 : İkinci dingil makasının sabit mafsala olan uzaklığı L 2 : İkinci dingil makasının terazileme çubuğuna olan uzaklığı L 3 : Üçüncü dingil makasının terazileme çubuğuna olan uzaklığı L 4 : Üçüncü dingil makasının sabit mafsala olan uzaklığı l : Kampanalı fren manivela kolu uzunluğu : Taşıt ağırlık merkezinin ön dingile uzaklığı l ö x

12 l öb l öd l e M T1 M T2 p max P A P 1b P 2b P 1(d) P 2(d) P 3(d) P 1b(d) P 2b(d) P 1 P 2 P 3 r r d r k r 1 r 2 r 3 S d s s b s e T T 1 T 2 T 3 T d T k t t a t s t v t u t ges T 1 T 2 U Td U Tk U d U k U 1 U 2 : Kasalı boş taşıt ağırlık merkezinin ön dingile uzaklığı : Dolu taşıt ağırlık merkezinin ön dingile uzaklığı : Disk fren manivela kolu uzunluğu : Birinci (ön) dingil atalet momenti : İkinci dingil atalet momenti : Fren sistemi maksimum çalışma basıncı : Arka dingil grubu toplam yükü : Kasalı boş taşıt statik durumda birinci (ön) dingil yükü : Kasalı boş taşıt statik durumda ikinci dingil yükü : Dolu taşıt statik durumda birinci (ön) dingil yükü : Dolu taşıt statik durumda ikinci dingil yükü : Dolu taşıt statik durumda üçüncü dingil yükü : Kasalı boş taşıt birinci (ön) dingil dinamik yükü : Kasalı boş taşıt ikinci dingil dinamik yükü : P 2 basıncının yüzde altmış beşine eşit basınç Dolu taşıtta birinci (ön) dingil dinamik yükü : Kompresör çalışma basıncı : Dolu taşıtta ikinci dingil dinamik yükü : Dolu taşıtta üçüncü dingil dinamik yükü : Dinamik tekerlek yarıçapı : Disk fren etkin yarıçapı : Kampanalı fren rotoru yarıçapı : Birinci dingil tekerleği dinamik yarıçapı : İkinci dingil tekerleği dinamik yarıçapı : Üçüncü dingil tekerleği yarıçapı : Disk fren baskı kuvveti : Durma mesafesi : v 1 hızı ile v b hızı arasında alınan uzaklık : v 1 hızı ile v e hızı arasında alınan uzaklık : Fren silindiri baskı kuvveti : Ön (birinci) dingil fren silindiri baskı kuvveti : İkinci dingil fren silindiri baskı kuvveti : Üçüncü dingil fren silindiri baskı kuvveti : Disk fren silindiri baskı kuvveti : Kampanalı fren silindiri baskı kuvveti : Süre : Tepki süresi : Tahrik yükselme süresi : Tam etki süresi : Kayıp süre : Toplam frenleme süresi : Efektif basıncın sıfırdan P 1 basıncına ulaşması için gerekli süre : Efektif basıncın sıfırdan P 2 basıncına ulaşması için gerekli süre : Diskli frene sahip tekerlekteki fren kuvveti : Kampanalı frene sahip tekerlekteki fren kuvveti : Diskli frenlere sahip dingildeki fren kuvveti : Kampanalı frenlere sahip dingildeki fren kuvveti : Birinci (ön) dingil fren kuvveti : İkinci dingil fren kuvveti xi

13 U 3 U t U T v v 1 v b v e x z α ε η dmek η kmek μ : Üçüncü dingil fren kuvveti : Arka dingil grubu (ikinci ve üçüncü dingiller) toplam fren kuvveti : Toplam fren kuvveti : Taşıt hızı : İlk hız : İlk hızın yüzde seksenine eşit hız : İlk hızın yüzde onuna eşit hız : Fren oranı : Frenleme oranı, yerçekimine oranlanmış fren ivmesi : Taşıt hareket doğrultusunun taşıt orta ekseni ile yaptığı açı : Kuvvet bağlantı katsayısı kullanımı değeri : Disk fren mekanik verimi : Kampanalı fren mekanik verimi : Balata sürtünme katsayısı xii

14 AĞIR TĠCARĠ TAġITLARIN FREN SĠSTEMLERĠ TASARIMI ÖZET Fren sistemi, hayatımızın bir çok alanında vazgeçilmez olan karayolu taşıtlarının ani durumlarda veya sürücünün istekleri doğrultusunda taşıtın yavaşlatılması, durdurulması veya hareketsiz tutulması için kullanılan düzenekler bütünüdür. İnsanların can ve mal güvenliği için çok önemli bir yere sahip olan fren sistemi, özellikle yük ya da yolcu taşıma amaçlı kullanılan ağır ticari taşıtlarda mümkün olduğunca taşıt stabilitesini koruyacak, en kısa zamanda ve mesafede taşıtı emniyetli bir şekilde yavaşlatacak veya durduracak şekilde tasarlanmalıdır. Bu çalışmada, ağır ticari taşıtların fren sistemleri tasarımında, taşıt üreten firmaların ve fren sistemleri ile ilgilenen ticari firmaların gizli tuttukları tasarım kriterlerinin akademik bir çalışmda ele alınması doğrultusunda, öncelikle, ülkemiz, Avrupa Topluluğu ve Birleşmiş Milletler yöenetmeliklerinde fren sistemleri ile ilgili yer alan tanımlamalar, sınıflandırmalar ve çeşitli sınıf taşıtlar için öngörülen sınır değerler ele alınmıştır. Ülkemizde Belirli Motorlu Taşıt Sınıflarının ve Römorklarının Frenleme Düzenekleri İle İlgili Tip Onayı Yönetmeliği (71/320/AT) 2002 yılında resmi gazatede yayımlanmış ve 2004 yılından itibaren üretilen taşıtları kapsayacak şekilde yürürlüğe girmiştir. Belirtilen yönetmelikte, fren sistemi, haraket halindeki bir taşıtın hızını kademeli olarak azaltmak veya tamamen durdurmak veya hareketsiz bir taşıtın hareket etmesini önlemek için kullanılan kısımların kombinasyonu şeklinde tanımlanırken, fren sisteminin; fren kumandası, aktarma ve tekerlek freninden oluştuğu belirtilmektedir. Fren yönetmeliklerinin ele alınmasından sonra, ağır ticari taşıtlarda kullanılan havalı fren sistemi ve sistem elemanları detaylı bir şekilde incelenmiştir. Daha sonra da örnek taşıt olarak MAN TGL Elektronik Fren Sistemine (EBS ye) sahip kamyonun üçüncü dingil tadilatı sonrası için fren sistemi tasarımı, Frenteknik Ltd. xiii

15 Şti. ve MAN A.Ş. ile birlikte yürütülen çalışmalar sonucunda tamamlanmış ve yönetmeliklerde belirtilen deneyler taşıta uygulanarak, taşıta Teknik Mevzuata Uygunluk Raporu (TMUR) yetkili teknik servis Frenteknik Ltd. Şti. tarafından verilmiştir. Son olarak da yapılan tasarım, taşıta uygulanan ve ülkemiz yönetmeliklerinde belirtilen deneylerde elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmış ve taşıtın daha iyi fren etkinliği verebilmesi için öneriler getirilmiştir. xiv

16 DESIGNING OF BRAKING SYSTEMS OF HEAVY COMMERCIAL VEHICLES SUMMARY Road vehicles are widely used and inevitable for human life. Braking systems are used for decreasing the speed of a road vehicle, bringing it to rest or keeping it stationary when it is already at rest. The system that is very important for human s properties and life, must be so designed that to stop the vehicle in short time and distance by keeping vehicle s stability. In this study, designing criteria of heavy vehicle s brake systems that the vehicle producers and other trade companies have the rights, is a main object as an academical thesis. First of all, Turkish, European Comminities and United Nations Brake System Regulations are defined detailed and some definitions, classifications and limited values for various vehicles are pointed out. In Türkiye, 71/320/AT brake regulation is published in 2002 and comprises the vehicles produced after In the mentioned regulation, brake sytem means; the parts which the forces opposing the movement of the vehicle develop. It may be friction brake (when the forces are generated by the friction between two parts of the vehicle moving relatively to one another); an electrical brake (when the forces are generated by electromagnetic action between two parts of the vehicle moving relatively but not in contact with one another); a fluid brake (when the forces are generated by the action of a fluid situated between two parts of the vehicle moving relatively to one another); or an engine brake (when the forces are derived from a controlled increase in the braking action of the engine transmitted to the wheels). After regulations, the pneumatic brake system used in heavy commercial vehicles is defined detailed. Moreover, as a model, MAN TGL truck modified to three xv

17 axles and has EBS system is analyzed with Frenteknik Ltd.Şti. and MAN A.Ş. and a report that specifies brake system s approval is given by the authorized technical service Frenteknik Ltd.Şti. Concequently, the results obtained from system design are compared with the type approval tests and some recommendations are made for better brake performance. xvi

18 1. GĠRĠġ Karayolu taşıtları, özellikle yük taşıma ve ticari amaçla kullanılan ağır taşıtlar günümüzün vazgeçilmez bir ihtiyacı haline gelmiştir. Bunun sonucu olarak da kentlerde ve otoyollarda gözle görülür bir trafik artışı gözlenmektedir. Gelişen teknolojiyle birlikte insanların taşıtlardan beklentileri artmakta, dış görünüm, konfor, maliyet, performans ve özellikle emniyet konusunda bu beklenti ön planda olmaktadır. Bu nedenle taşıt emniyetinde önemli bir yere sahip olan fren sisteminin uygun bir şekilde tasarlanması insanların can ve mal güvenliği açısından oldukça önemlidir. Bu yüzden de fren sistemleri ile ilgili düzenlemeler kaçınılmazdır. Ülkemizde 30 Ocak 2002 tarihinde resmi gazetede yayınlanan 71/320 AT Fren Yönetmeliği hazırlanmış ve 31 Temmuz 2004 tarihi itibariyle zorunlu hale getirilmiştir. Bu çalışmada, ağır ticari taşıtların fren sistemlerinin tasarımında, taşıt üreticilerinin ve fren sistemleri ile ilgilenmekte olan ticari firmaların gizli tuttukları tasarım kriterlerinin akademik bir çalışmada ele alınarak 71/320/AT Fren Yönetmeliğine uygun bir tasarım amaçlanmıştır. Bu bağlamda ilk olarak 71/320/AT Fren Yönetmeliği ele alınmış, daha sonra ağır ticari taşıtlarda kullanılan havalı fren sistemi ve bu sisteme ait elemanlar tanıtılmıştır. Örnek taşıt olarak MAN A.Ş. nin TGL N3 sınıfı iki dingilli kamyonuna ülkemizde üçüncü dingil takılması sonucu AİTM (Araç İmal, Tadil ve Montajı) esaslarına göre taşıtın fren sistemi yeniden tasarlanarak hesapları yapılmıştır. Son olarak elde edilen sonuçlar taşıtta kullanılabilecek alternatif süspansiyon modelleri ile karşılaştırılmış, daha iyi fren etkinliği için öneriler ortaya konulmuştur. Bir taşıtın seyir stabilitesi ve değişken yük ile hız durumlarına göre öngörülen mesafede emniyetli bir şekilde durdurulması, yani frenlenmesi için çeşitli tipte fren donanımlarından yararlanılır. Ancak taşıtı durdurmak için gerekli kuvvet yol (zemin) ile tekerlek arasındaki kuvvet bağlantı katsayısına bağlıdır. Bu bağlamda, frenleme etkinliğinin sınırları tekerlek zemin kuvvet bağlantı katsayısının sınırları ile 1

19 bellidir. Bir başka deyişle kaygan, ıslak veya buzlu bir zemin şartında en iyi özellikler ile donatılmış bir fren sistemi dahi işlev göremez. Tekerlek çevresindeki fren kuvveti, tekerlek yükü ile tekerlek zemin kuvvet bağlantı katsayısının ürünü olan değerden büyük olursa, fren sisteminin yapısına ve hesaplarına bakılmaksızın taşıt tekerlekleri kilitlenir (bloke olur). Bu durum da taşıt emniyeti için çok tehlikelidir. Bilindiği gibi frenlenen bir taşıtın önce arka tekerleklerinin bloke olması taşıtın hareket doğrultusunu saptırıcı bir etki yaparken, önce ön tekerleklerin bloke olması da hareket doğrultusundaki herhangi bir sapmayı düzeltici bir etki yapmaktadır. Bu yüzden taşıt stabilitesi için arka tekerleklerin bloke olması kesinlikle önlenmelidir. Ön tekerleklerin bloke olması taşıtın sapma yapmasını engeller ancak bu sefer de taşıt sürücünün direksiyon tepkilerine cevap veremez ve taşıt kendi doğrultusunda ilerlemeye devam eder. Bu yüzden taşıtın istenilen doğrultuda sürülebilmesi ve stabilitesi için ön ve arka tekerleklerin bloke olması engellenmeye çalışılmalıdır. Gelişen teknolojinin frene olan uygulamalarından ABS (Anti Blokaj Sistemi) ile tekerleklerin bloke olması önlenmeye çalışılmaktadır. Fren sisteminin taşıtı kontrol etmesi üç şekilde gerçekleştirilir: 1. Taşıtı yavaşlatmak ve en sonunda durdurmak, 2. Taşıtı sadece sabit hızda tutmak, 3. Durmuş olan bir taşıtın istenmeden hareket etmesini önlemek veya eğimli bir yolda hareketsiz kalmasını sağlamak. Teknolojinin ulaştığı seviye ve bunun sonucunda taşıtların performans ve hızlarındaki artış frenleme olayının da dikkate alınmasını gerekli hale getirmekte, özellikle genel olarak ikiden fazla dingile sahip olan ağır ticari taşıtların fren sistemlerinin insanların can ve mal güvenliğini tehlikeye atmayan ve ülke fren yönetmeliklerine uygun bir şekilde tasarlanması gerekmektedir. 2

20 2. TAġIT FRENLERĠNĠN TANIMI VE ĠLGĠLĠ YÖNETMELĠKLER Taşıtların gerek trafik güvenliğine uyma zorunluluğu, gerek yol şartları ile daha konforlu seyir ve sürüş şartlarını yerine getirmek üzere, taşıtların yapım aşamasında projelerinin tasdiki ve trafiğe çıkmasıyla ilgili uygunluk belgelerinin verilmesine ilişkin hüküm ve bunların uygulanmasına ait olan esas ve usullerin belirlendiği yönetmelik ile yasalar kaçınılmazdır. Ülkemizde de taşıtların trafiğe çıkabilmeleri için gerekli koşulları belirten yönetmelikler mevcut olup, fren sistemlerini içeren ulusal ve uluslar arası yönetmelikler aşağıdaki gibi sıralanabilir: a) AİTM Yönetmeliği Araçların İmal, Tadil ve Montajı Hakkındaki Yönetmelik, T.C. Sanayi ve Ticaret Bakanlığı, (Ulusal nitelikli) [4] b) 71/320 AT Belirli Motorlu Araç Sınıflarının ve Römorklarının Frenleme Düzenekleri İle İlgili Tip Onayı Yönetmeliği, T.C. Sanayi ve Ticaret Bakanlığı, (Ulusal nitelikli) [1] c) ECE Regelungen Birleşmiş Milletler Avrupa Ekonomi Komisyonu Yönetmeliği [3] d) 71/320/EEC Avrupa Topluluğu Yönetmeliği [2] Ülkemizde geçerli olan fren yönetmeliği 71/320/AT, Avrupa Topluluğu Yönetmeliği olan 71/320/EEC ile aynı, ECE Regelungen-13 e göre bir takım eksiklikleri bulunmaktadır. Bahsedilen yönetmeliklerde, fren sistemi ile ilgili bölümler genellikle ortak ana başlıklara sahiptir ve bu başlıklar: a) Taşıtların sınıflandırılması, b) Frenler ile ilgili tanımlamalar, c) Taşıtlarda bulunması gereken fren sistemleri, d) Fren sisteminin sağlaması gereken koşullar, e) Fren deneyleri ve sınır değerler olarak sıralanabilir. 3

21 2.1 TaĢıtların Sınıflandırılması [1-3] Genel olarak taşıtlar aşağıdaki gibi sınıflandırılır: a) L Sınıfı (L1,L2,L3,L4,L5) b) M Sınıfı (M1,M2,M3) c) N Sınıfı (N1,N2,N3) d) O Sınıfı (O1,O2,O3,O4) Ağır ticari taşıtları belirten M2, M3, N2, N3, O3 ve O4 sınıfı taşıtlar tanıtılacak olursa: a) M2 Sınıfı: sürücü dışında sekizden fazla oturma yeri olan, yolcu taşımaya yönelik ve azami yüklü ağırlığı 5000 kg dan az veya eşit olan motorlu taşıttır. (Minibüs ve Midibüsler) b) M3 Sınıfı: sürücü dışında sekizden fazla oturma yeri olan, yolcu taşımaya yönelik ve azami yüklü ağırlığı 5000 kg dan fazla olan motorlu taşıttır. (Otobüsler) c) N2 Sınıfı: azami yüklü ağırlığı 3500 kg dan fazla, kg dan az olan yük taşımaya yönelik motorlu taşıttır. (Kamyonlar) d) N3 Sınıfı: azami yüklü ağırlığı kg dan fazla olan yük taşımaya yönelik motorlu taşıttır. (Kamyon ve Çekiciler) e) O3 Sınıfı: azami yüklü ağırlığı 3500 kg dan fazla ve kg dan az veya eşit olan römorktur. f) O4 Sınıfı: azami yüklü ağırlığı kg dan fazla olan römorktur. 2.2 TaĢıt Frenleri Ġle Ġlgili Tanımlar Taşıtlarda kullanılan fren sisteminin işlevleri, hareket halindeki bir taşıtın hızını kademelendirilebir bir şekilde azaltmak, gerektiğinde tamamen durdurmak veya hareketsiz bir taşıtın hareket etmesini önlemek olarak sıralanabilir. Fren sistemi; fren kumandası, aktarma düzeneği ve tekerlek freninden meydana gelir.[1] a) Fren Kumandası : taşıtı durdurmak veya kumanda etmek için gereken enerjiyi fren sisteminin aktarma kısmına sağlayan, sürücü (bazı römork tiplerinde bir yardımcı) tarafından kumanda edilen kısmıdır. Bu enerji, sürücünün kas enerjisinden veya 4

22 sürücü tarafından kumanda edilen başka bir kaynaktan veya uygun durumlarda römorkun kinetik enerjisinden veya bunların olası bileşiminden sağlanır. b) Aktarma Düzeneği : kumanda ve fren arasında kalan ve bu kısımları birbirlerine işlevsel bir biçimde bağlayan aksamlar bileşimi anlamına gelir. Aktarma, mekanik, hidrolik, havalı, elektrikli veya bunların bir bileşimi olabilir. Fren gücünün sürücünün kumandasında fakat sürücüden bağımsız bir enerji kaynağından beslendiği veya temin edildiği durumlarda enerjinin saklandığı kısım aktarma kısmının bir parçası olarak görülür. c) Tekerlek Freni : taşıtın hareketine karşı koyan kuvvetlerin oluşturulduğu bölüm anlamına gelir. Bu bir sürtünme freni olabilir, (fren kuvvetinin taşıtın birbirine göreceli olarak hareket eden iki kısmı arasındaki sürtünmeden dolayı oluşması durumunda), elektrik freni olabilir (fren kuvvetinin taşıtın birbirine temas etmeyen fakat yine birbirine göreceli olarak hareket eden iki kısmı arasında elektro - manyetik alan sayesinde oluşması durumunda), hidrolik fren olabilir, (fren kuvvetinin taşıtın birbirine göreceli olarak hareket eden iki kısmı arasındaki sıvının hareketiyle oluşması durumunda) veya motor freni (fren kuvvetinin motorun fren işlemindeki kontrollü bir artıştan türetilmesi ve tekerleklere aktarılması durumunda) olabilir TaĢıtların Fren Sistemlerinde Kullanılan Fren Tipleriyle Ġlgili Tanımlar 71/320 AT Fren Yönetmeliğine göre, bir taşıtın fren donanımında kullanılan fren tipleri Şekil 2.1 de gösterildiği gibi sıralanmaktadır. ġekil 2.1: Taşıtlarda kullanılan fren tipleri [5] Ana Fren Sistemi (AFS - Servis freni) Ana fren, taşıtın hızı ve yükü ne olursa olsun, aşağı ya da yukarı eğimde, taşıtın hareketlerinin kumandasını ve taşıtın güvenilir, hızlı ve etkin bir şekilde 5

23 durdurulmasını sağlamalıdır. Etkisi kademelendirilebilir olmalıdır. Sürücü bu frenleme işlevini sürücü koltuğundan ve direksiyondan ellerini çekmeden yapabilmelidir Ġkincil Fren (ĠFS - Yardımcı Fren) İkincil fren, ana fren devre dışı kaldığında, taşıtı uygun bir uzaklıkta durdurabilmelidir. Etkisi kademelendirilebilir olmalıdır. Sürücü oturduğu yerden ve en az tek elle direksiyon kumandasını koruyarak bu frene erişebilmelidir. Bu frenin, ana frenin en çok bir yerinde arıza olması halinde, taşıtı durdurmaya yardımcı olabileceği kabul edilmiştir Tespit Freni (TFS - Park Freni) Tespit freni, sürücü olmaksızın da, taşıtı yokuş aşağı ve yukarı yol şartlarında hareketsiz tutabilmelidir. Sürücü, römorklar hariç, bu freni oturduğu yerden kumanda edebilmelidir. Tespit freni, etkisi kademelendirilebiliyorsa, ikincil fren olarak da sayılabilir Egzoz Freni Sürekli frenleme (SÜFS) grubunda yer alan ve egzoz çıkışını engelleyerek, taşıtın hızını motordan yararlanarak kesmeyi sağlayan frendir YavaĢlatıcı (Retarder) Motor freni ve tekerleklerdeki, sürtünme frenleri dışında, enerjiyi yutarak veya depolayarak taşıtın hızını kesmekte kullanılan, volan, vites kutusu çıkışında bulunan kasnak gibi düzeneklerdir ve sürekli frenleme grubunda yer alır Antiblokaj Sistemi Her türlü yol ve sürüş koşullarında frenleme sırasında tekerleklerin bloke olmasını önleyen bir sistemdir. Böylece taşıt stabilitesi ve direksiyon hakimiyeti kaybolmaz. Bir fren sisteminin işleyiş şeması Şekil 2.2 de görüldüğü gibi olmaktadır. Bir enerji kaynağı, tahrik düzenini çalıştırmakta, bu tahrik düzeni, iletim düzenini harekete geçirmekte ve son olarak da fren olayı gerçekleşmektedir. [5] 6

24 ġekil 2.2: Bir fren sisteminin fonksiyonel akış şeması [5] Enerji Kaynağı ile Ġlgili Tanımlar Bir fren sisteminin işlevini yerine getirmesi ile ilgili akış şeması Şekil 2.2 de gösterilmişti. Bu sınıflandırmanın kendi içindeki elemanlarını gösteren sınıflandırma ise Şekil 2.3 te görülmektedir. ġekil 2.3: Fren sisteminin işlevsel bölümlerine göre sınıflandırılması [5] Yardımcı Kuvvetli Enerji Kaynağı Sürücü tarafından uygulanan ve aktarılan fren kuvvetinin arasına yerleştirilen ve frenlemenin başka bir enerji kaynağından sağlanan yardımcı kuvvet ile desteklenmesiyle oluşan sistemdir. Bu sisteme örnek olarak hidrolik fren sistemleri verilebilir Yabancı Kuvvetli Enerji Kaynağı Sürücünün kumandasında olan ve aktarılan kuvvetin tamamen başka bir enerji kaynağından sağlanmasıyla oluşan sistemdir. Bu kuvvet kaybolduğunda sadece kas 7

25 gücüyle bu sistemin görev yapması mümkün olmamaktadır. Bu sisteme örnek olarak ise, havalı (pnömatik) fren sistemleri verilebilir Atalet Kuvvetli Enerji Kaynağı Atalet (yığılma) freni, römorkun çekiciye yaklaşmasından doğan kuvvetlerin kullanıldığı frendir. 2.3 TaĢıtlarda Kullanılan Fren Sistemleri Fren Yönetmeliklerinde [1,2,3] belirtildiği üzere, L sınıfı taşıtlarda birbirinden bağımsız iki ana fren bulunmalı ve ortalama 4m/s 2 lik negatif bir ivme oluşturmalı, M ve N sınıfına dahil olan otomobil, minibüs, kamyonet, kamyon, otobüs, çekici, arazi taşıtı ve özel amaçlı taşıtlarda ise birbirinden bağımsız, biri ana (servis) fren, diğeri ise park (el) freni olmak üzere en az iki fren sisteminin bulunması şarttır. O1sınıfı taşıtlarda fren sistemi bulunması gerekli değil iken bu sistem mevcut ise O2 sınıfına ait olan koşulları yerine getirmelidir. O2 sınıfı taşıtlarda doğrudan, yarı doğrudan veya atalet tipi ana fren olmalıdır. Atalet freni, yarı römork dışındaki römorklara uygulanabilir. 2.4 TaĢıtlarda Kullanılan Fren Sisteminin Sağlaması Gereken KoĢullar [1-3] Genel [1-3] Taşıtların olağan kullanma şartlarında, etkilendiği titreşimler ne olursa olsun, sahip oldukları fren sistemi, özellikle korozyon ve yorulma etkilerine dayanabilecek şekilde tasarlanmalı, imal edilmeli ve taşıta asbest maddesi içermeyen fren balataları monte edilmelidir. Ana fren ve ikincil fren uygulamada genellikle tek bir düzen içinde ve çok devreli sistemler şeklinde gerçekleştirilirken, bu sistemlerin herhangi bir arızası durumunda ikincil fren, yönetmeliklerde istenilen koşulları yerine getirmelidir. Ancak bu şart koşulurken belirli parçalar, örneğin pedal ve yatakları, hidrolik fren sisteminde merkez silindiri ve pistonu, havalı (pnömatik) fren sisteminde fren pedalı ve merkez silindiri arasındaki bağlantı veya dağıtıcı, hidrolik ve/veya havalı fren sistemlerinde kumanda valfi, fren silindiri (körüğü) ile pistonları ve ayrıca fren milleri arızalanabilir parçalardan sayılmazlar. 8

26 Eğer servis freninde sürücünün kas kuvveti bir ya da birden çok enerji kaynağından sağlanan yardımcı kuvvet ile destekleniyor ise, bu yardımcı destek kuvveti kalktığında sadece sürücünün kas kuvveti ile ya da destek kuvvetinin kalan kısımları ile birlikte ikincil fren sisteminden istenilen koşullar sağlanmalıdır. Eğer servis freni, tamamen sürücü tarafından kumanda edilen bir ya da birden çok enerji depolama düzeneği ile yapılıyor ise, en az iki adet ve birbirinden tamamen bağımsız enerji depolama düzeneği bulunmalı, her birinin aktarım düzenleri ayrı olmalıdır. Bunların her biri ikincil fren sisteminden istenilen koşulları sağlamalıdır. İkincil fren sistemi taşıt stabilitesini (kararlılığını) bozmayacak şekilde iki ya da daha fazla tekerlek üzerine etki edebilir. Frenlerin aşınması elle kumandalı ya da kendiliğinden (otomatik) ayarlanabilen sistemler ile kolaylıkla dengelenebilmeli, ayrıca frenlerin kumanda tertibatı, aktarma düzenleri ve fren parçaları balataların aşınması ya da aşırı ısınması durumunda hemen ayar gerektirmeden, etkili bir frenleme yapabilecek şekilde hareket rezervine sahip olmalıdır. Servis freni, taşıtın bütün tekerleklerine etki etmeli, aynı dingilin tekerlekleri arasında taşıt boyuna orta düzlemine göre simetrik olarak dağıtılmalıdır. Ana fren sisteminin etkisi taşıtın dingillerine (akslarına) uygun bir şekilde dağıtılmalıdır. Taşıt ikiden fazla dingile sahip ise, taşıtın güvenli seyrini tehlikeye atabilecek durumlar olan tekerleklerin kilitlenmesi ve fren balatalarının camlaşmasını önlemek için taşıtın yükü azaltıldığında bazı dingillerdeki fren kuvveti tip onay deneyleri ile belirlenen fren sistemlerinin etkinliği şartlarını sağlıyor ise kendiliğinden azaltılabilir ya da sıfıra düşürülebilir Havalı (Pnömatik) Frenler [1-3] Havalı (Pnömatik) fren sistemleri daha önce de belirtildiği gibi yabancı kuvvetli enerji kaynağına sahiptir ve kuvvet motorun tahrikiyle çalışan hava kompresörü tarafından üretilerek fren sırasında kullanılmak üzere taşıtta yer alan hava depolarında saklanır. Hava deposunun başlangıç enerji seviyesi imalatçı tarafından belirlenmeli ve bu basınç değeri öngörülmüş olan ana fren sistemi etkinliği değerini sağlayabilmelidir. 9

27 Basınçlı hava kullanılan fren sistemlerinde, hava deposundaki basıncı gösteren bir gösterge bulunmalı ve bu göstergenin hatası 0,44 mbar değerini geçmemelidir. Bir enerji depolama tertibatından beslenen ana fren sistemi olan ve bu depolanan enerji olmadan ana fren sisteminden öngörülmüş ikincil fren sistemi etkinliğinin alınamadığı bütün taşıtlarda, basınç göstergesi varsa buna ek olarak sistemin herhangi bir bölümünde depo edilen enerji seviyesi, fren sisteminin aktarma kısmında arıza olmaması ve frenlerin mümkün olan en sıkı şekilde ayarlı olduğu durumda, depolama tertibatı yeniden doldurulmadan ve taşıtın yük durumuna bakılmaksızın ana fren kumandasına 4 defa basılıp bırakılmasından sonra 5. frende öngörülmüş olan ikincil fren sistemi etkinliğinin alındığı seviyeye düştüğünde, optik ya da sesli ikaz (akustik) sinyali veren bir ikaz düzeneği olmalı ve bu düzenek devreye sürekli ve doğrudan bağlanmış olmalıdır. Motorun normal çalışma şartlarında çalıştığı ve fren siteminde arıza olmadığı durumlarda, ikaz düzeneği, motorun yeniden çalıştırılmasından sonra depolama tertibatlarının yeniden doldurulması için gereken sürenin dışında sinyal vermemelidir. Basınçlı havanın kullanıldığı fren sistemlerinde, çekici ile römork arasındaki pnömatik bağlantı iki veya daha fazla boru hattı ile yapılmalıdır. Basınçlı hava deposunun dolumu sırasında, basıncın 0 dan fren sistemi maksimum çalışma basıncının 0,65 katına yani 0,65.p max a yükselmesi için geçen süre römork çekmeyen taşıtlarda 3 dakika, römork çeken taşıtlarda ise 6 dakika değerlerini geçmemelidir. Motor çalışmaz konumda ve depo tam dolu iken, frenlerin kullanılmaması halinde depodaki basınç düşmesi on dakikada 0,1 bar değerini geçmemelidir. Eğer bir römorkta freni hava gücü ile bırakılan bir sistem var ise, römorka tekrar hava verildiğinde, zorunlu olarak, bu düzen en son çalışmalıdır. Motorlu taşıtların depoları, ana fren sistemi kumandasının ard arda 8 kez tam basılıp bırakılmasından sonra, depoda/depolarda kalan basınç, öngörülmüş ikincil fren sistemi etkinliğini verebilecek basınç değerinin altına düşmemelidir. 10

28 2.4.3 Atalet Kuvvetli Fren [1-3] Römork çeki oku üzerinde bulunan hareketli çubuk lastik körükle muhafaza altına alınmalı ve kolayca yağlanabilmeli, hareketli çubuğu geciktiren kuvvet, G A römork toplam ağırlığı olmak üzere; 0,02.G A ' dan küçük, 0,04.G A ' dan büyük olmamalıdır. Atalet freni, 0.01 G A ' lık yuvarlanma direnci çıkarıldıktan sonra tekerlek çevresinde, minimum; Br = 0,49. G A ' lık fren kuvvetini verebilmelidir. Çeki okundaki hareketli çubuğu iten kuvvet olan D en çok; çok akslı römorklarda 0,067.G A, tek akslı römorklarda 0,1.G A olabilir. 2.5 Fren Deneyleri Ve Fren Sistemlerinin Etkinliği Ġle Ġlgili Sınır Değerler [1-3] Fren sisteminin etkinliği, durma uzaklığına bağlı olarak belirlenir. Bu etkinlik, taşıtın başlangıç hızına bağlı durma uzaklığı veya ortalama negatif azami ivme ve fren düzeninin devreye girme zamanı ile ölçülür. Fren sisteminin etkinliği taşıta uygulanan çeşitli deneyler ile belirlenir. Bu deneyler genel olarak dört şekildedir: i) Tip O Deneyi (Soğuk frenle olağan deney), [1-3] ii) Tip I Deneyi (Etkinlik kaybı deneyi), [1-3] iii) Tip II Deneyi (Yokuş aşağı iniş deneyi), [1-3] iv) Tip III Deneyi (O4 sınıfı araçlar için etkinlik kaybı deneyi), [1-3] Burada belirtilen Tip II Deneyi kendi içinde Tip II ve Tip IIA olarak ikiye ayrılırken, Tip II deneyinin özel bir hali olan Tip IIA deneyi sadece şehirler arası yolcu otobüsleri (M3 sınıfı) ve O4 sınıfı römork çekebilen N3 sınıfı çekici taşıtlar için yapılmaktadır. Deney şartları : * Yol yüzeyi düzgün, kuru ve tutucu olacaktır. %1 e kadar eğimli kısa yokuş ve inişler ihmal edilebilir, atmosferik basınç 0,991 ile 1,017 bar arasında, hava sıcaklığı 0 ile 30 C arasında olabilecektir. * Deney sırasında sonuçları etkileyebilecek şiddette rüzgar bulunmamalıdır. 11

29 * Taşıtın kütlesine göre, her tip için taşıtın durumu önceden belirlenen şekilde olmalı ve deney raporunda belirtilmelidir. * Deney başlangıcında lastikler soğuk olmalı ve taşımakta olduğu statik yüke uygun basınçta şişirilmiş olmalıdır. * Taşıt deneyi, türüne göre belirtilmiş yük durumunda ve hızda yapılmalı ancak deneyi yapılacak taşıtın erişebileceği maksimum hız belirtilen tipteki deney hızının altında ise, deney taşıtın ulaşabildiği maksimum hızda yapılır. Bu durumdaki yük ve hız durumu deney raporunda belirtilir. * Deney süresince fren düzeninden öngörülen etkinliği elde edebilmek için fren düzeni kumandasına uygulanacak kuvvet, aracın sınıfına göre belirlenen azami değeri geçmemelidir. Tablo 2.1 de belirli taşıt sınıfları için azami fren düzeni kumandası kuvvetleri gösterilmiştir.(f A Ayakla kumanda kuvveti, F E El ile kumanda kuvveti) Tablo 2.1: Belirli taşıtlar için fren sistemi kumandasına uygulabilecek azami kuvvetler FREN TİPİ Servis Freni İmdat Freni Tespit Freni F A Ayak Kuv. F E El Kuv. UYGULANAN EN BÜYÜK KUVVET (N) Otomobil Minibüs Otobüs Kamyonet Kamyon Çekici Römork F A F E F A F E F A F E Fren etkinliğinin belirlenmesi için kullanılan durma uzaklığı taşıtın, sürücü fren kumandasını çalıştırdığı andan taşıtın tamamen durduğu ana kadar geçen süre içerisinde aldığı mesafedir. İlk hız (v 1 ) sürücünün fren düzeni kumandasını çalıştırdığı andaki hızdır ve bu hızın çeşitli sınıf taşıtlar için öngörülen hızın %98 inden daha az olmaması gerekir. 2 2 vb - ve d m [m/s 2 ] (2.1) (s -s ) e b v 1 = v b = yukarıda tanımlandığı gibi taşıtın ilk hızı 0.8.v 1 deki araç hızı (km/h) 12

30 v e = s e = s b = 0.1.v 1 deki araç hızı (km/h) v 1 ile ve arasında alınan uzaklık (m) v 1 ile v b arasında alınan uzaklık (m) Hız ve mesafeler belirli ölçüm aletleriyle test için önceden belirlenmiş hızda % 1 kesinlikte belirlenmelidir. Ortalama azami negatif fren ivmesi d m, hız ve mesafelerin belirlendiği yöntemlerden farklı yöntemler kullanılarak belirlenebilir; bu durumda, azami ortalama negatif fren ivmesi değerinin kesinliği % 3 olabilir. Fren sisteminin sağlaması gereken koşullar ülkemizin de kabul ettği 71/320/AT yönetmeliğinde olduğu gibi çeşitli yönetmelikler (ECE R13,71/320/EEC) ile ayrıntılı bir biçimde tanımlanmış ve yapılması gereken testler ile bu testlere ait sınır değerler belirtilmiştir. Testlerde durma mesafesi, fren pedalına uygulanan ayak veya el kuvveti, taşıtın azami ortalama negatif fren ivmesi ve fren sisteminin devreye girme süresi ölçülerek; kabul edilmiş olan yönetmeliklerde öngörülen sınır değerler ile karşılaştırma yapılır Tip O Deneyi - (Soğuk frenle olağan deney) Disk veya kampana dış yüzeyi sıcaklığının 100 C 'nin altında olduğu, yani fren düzeninin soğuk kabul edildiği deneydir. Bu deneyde; * Taşıt tam yükle yüklü durumda olmalı ve taşıt toplam kütlesinin dingiller arası dağılım değeri üretici tarafından verilmelidir. Ancak bu değer izin verilen en yüksek dingil yükünden daha az ya da eşit olmalıdır. * Deney taşıt yüksüz iken de tekrarlanmalıdır. Ancak taşıtta sürücü ile birlikte ve ön koltukta oturan bir deney sorumlusu da bulunabilir. * Yol yatay olmalıdır. Tip O deneyi, motor devre dışı (debriyaj basılı veya kavrama açık) ve motor devrede iken olmak üzere iki şekilde yapılır. Bunlardan birincisi olan motor devre dışı yani kavramanın açık olduğu durumda yapılan testler, taşıtın sınıfına göre Tablo 2.2 de gösterilen önceden belirlenmiş deney hızlarında yapılır ve her taşıt sınıfı için öngörülen sınır değerler (durma mesafesi ve azami ortalama ivme) sağlanmalıdır. 13

31 Motor devrede iken yapılan deney ise, en küçüğü taşıtın azami hızının %30 una en büyüğü ise %80 ine eşit olan farklı hızlarda gerçekleştirilir. Bu deneyde yüklü yarı - römorklu taşıtlar 80 km/h in üzerindeki hızlarda test edilemez. Testler taşıtın sınıfına göre önceden belirlenmiş deney hızlarında yapılır ve her taşıt için öngörülen sınır değerler sağlanmalıdır. Tablo 2.2: M ve N sınıfı taşıtların ana fren sistemleri için öngörülen değerler [1-3] Yukarıdaki tabloda, v km/h cinsinden test hızını, s m cinsinden durma uzaklığını, d m normal motor devrinde ortalama azami negatif ivmeyi, v max ise km/h cinsinden taşıtın azami hızını göstermektedir. Havalı fren sistemine sahip O sınıfı taşıtlar için Tip O deneyi fren etkinliği, çekici taşıt ve römork katarının frenleme değerinden ve ölçülen bağlantı itkisinden hesaplabilir. Bu hesap yöntemi 71/320/AT ve diğer fren yönetmeliklerinde de belirtilmiştir. Deney boyunca çekici aracın motoru devre dışı olmalıdır Tip I Deneyi - (Etkinlik kaybı deneyi) L1 ve L2 sınıfı dışındaki ve tam yüklü bir motorlu taşıtın ana fren düzeninin ard arda uygulanıp bırakılmasıyla ölçümleri yapılan deneydir. Bu deneyde aşağıdaki şartlar yerine getirilir: * Deney Tablo 2.3 de verilen değerlere göre yapılır. * Deney sırasında ilk frenlemede pedala uygulanan kuvvet 3 m/s 2 ortalama negatif ivmeyi sağlamalı ve daha sonra yapılan frenlemelerde bu pedal kuvveti sabit tutulmalıdır. 14

32 * Frenleme sırasında motor bağlı olmalı ve en yüksek vites kullanılmalıdır. * Frenlemenin ardından bir sonraki ölçüm içinyeniden hız kazanılması gerektiğinden vites kutusu tabloda belirtilen v 1 ilk hızına, motor ve vites kutusunun izin verdiği azami ivme değerini aşmadan en kısa sürede ulaşmalıdır. Tablo 2.3: L1 ve L2 sınıfı haricindeki taşıtlar için Tip I deneyi koşulları [5] Yukarıdaki tabloda, v 1 frenleme başlangıcındaki taşıt hızını, v 2 frenleme sonundaki taşıt hızını, v max taşıtın azami hıznı, n frenleme tekrar sayısını, Δt bir frenleme çevrimi için geçen süreyi göstermektedir. Tablo 2.3 de verilen ve koşulları tanımlanan Tip I deneylerini hemen takiben yapılacak Tip O deneyinde ölçülen fren etkinliği, daha önce verilen motor bağlı değil (debriyaja basılı) durumdaki fren için öngörülen (Tablo 2.2) değerlerin %80 inden, ilk yapılan Tip O deneyinde ölçülen etkinlik değerinin de %60 ından az olamaz. Bu şartlardan % 60 şartını şartını sağlayan ancak %80 şartını sağlayamayan motorlu taşıtlar için taşıtın dahil olduğu sınıfa göre daha önce belirtilmiş değerden (Tablo 2.1) büyük olmayan bir kumanda (pedal) kuvveti kullanılarak ilave bir deney daha yapılmalı ve deney raporunda belirtilmelidir. O2, O3 ve O4 sınıfı ve tam yüklü taşıtların servis fren düzenine verilen enerji değeri, aynı zaman süresinde %7 eğimli yokuş aşağı ve 1,7 km lik mesafeyi 40 km/h hızda alan, tam yüklü bir taşıtın ölçülen enerji değeri ile aynı olacak şekilde deneye tabi tutulmalıdır. Deney, römork bir çekici tarafından çekilerek yatay yolda gerçekleştirilir ve deney boyunca kumandaya uygulanan kuvvet römorkun direncini aynı seviyede tutacak şekilde, yani römorktan çekiciye gelen direnç yüklü römork ağırlığının %7 si olarak 15

33 sabit kalacak şekilde olmalıdır. Çekiş gücünün yeterli olmadığı bir başka deyişle belirtilen hıza ulaşılamadığı durumda, deneyler daha düşük hızlarda yapılabilir ancak deney yapılan mesafe Tablo 2.4 te verilen hıza karşılık uzaklık değerlerinden daha büyük olmalıdır. Tablo 2.4: O2, O3 ve O4 sınıfı taşıtlar için Tip I deneyi koşulları [5] Tip II Deneyi - (YokuĢ aģağı iniģ deneyi) Tip II deneyi kendi içinde Tip II ve Tip IIA olarak ikiye ayrılır Tip II Deneyi Sadece M3 ve N3 sınıfı taşıtlara tam yüklü durumda yokuş aşağı iniş şeklinde yapılan deneydir. Bu deneyde aşağıdaki şartlar yerine getirilir: * Taşıt yüklü iken frenlerin talep ettği (yuttuğu) enerji, aynı zaman süresinde 30 km/h sabit hızla 6 km lik bir yokuş aşağı yolu uygun viteste ve varsa, yavaşlatıcı (retarder) ile inen tam yüklü bir taşıtın frenlerinin talep ettiği enerjiyle aynı olacak şekilde deneye tabi tutulmalıdır. Kullanılan vites ise, imalatçı tarafından öngörülen azami motor devrini geçmeyecek şekilde olmalıdır. * Enerji sadece motor freni (kompresyonu) ile yutuluyorsa, uygun vitesle ortalama hızın ± 5 km/h aralığında değişmesine izin verilir. * Motor freninin etkisi negatif ivmelenme ile tespit ediliyorsa, ölçülen ivme değerinin en az 0,5 m/s 2 olması yeterlidir. * Yukarıda koşulları tanımlanan Tip II deneylerini hemen takiben yapılacak Tip O deneyinde ölçülen fren etkinliği sadece sıcaklığın farklı olabildiği aynı şartlarda ölçülmelidir. Bu sıcak etkinlik aşağıdaki değerleri sağlamalıdır. M3 sınıfı taşıtlarda ortalama azami negatif fren ivmesi en az 3,75 m/s 2 olmalı, durma mesafesi s ise aşağıdaki denklem ile hesaplanmalıdır. 16

34 2 1.33v s 0.15v (2.2) 130 N3 sınıfı taşıtlarda ise, ortlama azami negatif fren ivmesi en az 3,3 m/s 2 olmalı, durma mesafesi s aşağıdaki denklem ile hesaplanmalıdır v s 0.15v (2.3) Tip IIA Deneyi Tip IIA deneyi, sadece M3 sınıfı şehirler arası yolcu otobüslerine ve O4 sınıfı römork çekebilen N3 sınıfı çekici taşıtlara, tam yüklü durumda, %7 eğimli yokuş aşağı inişli 6 km lik bir yolda ve 30 km/h hızda uygulanır. Bu deneyde aşağıdaki şartlar yerine getirilir: * Deney sırasında ana, ikincil ve tespit frenleri uygulanmamalıdır. * Deney, imalatçının belirledği azami motor devrinin üzerine çımayacak şekilde uygun vites kullanılarak yapılır. Frenlerin soğuk kalıp kalmadığı kontrol edilir. * Taşıta entegre edilmiş bir yavaşlatıcı var ise, servis freni kullanılmadan bahsedilen yavaşlatıcı uygun sırada kullanılabilir. * Enerji sadece motor freni ile yutuluyorsa, uygun vitesle ortalama hızın ± 5 km/h aralığında değişmesine izin verilir. * Motor freninin etkisi negatif ivmenin ölçümüyle tespit ediliyor ise, ölçülen azami negatif ortalama ivme değerinin en az 0,6 m/s 2 olması yeterlidir Tip III Deneyi - (O4 Sınıfı taģıtlar için etkinlik kaybı deneyi) Tip III deneyi, sadece O4 sınıfı taşıtların frenlemesinde etkinlik kayıplarının ölçümü için yapılmaktadır. Deneye 60 km/h hız ile başlanır ve bir çevrimi 60 s olan ard arda 20 frenleme yapılarak etkinlik kaybı ölçülür. Yapılan deneyde, fren kumandasına (pedala) uygulanan kuvvet ilk frenlemede 3 m/s 2 ortalama azami negatif ivme değerini vermelidir. Deneyin sonunda ana frenin etkinliği Tip O testiyle sadece sıcaklık değerinin farklı olabileceği aynı koşullarda ölçülmeli ve bu deneyde başlangıç hızı 60 km/h olmalıdır. Tekerleklerin çevresindeki fren kuvveti (etkinliği) azami statik tekerlek 17

35 yükünün %40 ından ve Tip O testinde kaydedilen değerin % 60 ından az olmamalıdır Ġkincil (Yardımcı) Freninin Sağlaması Gereken KoĢullar İkincil freni tahrik eden kumanda, taşıtta başka fren işlevleri için kullanılıyor olsa da çeşitli sınıf taşıtlar için Tablo 2.5 te verilen durma mesafelerini geçmeyecek şekilde ve ortalama azami negatif ivme değerlerinin üzerinde olacak şekilde tasarlanmalıdır. Bu fren römorklarda zorunlu değildir. İkincil freninin etkinliği, taşıtların motor devrede değil iken Tip O deneyine tabi tutulmasıyla belirlenir ve bu deneyde başlangıç hızı M1 sınıfı için 80 km/h, M2 ve M3 sınıfları için 60 km/h, N1 sınıfı için 70 km/h, N2 sınıfı için 50 km/h, N3 sınıfı için 40 km/h olmalıdır. Tablo 2.5: İkincil frenin çeşitli sınıf taşıtlar için sağlaması gereken ortalama azami fren ivmesi değerleri [1] M1 Sınıfı (Otomobil) Ortalama Azami Fren İvmesi, d m, [m/s 2 ] M2 Sınıfı (Minibüs) ve M3 Sınıfı (Otobüs) N Sınıfı (Kamyonet, Kamyon) 2,9 2,5 2, Tespit (Park) Freninin Sağlaması Gereken KoĢullar Tespit fren sistemi, taşıtta diğer fren işlevlerinden biriyle birleşik halde olsa bile, yüklü taşıtı % 18 eğimli yokuş yukarı veya aşağı bir yolda, römork çekme yetkisi olan taşıtlarda ise, çekici taşıtın tespit fren sistemi taşıt katarını % 12 eğimli yokuş yukarı veya aşağı yolda hareketsiz tutabilmelidir. Tespit fren düzeninin etkinliğini belirlemek için tüm sınıf taşıtlara motor devrede değil iken 30 km/h lik başlangıç hızı ile Tip O deneyi yapılır ve tüm taşıt sınıfları frenleme ivmesi 1,5 m/s 2 değerinin üzerinde olacak şekilde tasarlanmalıdır Aktarma Arızası Sonrası Kalan Ana Fren Etkinliği Artık frenleme de denilen, fren düzenin aktarma parçalarının herhangi birinde meydana gelen arıza sonrası yapılan frenlemenin etkinliği, fren düzeninde olası bir arıza benzetimi yapılarak motor bağlı değil iken gerçekleştirilen Tip O deneyleri ile kontrol edilir. Deney Tablo 2.6 da çeşitli sınıf taşıtlar için verilen başlangıç hızlarında yüklü ve yüksüz durumlar için yapılmalı, taşıtın ortalama azami negatif fren ivmesi tabloda verilen değerlerin üzerinde olmalıdır. 18

36 Tablo 2.6: Artık frenlemede çeşitli sınıf taşıtlar için azami ortalama ivme değerleri Taşıtın Tipi Deney ilk hızı, km/h Yüklü ivme, m/s 2 Yüksüz ivme, m/s 2 M1 80 1,7 1,5 M2 60 1,5 1,3 M3 60 1,5 1,5 N1 70 1,3 1,1 N2 50 1,3 1,1 N3 40 1,3 1,3 O sınıfı taşıtlarda ise, artık frenleme yerine otomatik fren sistemi kullanılır. O sınıfı taşıtlar yüklü ve 40 km/h başlangıç hızında deneye tabi tutulmalı ve hava fren devresindeki basıncın tamamen kaybolması durumunda fren etkinliği azami tekerlek statik yükünün %13,5 inden daha az olmayan otomatik fren sistemine sahip olmalıdırlar Havalı Fren Sistemi Elemanları Ġle Ġlgili Deneyler Havalı fren sistemine sahip taşıtlarda, bu sistemin elemanları olan hava depoları ve enerji kaynakları (kompresörler) deneye tabi tutulmalıdır Enerji Depolarının Sağlaması Gereken KoĢullar Fren sisteminde kullanılacak olan havayı depolayan hava depolarının çeşitli sınıf taşıtlar için yeterli olup olmadığı bu deney ile kontrol edilir. Motorlu taşıtlar için aşağıda sıralanan maddelere uyulmalıdır. * Motorlu taşıtların depoları, servis freni kumandasının 8 defa tam basılıp bırakılmasından sonra, depo veya depolarda kalan basınç, çeşitli sınıf taşıtlar için daha önce belirlenmiş ikincil fren sistemi etkinliğini sağlayacak basınç değerinin altına düşmeyecek şekilde tasarlanmalıdır. * Hava deposunun başlangıç enerji seviyesi imalatçı tarafından belirlenmeli ancak bu değer çeşitli sınıf taşıtlar için öngörülen ana fren sistemi etkinliğini sağlayabilecek durumda olmalıdır. * Deney sırasında besleme devresi kapatılmalı ve yardımcı donanımların hava depoları ayrılmalıdır. 19

37 O sınıfı taşıtlara monte edilmiş hava depoları ise, çekici aracın servis freni kumandasına 8 defa tam basılp bırakılmasından sonra, römorkun otomatik veya ikincil fren sistemini çalıştırmadan ve ilk fren uygulamasında elde edilen basınç değerinin yarısına eşdeğer enerji seviyesinin altına düşülmemelidir. Deney boyunca aşağıdaki şartlar yerine getirilmelidir. * Deney başlangıcında enerji deposundaki basınç 8,5 bar olmalıdır. * Besleme devresi kapatılmalı, yardımcı donanımların enerji depoları ayrılmalıdır. * Her fren uygulaması için kumanda devresi basıncı 7,5 bar olmalıdır Enerji Kaynaklarının Sağlaması Gereken KoĢullar Havalı fren sisteminde kullanılacak olan havayı, motordan aldığı tahrik ile üreten enerji kaynakları (kompresörler), aşağıda belirtilen şartlar altında deneye tabi tutulmalıdır: P 2 imalatçı tarafından belirlenen çalışma basıncı değeri, P 1 ise P 2 değerinin %65 i ve T 1 efektif basıncın 0 dan P 1 değerine ulaşması için gerekli süre, T 2 efektif basıncın 0 dan P 2 değerine ulaşması için gereken süre olmak üzere; * Bütün durumlarda, kompresörün devri, motorun azami güçteki devri ile veya devir sınırlayıcısının izin verdiği değer ile aynı olmalıdır. * T 1 ve T 2 sürelerinin ölçümü sırasında, yardımcı donanımların depoları ayrılmalıdır. Yapılan deney sonucunda, en elverişsiz konumda yer alan enerji depolama tertibatı (hava deposu) için elde edilen T 1 ve T 2 süresi; * Römork ya da yarı-römork bağlama yetkisi olmayan taşıtlarda T 1 süresi 3 dakika, T 2 süresi 6 dakika, * Römork ya da yarı-römork bağlama yetkisi olan taşıtlarda ise T 1 süresi 6 dakika, T 2 süresi 9 dakika değerlerini geçmemelidir. 2.6 Fren Kuvvetinin TaĢıtın Dingilleri Arasına Dağılımı [1-3] Anti-blokaj sistemine (ABS) sahip olmayan M, N, O3 ve O4 sınıfı taşıtlar ülkemizde kabul edilen 71/320/AT fren yönetmeliğinde de belirtildiği gibi aşağıda grafikleri verilen uygun fren kuvveti dağılımlarını sağlamalıdır. 20

38 Bütün sınıf taşıtlar için 0,2 ile 0,8 değerleri arasındaki k değerleri için z 0,1 + 0,85 ( k 0,2 ) frenleme ifadesi sağlanmalıdır. İki dingile sahip taşıtların bütün yük durumları için, ön dingilin kuvvet bağlantı eğrisi arka dingil kuvvet bağlantı eğrisinin üzerinde olmalıdır. Bir başka deyişle daima ön dingilin arka dingilden önce bloke olmalısı öngörülmektedir. ġekil 2.4. N1 sınıfı taşıtlar için fren kuvveti dağılımı Yük taşıma amaçlı taşıtlardan olan ve ABS ye sahip olmayan iki akslı N1 sınıfı taşıtlar için, 0.15 ile 0.30 frenleme oranı değerleri arasında, kuvvet bağlantı eğrilerinin her dingil için Şekil 2.4 te görülen ideal kuvvet bağlantı doğrusuna paralel iki doğru k=z 0.08 arasında kalması gerekir ve bu sırada arka dingil kuvvet bağlantı eğrisinin k= z 0.08 doğrusunu kesmesine izin verilebilir ve; i) 0.30 ile 0.50 arasında; z k 0.08, ii) 0.50 ve 0.61 arasında; z 0.5.k şartları sağlanmalıdır. Yolcu ve yük taşıma amaçlı taşıtlardan olan ve ABS ye sahip olmayan iki akslı M2, M3, N2 ve N3 sınıfı taşıtlar, frenleme oranının 0.15 ile 0.30 arasındaki tüm değerlerinde; kuvvet bağlantısı eğrilerinin her dingil için Şekil 2.5 'e göre ideal kuvvet bağlantısı doğrusuna paralel iki doğru k=z 0.08 arasında kalması gerekir ve 21

39 bu sırada arka dingil kuvvet bağlantısı eğrisinin z 0.3 değerlerinde z ( k 0.38 ) şartını sağlamalıdır.. ġekil 2.5. M2, M3, N2 ve N3 sınıfı taşıtlar için fren kuvveti dağılımı Yük taşıma amaçlı taşıtlardan olan ve ABS ye sahip olmayan havalı fren düzenine sahip O3 ve O4 sınıfı taşıtlar için TR/PR, TM/PM oranı basınca (p m e) bağlı olarak Şekil 2.6 ve Şekil 2.7 de gösterilen fren kuvveti dağılımı eğrileri içinde kalmalıdır. ġekil 2.6: Çekici taşıtlar ve römorklar ġekil 2.7: Yarı-römork çekicileri 22

40 Verilen koşullar iki dingilden (akstan) fazla dingili olan taşıtlara da uygulanır. Tekerlek kilitlenme sırasıyla ilgili gerekler frenleme değerinin 0.15 ile 0.30 arasında olan değerlerde ön dingillerin en az birisinin kuvvet bağlantı katsayısının kullanımı, arka dingillerden en az birisinin kuvvet bağlantı katsayısı kullanımından büyük olması durumunda yerine getirilmiş sayılır. 2.7 Anti-blokaj Fren Sistemi (ABS) [1] Anti-blokaj sistemleri ülkemizin de kabul ettiği 71/320/AT Fren yönetmeliği ve diğer Avrupa yönetmeliklerinde yer almakta ve sağlamaları gereken koşullar açıklanmaktadır ABS Ġle Ġlgili Tanımlamalar Anti-blokaj fren sistemi, taşıtın frenlenmesi sırasında bir veya birden fazla tekerleğinde, tekerleklerin dönme yönünde kayma oranını otomatik olarak kontrol ve kumanda eden servis freni sisteminin bir parçasıdır. * Devir algılayıcı (sensör): tekerleğin dönme hareketi ile ilgili bilgileri tanıyan ve elektronik kumanda ünitesine ileten düzenektir. * Elektronik kumanda ünitesi: devir algılayıcı tarafından iletilen bilgiyi gerekli fren donanımlarına aktararak basınç veya fren kuvvetini uygun düzeyde tutan ünitedir. * Doğrudan kontrol edilen tekerlek: bir tekerlekte meydana gelen fren kuvveti, o tekerleğin üzerindeki devir algılayıcıdan gelen uyarılara göre kontrol ediliyorsa bu tekerleğe doğrudan kontrol edilen tekerlek denir. * Dolaylı kontrol edilen tekerlek: bir tekerlekte meydana gelen fren kuvveti, aynı taşıt üzerinde farklı bir tekerlekteki devir algılayıcıdan gelen uyarılara göre kontrol ediliyorsa bu tekerleğe dolaylı kontrol edilen tekerlek denir. ABS fren sistemi sağlaması gereken koşullar bakımından üç kategoriye ayrılmıştır. Kategori 1 olarak adlandırılan sistem yönetmelikte verilen tüm koşulları sağlamalı, M2, M3, N2 ve N3 sınıfı dörtten fazla dingili olmayan motorlu taşıtlarda bulunmalıdır. Kategori 2 ve kategori 3 olarak adlandırılan sistem ise yönetmelikteki belli maddeler dışındaki tüm koşulları sağlamalıdır. 23

41 2.7.2 ABS nin Sağlaması Gereken KoĢullar * ABS fren sisteminde oluşacak her türlü elektrik arızası veya devir algılayıcıların yanlış çalışması durumunda özel bir optik uyarıcı (ışık) ile sürücü ikaz edilmeli ve bu uyarı ışığı gün ışığında da gözle rahatlıkla görülebilir olmalıdır. * ABS sistemine enerji verildiğinde bu uyarı ışığı yanar ve araç hareketsiz iken belirtilen arızaların olmadığı doğrulanır. * ABS düzenin çalışması, manyetik veya elektrik alanlardan olumsuz etkilenmemelidir. * Kontak anahtarı çalıştırma konumuna getirildiğinde, ABS sistemi kendiliğinden devreye girmelidir Özel KoĢullar ABS sistemine sahip motorlu taşıtlarda fren etkinliklerini servis freni kumandası (pedalı) uzun süre ve tam basılı olarak uygulandığında korumalıdır. Bu şartın sağlanıp sağlanamadığı aşağıda tarif edilen deney ile kontrol edilmelidir ABS nin Etkinlik Deneyi Deney sırasında, taşıtta depo edilmiş olan enerji imalatçı tarafından belirlenen düzeyde olmalı ve bu değer çeşitli sınıf taşıtlar için öngörülen servis freni etkinliğini sağlamalıdır. Deney taşıt tam yüklü halde ve 50 km/h lik başlangıç hızı ile, kuvvet bağlantı katsayısı (k), 0,3 veya bu değerden daha az olan bir zeminde t zamanı boyunca fren kumandasına tam olarak basılarak gerçekleştirilir. Deneyde (t süresi boyunca) ABS bütün doğrudan kontrol edilen tekerleklere kumanda ediyor olmalı ve dolaylı kontrol edilen tekerleklerin tükettiği enerji göz önüne alınmalıdır. Daha sonra taşıt motoru durdurulur veya enerji depolama ünitelerinin bağlantıları kesilir. Taşıt hareketsiz durumda ard arda 4 defa fren pedalının sonuna kadar basılır ve 5. defa pedala basıldığında çeşitli sınıf taşıtlar için öngörülen ikincil fren sistemi etkinliği sağlanmalıdır. Deneyde gerekli t süresi aşağıda verilen formül ile hesaplanır, burada v max taşıtın azami hızıdır (üst sınır 160 km/h). v t max 7 (2.4) 24

42 Formülde verilen t süresi ise 15 s den az olamaz ancak bu süre bir frenlemede sağlanamıyor ise deney azami 4 evre olmak üzere enerji depolaması olmaksızın tamamlanabilir Kuvvet Bağlantı Katsayısı Kullanımı (ε) Kuvvet bağlantı katsayısı kullanımı ABS fren sistemi tarafından fren açıklığının teorik asgari değerinden artışını hesaba katar. ABS fren sistemi taşıt yüklü ve yüksüz iken ε 0,75 şartını sağladığında kuvvet bağlantısı kullanımı (verim) yeterli kabul edilir. ε değeri, frenleme başlangıç hızı 50 km/h olmak üzere kuvvet bağlantı katsayısı değeri 0,3 ve 0,8 olan zemin şartında elde edilir ve aşağıda verilen formül ile hesaplanır. z max (2.5) k Formülde verilen z max, ABS kontrollü frenlemede elde edilen azami frenleme değeri, k ise kuvvet bağlantı katsayısıdır. Deney sırasında sadece bir dingile frenleme yapılır ve deney 50 km/h başlangıç hızı ile yapılır. Fren kuvveti dingilin sağına ve soluna eşit dağıtılmalı, taşıtın hızı 40 km/h dan 20 km/h a düşene kadar geçen süre t olmak üzere, çok sayıda tekrarlanan ölçümler ile; 0,566 z t (2.6) ifadesine bağlı olarak çok sayıda frenleme oranı bulunur. Bu değerlerden en büyüğü z m dir. Fren kuvvetleri ölçülen frenleme oranından hesaplanır. Frenlenmeyen diğer dingillerde yuvarlanma direnci P i dingil yükü olmak üzere tahrik yok ise 0,010P i tahrik var ise 0,015.P i olarak alınır. Örneğin iki dingilli arkadan itişli sadece ön dingilinden frenlenen bir taşıtta k değeri: 25

43 zm. P 0,015PA k P ( h. z. P) / L ö m (2.7) formülü ile hesaplanırken P A arka, P ö ön dingilin yükünü, h ağırlık merkezinin yerden yüksekliğini, L aks aralığını, P ise taşıt toplam yükünü göstermektedir. ε değerinin tespitinde, z max olarak, ABS kontrollü üç ayrı frenleme deneyinden elde edilen değerlerin ortalaması alınır ve ε değeri virgülden sonra ikinci haneye yuvarlanır Ġlave Deney ve KoĢullar Taşıt yüklü ve boş iken aşağıda belirtilen ilave deneyler yapılır * Taşıt hareket halinde iken fren pedalına ani ve tam olarak basıldığında ABS ile kontrol edilen hiçbir tekerlek bloke olmamalı ve bu koşul hem düşük (40 km/h) hem de yüksek başlangıç hızları (v= 0,8vmax 120) için geçerlidir. * Kuvvet bağlantı katsayısı yüksek olan bir zemin şartından düşük olan bir zemin şartına geçilirken yapılan tam frenlemede ABS ile kontrol edilen hiçbir tekerlek bloke olmamalıdır. Bu deneyde kuvvet bağlantı katsayısı yüksek olan zemin için bu değer 0,5 değerinden büyük ve kuvvet bağlantı katsayısı düşük olan zeminin katsayısının iki katına eşit ya da büyük olmalıdır. (k1 0,5, k1/k2 2) * Kuvvet bağlantı katsayısı düşük olan bir zemin şartından yüksek olan bir zemin şartına geçildiği sırada yapılan tam frenlemede, frenleme ivmesi en yüksek değerine uygun bir sürede ulaşmalı ve taşıt gittiği doğrultudan sapmamalıdır. Bu deneyde (k1 0,5, k1/k2 2) olmalıdır. * Sağ ve sol tekerleklerin farklı kuvvet bağlantı katsayısına sahip zemin şartlarında olması durumunda, kategori 3 tipi ABS düzeni hariç 50 km/h da pedala tam basılarak fren yapıldığında doğrudan kontrol edilen tekerlekler bloke olmamalıdır. Bu deneyde (k1 0,5, k1/k2 2) * Yüklü taşıtta sağ ve sol tekerleklerin farklı zemin şartlarında frenlenmesi sonucunda kategori 2 ve kategori 3 tipi ABS düzeni hariç olmak üzere; z k2 (2.8) ve 4k2 k1 z 0,75.( ) 5 26

44 şartı sağlanmalıdır. Yukarıda ABS sistemi için tarif edilen bütün deneylerde, tekerleklerin çok kısa bir süre için bloke olmasına ve seyir stabilitesi ve direksiyon kontrolü bozulmamak şartıyla 15 km/h hızların altında yapılan frenlemelerde dolaylı olarak kontrol edilen tekerleklerin bloke olmasına izin verilir. 27

45 3. FREN DĠNAMĠĞĠNĠN ĠNCELENMESĠ Bir fren sistemi tasarlanırken, taşıtın fren sırasındaki dinamik durumunun bilinmesi uygun tasarım için çok önemlidir. Bu yüzden, ağır ticari taşıtlarda kullanılan fren sistemlerinin konstrüktif yapısına geçmeden önce, frenleme olayının dinamiği ele alınacaktır. Taşıtların ani bir durumda yavaşlatılması veya tamamen durdurulması sürtünmeli frenler ile gerçekleştirilmelidir. Bunun dışındaki durumlar olan, yokuş aşağıya sabit hızda seyretme gibi durumlarda, taşıtın eğim sonucu hızlanmasının önlenmesi yeterli olduğu sürece motor kompresyonu ile sağlanmalı, özellikle ağır ticari taşıtlarda motor freninin yeterli olmadığı durumlarda egzoz freni veya yavaşlatıcı (retarder) kullanılmalıdır. Böylelikle, sürtünmeli frenlerin çok sık ve fazla kullanımından dolayı oluşacak sıcaklık artışı nedeniyle doğabilecek fren etki kayıpları önlenmiş olacaktır. Taşıtta motor kompresyonu ve varsa egzoz freni veya yavaşlatıcının yeterli olmadığı durumlarda, sürücü tarafından kumanda edilebilen ve taşıtın bütün tekerleklerine etki edebilen ana fren sistemi kullanılır. Böylelikle daha yüksek fren ivme değerlerine ve daha kısa durma mesafelerine erişilebilmektedir. Fren sisteminin diğer bir parçası da taşıtı eğimli bir yolda sürücü olmaksızın hareketsiz tutmak için kullanılan tespit (park) frenidir. Bu fren sisteminde taşıt tekerleklerine uygulanan çevresel kuvvet ile taşıtın kayması önlenmektedir. Bu bölümde, frenleme olayının seyri, frenleme ivmeleri ile fren momentleri ve kuvvetleri ile ilgili bağıntılar, fren kuvvetlerinin taşıtın dingillerine dağılımı ve kuvvet bağlantı katsayısı ele alınacaktır. 3.1 Frenleme Olayının Seyri Taşıtın çabuk ve etkili bir biçimde durdurulmasını amaçlayan bir frenlemede, iyi fren ölçüsü olarak, taşıt stabilitesini bozmayan ve emniyetli bir şekilde frenlemede elde edilen durma mesafesinin kısalığı alınabilir. Durma mesafesine etki eden faktörler ise zaman kayıpları incelenerek ele alınabilir. 28

46 ġekil 3.1: Frenleme olayının zamana göre seyri [11] Şekil 3.1 de frenleme olayının zamana göre seyri gösterilmiştir. Şekilde de görüldüğü gibi, frenlemenin toplam süresi sürücüye ve fren sisteminin konstrüktif yapısına bağlı olarak değişmektedir. Toplam kayıp süresinde önemli bir paya sahip olan fren sistemi konstrüksiyonuna ait kayıp süre, bu konstrüksiyonun uygun bir şekilde tasarlanması ile azaltılabilirken, korkma ve reaksiyon süresi olarak adlandırılan sürücüye ait zaman kayıpları ise, sürücülerin bilinçlendirilmesi ile azaltılabilir. Sürtünmeli fren sisteminde kullanılan balataların disk veya kampanaya tutunması için geçen süre etki başlangıç süresi olarak adlandırılır ve bu süre konstrüksiyon ile değişmekle beraber yaklaşık 0,04 s mertebelerindedir. Bu aşamadan sonra, frenin tam etkiye ulaşması için geçen süre ve ardından taşıtın tamamen durması için geçen süreler ile taşıtın frenlenmesi tamamlanır. Tablo 3.1 de ise tepki (reaksiyon) süresinin kişisel ve dış faktörler ile olan ilişkisi gösterilmiştir. Tepki süresi, 0,3 s ye kadar kısalma ve 1,7s ye kadar uzama olarak iki şekilde gösterilmiştir. 29

47 Tablo 3.1: Tepki süresinin kişisel ve dış faktörler ile olan ilişkisi [5] Fren sistemi konstrüksiyonuna ait gecikme sürelerine bir örnek de Şekil 3.2 de gösterilmiştir. Verilen grafikte sürücünün fren pedalına uyguladığı kuvvete göre taşıtın fren ivmesinin değişimi ve bu arada geçen süreler görülmektedir. ġekil 3.2: Pedal kuvveti, taşıt ivmesi değişimi [15] 30

48 Yukarıda verilen grafik sayısal bir örnekle açıklanacak olursa, t a tepki süresi, t s tahrik yükselme süresi, t v tam etki süresi, t u kayıp süre, t ges toplam frenleme süresi, a v toplam fren ivmesi, a ortalama fren ivmesi ve x fren oranı olmak üzere; t a = 0,2 s, t s = 0,7 s, t v = 1,9 s, a v = %60 = 5,886 m/s 2 olduğu durumda, t ges = 2,8 s, t u = 0,55 s bulunur. a v toplam fren ivmesi bilindiğine göre, ortalama fren ivmesi a = 3,95 m/s 2 elde edilir. Fren iyilik oranı x = 0,66 bulunmuş olur. 3.2 TaĢıtın Frenlenmesinde Kuvvet Bağıntıları ve Kuvvet Bağlantı Katsayısı Fren yönetmeliklerinde de belirtildiği gibi, taşıtın bütün dingillerine etkiyen ana frenin kumandası genellikle sürücünün ayak kuvveti ile fren pedalına basması ile sağlanmaktadır. Sürücünün fren pedalına basması sonucu taşıt ön ve arka dingil tekerleklerinde fren momentleri oluşur. Bu moment ise tekerleklerde bir çevresel (fren) kuvvet oluşturur. Şekil 3.3 te fren sırasında iki dingilli bir taşıtın ön ve arka dingil tekerleklerinde oluşan kuvvetler gösterilmiştir. U 1 2.T 1.İ d.( dmek r ).( C * d ). r d (5.4) ġekil 3.3: İki dingilli bir taşıtta fren sırasında meydana gelen kuvvetler [6] M T J U - T.( T1) F r r (3.1) 1 1 R1 31

49 M T J U T ( T 2) FR2 r2 r2 (3.2) Yukarıda verilen denklemler ile ön (birinci) ve arka (ikinci) dingile ait fren kuvvetleri bulunmuş olur. F R yuvarlanma direnci ve J T dönen kütlelerin ataletleri ihmal edilirise, U 1 ve U 2 kuvvetleri 3.3 denkleminde verilen şekilde bulunabilir. U 1 M 1, U2 r1 r2 T M T 2 (3.3) Frenleme sırasındaki düşey dingil yükleri (dinamik yükler), ( L lö) P1 ( L (3.4) h z. ) G L lö P2 ( L (3.5) h z. ) G L şeklinde ifade edilirken, 3.4 ve 3.5 denklemlerinden anlaşılacağı üzere frenleme sırasında ön dingilin yükü artarken, arka dingilin yükü azalmaktadır. Taşıt tekerleğinde frenleme sırasında oluşan çevresel (fren) kuvvetinin, o tekerleğin yüküne oranını belirten kuvvet bağlantı katsayısı ifadeleri ise; U k 1, k U. P P1 2. (3.6) şeklindedir. Böylelikle ön ve arka tekerleklerin kuvvet bağlantı katsayısı ihtiyacı elde edilmiş olur ve tekerleklerin blokaj riski ile fren kuvvetinin dingillere dağılımı bu katsayılar ile gözlenebilir. 3.3 Frenleme Sırasında TaĢıtın Seyir Stabilitesi 32

50 Frenleme sırasında taşıtın seyir stabilitesi etkilenebileceğinden, fren sistemleri tasarlanırken bu durumun göz önüne alınması gereklidir. Bu olay ön veya arka dingil tekerleklerinin bloke olması sonucu taşıtın savrulması veya direksiyon kontrolünün kalmaması ile açıklanabilir. Şekil 3.4 te frenleme sırasında sırasıyla ön ve arka dingil tekerlekleri bloke olmuş bir taşıt gösterilmiştir. [6] Şekil 3.4.a da arka tekerlekleri bloke olan ve ön tekerlekleri dönmekte olan bir taşıt gösterilmiştir. Bu taşıta F x = G.z fren kuvvetine ilave olarak F y yan kuvveti etkimekte ve bu kuvvetlerin bileşkesi taşıt ekseni ile bir α açısı yapmaktadır. Şekilde görülen F y yan kuvveti tekerleklerin taşıyacağı yan kuvvetler ile dengelenmelidir. Ancak bu durumda, arka tekerlekler bloke olduğundan yan kuvvet taşıyamamakta, sadece ön dingil tekerlekleri F y yan kuvvetini karşılamaktadır. Sonuçta, ön dingil tekerleklerinde ortaya çıkan ve F y.l ö değerine yaklaşık eşit olan F yf.l ö momenti bileşke kuvvetin taşıt ekseni ile olan α açısını büyütecek yönde ortaya çıkar. Bu durumda da ortaya çıkan kararsız moment ile taşıtın stabilitesi bozulur ve taşıt savrulur. Şekil 3.4.b de ise ön tekerlekleri bloke olan ve arka tekerlekleri dönmekte olan bir taşıt gösterilmiştir. Bu taşıtta da arka tekerleklerde oluşan ve kararlı olarak nitelenen moment, bileşke kuvvetin taşıt ekseni ile olan α açısını küçültecek yönde ortaya çıkar. Bu durumda taşıt kaymakta olan ön tekerleklerine rağmen eski bileşke doğrultusundaki hareket stabilitesini korur ancak bu kez de taşıt sürücünün direksiyon tepkilerine cevap veremez. Bu durum dönemeçsiz yollarda tehlike yaratmazken, dönemeçli yollarda taşıt bileşke kuvvetin doğrultusuna göre yol dışına kayabilecektir. Bütün tekerleklerin bloke olması durumunda ise, tekerlekler hiçbir yan kuvveti taşıyamayacağından, taşıt bileşke kuvvet doğrultusunda kayacak ancak savrulmayacaktır. 33

51 ġekil 3.4: Fren yapan bir taşıtta a) Arka tekerlekler, b) Ön tekerlekler bloke [6] 1950 li yıllarda taşıt frenleri tasarlanırken, önce ön tekerleklerin bloke olması tercih edilmekte idi. Doğrusal hareket eden bir taşıtta da arka tarafın bloke olması nedeniyle savrulması durumunda, sürücünün direksiyon tepkileri ile taşıt hareket doğrultusunun düzeltilebileceği düşünülüyordu. Ancak daha sonra yapılan çalışmalar ani frenleme yapan bir sürücünün taşıtın arka tarafının kayması durumunda yanlış tepkiler verdiğini ortaya çıkarmıştır. [5] Bahsedilen bütün durumlar, fren sırasında ön veya arka tekerleklerin bloke olmasından kaçınılması gerekliliğini ortaya koyarken, gelişen teknoloji ile günümüzde blokaj önleyici sistemlerin (ABS) taşıtlarda kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Ülkemiz fren yönetmeliğinde ağır ticari taşıtlar için olduğu gibi blokaj önleyici sistemlerin taşıtlarda kullanımı zorunlu hale getirilmektedir. 34

52 3.4 Fren Kuvvetinin TaĢıtın Dingillerine Dağılımı Taşıt fren sistemleri tasarlanırken, taşıt stabilitesinin korunması için arka dingil tekerleklerindeki kuvvet bağlantı katsayısının ön tekerleklerdeki kuvvet bağlantı katsayısından küçük olması gerekmektedir. İdeal fren kuvveti dağılımında bütün frenleme oranları için ön ve arka dingillerin kuvvet bağlantı katsayıları birbirine eşittir. Uygulamada mümkün olmayan ideal duruma çeşitli konstrüksiyonlar ile yaklaşılabilmektedir. Fren yönetmeliklerinde ise, taşıtların fren kuvvetlerinin dingillere dağılımı konusunda, ABS ye sahip olmayan taşıtlarda frenleme oranına göre kuvvet bağlantı katsayısı değişimi aralıkları belirtilmiş ve taşıt fren sisteminin belirtilen eğrilere göre tasarlanması gerektiği belirtilmiştir. Ülkemiz fren yönetmeliğinde ağır ticari taşıtlarda ABS bulunması zorunlu olsa da, Şekil 3.5 te gösterilen ABS ye sahip olmayan M2, M3, N2 ve N3 sınıfı taşıtların fren kuvveti dağılım eğrileri bu taşıtların fren sistemleri tasarlanırken ABS nin daha az devreye girmesi ve daha verimli çalışabilmesi için önemlidir. Yine Şekil 3.6 da ABS si olmayan yük çekici ve römorkların fren kuvveti dağılımı grafiği gösterilmiştir. [1] ġekil 3.5: ABS si olmayan M2, M3, N2 ve N3 sınıfı taşıtların fren kuvveti dağılımı 35

53 ġekil 3.6: ABS si olmayan çekici taşıtlar ve römorkların fren kuvveti dağılımı Ülkemiz fren yönetmeliğinde belirtildiği gibi, ABS sistemine sahip taşıtlarda, ABS nin olası bir arızasında, taşıtlar ana fren sisteminin aktarma bölümündeki bir arızası durumunda (artık frenleme) fren sistemi taşıt sınıfı için öngörülen fren etkinliği sağlamalıdır. Bununla birlikte, taşıt ABS nin yanında fren kuvvetinin dingillere dağılımını kontrol eden özel otomatik bir cihaza sahip olduğunda, cihaz mekanik kontrollü ise, cihazın ayar kontrolü için gerekli bütün bilgiler (boş dolu) taşıt üzerinde yer almalı, hava kontrollü ise taşıtın dingil yükleri ve giriş çıkış basınçları yine taşıt üzerinde yer almalı ve cihazın deneyi için bağlantı noktaları giriş çıkış basınç devrelerine en yakın ve kolay ulaşılabilir yerde bulunmalıdır. Fren kuvvetinin dingillere dağılımını kontrol eden cihazın olası bir arızasında, taşıt için öngörülen ikincil fren sistemi (İFS) etkinliği sağlanmalıdır. 36

54 4. AĞIR TĠCARĠ TAġITLARDA KULLANILAN FREN SĠSTEMLERĠNĠN YAPISAL ÖZELĠKLERĠ Günümüzde ağır ticari taşıtların frenlenmesinde genellikle yabancı kuvvetli enerji kaynağına sahip olan havalı (pnömatik) fren sistemleri kullanılmaktadır. Bu sistemlerde kompresör, taşıt motorunun hareketinden aldığı tahrik ile fren sisteminde kullanılacak olan havayı üretir ve üretilen bu hava depolarda saklanır. Sürücü fren pedalına istediği oranda kumanda ederek gerekli olan havanın fren sistemi elemanlarına ulaşmasını sağlar ve frenleme gerçekleştirilir. Dolayısıyla, havalı fren sistemlerinde sürücünün kas kuvveti bir enerji kaynağı olarak değil sadece kontrol ve kumanda amaçlı kullanılır ki ağırlığı oldukça fazla olan ve yük taşıma amacıyla kullanılmakta olan ağır ticari taşıtların da kas kuvveti ile durdurulması mümkün olmamaktadır. Bir başka deyişle ağırlığı 60 kn değerinin üzerindeki taşıtların fren sistemlerinin konstrüktif yapısı ne şekilde seçilirse seçilsin sürücünün fren pedalına uygulayacağı kuvvet ile taşıtın yeterli oranda frenlenmesi olanaksızdır. [5] Havalı fren sistemleri tasarlanırken, fren yönetmeliklerinde de belirtildiği gibi, frenleme etkisi kas kuvveti ile çalışan sistemlerde olduğu gibi istenilen ayarda ve sürücünün tarafından duyarlı bir biçimde kontrol edilebilecek şekilde tasarlanmalıdır. Fren sisteminin kumanda elemanının tasarımında ise azami pedal kuvveti çok büyük seçilmezken, fren pedalı stroğu kas kuvveti ile çalışan fren sistemi kumandalarından daha küçük olmaktadır. Havalı fren sistemlerinin tasarlanmasında önemli bir konu da, taşıtın işletme şartları gereği mazur kalabileceği ard arda frenleme durumunda fren sisteminde bir etki tükenmesi olmamalıdır. Bu yüzden fren sisteminde kullanılacak olan havayı üreten kompresörün kapasitesi tekrarlanan frenlemelerde fren etkinliğini azaltabilecek sınırda seçilmemelidir. Ayrıca, fren yönetmelikleri konusunda belirtildiği gibi, havalı fren sistemine sahip çeşitli sınıf taşıtların fren sistemlerinin cevap sürelerinin olabildiğince kısa olması istenir. Cevap süresi, iletim kanallarının uzunluğuna, hava kanalları ve valflerinin 37

55 kesit alanlarına, hareketli parçaların atalet ve sürtünme kuvvetlerine bağlı iken, havalı fren sistemlerinde kullanılan havanın sıkıştırılabilir olması ve işletme basınçlarının düşük olması nedeniyle, hidrolik fren sistemlerine göre daha uzundur. Şekil 4.1 de basit bir havalı fren sistemi şematik olarak gösterilmiştir. Havalı fren sistemlerinin çalışma basıncı 0,5-1,2 MPa (5 12 bar ) arasında değişirken, uygulamada daha yüksek basınçlarda çalışılmasına hem maliyet hem de emniyet nedenleriyle çok fazla rastlanılmamaktadır. ġekil 4.1: Basit bir havalı fren sisteminin şematik gösterimi [5] 4.1 Havalı Fren Sisteminde Kullanılan Elemanların Tanıtılması Havalı fren sisteminde; hava kompresörü, basınç regülatörü, hava kurutucusu, hava depoları, dört devre koruyucu valf, servis freni valfi (fren pedalı valfi), park (el) freni valfi, röle valfi, fren kuvvet ayarlayıcı valf (LSV), fren silindiri (körüğü), disk veya kampanalı fren ve gibi elemanlar kullanılmaktadır. 38

56 4.1.1 Hava Kompresörü Fren sisteminde taşıtın yavaşlatılması veya durdurulması için kullanılacak olan basınçlı hava, bir veya iki silindire sahip ve enerjisini genellikle bir kayış veya dişli sistemi ile motordan alan hava kompresörleri tarafından üretilir. Hava kompresörü taşıt motoru çalıştığı sürece hava üretimine devam eder ancak hava depolarında fren için öngörülen basınç değerine ulaşıldığında, basınç regülatörü kompresör hava üretmeye devam etse de, üretilen bu havayı atmosfere gönderir. Sadece çok diskli kavrama kullanılan kompresörün motor ile bağlantısı istenildiğinde kesilebilir. Şekil 4.2 de tek silindirli bir piston gösterilmiştir. ġekil 4.2: Tek silindirli hava kompresörü [17] Hava Kurutucusu Kompresörde üretilen hava, saklanmak üzere hava depolarına ulaşmadan önce, havanın içerisinde kalarak fren sisteminin verimini azaltabilecek suyun veya su buharının kurutularak dışarı atılması hava kurutucusu ile sağlanır Hava Depoları (Tankları) Kompresörde üretilen havanın sürücünün isteğine göre fren sistemine verilmek üzere saklandığı, aynı zamanda da kompresörün sıkıştırması ile ısınan havanın soğumasının ve var ise su buharının yoğuşturularak sistemden atılması hava tankları ile sağlanır. Hava deposunda kalan su buharının özellikle soğuk havalarda fren sistemi üzerine etkisi çok fazla olmaktadır. Biriken su ya taşıt sürücüsünün günlük kontrolleri ile vanadan dışarı atılmalı ya da otomatik hava atma valfi kullanılmalıdır. 39

57 Hava depolarında bir başka önemli eleman da fren basınç regülatörünün olası bir arızasında depolarda birikebilecek yüksek basıncın emniyet valfleri kullanılarak dışarı atılmasıdır Dört Devre Koruyucu Valf Dört devre koruyucu valf, fren yönetmeliklerinde de zorunlu tutulan birden fazla devreli fren sistemlerinde, bir arıza nedeniyle veya ani olarak herhangi bir devrede meydana gelen hava boşalmasında diğer devrelerin etkilenmesini önler. Şekil 4.3 de fren devrelerinde dört devre koruyucu valfin şematik gösterimi verilmiştir. Fren devrelerinde 1 ile giriş, 2 ile çıkış gösterilmektedir. Dört devre koruyucu valf ile bir girişten dört çıkış elde edilerek olası arızalarda diğer devreler çalışmaya devam eder. Ek A1 de havalı fren sisteminde kullanılan diğer devre elemanlarının şematik gösterimi verilmiştir. ġekil 4.3: Dört devre koruyu valf [11] Ana (Servis) Fren Valfi (Pedal Valfi) Servis fren valfi, fren sisteminde üretilen ve hava depolarında saklanan havanın, bir başka deyişle sürtünmeli fren mekanizmalarını çalıştırarak taşıtın frenlenmesini sağlayacak olan basıncın, taşıt sürücüsünün isteklerine göre hangi oranda iletileceğini kendi deplasmanına karşılık gelen değerde iletilmesini sağlayan valftir. Sürücünün ayak kuvveti ile tahrik edilen bu valf günümüzde iki ayrı fren devresine kumanda edebilecek şekilde tasarlanarak her iki devrede çalışma basıncı hassas olarak ayarlanabilmekte ve bir devrede arıza olsa da diğer fren devresinin kumandası sağlanabilmektedir. Şekil 4.4 te iki devreye kumanda edebilen bir fren valfinin gerçek resmi ve fren devrelerindeki şematik gösterimi verilmiştir. 40

58 ġekil 4.4: Servis (fren pedal) valfi [6] Şekil 4.5. te ise örnek bir servis fren valfinin sürücünün fren pedalına verdiği stroğa (deplasmana) karşılık oluşan kuvvete göre iki fren devresinden elde edilen basıncın grafiksel olarak değişimi gösterilmiştir. Grafikte 1 numara ile bar cinsinden devre basıncı, 2 numara ile N cinsinden pedala uygulanan kuvvet, 3 numara ile mm cinsinden pedal stroğu, 4 numara ile bar cinsinden ön fren devresi basıncı, 5 numara ile bar cinsinden arka fren devresi basıncı, 6 numara ile bar cinsinden arka fren devresi arızasında kalan ön fren devresi basıncı, 7 numara ise arka fren devresi arızasında N cinsinden pedal kuvveti değişimi gösterilmiştir. 41

59 ġekil 4.5: Pedal valfine verilen kuvvete karşılık elde edilen fren devre basınçları,pedal stroğu ve fren devre arızasında ikinci devrenin basınç değişimi [12] Park (E) Freni Valfi Durmakta olan havalı fren sistemine sahip ağır bir ticari taşıtın hareketsiz kalmasını sağlayan sistem genellikle el ile kontrol edilen park freni valfidir Röle Valfi Röle valfi, genellikle taşıtın arka dingil fren silindirlerine (körüklerine) yakın olarak monte edilir ve körüklerde fren mekanizmasının hızlı bir şekilde uygulanmasının ve yine havanın hızlı bir şekilde röle valfine ait çıkıştan atmosfere atılmasıyla frenin daha hızlı olarak serbest bırakılmasını düzenleyen valftir Yüke Duyarlı Fren Kuvvet Ayarlayıcı Valf (LSV) Ağır ticari taşıtların, boş ve dolu ağılıkları arasındaki fark çok büyük olduğundan genellikle taşıtın azami yüküne göre tasarlanmış olan fren sisteminin, taşıt boş durumda iken gereğinden fazla fren yapılmasını önlemek ve uygun frenleme oranını sağlamak amacıyla sisteme dahil edilen valf taşıt yüküne duyarlı, mekanik veya pnömatik kontrollü fren kuvvet ayarlayıcı valftir. (LSV, Load Sensing Valve) 42

60 ġekil 4.6: Fren kuvvet ayarlayıcı (yüke duyarlı mekanik kuvvet algılayıcı) [18] Şekil 4.6 da yüke duyarlı bir mekanik fren kuvvet ayarlayıcı valf gösterilmiştir. Taşıtın süspansiyon sisteminde yaprak yay kullanılan taşıtlarda yayın konumuna, hava kullanan taşıtlarda ise hava basıncına göre kumanda edilen valf çıkış basıncını yüke göre ayarlamaktadır. Şekil 4.7 de ise örnek bir yüke duyarlı fren kuvvet ayarlayıcı valfin çalışma prensibi grafik olarak gösterilmiştir. Taşıt tam yükle yüklü durumda çıkış basıncını 1:1 oranında ileten valf, taşıt yükü azaldıkça çıkış basıncını da azaltmaktadır. ġekil 4.7: Yüke duyarlı fren kuvvet ayarlayıcı valfin çalşıma basncı [18] 43

61 4.1.9 Fren Silindirleri ( Fren Körükleri ) Kompresör tarafından üretilen hava, sürücünün isteğine göre belirli basınç değerlerinde fren pedalından ve diğer havalı fren sistemi elemanlarından geçerek fren silindirine (körüğüne) gelir ve burada basınç mekanik bir kuvvet iletim sistemi yardımıyla balataların dönen tekerlek rotoruna baskı uygulaması ile sağlanır. Şekil 4.8 de basit olarak fren silindirindeki basıncın mekanik bir fren kolu (manivela) yardımıyla iletimi gösterilmiştir. ġekil 4.8: Fren silindirinde (körüğünde) kuvvet iletimi [6] Fren silindirlerinde hava basıncı içlerindeki membran (diyafram) ile kola iletilir ve fren silindiri tipleri bu membranın anma kesit alanı ile belirtilir. Örneğin Tip 30 şeklinde anılan fren silindirinde membran alanı 30 in 2 (194 cm 2 ) dir. Fren silindirlerinin belirli basınca göre verdikleri ortalama baskı kuvveti T, silindir stroğunun 1/3 ü ile 2/3 ü arasında vermiş olduğu değerlerin integrasyonu ile belirlenir. Tablo 4.1 de çeşitli fren silindirleri için baskı kuvveti değerlerinin formülasyonları verilmiştir. Kullanılabilir strok, baskı kuvvetinin ortalama baskı kuvvetinin %90 ına eşit olduğu stroğu belirtir. 44

62 Tablo 4.1: Fren silindir tipleri için baskı kuvveti formülasyonları [18] Havalı fren silindilerinin bir diğer uygulaması da, park freninin kas kuvveti ile sağlanamadığı ağır taşıtlar için membranlı hava silindirine bir silindir hacminin daha eklendiği çiftli körük olarak da adlandırılan yaylı silindirlerdir. Şekil 4.9. da kampanalı frenler için bir yaylı fren silindiri gösterilmiştir. Yaylı silindirlerde taşıt hareket halinde iken sıkıştırılmış olan yay, park freni devreye alındığında gevşetilerek frenleme sağlanırken, en önemli avantajı havalı sistemde herhangi bir arızada taşıtın kendiliğinden frene geçmesi ve basınç belirli bir değere ulaşmadan frenlerin bırakılmamasıdır. ġekil 4.9: Yaylı fren silindiri ( Çiftli körük ) [18] Sürtünmeli Frenler Günümüzde taşıtlarda tekerlek freni olarak sürtünmeli frenler kullanılmakta ve sürtünmeli frenler de disk fren ve kampanalı fren olarak ikiye ayrılmaktadır Disk Frenler Disk frenlerde prensip olarak eş eksenli monte edilmiş metal bir disk tekerlek ile birlikte dönmekte, iç kısmında balata bulunan ve semer adı verilen düzenek ile disk 45

63 genellikle her iki yanından sıkıştırılarak tekerlek dönme yönüne ters bir moment etkisi ile taşıt frenlenmektedir. Şekil 4.10 da havalı bir disk fren gösterilmiştir. ġekil 4.10: Havalı disk fren [17] Disk frenlerde, taşıtın hareketi sırasında tekerlek ile birlikte dönmekte olan diskin içi dolu ya da içten havalandırmalı olarak imal edilirken fren sırasında diskin soğuması açısından içi havalandırlabilen diskler daha iyi sonuçlar vermektedir. Disk frenler, balataların diski her iki yönden sıkıştırabilmesi için ya diskin, ya semerin ya da her iki balatanın eksenel yönde hareketli olması gerekir. Bu yüzden üç farklı tip disk fren ortaya çıkmıştır. Bunlar a) semer sabit, disk hareketli (kayar) b) semer kayar, disk sabit c) semer sabit, disk sabit (sadece balatalar eksenel hareket yapmakta) olan disk fren tipleridir. Disk frenin kullanılmaya başlandığı ilk yıllarda semer ve diskin sabit olduğu disk fren kullanılırken, günümüzde kayar semerli tip disk fren daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Tüm disk fren tiplerinde balatalar aşınmakta ve bir boşluk ayarı gerektirmektedir. Bu ayarın yapılması ile balatalar diske daha yakın kalabilmekte ve gecikme süreleri kısaltılmaktadır. Şekil 4.11 de üç tipteki disk frenin konstrüksiyonu görülmektedir. 46

64 ġekil 4.11: Disk fren tipleri [5] Kampanalı Frenler Kampanalı frenlerde frenlenen yüzey silindiriktir ve karayolu taşıtlarında içten pabuçlu olan kampanalı frenler kullanılmaktadır. Kampanalı fren, işletme şartlarının gerektirdiği mukavemete sahip ve ısıl özellikleri sağlayan bir kampana, pabuçlar, baskı düzeni ve taşıma düzeni elemanlarından oluşur. Kampanalı frende baskı düzeni, balatarı üzerine monte edilmiş olan pabuçları, kampanaya doğru sıkıştırma işlevini görürken, kampanayı çepeçevre sararak iç kısmın kirlenmesini de önlemiş olur. Kampanalı frenin pabuç konumları ve bunların birbirleri ile olan etkileşimlerine göre simpleks, dupleks, servo, duo - dupleks ve duo - servo olmak üzere beş farklı tip konstrüksiyonu vardır. Şekil de farklı tipte kampanalı frenler şematik olarak gösterilmiştir. Simpleks olarak adlandırılan kampanalı frende şekilde de görüldüğü gibi pabuçların biri balatadan mafsala, diğeri ise mafsaldan balataya doğru etki yapmaktadır. Dupleks ve servo tipinde, pabuçlar balatadan mafsala doğru etkilemektedir. Duo-dupleks ve duo-servo tiplerinde ise, pabuçlar taşıma düzenine mafsallı olmayıp sadece baskı düzenine bağlıdırlar. 47

65 ġekil 4.12: Kampanalı fren tipleri, a)simpleks, b)dupleks, c)servo, d)duo-dupleks, e) duo-servo [13] Havalı fren sistemine sahip taşıtlarda, mekanik baskı mekanizmasına sahip simpleks tipi kampanalı frenler yaygın olarak kullanılmakta ve pabuçlara uygulanan kuvvet S şeklindeki bir kam yardımı ile veya bir gergi kaması ile sağlanır. Şekil te S - kamlı fren de denilen baskı mekanizması kamlı olan simpleks tipi kampanalı fren konstrüksiyonu gösterilmiştir. ġekil 4.13: Baskı mekanizması fren kamlı (S - kamlı) olan simpleks tipi kampanalı fren konstrüksiyonu [13] Disk ve Kampanalı Frenlerin KarĢılaĢtırılması Günümüzde taşıtların tekerlek frenlerinde, özellikleri birbirinden farklı olan disk ve kampanalı frenler kullanılmaktadır. Bunlardan, disk frenler iç kuvvetlendirmesi olmayan bir yapıya sahipken, kampanalı frenlerde iç kuvvetlendirme kullanılmaktadır. İç kuvvetlendirme, kampana ya da disk çevresindeki fren 48

66 kuvvetinin μ sürtünme katsayısına bağlı progresif karakterli olarak artmasıdır. Ancak bu durumda da, frenler μ sürtünme katsayısının çeşitli etkenlerden dolayı (örn. sıcaklık) değişmesinden çok fazla etkilenmekte, bazı durumlarda kendini kilitleyebilmekte ve taşıtın ön arka, sağ sol tekerleklerinde taşıtın stabilitesini tehlikeye atabilecek farklı fren kuvvetleri oluşabilmektedir. İç kuvvetlendirmeye sahip olmayan frenlerde ise, fren kuvveti sürtünme katsayısı ile doğru orantılı olduğundan sürtünme katsayısı değişimlerine iç kuvvetlendirmeye sahip frenlere nazaran daha az duyarlıdır. Bu yüzden günümüzde disk fren kullanımı giderek artmaktadır. Fren iç çevrim oranı (C* katsayısı - fren karakteristik değeri), disk veya kampanalı frene etkiyen toplam çevre kuvvetinin, uygulanan gerilme kuvvetine oranı olarak tanımlanır. Bu değer disk veya kampanalı frenin konstrüktif yapısına ve balata ile disk veya kampana arasındaki μ sürtünme katsayısına bağlıdır. Şekil 4.14 te iki fren yüzeyine sahip disk fren iç çevrim oranının balata ile disk arasındaki sürtünme katsayısına bağlı değişimi, Şekil 4.15 te ise çeşitli tip kampanalı frende iç çevrim oranı değişim aralığı gösterilmiştir. Değişimin aralık olrak verilmesi, uygulamada μ sürtünme katsayısının taşıt hızı, atmosfer basıncı, disk veya kampana sıcaklığı ve nemliliğine bağlı olarak değişmesidir. 71/320/AT Fren Yönetmeliğine göre, balata disk ya da kampana disk arasındaki sürtünme katsayısının değişmesiyle çeşitli sınıf taşıtlar için öngörülmüş fren ivmesi değerlerinin altına inilip inilmediği kontrol edilmelidir. Bu yüzden de taşıt fren sistemleri tasarlanırken C* iç çevrim oranının μ sürtünme katsayısına bağlı değişimi göz önüne alınmalıdır. Bunun için fren hesapları μ sürtünme katsayısının ± %15 değişimesine karşılık oluşan C* iç çevrim oranı aralıkları ile yapılır. 49

67 ġekil 4.14: Disk fren için C* katsayısı değişimi [5] ġekil 4.15: Çeşitli tip kampanalı frenler için C* katsayısının değişimi [12] Disk ve kampanalı frenlerin farkı sadece C* katsayılarındaki değişim değildir. Disk ve kampanalı frenler yapısal özellikleri ile karşılaştırılacak olursa; * Frenleme sırasında artan sıcaklıkla birlikte, μ sürtünme katsayısı azalmaktadır, sıcaklık kaybı da denilen bu durum disk frenlerde, kampanalı frenlere göre daha az olmaktadır. Kampanada %60 lara ulaşan bu kayıp, disk frenlerde azami %10 50

68 civarındadır. Ancak disk frenlerde belirli bir sıcaklık değerinden (yaklaşık 400 C) sonra balatalar yanmakta ve disk yüzeyi bozulabilmektedir. * Fren yapacak taşıtın hızı yüksek olması durumunda tekerlekte oluşacak fren kuvveti azalmaktadır, hız kaybı da denilen bu durum disk frenlerde, kampanalı frenlere göre daha az olmaktadır. Kampanada %70 lere ulaşan bu kayıp kilitlenmeye dahi yol açabilmekte iken, disk frenlerde bu kayıp azami %20 civarındadır. * Disk fren diski, kampanaya göre daha hafiftir. Durmak üzere yapılan frenlemede daha fazla ısınma meydana gelir ancak, çeşitli konstrüktif önlemler (örn. boşluklu yapı) ile soğuma sağlanabilir. * Kampanalı frenlerde baskı kuvveti, disk frenlere oranla daha küçüktür, böylelikle kampanalı frene sahip taşıtta tüm fren elemanlarına dağıtılan yük de daha az olmaktadır. Bu durumda da kampanalı frenlerin maliyeti daha düşük olmakta, balataların periyodik değişim süresi uzamaktadır. * Disk frenlerde mekanik verim, kampanalı frenlerden daha büyüktür Disk ve Kampanalı Frenlerin Kuvvet Ġletim Mekanizmaları Fren silindirlerine gönderilen basınçlı hava, bir baskı çubuğu ile disk fren mekanizmasını harekete geçiren fren kolunu (manivela) tahrik eder. Böylelikle, hava basıncı, kuvvete dönüşerek tekerleğe iletilir. Şekil 4.16 da disk fren mekanizması gösterilmiştir. ġekil 4.16: Disk fren mekanizması [3] 51

69 Fren silindirinin verdiği baskı kuvveti T d, diskleri sıkıştıran kuvvet S d ve İ d disk fren çevrim oranı olmak üzere; l İ e d e (4.1) S d e İ. T (4.2) d d yazılır. S d disk frene gelen kuvveti, C* d disk fren iç çevrim oranı ve η dmek disk fren mekanik verimi, r d disk fren etkin yarıçapı ve r dinamik tekerlek yarıçapı olmak üzere, tekerleğe iletimi ise Şekil 4.17 de gösterilmiştir. U Td T d.i d.( dmek ).( C * d ). r d (4.3) r ġekil 4.17: Disk fren kuvvetinin tekerleğe iletilmesi Kampanalı frenlerde ise çeşitli tip kampanalar için hareket iletim mekanizması değişmektedir. Havalı fren sistemlerinde yaygın olarak kullanılan simpleks tipi kampanalı frenler için kuvvet iletimi mekanizması Şekil 4.18 de gösterilmiştir. 52

70 ġekil 4.18: Simpleks tipi (S-kam lı) kampanalı fren mekanizması [1] Kampanalı frende İ k fren körüğünün verdiği kuvvet ile kampanada oluşan kuvvetlerin çevrim oranı ; l İ k 2.e (4.4) c ifadesi ile verilir. Fren silindirinin verdiği baskı kuvveti T k, kampanalı fren iç çevrim oranı C* k, kampana yarıçapı r c, kampanalı fren mekanik verimi η kmek olmak üzere kampanalı tekerlek için fren kuvveti ; U Tk T k.i k.( kmek ).( C * k ). r k (4.5) r denklemi ile bulunur. Şekil 4.19 da kampanalı frene sahip bir tekerleğe gelen kuvvetler gösterilmiştir. 53

71 ġekil 4.19: Kampanalı (S - kamlı) frende fren kuvvetinin tekerleğe iletilmesi Verilen fren kuvvetleri tekerlek başına bulunmuş değerleri vermektedir, dingil başına fren kuvvetleri aşağıdaki denklemler ile verilir ; U U d k 2.T d.i d.( dmek ).( C * d ). r d (4.6) r 2.T k.i k.( kmek ).( C * k ). r k (4.7) r 54

72 5. ÖRNEK BĠR AĞIR TĠCARĠ TAġITIN FREN SĠSTEMĠ TASARIMI Bir fren sistemi tasarlanırken, fren sisteminin uygun işlevi yalnızca fren sistemi elemanlarının kalitesine bağlı değildir. Belirtilen elemanların, taşıt seyir dinamiği, emniyet ve kullanıcının isteklerine cevap verebilme şartlarını sağlayacak bir uyum içinde seçilmiş olması gerekmektedir. Fren sistemine ait elemanların seçiminde önce sistemin sağlaması gereken şartlar belirlenmelidir. Bu şartlar: 1. Konu ile ilgili teknik mevzuat, kanun ve tüzükler 2. Frenleme sırasında seyir stabilitesi ile ilgili şartlar 3. Fren sisteminin kontrol ve kumanda özellikleri ile ilgili sürücü istekleridir. Bu çalışmada örnek olarak, Almanyada iki dingilli olarak üretilen ve ülkemizde ilk defa kullanılmak üzere ithal edilen EBS (Elektronik Fren Sistemi) Fren Sistemine sahip MAN TGL kamyona, ülkemizde sürücü veya alıcı firma istekleri doğrultusunda üçüncü dingil montajı sonrasında değişen dingil yükleri, toplam ağırlık ve ülkemizde geçerli olan T.C. Sanayi Bakanlığı nın AİTM - (Araç İmal Tadil ve Montajı) Yönetmeliğine göre fren sisteminin tekrar tasarlanması ve ilgili kuruluşlardan fren sistemine ait TMUR (Teknik Mevzuata Uygunluk Raporu) alınması gerekliliği nedenleri ile taşıta ait fren sisteminin yeniden tasarlanması projesi ele alınmıştır. MAN TGL EBS ye sahip iki dingilli taşıta göre tasarlanmış fren sisteminin üç dingilli taşıta göre tasarlanması, FRENTEKNİK (T.C. Sanayi Bakanlığı nca yetkilendirilmiş TMUR veren teknik servis), MAN Türkiye, MAN Almanya ve bu çalışmada belirtilen fren sistemi hesapları ile tamamlanmıştır. Belirtilen taşıt Şekil 5.1 de gösterilmiştir. 55

73 ġekil 5.1: MAN TGL üç dingilli taşıt Bu çalışma yürütülürken, taşıt seçimi sırasında MAN Türkiye A.Ş nin ülkemizde piyasaya sunduğu TGL taşıta üçüncü dingil takılması sonucu taşıta ait fren sisteminin yeniden tasarlanması ve uygunluk raporu alınması için FRENTEKNİK Ltd.Şti ne başvurulmuştur. Böylelikle bu çalışma için de uygulama şansı doğmuş ve birlikte yürütülen çalışmalar ile taşıtın fren sistemi 71/320/AT Fren yönetmeliğine göre tasarlanmış ve taşıta FRENTEKNİK tarafından TMUR verilerek, üçüncü dingil takılacak diğer taşıtlar için de izlenmesi gereken prosedür hazırlanmıştır. AİTM yönetmeliğine göre sadece N3 sınıfı, azami yüklü ağırlığı en az kg olan ve imalatçısı tarafından katar şeklinde kullanılabileceği belirtilen ve katar ağırlığı en az kg olan iki dingilli taşıtlara üçüncü dingil takılabilmektedir. Çeşitli üçüncü dingil konstrüksiyonları kısaca incelenecek olursa; 5.1 Üçüncü Dingil Konstrüksiyonları [16] Taşıtlarda üçüncü dingiller farklı amaçlar için kullanılmaktadır ve kullanıldıkları amaca göre çalışma koşulları birbirinden farklı olmaktadır. Üçüncü dingiller genel olarak, tahrik edilen ve tahrik edilmeyen üçüncü dingiller olmak üzere ikiye 56

74 ayrılmaktadır. Bunlardan tahrik edilen üçüncü dingiller çekicilerde ve arazide seyreden taşıtlarda kullanılmaktadır. Tahrikli üçüncü dingil ve önündeki ikinci dingil bir grup halinde alınırsa, bu gruba tandem grubu adı verilmektedir. Şekil 5.2 de tahrik edilen üçüncü dingillerden boyuna kollu tandem aks, Şekil 5.3 de ise Leyland kamyonlarda bir dönem kullanılan tandem aks konstrüksiyonları gösterilmiştir. ġekil 5.2: Boyuna kollu tandem aks ġekil 5.3: Leyland kamyonlarda kullanılan tandem tipi Tahrik edilmeyen üçüncü dingiller genel olarak dört tipe ayrılmaktadır. Şekil 5.4 te çift makaslı dengeli (terazi kollu tandem aks) süspansiyon, Şekil 5.5 te York tipi (Bugili) süspansiyon, Şekil 5.6 da müstakil makaslı süspansiyon, Şekil 5.7 de ise ters makaslı süspansiyon konstrüksiyonları gösterilmiştir. ġekil 5.4: Çift makaslı dengeli (Terazi kollu tandem aks) süspansiyon 57

75 ġekil 5.5: York tipi (Bugili) süspansiyon ġekil 5.6: Müstakil makaslı süspansiyon ġekil 5.7: Ters makaslı süspansiyon MAN TGL taşıtta yukarıda bahsedilen tahrik edilmeyen üçüncü dingil konstrüksiyonlarından, ülkemizde son yıllarda yaygın olarak kullanılan ve yerli dingil üreticileri tarafından taşıta monte edilen çift makaslı (terazi kollu tandem aks) süspansiyon kullanılmıştır. Bu çalışmada, kullanılan süspansiyon sisteminin fren sistemine olan etkisi incelenerek alternatif konstrüksiyonlar ile karşılaştırmalar yapılmıştır. 5.2 MAN TGL Üç Dingilli TaĢıta Ait Teknik Veriler İki dingile sahip taşıtın azami yüklü toplam ağırlığı kg iken taşıta üçüncü dingil takılması sonrası taşıtın azami yüklü ağırlığı kg a çıkartılmıştır. Şekil 5.8 de taşıtın statik durumda boş, kasalı ve üçüncü dingil havada iken dingil yükleri, dingiller arası mesafeler ve ağırlık merkezinin yerden yüksekliği gösterilmiştir. 58

76 ġekil 5.8: Kasalı boş durumda taşıt teknik verileri Kasalı boş taşıt ağırlığı, G (b) = 6790 kg Ön dingil yükü, P 1(b) = 2450 kg Arka dingil yükü, P 2(b) = 4340 kg Dingiller arası mesafe, L (b) = 4,395 m Ağırlık merkezinin ön dingile uzaklığı, l ö(b) = 2,81 m Ağrılık merkezinin yerden yüksekliği, h (b) = 1,576 m Şekil 5.9 da ise taşıtın üç dingilli ve tam yüklü statik durumda, dingil yükleri, dingiller arası mesafeler ve ağırlık merkezinin yerden yüksekliği gösterilmiştir. 59

77 ġekil 5.9: Yüklü (dolu) durumda taşıt teknik verileri Taşıtta arka dingil grubu (tandem aks) olarak çift makaslı dengeli (terazi kollu tandem aks) süspansiyon kullanılmıştır. Yüklü (Dolu) taşıt ağırlığı, G (d) = kg Ön dingil yükü, P 1(d) = 4100 kg 2. dingil (diferansiyelli dingil) yükü, P 2(d) = 8000 kg 3. dingil (ilave dingil) yükü, P 3(d) = 6545 kg Dingiller arası mesafe, L (d) = 4,890 m Ağırlık merkezinin ön dingile uzaklığı, l ö(d) = 3,815 m Ağrılık merkezinin yerden yüksekliği, h (d) = 1,30 m 5.3 MAN TGL Üç Dingilli TaĢıtın Fren Sitemine Ait Veriler İki dingilli olarak yurt dışında üretilen taşıttın ön ve arka dingillerinde disk fren kullanılmış iken, ülkemizde taşıta üçüncü dingil monte eden yerli üreticiler genellikle maliyet nedeniyle üçüncü dingillerde kampanalı fren kullanmaktadır. MAN TGL taşıtta da birinci (ön) ve ikinci dingil (diferansiyelli dingil) disk frene sahip, üçüncü dingil ise kampanalı frene sahiptir. 60

78 Taşıt fren sisteminin cevap sürelerini kısaltan ve sonuç olarak da taşıtın durma mesafesini kısaltan Elektronik Fren Sistemine (EBS) sahiptir. Fren pedal valfinde bulunan uyarıcılar belirli stroklarda, fren sistemi elamanlarına belirli basınçlar göndermekte, böylelikle elektronik olarak kumanda edilen fren sistemi elemanları pedal uyarılarına anında cevap vererek gerekli fenlemeyi sağlamaktadır. ġekil 5.10: EBS Fren Sistemine durma mesafesi [14] Şekil 5.10 da ağır ticari bir taşıtın, EBS ve konvansiyonel fren ile 80 km/h başlangıç hızında, frene 0,2 s süresi boyunca basılması ve 6 m/s 2 ortalama azami negatif fren ivmesi sağlanması durumunda durma mesafesinin değişimi gösterilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi, taşıt EBS fren sistemine sahip olduğunda, konvansiyonel fren sistemine göre bir binek otomobil uzunluğu kadar (yaklaşık 4,5 m) daha kısa durma mesafesine eşittir. EBS can ve mal güvenlği için özellikle ağır taşıtlarda çok önemlidir ve kullanımı giderek artmaktadır. [14] 61

79 Fren iç çevrim oranı olarak tanımlanan C* katsayısı, daha önce de bahsedildiği gibi balata ile disk veya kampana arasındaki sürtünme katsayısına bağlı bir katsayıdır. μ sürtünme katsayısının taşıt hızı, sıcaklık ve nemlilik gibi nedenlerle değişmesi nedeni ile taşıtın frenlenmesi sırasında μ sürtünme katsayısı değişebilecektir. Bu yüzden dingiller için C* fren iç çevrim oranı katsayısı verilirken, μ sürtünme katsayısının üreticin verdiği 0,35 değerinden yaklaşık olarak ± %15 değişimi dikkate alınmıştır. Alt sınır olarak μ sürtünme katsayısı 0,30 alınırken, üst sınır olarak da 0,4 olarak alınmıştır Ön Dingile Ait Fren Teknik Verileri Fren tipi : DİSK FREN Fren körüğü tipi : TİP 24 Tekerlek Tipi : 265 / 70 R 17,5 Dinamik lastik yarıçapı, r = 398 mm Disk rotoru çapı, d r = 335 mm Disk fren etkin yarıçapı, r d = 130 mm Disk fren mekanik verimi, η dmec = 0,97 Disk fren çevrim oranı (l e /e e ), İ d = 10 Disk fren iç çevrim oranı, C* d = 0,6 0, Ġkinci Dingile (Dif. Dingil) Ait Fren Teknik Verileri Fren tipi : DİSK FREN Fren körüğü tipi : TİP 16 Tekerlek Tipi : 265 / 70 R 17,5 Dinamik lastik yarıçapı, r = 398 mm Disk rotoru çapı, d r = 335 mm Disk fren etkin yarıçapı, r d = 130 mm Disk fren mekanik verimi, η dmec = 0,97 Disk fren çevrim oranı (l e /e e ), İ d = 10 62

80 Disk fren iç çevrim oranı, C* d = 0,6 0, Üçüncü Dingile Ait Fren Teknik Verileri Fren Tipi : KAMPANALI FREN Fren körüğü tipi : TİP 16 Tekerlek Tipi : 265 / 70 R 17,5 Dinamik lastik yarıçapı, r = 398 mm Kampana çapı, d k = 305 mm Kampanalı fren mekanik verimi, η kmec = 0,65 Fren kolu (fren cırcırı) uzunluğu, l = 140 mm S Kam etkin yarıçapı, e c = 21 mm Kampanalı fren iç çevrim oranı, C* k = 1,25 2,0 5.4 MAN TGL Üç Dingilli TaĢıtın Fren Siteminin Tasarlanması ĠĢ AkıĢı Üçüncü dingil takılan taşıtın iki dingile göre tasarlanmış fren sistemi TMUR vermeye yetkili FRENTEKNİK servisinde yeniden tasarlanmıştır. Tasarıma ait iş akışı şekil 5.11 de gösterilmiştir. Buna göre önce üçüncü dingili monte edilen taşıtın daha sonra havalı fren sistemi devresi 71/320/AT fren yönetmeliğini sağlayabileceği düşünülen duruma getirilmektedir.bu aşamadan sonra ise sadece üçüncü dingilden frenleme yapılarak kampanalı frene ait teknik veriler elde edilmiş, taşıta ait fren sistemi hesapları yapılmış ve EBS yazılım değişikliği ile EBS sistemine üçüncü dingil tanıtılmıştır. Son olarak taşıtın Tip Onay Testleri yapılmış ve yönetmeliğe uygun ise TMUR verilmiş, uygun değil ise havalı fren sistemi devresi gözden geçirilerek gerekli düzeltmeler yapılmıştır. 63

81 ġekil 5.11: Üç dingilli MAN TGL taşıtın fren sistemi tasarımı iş akış şeması MAN TGL Üç Dingilli TaĢıtın Fren Siteminin Devre ġeması Şekil 5.12 de Frenteknik Ltd. Şti. ve yapılan bu çalışmadan faydalanılarak yeniden tasarlanan MAN TGL taşıtın EBS li fren sistemi devre şeması gösterilmiştir. Sadece arka dingil grubunun fren sistemi gösterilen devrede, kalın çizgi ile gösterilen şekiller eski fren sistemi devresine eklenen hatları göstermektedir. Devresi gösterilen fren sisteminde, hava depaları 12 bar basınçtaki havayı saklamakta iken, EBS, fren sistemini 10 bar basınçta çalıştırmaktadır, EBS arızası durumunda ise fren pedal valfi 12 bar basınçta havayı sisteme gönderebilmektedir. Taşıt EBS li olduğundan taşıt, taşıtın boş, kısmı yüklü ve tam yüklü durumlarında arka dingil veya dingillerin fren kuvvetini ayarlayan fren kuvvet ayarlayıcı valfe (LSV) sahip değildir. Arka dingile gönderilecek fren kuıvveti bahsedilen valfin karakteristiği gibi EBS valfi ile sağlanmaktadır. EBS devrede iken fren sistemi basıncı 10 bar olduğundan fren hesaplarında 10 bar çalışma basıncına sahip Wabco nun ürettiği fren kuvvet ayarlayıcı valfin basınç karakteristiği kullanılmıştır. 64

82 65 ġekil 5.12: MAN TGL taşıtın fren sistemine ait devre şeması

83 5.4.2 Sadece Üçüncü Dingilden Frenlenme Testi Üçüncü dingildeki kampanalı frenin karakteristik değerlerinin bulunabilmesi için, diğer iki dingilin frenleri iptal edilir. Üçüncü dingilin frenlemesi fren pedalı tarafından değil, basıncı kontrol edilebilen ve elle kumanda edilen bir düzenek ile sağlanır. Taşıt hızının 65 km/h den 55 km/h e düştüğü ortalama fren ivmesi ölçülür ve F=m.a denkleminden, taşıt ağırlığı bilindiği için üçüncü dingilin fren kuvveti hesaplanır. Tablo 5.1: Sadece üçüncü dingilin frenlenmesi ile çeşitli basınçlarda fren kuvveti Basınç, [bar] Fren Kuvveti, [N] C* katsayısı, [-] 1, ,72 2, ,58 4, ,53 6, ,51 8, ,50 10, ,50 Kampanalı fren hesapları bölümünde bahsedilen fren silindirlerindeki (körük) basınçtan kampanalı frenin verdiği fren kuvvetinin hesaplanması yöntemi kullanılarak, çeşitli basınçlarda fren kuvvetleri bulunur. Ölçüm ile bulunan değer karşılaştırılır. Sonuç olarak kampanalı frene ait mekanik verim ve C* k fren iç çevrimi katsayısı bulunur. Daha önce verilen kampanalı fren teknik verilerine göre C* fren iç çevrim oranı Tablo 5.1 de gösterilmiştir. Bulunan bu değerlerin ortalaması olan 1,55 değeri kampanalı frene ait C* değeri olarak alınmıştır. Böylelikle üçüncü dingile ait karakteristik değerler elde edilmiş olur ve kampanalı fren karakteristik değerleri EBS yazılımına işlenebilir. C* değeri daha doğru sonuçlar elde edilebilmesi nedeniyle fren hesaplarında, balata kampana arasındaki μ sürtünme katsayısının hız, sıcaklık, nem gibi nedenler ile değişmesi sonucu ±% 15 toleransları ile verilmiştir MAN TGL TaĢıta Ait Fren Sistemi Hesapları MAN TGL taşıtın ve taşıtta kullanılan fren sisteminin teknik verileri daha önce verilmişti. Fren hesaplarının yapılmasında izlenen yol, fren padalının basınç karakteristiğinden gidilerek, bu basıncın dingillerde meydana getirdiği fren (çevresel) kuvvetin bulunması ve dingil başına bulunan fren kuvvetlerinin 66

84 toplanarak taşıt ağırlığına bölünmesiyle o basınçtaki taşıt ivmesinin ve dinamik dingil yüklerinin bulunmasıdır. Üç dingilde elde edilen fren kuvveti ve dingil yükünün bulunmasıyla, dingillerdeki tekerleklerin kuvvet bağlantı katsayısının yerçekimine oranlanmış fren ivmesine (frenleme oranı) göre değişimi grafiği edilir. Bu grafik ile de fren kuvvetinin dingiller arasında dağılımı ve dingillerdeki tekerleklerin blokaj riski gözlenebilir TaĢıtta Kullanılan Fren Pedalının Pedal Kuvveti - Basınç Karakteristiği MAN TGL taşıtta, Wabco ya ait elektronik pedal valfi kullanılmıştır. Şekil 5.13 te pedala uygulanan kuvvet pedal stroğu çıkış basıncı değişimleri, EBS devrede ve EBS arızalı durumları için gösterilmiştir. ġekil 5.13: Pedal kuvveti strok basınç değişimi [18] Fren sistemi hesapları için yukarıda verilen grafik bilgisayarda Excel programı yardımı ile çizilerek farklı pedal stroğu basınç değerleri elde edilmiştir. Grafikte verilen çıkış basıncı ön dingile ait fren körükleri giriş basıncı olarak alınırken, arka dingil grubuna gönderilen basınç yüke duyarlı fren kuvvet ayarlayıcı valfin giriş basıncı olarak alınmıştır. Bu valfin karakteristiğine göre çıkış basınçları ikinci ve üçüncü dingil fren körükleri giriş basıncı olarak alınmıştır. Yine bu değerler kullanılarak ön ve arka dingil grubu fren kuvvetlerine gelen basınçlardan 67

85 tekerleklerde oluşan fren kuvvetleri program yardımı ile bulunmuş, boş ve dolu taşıt için değişen fren ivme değerleri ile kuvvet bağlantı katsayısı frenleme oranı grafikleri elde edilmiştir. Bu çalışmada yapılan hesapları içeren ve daha sonra farklı taşıtlar için kullanılabilecek Excel programı EK1 de bir CD ile birlikte sunulmuştur Fren Körüklerinde OluĢan Baskı Kuvvetleri Taşıt teknik verilerinde bahsedildiği gibi, MAN TGL taşıtta disk frene sahip ön dingil tekerleklerinde TİP 24, yine disk frene sahip ikinci dingilde TİP 16 ve kampanalı frene sahip üçüncü dingilde ise TİP 16 fren silindiri (körük) kullanılmıştır. Bu silindirlerin basınca göre verdiği kuvvetler bir önceki bölümde verilen, Wabco kataloğundan alınmış ve aşağıda verilen denklemlerden bulunmuştur. TİP 24, Ön dingil için körük baskı kuvveti, T 1 = 1426.p 285 (5.1) TİP16, İkinci dingil için körük baskı kuvveti, T 2 = 1056.p 317 (5.2) TİP 16, Üçüncü dingil için körük baskı kuvveti, T 3 = 1056.p 317 (5.3) Fren körükleri belirli bir eşik basıncından sonra baskı kuvveti vermeye başlarlar ve bu basınç değeri yaklaşık 0,4 bardır. Dolayısıyla fren hesaplarında 0,4 bar ve üzeri basınçlarda hesap yapılmıştır. Böylelikle her dingil için fren körüklerinin verdiği baskı kuvvetleri bulunmuştur Tekerleklerde OluĢan Fren Kuvvetleri Ön, ikinci ve üçüncü dingil fren kuvvetlerinde çeşitli basınçlar için bulunan baskı kuvveti bir manivela kolu yardımıyla ön ve ikinci dingilde fren diskine ait, üçüncü dingilde ise kampanaya ait mekanizmayı harekete geçirerek tekerleğin frenlenmesini sağlar. Şekil 5.14 te disk frene sahip ön ve ikinci dingilde tekerleğe gelen kuvvetler gösterilmiştir. Fren körüğündeki baskı kuvveti, manivela kolu ile S d fren çevresel kuvvetini oluştururken, S d kuvvetinin de disk fren etkin yarıçapının dinamik yarıçapa oranı ile çarpımından elde edilen tekerlek kuvvetini oluşturur. Buna göre ön ve ikinci dingiller için fren kuvvetleri 5.4 denklemiminde veridiği gibidir. 68

86 ġekil 5.14: Disk frene sahip ön ve ikinci dingil tekerleklerinde oluşan kuvvetler 2.T 1.İ d.( dmek ).( C * d ). rd U1 r (5.4) 5.4 denklemi ile fren pedalından gelen farklı basınçar ile ön dingile ait fren kuvveti elde edilierken aşağıda verilen 5.5 denklemi ile de ikinci dingide meydana felen fren kuvvetleri elde edilmiştir. U 2 2.T 2.İ d.( dmek r ).( C * ). r d d (5.5) Üçüncü dingil fren kuvveti ise ön ve ikinci dingilde olduğu gibi hesaplanırken kampanalı fren mekanizması göz önüne alınmıştır. Şekil 5.15 te kampanalı frene sahip bir tekerlekte oluşan fren kuvvetleri gösterilmiştir. Üçüncü dingile ait fren körüklerinde oluşan baskı kuvveti şekilde görülen S k kuvvetlerini oluşturmakta, bu kuvvetlerin kampana yarıçapının dinamik lastik yarıçapına oranı ile çarpılması ile de tekerlek fren kuvvetleri elde edilmektedir. Dingil başına fren kuvveti ise 5.6 denkleminde verilmiştir ve bu değer tekerlek için elde edilen fren kuvvetinin iki katı olmaktadır. 69

87 ġekil 5.15: Kampanalı frene sahip üçüncü dingil tekerleklerinde oluşan kuvvetler U 3 2.T 3.İ k.( kmek r ).( C * ). r k c (5.6) Böylelikle her bir dingilde oluşan fren kuvvetleri bulunmuştur. 5.7 denkleminde verilen bu kuvvetlerin toplamının taşıt ağırlığına oranı taşıtın o anki frenleme oranını vermektedir. U T U1 U 2 U3 (5.7) U z T ve a z.g G (5.8) z frenleme oranı ve a fren ivmesi ise 5.7 ve 5.8 denklemleri ile elde edilmiş olur. Bu işlemler taşıtın boş ve dolu durumlarında tekrar edilirken, taşıt boş durumda ve üçüncü dingil havada iken ikinci dingil fren körüklerine gelen basınç fren kuvvet ayarlayıcı valfin çıkış basıncıdır. Şekil 5.16 da 10 bar işletme basıncına sahip bir fren kuvvet ayarlayıcı valfin basınç karakteristiği gösterilmiştir. Buna göre taşıt tam yüklü durumda yaklaşık 1:1 oranında basıncı ileten valf, taşıt çıplak şasi durumunda iken basıncı 1:5,3 oranı ile iletmektedir. Taşıtın boş (kasalı) durumuna ait fren hesaplarında α = 0 basınç karakterisiği kullanılmıştır. 70

88 ġekil 5.16: Yüke duyarlı fren kuvvet ayarlayıcı valf basınç karakteristiği [18] Sonuç olarak fren pedalının ön dingil ve arka dingil grubuna verdiği basınçtan taşıtın boş ve dolu durumları için o basınca karşılık dingil fren kuvvetleri ve fren ivmesi bulunmuş olur Dolu (Tam Yüklü) TaĢıtta Dinamik Dingil Yüklerinin Hesaplanması [7-9] Tekerleklerde meydana gelen fren kuvvetleri bilindiğine göre, tekerlek kuvvet bağlantı katsayısını bulmak için tekerleğin o anki (dinamik) yükünün bilinmesi gerekir. Yapılan hesaplarda yuvarlanma direnci ve dönen kütlelerin ataletleri ihmal edilmiştir. Şekil 5.17 de taşıtın tam yüklü durumunda frenleme sırasında oluşan kuvvetler gösterilmiştir. P A arka dingil grubu toplam yükü, P 2 ikinci dingil P 3 üçüncü dingil dinamik yükü, z frenleme oranı, h yüklü durumda ağırlık merkezinin yerden yüksekliği, L ön dingil ile arka dingil grubu bağlantı noktası arası mesafe olmak üzere, U t arka dingil grubu fren kuvvetleri toplamı, L m ikinci ve üçüncü dingil arasındaki mesafe, a t terazileme çubuğunun ikinci dingil tarafındaki mesafesi, b t terazileme çubuğunun üçüncü dingil tarafındaki mesafesi, L 1,L 2,L 3 ve L 4 makas orta noktasından terazileme çubuğu ve sabit mafsallara olan mesafeler, h m hesaplarda dinamik lastik yarıçapı ile aynı alınan 71

89 yüklü durumda makas orta noktasının yerden yüksekliği, U 2 ve U 3 ise fren kuvvetlerini göstermektedir. ġekil 5.17: Dolu (tam yüklü) taşıtta frenleme sırasında oluşan kuvvetler Şekil 5.18 de ise arka dingil grubu süspansiyonunda frenleme sırasında oluşan kuvvetler ve mesafeler detaylı olarak gösterilmiştir. ġekil 5.18: Arka dingil grubu süspansiyonu (Terazi kollu tandem aks) Buna göre dolu taşıtta dinamik dingil yükleri; P A (5.9) G.l L ö G.z.h Utr.Lm - - L 2.L.(L ) 1 72

90 P 2 (5.10) PA. bt (a b ) t t - Ut.r 2.L 1 P 3 (5.11) PA - P2 P G 1 - PA (5.12) denklemleri ile bulunur. Ülkemizde yaygın bir kullanım alanına sahip bu süspansiyonda, yukarıdaki denklemlerden de anlaşılacağı üzere, frenleme sırasında beklendiği gibi ön dingilin yükü artarken, arka dingil grubunun toplam yükü azalmaktadır. Ancak frenleme sırasında ikinci dingil, yükünü süspansiyon sisteminin yarattığı etki ile üçüncü dingile aktarmakta, böylelikle frenleme sırasında üçüncü dingilin yükü beklenenin aksine artmaktadır. Bu durumda da ikinci dingil için blokaj riski doğmaktadır, bir başka deyişle taşıt ABS ye sahip olduğundan ikinci dingilde ABS nin devreye girmesi daha fazladır ki bunun da en önemli dezavantajı üçüncü dingilin de ikinci dingile ait ABS modülatöründen yani dolaylı olarak kontrol edilmesidir. Böylelikle ikinci dingil blokaj sınırına yaklaştığında üçüncü dingilde blokaj riski olmadığı halde frenleme yapılamayacak ve taşıtın fren ivmesi daha fazla artamayacaktır. Bu konu sonuçlar bölümünde diğer süspansiyon sistemleri ile karşılaştırılmalar yapılarak daha detaylı olarak ele alınmıştır. Şekil 5.19 da ABS nin dikkate alınmadığı durumda taşıtın ön, ikinci ve üçüncü dingil yüklerinin frenleme oranına göre değişimi gösterilmiştir. 73

91 ġekil 5.19: Yüklü durumda taşıta ait dinamik dingil yükleri Dolu (Tam Yüklü) TaĢıtta Kuvvet Bağlantı Katsayılarının Bulunması Ön, ikinci ve üçüncü dingile ait fren kuvvetleri ve dingil yükleri bulunduğuna göre dingil tekerleklerine ait kuvvet bağlantı katsayıları hesaplanabilir. k 1 U1 U2 U3, k2, k3 P1 P2 P3 (5.13) Sonuç olarak, fren pedalının vermiş olduğu basınçlardan elde edilen taşıt frenleme oranı bir başka deyişle taşıt fren ivmesi ile, dingillerin kuvvet bağlantı katsayısı değişimleri elde edilmiş olur. Şekil 5.20 de dolu durum için frenleme oranı üç dingile ait kuvvet bağlantı katsayısı değişimi μ sürtünme katsayısının daha önce bahsedilen sebeplerle minimum ve maksimum değerleri için gösterilmiştir. Fren hesapları, ABS nin k = 0,8 ve daha büyük değerlerinde devreye girerek basıncı 74

92 Kuvvet Bağlantı Katsayısı, k, [-] pedal karakteristiğinin tekerlekte blokaj oluşturmayan önceki en yüksek basınç değerine indirdiği düşünülerek yapılmıştır. Ön Dingil (Min.) Ön Dingil (Max.) İkinci Din. (Min.) 0,8 İkinci Din. (Max.) Üçüncü Din. (Min.) 0,7 Üçüncü Din. (Max.) 0,6 İdeal Dağılım, k = z 0,5 Frenleme Oranı - Kuvvet Bağlantı Katsayısı 0,4 0,3 0,2 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Frenleme Oranı, z, [-] ġekil 5.20: Frenleme oranı kuvvet bağlantı katsayısı değişimi Verilen grafikte görüldüğü gibi μ sürtünme katsayısının 0,3 değerinde taşıt yaklaşık %58 frenleme oranına erişirken, μ sürtünme katsayısının 0,4 olduğu durumda %63 frenleme oranına erişebilmektedir. Bu durumda balata disk veya balata kampana arasındaki sürtünme katsayısı üreticinin verdiği ideal değer olan 0,35 değerinde taşıt yaklaşık %60 frenlemeyi gerçekleştirebilecektir. Bir başka deyişle, tam yüklü taşıt sürtünme katsayısının öngörülen oranda değişebileceği durumlarda grafikte gösterilen aralıklarda frenleme yapabilecektir BoĢ TaĢıtta Dinamik Dingil Yüklerinin Hesaplanması Fren sistemi hesapları, taşıt emniyeti ve seyir stabilitesi açısından taşıtın boş durumu için de yapılmalıdır. Bu durumda da fren sırasında taşıt boş ve üçüncü dingil havada iken yani iki dingilli durumdaki dinamik yükleri bilinmelidir. Şekil 5.21 de taşıt boş iken fren sırasında oluşan kuvvetler gösterilmiştir. G (b) boş durumdaki taşıt ağırlığı, z frenleme oranı, h (b) boş durumda taşıt ağırlık merkezinin yerden yüksekliği, L (b) ön ve ikinci dingil arası mesafe, l ö(b) ağırlık merkezinin ön dingile uzaklığı, P 1b(d) frenleme sırasında ön dingil dinamik yükü, P 2b(d) frenleme sırasında ikinci dingilin dinamik yükü, U 1(b) ön dingil fren kuvveti, U 2(b) ikinci dingil fren kuvvetini göstermeketedir. 75

93 ġekil 5.21: Boş taşıtta frenleme sırasında oluşan kuvvetler Buna göre boş taşıttaki dinamik dingil yükleri aşağıdaki denklemleri ile bulunur. P 2b( d ) G (b) L.l (b) ö(b) G - (b). L z.h (b) (b) (5.14) P 1b( d ) G (b) - P 2b(d) (5.15) Şekil 5.22 de taşıtın boş durumuna ait frenleme oranı - dinamik dingil yükleri değişimi gösterilmiştir. Taşıtın üçüncü dingili havada olduğundan süspansiyonun dingil yüküne etki yoktur ve beklendiği üzere, boş taşıtta frenleme sırasında ön dingil yükü artarken ikinci dingil yükü azalmaktadır. 76

94 DĠNGĠL YÜKÜ, P, [N]. Ön Dingil Yükü İkinci Dingil Yükü FRENLEME - DĠNAMĠK YÜKLER (Boş Taşıt) ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 FRENLEME, z,[-] ġekil 5.22: Boş taşıtta dinamik dingil yükleri BoĢ TaĢıtta Kuvvet Bağlantı Katsayılarının Bulunması Ön ve ikinci dingile ait fren kuvvetleri ve dingil yükleri bulunduğuna göre taşıtın boş duırumu için dingil tekerleklerine ait kuvvet bağlantı katsayıları hesaplanabilir. k 1( b) U P 1( b) 1b(d), k 2( b) U P 2( b) 2b(d) (5.16) Böylelikle taşıtın boş durumu için de Şekil 5.23 te gösterilen frenleme oranına göre kuvvet bağlantı katsayısı değişimi elde edilmiş olur. Dolu taşıtta olduğu gibi boş taşıt için de frenleme oranı iki dingile ait kuvvet bağlantı katsayısı değişimi μ sürtünme katsayısının daha önce bahsedilen sebeplerle minimum ve maksimum değerleri için gösterilmiştir. Verilen grafikte görüldüğü gibi μ sürtünme katsayısının 0,3 değerinde taşıt yaklaşık %60 frenleme oranına erişirken, μ sürtünme katsayısının 0,4 olduğu durumda %65 frenleme oranına erişebilmektedir. Bu durumda balata disk veya balata kampana arasındaki sürtünme katsayısı üreticinin verdiği ideal değer olan 0,35 değerinde taşıt yaklaşık %63 frenlemeyi gerçekleştirebilecektir. Bir başka deyişle, boş taşıt sürtünme katsayısının öngörülen oranda değişebileceği durumlarda grafikte gösterilen aralıklarda frenleme yapabilecektir. 77

95 KUVVET BAĞLANTI KATS.,k, [-] 0,8 FRENLEME ORANI - KUVVET BAĞLANTI KATS. 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 FRENLEME ORANI, z, [-] ġekil 5.23: Boş taşıtta frenleme oranı kuvvet bağlantı katsayısı değişimi Fren Hesaplarının TaĢıta Ait Tip Onay Deneyleri ile KarĢılaĢtırılması Hesaplar sonucu elde edilen azami negatif fren ivmesi, MAN TGL taşıta motor devrede değilken uygulanan TİP O deneyi ile karşılaştırılması, Tablo 5.2 de gösterilmiştir. Tablo 5.2: Hesaplar ile bulunan ivmenin, Tip O Deneyi ile karşılaştırılması BOŞ Taşıt DOLU Taşıt Hesaplar ile Bulunan Azami Frenleme Oranı z, [%] Hesaplar ile Bulunan Azami Fren İvmesi a, [m/s 2 ] Tip O Deneyi ile Bulunan Ortalama Azami Negatif Fren İvmesi d m, [m/s 2 ] Min. Mak. Min. Max. 0,60 0,65 5,89 6,38 5,80 0,58 0,63 5,69 6,18 5,60 Tablodan da görüldüğü gibi, taşıtta hesap ile bulunan fren ivmesi değerleri deney ile bulunan değerlerden daha yüksektir. Bunun nedeni, ihmal edilen yuvarlanma direnci, dönen kütlelerin ataletleri, rüzgar gibi etkenler ve göz önüne alınmış olsa da μ sürtünme katsayısının daha fazla değişebileceğidir. Tip O deneyi ile ölçülen diğer sonuçlar ise Tablo 5.3 de gösterilmiştir. 78

96 Tablo 5.3: Taşıta ait İkincil ve Artık Frenleme Etkinlikleri İkincil Frenleme d m, [m/s 2 ] Artık Frenleme d m, [m/s 2 ] Ön Fren Devresi Arka Fren Devresi Ön Fren Devresi Arka Fren Devresi EBS Arızası İptal İptal İptal İptal BOŞ Taşıt 3,6 3,3 3,6 3,3 6,3 DOLU Taşıt 2,9 2,2 2,9 2,2 6,3 Tablo 5.2 ve Tablo 5.3 de verilen taşıta ait deney sonuçları 71/320/AT fren yönetmeliğinde N3 sınfı taşıt için belirlenmiş koşulları sağlamaktadır. Yönetmelikte ana fren sistemi için N3 sınıfı taşıtın fren ivmesi en az 5m/s 2 olarak, ikincil fren ivmesi ise en az 2,2 m/s 2 olarak belirlenmiştir. Böylelikle üç dingilli MAN TGL taşıt ülkemiz fren yönetmeliğini sağladığından, bu taşıta Frenteknik Ltd.Şti. tarafından TMUR (Teknik Mevzuata Uygunluk Raporu) verilmiştir. 5.5 Daha Ġyi Fren Etkinliği Ġçin Öneriler Yukarıda sonuçları verilen taşıtın süspansiyon sisteminin frenleme etkinliğine negatif etkisi olduğundan bahsedilmişti. Bu bölümde daha iyi fren etkinliği için öneriler ve taşıtın mevcut süspansiyonu ile karşılaştırmalar yer almaktadır Üçüncü Dingile Ayrı Bir ABS Modülatörü Monte Edilmesi Daha önce bahsedildiği gibi taşıtta ikinci dingildeki ABS modülatörleri, üçüncü dingil tekerleklerini de kontrol etmektedir. Bir başka deyişle taşıt 4 S 4 M (dört tekerlekte dört sensör ve bunların modülatörleri) denilen ABS sistemine sahiptir. Fren hesaplarında görüldüğü gibi ikinci dingil blokaj sınırına yaklaştığında üçüncü dingil hala fren yapabilecektir ancak ABS modülatörü uyarılarının ikinci dingil tekerleklerinden yani dolaylı olarak aldığı için üçüncü dingil blokaj riski olmadığı halde fren yapamayacaktır. Bu duruma bir çözüm önerisi olarak fren sistemine üçüncü dingil tekerleklerini bağımsız olarak kontrol edecek bir veya iki ABS modülatörü ilavesidir. Böylelikle sistem 6S 5M veya 6S 6M ABS sistemine sahip olacak ve ikinci dingil blokaj olma riskine ulaştığında, üçüncü dingil hala frenleme yapabilecektir. Sonuç olarak taşıt frenleme ivmesi artacak, durma mesafesi kısalacaktır. Bu arada ABS modülatörü doğrudan kontrollü olduğuna göre, üçüncü 79

97 dingil körükleri büyütülebilir, taşıta bir başka değişim de üçüncü dingil fren körüklerini TİP 16 yerine TİP 24 kullanmak olacaktır. Şekil 5.24 te üçüncü dingilde bağımsız bir veya iki ABS modülatörü olması ve üçüncü dingil körüğünün TİP 24 olması durumunda frenleme oranı kuvvet bağlantı katsayısı değişimi gösterilmiştir. Ek B1 de üçüncü dingilin blokaj durumunun ikinci dingilden bağımsız olarak kontol edildiği Wabco ya ait bir 6S 5M ABS sistemi, Ek B2 de yine Wabco ya ait bir 6S 6M ABS sistemi fren devre şeması gösterilmiştir. ġekil 5.24: Üçüncü dingilde TİP 24 fren körüğü kullanımı ve dingilin ABS ile doğrudan kontrolü Grafikte görüldüğü gibi, 6S 5M ABS ve üçüncü dingilde TİP 24 fren körüğü kullanımı taşıtta 4S 4M ABS sistemine göre ortalama 0,75 m/s 2 daha iyi fren ivmesi elde edilmesini sağlamaktadır. Böylelikle daha kısa durma mesafeleri elde edilebilecektir Alternatif Süspansiyon Kullanımı MAN TGL taşıtta kullanılan süspansiyon sisteminin fren etkinliğini negatif olarak etkilediğinden bahsedilmişti. Bu bölümde aynı dolu taşıt verilerinde sadece arka dingil grubunda havalı süspansiyon ya da boyuna kollu tandem aks kullanılması durumunda elde edilecek fren etkinliklerinden bahsedielecektir. Taşıtta alternatif olarak kullanılabilecek ve fren momentinin dingil yüklerine etki etmediği süspansiyon sistemlerinden havalı süspansiyon sistemi Şekil 5.25 te, boyuna kollu tandem ask süspansiyon Şekil 5.26 da gösterilmiştir. 80