TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Transkript

1 ISSN: Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2006 (1) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR Teknik Not Taşıtlardaki Dört Tekerden Tahrik (Awd - Fwd) Ve Kontrol Sistemlerinin İncelenmesi Ali ÇAVDAR, Abdullah DEMİR Kocaeli Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü, Umuttepe / Kocaeli ÖZET Diferansiyel, kardan mili tarafından iletilen torku her iki aks miline düzgünce bölüştüren bir dişli takımıdır. Diferansiyel bazı sebeplerden dolayı iletimde kullanılmaktadır. Bunlar; Vites kutusundan gelen tahriği direkt (ön tekerlekten tahrikli sistemlerde) ya da kardan mili vasıtasıyla 90 çevirerek tekerleklere (arkadan tekerlekten tahrikli sistemlerde) iletmek ve motor ile tahrik tekerlekleri arasında sürekli bir hız küçültme temin etmektir. Taşıtlarda diferansiyel; önde (önden tahrikli taşıtlarda), arkada (arkadan tahrikli taşıtlarda) yada hem önde hem arkada (dört tekerden tahrikli taşıtlarda) [ALD yada FWD] olabilir. Bu çalışmada taşıtlardaki tahrik kontrol sistemlerinin işlevleri tanıtılarak sistemlerin birbirleri ile ilgili olan farklılıkları izah edilmeye çalışılacaktır. Anahtar Kelimeler: Diferansiyel, Tahrik Sistemleri, Dört Tekerden Tahrikli Sistemler 1. GİRİŞ Motor tarafından üretilen gücün; aracı tahrik edilebilmesi için, tahrik türüne göre önden, arkadan yada dört tekerden tahrik sistemlerine bağlı olarak tahrik tekerlerine kadar iletilmesi gerekmektedir. Bunun için aktarma organları kullanılmaktadır. Diferansiyelin amacı, kardan mili torkunu akslara ve taşıtın tahrik tekerlerine iletmektir[1]. Şekil 1. Dönemeçte Taşıtın Tekerleklerinin Durumu[2]

2 Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (1) Taşıtlardaki Dört Tekerden Tahrik (Awd - Fwd) Ve Kontrol Sistemleri Hareket ve güç, akışkan yağ kütlesinin basıncı ile iletilmektedir. Giriş ve çıkış arasında mekanik bir bağlantı yoktur ve sadece bir akışkan bağlantısı söz konusudur. Taşıt düz yolda hareket ederken kardan milinden gelen tahrik kuvveti mahruti üzerinden ayna dişliye geçmektedir. Ayna dişlide, diferansiyel dişli kutusunu döndürmektedir. Dişli kutusunun içinde bulunan istavroz dişlileriyle, aks dişlileri dişli kutusu ile birlikte dönmektedirler. Yani istavroz dişlileri kendi eksenleri etrafında dönemezler. Diferansiyel, viraj esnasında ön tekerleklerin farklı hızlarda dönmesine müsaade etmektedir. Şekil 1 de virajdaki bir taşıtın tekerlerinin konumu gösterilmiştir. Dönüşlerde dış tekerin iç tekerlerden daha fazla yol alması gerekir. Dış taraftaki tekerin hızlı dönmesi demek ona bağlı olan aks mili ve aks dişlisinin de hızlı dönmesi demektir. Taşıtın viraja girmesiyle birlikte iç tarafta bulunan tekere binene yük ve dış tarafta bulunan tekerin daha büyük mesafe kat etmeye zorlanması iç aks dişlisinin yavaşlamasına sebep olur. Yavaşlayan aks dişlisi üzerinde istavroz dişlileri yuvarlan hareketine geçerek kendi eksenleri etrafında dönmeye başlayacaklardır. Böylece devir sayısı farkı istavroz dişliler vasıtasıyla sağlanmaktadır[3]. 2. BAZI TEMEL KAVRAMLAR VE DURUMLAR Motorun üretmiş olduğu döndürme kuvveti ve taşıtı hareket ettiren olay motor torku dur. Vites kutusu, torku taşıtın gerek duyduğu tork oranına göre ayarlamaktadır. Tekerleğe, birinci viteste beşinci vitesten daha fazla tork gönderilmektedir. Çünkü birinci vites, torku artırmak için daha büyük dişli oranına sahiptir[4]. Çekiş, tekerleklerin yere uygulayabildiği yada yerin tekerleklere uygulayabildiği maksimum kuvvet olarak tanımlanmaktadır. Çekişi etkileyen faktörler; Teker Üzerindeki Ağırlık: Tekerleğin üzerindeki ağırlık ne kadar büyük olursa taşıtta o nispette çekişe sahip olmaktadır. Ağırlık, taşıtın tahrik sürüşüne göre değişebilmektedir. Örneğin taşıt viraja girdiğinde ağırlık dıştaki tekerleklere kaymaktadır. Taşıt hızlandığında ise ağırlık arka tekerleklere doğru transfer olmaktadır. Sürtünme Katsayısı : Sürtünme katsayısı, çoğunlukla taşıttaki tekerleklerin tipinin ve taşıtın sürülüyor olduğu yüzeyin bir fonksiyonudur. Tekerlek Kayması: Tekerlerin yol ile yapabileceği iki tür temas olur. Bunlar; statik ve dinamik temaslardır. Statik Temas : Bu temas türünde, teker ve yol birbirine göre kaymaz. Statik temas durumundaki sürtünme katsayısı dinamik temastan yüksektir. Böylece statik temas daha iyi çekiş temin eder. Dinamik Temas : Bu temas türünde, tekerlek yola göre kayar. Dinamik temasın sürtünme katsayısı daha düşüktür. Taşıt dinamik temasta daha az çekişe sahip olmaktadır. Tekerleklerin kayması; bir tekere uygulanan kuvvet, o tekerlekte mevcut olan çekişi aştığında vuku bulunmaktadır. Normal koşullarda tekerlere uygulanan kuvvet iki türde karşımıza çıkmaktadır. Boylamasına : Boylamasına kuvvet, motor veya frenler tarafından tekerleğe uygulanan torktan kaynaklanmaktadır. Yanal : Yanal kuvvetler, taşıt virajı alırken oluşur. Bu kuvvet; taşıtın yönünü değiştirmeye zorlamaktadır. 46

3 Çavdar, A., Demir, A. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (1) TAHRİK TÜRLERİ Motorlu taşıtlarda en genel ifadeyle güç iletimi; motor, kavrama, vites kutusu, kardan mili, diferansiyel, aks mili ve tekerleklerdir. Aktarma organlarının görevi, motor torkunu uygun seviyeye dönüştürmek ve tahrik tekerleklerine iletmekten ibarettir. Motor torkunun tekerleklere kadar iletilmesinde çeşitli tahrik düzenleri kullanılmaktadır[5]. Bunlar; 1. Motor önde çekiş önde, 2. Motor önde şanzıman, diferansiyel ve arka kas birlikte, 3. Motor ve çekiş arkada 4. Motor önde- vites kutusu ve diferansiyel önde Önden Tahrikli Taşıtlar Ön tekerden tahrikli sistemlere sahip taşıtlarda, motor genellikle ya ön aksın üzerinde yada ilerisinde bulunmaktadır. Motor, kavrama, vites kutusu ve diferansiyel kompakt bir yapıdadır. Bu tahrik sisteminde, diferansiyel transaksın içine yerleştirilmiştir ve bütün tertibatın bir parçasıdır. Şekil 2 de önden çekişli taşıt gösterilmektedir. Şekil 2. Önden Çekişli Taşıt Düzenine Sahip Taşıt Resmi [6] Arkadan Tahrikli Taşıtlar Çoğu arkadan tahrikli taşıtlarda motor önde bulunmaktadır. Eğer vites kutusu motorun arkasına takılmayıp diferansiyelin önüne takılırsa, bu tertibat transaks olarak isimlendirilir. Arkadan motorlu taşıtlarda motor ya arka aksın arkasında yada üstünde olacaktır. Ortadan motorlu taşıtlarda motor arka aksın önünde, genellikle şasinin bir tarafında, ön ve arka aksın arasında zemin altı bir motor olarak monte edilir. Şekil 3 de arkadan çekişli bir taşıt gösterilmektedir Önden ve Arkadan Çekişin Karşılaştırılması Önden çekişli tahrik sistemlerinin otomobil endüstrisinde giderek artan bir şekilde(oranda) tercih edilmesinin en önemli nedenlerinden biri yerden büyük ölçüde tasarruf sağlamasıdır. Bundan başka, şanzıman ve diferansiyel aksamının uygun bir şekilde motorla birleştirilmesi montaj hattında kolaylıklar sağlamakta ve bu aksamlardaki atalet kuvvetleriyle sürtünmeden doğan kayıpların az olması önden çekişli sistemi cazip kılmaktadır. Motorun ağırlığının çekiş yapan tekerlekler üzerinde olması sonucu, kaygan zeminlerde yol daha iyi kavranmakta ve stabilite artmaktadır. 47

4 Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (1) Taşıtlardaki Dört Tekerden Tahrik (Awd - Fwd) Ve Kontrol Sistemleri Şekil 3. Arkadan Çekişli Sisteme Sahip Bir Taşıt[6] Ancak ön tekerlekler, hem aracı hızlandırmak hem de yönlendirmek için kullanılmaktadır. Bazı durumlarda, keskin bir virajdan tekerleklere güç verilerek çıkıldığında yanal yüklerin ve uygulanan gücün bir araya gelmesiyle ön tekerleklerin kayma açıları arkalardan fazla olmakta ve bunun sonucu olarak önden kayma arzu edilen bir olaydır. Fakat arkadan kaymanın kontrol edilmesinin çok güç olması taşıtın önden kayma eğilimli imal edilmesine sebep olmaktadır. Arkadan tahrikli taşıtlarda arkaya doğru olan ağırlık transferi, çekişi yapan tekerlekleri yere doğru bastırarak yolun daha iyi kavranmasını sağlamaktadır. Önden çekişli taşıtlarda ise tam tersi durum meydana geldiğinden buna bağlı olarak çekiş azalmaktadır. Bu nedenlerle, güçlü performansa sahip taşıtlarda arkadan itiş uygulaması tercih edilmektedir Dört Tekerden Yönlendirme ve Tahrik Sistemi Dört tekerden tahrikli sistemler; part time [FWD] ve ful time[awd] dört tekerlekten tahrikli sistemler olarak ikiye ayrılmaktadır. Şekil 4 de FWD sistemine sahip bir taşıt gösterilmektedir. Motordan gelen giriş torku vites kutusu vasıtasıyla merkezi diferansiyele iletilmektedir. Dört tekerden çekişin faydasını anlamak kolaydır. Eğer taşıt iki tekerlek yerine dört tekerden tahrik ediliyorsa boylamasına kuvvette potansiyel olarak iki katına çıkmaktadır. Herhangi bir FWD sisteminin temel parçaları; iki diferansiyel (ön ve arka) ve bir transfer kutusudur. Bunlara ilave olarak part time sistemlerde kilitleme parçaları ve her iki sistemde mevcut çekişin iyileştirmek için kullanılan ileri elektronik devre ve elemanlardır[7]. Şekil 4. FWD Sistemine Sahip Bir Taşıt[6] 48

5 Çavdar, A., Demir, A. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (1) Part time dört tekerden çekişli sistemler; genellikle dört tekerden tahrikli taşıtlarda kullanılmaktadır. Taşıt genellikle arkadan tahriklidir. Vites kutusu direkt olarak transfer kutusuna bağlanmıştır. Transfer kutusun tarafından tahrik edilen bir tahrik şaftı ön aksa, diğeri arka aksa hareket vermektedir. Dört tekerden tahrik devreye sokulduğunda transfer kutusu ön şaftı arka şaftı kilitler, böylece her bir aks tarafından motordan gelen tork un yarısı alınmaktadır. Aynı zamanda, ön poyralar kilitlenir. Şekil 5 de dört tekerden tahrik sisteminin taşıt üzerindeki şematik durumu gösterilmektedir. Ön ve arka aksların her biri serbest diferansiyele sahiptir. Bu sistemler iki tekerden tahrikli taşıtlardan çok daha iyi çıkış temin etmesine rağmen, iki temel dezavantaja sahiptir. Bu sistemler, kilitli transfer kutusundan dolayı normal yol şartlarında kullanılmazlar. İkinci problem kullanılan diferansiyelin tipinden kaynaklanır. Serbest bir diferansiyel birbirine bağlı iki tekerlekten her birinin arasında torku düzgünce bölmektedir. Eğer bu iki tekerlekten biri yoldan çıkarsa yada kaygan bir yüzey üzerinde olursa o tekere uygulanan tork sıfıra düşmektedir. Tork iki tekerlek arasında düzgünce bölüneceğinden dolayı, bu durum diğer tekerleğinde sıfır tork alması anlamına gelmektedir. Böylece diğer teker oldukça çok çekişe sahip olmasına rağmen ona hiç tork iletilmeyecektir. Bu problemi ortadan kaldırmak için serbest diferansiyel yerine sınırlı kaymalı diferansiyel kullanmak yaygın yöntemlerden biridir. Ne olursa olsun bu sistem her iki arka tekerleğe de aynı torku uygulayacaktır. Diğer bir seçenekte arka tekerlekleri birbirine bağlayan ve her bir tekerleğe eşit tork bölüşümü sağlayan diferansiyel kilididir. Arazi koşullarında bir tekerlek yoldan çıksa bile bu sistem performansı yükseltmektedir[8]. Şekil 5. Dört Tekerden Tahrik Sisteminin Taşıt Üzerindeki Şematik Durumu[9] Ancak ön tekerlekler, hem aracı hızlandırmak hem de yönlendirmek için kullanılmaktadır. Bazı durumlarda, keskin bir virajdan tekerleklere güç verilerek çıkıldığında yanal yüklerin ve uygulanan gücün bir araya gelmesiyle ön tekerleklerin kayma açıları arkalardan fazla olmakta ve bunun sonucu olarak önden kayma meydana gelmektedir. Dengeli bir sürüş için çok az bir miktar arkadan kayma arzu edilen bir olaydır. Arkadan tahrikli taşıtlarda arkaya doğru olan ağırlık transferi, çekişi yapan tekerlekleri yere doğru bastırarak yolun daha iyi kavranmasını sağlar. Önden çekişlilerde ise tam tersi durum meydana geldiğinden buna bağlı olarak çekiş azalır. Bu nedenlerle, güçlü performansa sahip otomobillerde arkadan itiş uygulaması tercih edilmektedir[10]. Çoğu sürüş şartlarında FWD lı bir tahrik aksı için herhangi bir ihtiyaç gereksinimi bulunmamaktadır. FWD lı taşıt hızlı sürüşte kullanılırsa, üçüncü diferansiyel iletimindeki burulma eğilimi, lastik sesleri ve aşınması önlenmektedir. Şehir içi ve şehir dışı kullanım için iyi bir çekiş kontrol sistemi olan FWD sisteminin ekonomiklik, ağırlık ve maliyet gibi mahzurlarını bertaraf edecek etkinlikte de olması sağlanmıştır 49

6 Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (1) Taşıtlardaki Dört Tekerden Tahrik (Awd - Fwd) Ve Kontrol Sistemleri 3.5. Dört Tekerden Tahrikli Sistemlerin Dezavantajları Çoğu sürüş şartlarında FWD lı bir tahrik aksı için herhangi bir ihtiyaç gereksinimi bulunmamaktadır. Bunun sebebi ise iki tekerlek vasıtasıyla çekiş oldukça uygundur ve iletim ağırlığı ve maliyeti söz konusudur. FWD lı taşıt hızlı sürüşte kullanılırsa, üçüncü diferansiyel iletimindeki burulma eğilimi, lastik sesleri ve aşınması önlenmelidir. Şehir içi ve şehir dışı kullanım için iyi bir çekiş kontrol sistemi olan FWD sisteminin ekonomiklik, ağırlık ve maliyet gibi mahzurlarını bertaraf edecek etkinlikte de olması sağlanmalıdır. 4. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRMELER İki tekerden tahrikli sistemlere göre dört tekerden tahrikli sistemler özellikle kaba, pürüzlü, kumlu, çamurlu, karlı ve buzlu yollarda kullanılmak zorunda olan arazi taşıtları için uygundur. Taşıtlardaki tahrik sistemlerinin uygun çekişteki değişimlerinin çok küçük olabilmesi için dört tekerden tahrikteki çekiş dört yola ayrılmaktadır. Buda taşıt harekete geçtiğinde kayma yada daha farklı bir tarzda ivmelenme meydana getirmektedir. Eğer taşıtın statik yükü dağılımı düzgün değilse, akabinde daha fazla yük binen aks ve tekerlerler daha büyük bir çekiş sağlayacaktır. Bu nedenle dört tekerden çekiş sürüş stabilizesinin daha iyi bir düzeyde olmasını sağlamaktadır. Eğer taşıt yokuş çıkıyorsa ilave yük arka aksa ve tekerlere transfer edilmektedir. Bununla birlikte, eğer taşıt yokuş aşağı iniyorsa daha fazla ağırlık ön tahrik tekerleklerine iletilmektedir. Bundan dolayı dört tekerden tahrik bütün zamanlarda daha yüksek derecede çekişin sürdürülmesini temin edebilmektedir. 5. KAYNAKLAR 1. Heinz., H., Vehicle and Engine Technology, Second Edition, The Bath Press, Bath, Koji Matsuno, Ryo Nitta, Koichi Inoue, Katsufumi Ichikawa and Yutaka Hiwatashi, Development of a New All-Wheel Drive Control System, Seoul 2000 FISITA World Automotive Congress June 12-15, 2000, Seoul, Korea 3. Leske., A., Schaffler., r., ZF Getriebe, Druckerei, Friedrichhshafen, Eliot., L., Introduction to All Wheel Drive Systems, ~eliot/awd. html., Schwaller., A. E., Engine Automotive Technology, Third Edition, United States of America, Anonymous., How Four Wheel-Drive Systems Work, Anonymous., Delphi Automotive Systems Integrated Safety System, Ronald K. Jurgen., Automotive Electronics Handbook, , ISBN , McGraw Hill, Çavdar, A., "Otomobilerdeki Aktif ve Pasif Güvenlik Sistemlerinin Taşıt Tasarımı ve Taşıt Güvenliği Bakımından İncelenmesi", Master Thesis, KOCAELİ, Ağustos Bauer, H., Automotive Handbook, 5 th Edition, Translation:GIRLING, P., Warrendale,