MAKALE TİCARİ KARAYOLU TAŞITLARINDA KULLANILAN YAVAŞLATICI (RETARDER) FRENLERİN ARACIN TAHRİK SİSTEMİNE DİNAMİK ETKİSİNİN İNCELENMESİ Zafer Güler * BMC San. ve Tic. A.Ş. Pınarbaşı, İzir zafer-guler@hotail.co N. Sefa Kuralay Dokuz Eylül Üniversitesi, Makina Mühendisliği Bölüü, Otootiv Anabili Dalı, İzir sefa.kuralay@deu.edu.tr A Study for Dynaic Effect of Highway Coercial Vehicle Driveline Syste That Use Secondary Braking (Retarder) * İletişi yazarı Geliş tarihi : 0.0.03 Kabul tarihi :.05.03 ÖZET Yavaşlatıcı fren sisteleri, ticari karayolu taşıtlarında özellikle yokuş aşağı inişlerde araç hızını sabit bir değerde tutak aacıyla kullanılırlar. Yavaşlatıcı fren sisteleri, taşıtın tahrik hattı üzerinde uygulanır ve devreye girdiğinde taşıt şasisi ile aktara organları arasında değişken etkisi olan frenlee oenti oluşturur. Yavaşlatıcının oluşturduğu bu frenlee oenti, tahrik iletii esnasında aktara organlarında anlık pikler eydana getirektedir. Bu çalışada, taşıt aktara organlarının, bir ateatiksel odeli kurularak, oluşturulan hareket denkleleriyle yavaşlatıcı etkisi teorik olarak hesaplanış ve daha sonra bu sonuçlar test çalışaları ile karşılaştırılıştır. Anahtar Kelieler: Taşıt aktara organları dinaiği, retarder (yavaşlatıcı frenlee), ikincil frenlee, teleetri ölçü sistei ABSTRACT Secondary braking syste is used to keep the vehicle speed at a constant value for coercial vehicles in down hill position. Retarder braking systes is applied on the vehicle driveline, and when the retarder engaged it creates the variable braking oent effect between vehicle chassis and driveline. This type of braking oent that is created by retarder is occurred oent peaks on driveline during the oent transissions. In this study, a atheatical odel of vehicle driveline is established with generated equations of otion. The retarding effect is calculated theoretically and copared these theoretical results with test studies. Keywords: Vehicle driveline dynaics, retarder, secondary braking, teleetry easureent syste. Güler, Z., Kuralay, N. S. 03. Ticari Karayolu Taşıtlarında Kullanılan Yavaşlatıcı (Retarder) Frenlerin, Aracın Tahrik Sisteine Dinaik Etkisinin İncelenesi, Mühendis ve Makina, cilt 54, sayı 64, s. 5-6.. GİRİŞ Taşıtın hareket etesi, üretilen tahrik kuvvetinin zeine iletilesi sayesinde olur. Dolayısıyla, bir taşıtta otorun ürettiği oenti lastik ile zein teas bölgesine kadar ileten tahrik sisteleri, aktara organları olarak adlandırılır. Arka akstan tahrikli bir taşıtta, aktara organlarının öneli bileşenleri; kavraa, vites kutusu, tahrik ili, diferansiyel, aks kovanı içindeki iller ve tekerleklerdir. Bir ticari taşıtta aktara organlarının ontajlı yapısı Şekil de görülektedir. Ticari taşıtlarda yük kapasitesinin ve şehir içi kullanı yüzdesinin fazla olduğu durularda fren sisteinin devreye gire sıklığı artasına karşın, fren sisteindeki disk, kapana ve balata öürleri azalakta, aracın servise gire periyodu kısalaktadır. Bu duru, taşıtın hizet vere yüzdesini düşürektedir. Ayrıca, bilindiği gibi % lik eğie sahip bir Şekil. Bir Ticari Taşıtta Aktara Organlarının Montajlı Yapısı Şekil. Fren Sistelerinin Frenlee İvesine Bağlı Sıklığı [] inişte 7 k boyunca yavaşlatılan 5 tonluk bir yolcu otobüsünün frenleri, yaklaşık olarak 0 kg lık bir dökü parçayı ergiteye yetecek ısı enerjisini açığa çıkarır []. Bu gibi durularda balata, kapana ve fren diski vb. fren sistei parçalarının örü draatik şekilde azalaktadır. Ticari taşıt sahiplerinin bu probleine bir çözü olarak yavaşlatıcı fren sistei (Retarder) taşıtlar üzerine üretici firalar tarafından uygulanaktadır. Yüksek kullanı yüzdesine sahip düşük frenlee ivesi (Şekil ) ihtiyacı böylece yavaşlatıcı fren sistei tarafından karşılanış olaktadır. Yavaşlatıcı sistelerin araç üzerindeki yeri, şaft üzerinde olduğu gibi otoatik vites kutuları içerisinde de uygulanaktadır (Intarder). Tahrik ili üzerinde şanzıan çıkışına veya diferansiyel girişine onte edilelerinin yanı sıra retarderin sabit (stator) kısının doğrudan araç taşıyıcı şasisine, rotorun ise tahrik iline bağlanası söz konusudur. Elektroanyetik ve hidrodinaik tipleri evcuttur. Çalışada odel aracın sürüş adıları için azai yüklü ağırlıktaki aracın, ilk duraktan hızlanarak 55 k/h hıza ulaştıktan sonra, direkt olarak retarderle frenleeye geçip bir sonraki durakta durası esas alınıştır. Burada genel uygulaa olarak, retarder frenlee ive değeri /sn civarında bir frenlee etkisi yarattığından, sürücüler aracın yavaşlaası için yavaşlatıcının tü frenlee kadeelerini hızla kadeeli olarak devreye sokaktadırlar. Yapılan bu çalışada trafik kuralları gereği şehir içi aksiu hız değeri dikkate alınarak 0 dan 55k/h hıza kadar hızlana ve tekrar dura noktasına kadar yavaşlatıcı sisteiyle frenlee yapılarak uygulanıştır. Elektroanyetik ve hidrodinaik tipleri bulunan yavaşlatıcı sistelerin, test aracıızda elektroanyetik olan tipi kullanılıştır (Şekil 3a). Bu tip yavaşlatıcı sistelerde rotor dönerek hareket ederken, stator bobinlerine sürekli bir doğru akı gönderilirse, anyetik alan oluşur ve rotor diskinin bu anyetik alan içerisinde dönüşü esnasında oluşan fuko akıları sayesinde, disk bobinler önünden geçtikçe, rotorların dönüş yönünün tersi yönde ve dolayısıyla rotorların hareketini yavaşlatan bir oent oluşturaktadır (Şekil 3b ve c). Bu oent etkisi stator bobinlerinin uyarıla şiddetiyle artar. Aktara organları flanşlar üzerinden rotor iline bağlı olası nedeniyle, yavaşlatıcısının frenlee etkisi tahrik ili devir sayısıyla birlikte bir aksiua ulaşır ve belirli bir devir sayısı sonrası hızın artasıyla birlikte çok yavaş bir eğile azalır (Şekil 4). Yavaşlatıcı sistelerin devreye giriş ve çıkışlarının aktara organları bileşenlerinde oluşturduğu dinaik etkileri inceleek için, aktara organlarının dinaik odeli kurularak, yavaşlatıcı sistee sahip aktara organlarının bu koşullardaki hareket denkleleri teşkil ediliştir. MATLAB SİMULİNK yazılııyla çözü algoritasının tespiti ve çözüü gerçekleştiriliştir. Sayı: 64 5 Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 53 Sayı: 64
Ticari Karayolu Taşıtlarında Kullanılan Yavaşlatıcı (Retarder) Frenlerin, Aracın Tahrik Sisteine Dinaik Etkisinin İncelenesi ϕ ϕ k ϕ yk MOTOR KAVRAMA VİTES KUTUSU M s M M k M yk M yks M t ϕ yk TAHRİK MİLİ ϕ t YAVAŞLATICI SİSTEM ϕ R DİFERANSİYEL Şekil 3. Yavaşlatıcı Sisteler ve Çalışa Prensip Şeası [] M t M R M Rs M D M Ds M A hızlarındaki değişileri tespit etek için en öneli fiziksel büyüklükler (burula açısı, açısal hız, ive) kullanılabilir. Modellee paraetreleri içerisinde esnek sönülü tahrik ili ve esnek sönülü kavraıyla bağlanış dönen kütlelerin ataletleri dikkate alınıştır. Burada Newton un genelleştiriliş. kanunu, odellerin elde edilesinde kullanılıştır [3,4]. M A ASK MİLİ ϕ A M Tek TEKERLEK M Teks ϕ Tek M z. Teel Aktara Organları Eşitlikleri Şekil 6. Aktara Organlarının Sisteatik Blokları Şekil 5, bir ticari araçta arkadan tahrikli aracın aktara organlarını gösterir. Bu otor, kavraa, vites kutusu, tahrik ili, diferansiyel, aks ili ve tekerleklerden oluşur... Hareket Denkleleri Motor siu otor devri liitine bağlı olarak değişektedir. Blok diyagraında otorun dönüş tahrikiyle ilgili hareket denkleleri ve transfer fonksiyonun Laplace dönüşüüyle elde edilişi aşağıda gösteriliştir: Şekil 4.Yavaşlatıcı Siste Karakteristiği [] Mateatik odelin doğrulanası aksadıyla, ticari taşıtın gerçek çalışa koşullarında tahrik ili (Kardan ili) üzerinden teleetri sisteiyle dinaik veri toplanıştır. Toplanan veriler MATLAB yazılıında filtrelenerek çıkan sonuçlar, hareket denklelerinden elde edilen çözülerle karşılaştırılıştır.. AKTARMA ORGANLARININ DİNAMİK MODELİ Taşıt aktara organlarının başlıca öneli bileşenleri otor, kavraa, vites kutusu, tahrik ili, diferansiyel, aks ili ve tekerleklerdir. Aktara organları, taşıtın teel parçalarından biridir ve bunun serbestlik derecesi ve burula yay ve sönülee etkisi elde edilecek çözü hassasiyetine bağlı olarak farklı şekillerde odellenebilir. Dinaik odellee yönteiyle otor, vites kutusu, tekerlek Şekil 5. Aktara Organları Montajlı Şeası Aktara organları için teel eşitlikler Newton un genelleştiriliş. hareket kanunundan türetilektedir [3]. Aşağıda kople araç dinaiğini etkileyen ve tekerleklere etki eden kuvvetlerle ilgili bazı eşitlikler veriliştir. Şekil 6, aktara organlarında her bir alt sistein girdi ve çıktılarını gösterektedir. Girdi ve çıktılar arasındaki ilişkiler her bir kısı için tanılanacaktır. M k M s Şekil 7. Motor Sisteatik Bloğu MOTOR M Motorun çıkış oenti; yana sonucu oluşan tahrik oenti (M ), otorun iç sürtünesi (M s ), kavraadan gelen reaksiyon oenti (M k ) olarak karakterize edilir (Şekil 7). J = M M M. - - s k Newton un ikinci hareket yasası yukarıdaki odeli verir. J otorun dönen eleanlarının kütlesel atalet oentidir, ϕ ise volanın döne açısıdır. Motor oenti; otor devrine, gaz pedalı yüzdesine ve ak- () M s = d Laplace dönüşüü: Kavraa Vites kutusu giriş ili ile otorun volanını birbirine bağla- ϕ k J d = M M k = M M k ϕ J s d s ( ) ( ) M yk KAVRAMA Şekil 8. Kavraa Sisteatik Bloğu M k ϕ () (3) (4) Sayı: 64 54 Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 55 Sayı: 64
Ticari Karayolu Taşıtlarında Kullanılan Yavaşlatıcı (Retarder) Frenlerin, Aracın Tahrik Sisteine Dinaik Etkisinin İncelenesi yan, debriyaj diski içeren, anuel vites kutusuyla birleştiriliş araçlarda sürtüne kavraası bulunur. Debriyaja basıladığı duruda iç sürtüne yok ise M k =M olur. Kavraa üzerinden iletilen oent açısal farkın (ϕ - ϕ k ) ve açısal hız farkının (ϕ - ϕ k ) bir fonksiyonudur. k Mk = M = kk ( ϕ ϕ k ) dk Motor ile kavraa arasında eydana gelen sürtüne kavraası, kavraa blok diyagraı içerisinde odelleniştir. Debriyaj pedalı bırakılarak sürtüne kavraası gerçekleşeye başladığı anda otorun açısal yer değiştiresi, kavraa yüzdesine göre referanslanaktadır. Yani, debriyaj pedalına basıldığında kavraa anında otor açısal yer değiştiresi ile kavraanın açısal yer değiştiresi sıfırlanış olur. Böylece esnek ve sönülü kavraa ile de kavraa oenti ortaya çıkaktadır (Şekil 8). Vites Kutusu M t ϕ k (5) dönüşüüyle elde edilişi aşağıda gösteriliştir. J M i d M =. t J d = M. i M t =. t ; ϕ = J s d s Tahrik Mili M R ( ) ( M i M ) ϕ t TAHRİK MİLİ Şekil 0. Tahrik Mili Sisteatik Bloğu ϕ (8) ; (9) M t (0) frenlee oentidir (M Rs ) ve yavaşlatıcı siste girişindeki oentin fonksiyonu aşağıdaki şekildedir. J = M M M R R. R Rs D () Yavaşlatıcı siste, esnek ve sönülü olan tahrik ilinden gelen ileti oentinden tahrik alaktadır. Yavaşlatıcı siste kol kadeesine bağlı olarak oluşturulan frenlee oenti, hareketi engelleyecek şekilde negatif direnç oentine neden olaktadır. Ayrıca, yavaşlatıcı siste içerisinde yer alan ve tahrik iline bağlanan rotor diskinin atalet oentinin, oent kaybına neden olacağı dikkate alınalıdır. Bu etkiler sonucunda, diferansiyel giriş ili üzerinden diferansiyele net bir oent iletilektedir. Diferansiyel giriş ili ile aynı devir sayısı ve iveyle dönen yavaşlatıcı siste, bu etkiler sonucunda tahrik ilini de ters yönde buraya çalışacaktır. Yavaşlatıcı siste, diferansiyel, aks ili ve tekerleğin rijit bir grup olarak kabul edilesi nedeniyle devir sayıları ve yer değiştireler aynen iletilektedir (Şekil ). Diferansiyel kabul edilesi nedeniyle; aks ili devir sayısı, açı ve ive değerleri ile diferansiyel giriş ili devir sayısı, açı ve ive değerleri arasında yine ayna ahruti dişli boyutlarına bağlı olarak bir tahvil oranı olacaktır. Aks Mili Aks ili, diferansiyel ile tekerleği birbirine bağlar. Her iki tekerlek hızının eşit olduğu varsayııyla her iki aks ili tek bir il gibi odellenebilir (düz yol duruu). Araç dönerken, tekerlek hızları birbirine göre fark eder ve bu duruda her bir aks ili odellenek zorundadır. Sürtünesiz duruda, M Tek =M A verilebilir. Yapılan çalışada düz yol yaklaşıı dikkate alınıştır (Şekil 3). M Tek AKS MİLİ ϕ Tek M yks ϕ Şekil 9. Vites Kutusu Sisteatik Bloğu VİTES KUTUSU Myk Bir vites kutusu her biri i çevri oranına sahip dişli çiftlerinden oluşur. Bu, aşağıda belirtildiği üzere vites kutusunun giriş ve çıkış oentleri arasındaki ilişkiyi verir. Burada vites kutusunun iç sürtüne oenti Ms olarak gösteriliştir. Burada dişliler rijit kabul ediliştir (Şekil 9). J = M i M M M.. s t s = d Kavraa oentinden tahrik alan vites kutusu, içerisindeki dişli oranlarına bağlı olarak oenti arttırarak, devri azaltaktadır. Vites kutusu dişli oranı, vites konuuna göre belirlenektedir. Tahrik oentine, tahrik ilinin vites kutusunda oluşturduğu direnç oentine, kütlesel atalet oentine ve sönü oranına bağlı olarak, vites kutusu çıkış ili devir sayısı ve açısal yer değiştire değerleri hesaplanaktadır. Şekil 6 da gösterilen blok diyagraında kullanılan vites kutusu için hareket denkleleri ve transfer fonksiyonun Laplace (6) (7) Tahrik ili, vites kutusu çıkış ilini yavaşlatıcı sistein girişine bağlar. Sürtüne oladığı kabul edilir (M t =M R ), ve yavaşlatıcı siste girişindeki oent odeli aşağıdaki şekildedir. Tahrik ili oenti açısal farkın (ϕ - ϕ t ) ve açısal hız farkının (ϕ - ϕ t ) bir fonksiyonudur. t Mt = MR = kt( ϕ ϕ t) () Tahrik ilinde, sönü oranına ve yay katsayısına bağlı olarak ani devir sayısı değişii ve açısal yer değiştire farkları nedeniyle tahrik ilinde burulalar oluşaktadır. Burulalar sonucunda oluşan ileti oenti, diğer aktara organlarını da etkileektedir (Şekil 0). Yavaşlatıcı Siste Yavaşlatıcı siste tahrik ili çıkışı ile diferansiyel girişi arasında yer alır. Yavaşlatıcı siste oenti, yapış olduğu M Rs M D Şekil. Yavaşlatıcı Siste Bloğu YAVAŞLATICI SİSTEM ϕ t M R DİFERANSİYEL Şekil. Diferansiyel Siste Bloğu Diferansiyel, vites kutusundakine benzer şekilde, id tahvil oranıyla karakterize edilir. Giriş ve çıkış oentleri arasında aşağıdaki ilişki bulunur. D J (3) D. = MD. id M A Şanzıandakine benzer şekilde açısal hız farkından dolayı oluşabilecek uhteel burula etkisi, diferansiyel içerisindeki sönüün ihal edilesi nedeniyle hesaba katılayacaktır. Yavaşlatıcı siste ünitesinin diferansiyel giriş iline ilettiği oentin, diferansiyel dişli oranında artası beklenir. Ayrıca, diferansiyel atalet oentinin oent kaybına neden olacağı da dikkate alınarak diferansiyel çıkış oenti belirlenektedir (Şekil ). Diferansiyel ile aks ili arasındaki bağlantının rijit olarak Şekil 3. Aks Mili Siste Bloğu Aks ili rijit olarak kabul edildiği için, tahrik oenti, devir sayısı, açısal yer değiştire ve açısal ive aynen tekerleklere iletilecektir. Tekerlekler CoG kütleli V CoG hızındaki araca etki eden kuvvetler için Newton un. Kanunu uygulanırsa; Sürtüne kuvveti (F Tek,s ) aşağıdaki büyüklüklerin toplanasıyla tanılanır. dvkm F (4) Tek, s = KM FL FR KM gsinθ KM gsin θ, yer çekii kuvveti, θ ise yolun eği açısıdır. F L ise hava sürtünesiyle yaklaşık olarak şu değeri alır: F (5) L = ca w Lρ a( vkm vw ) Burada c w rüzgar direnç katsayısı, A L aracın aksiu izdüşü kesit alanı ve ρ a hava yoğunluğudur. F R yuvarlana direncidir ve yaklaşık olarak şu şekilde hesaplanır: ( ) F = fg= gc c v R R KM r r KM M A (6) Sayı: 64 56 Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 57 Sayı: 64
Ticari Karayolu Taşıtlarında Kullanılan Yavaşlatıcı (Retarder) Frenlerin, Aracın Tahrik Sisteine Dinaik Etkisinin İncelenesi Burada c r ve c r lastik için yük ve lastik şişire basıncı sabit olarak kabul ediliştir. Şekil 4. Hareket Doğrultusunda Taşıta Etki Eden Kuvvetler F Tek,s nedeniyle oluşan oent F Tek,s. r dyn e eşittir ki burada r dyn lastik dinaik yarıçapıdır. Newton un ikinci yasası tekerlek için yazılırsa; Tek ( J r ) = M ( F F F ) r sonucunu verir. Tek KM dyn Tek L R st dyn (7) Burada; J Tek tekerleğin kütlesel atalet oenti, M Tek ile verilen tekerlek oentidir. (4) dan (6) e kadar olan denkleleri (7) de v = rd ile birlikte yerleştirirsek denkle Tek aşağıdaki hali alır: ( ) J r M ca r r v Tek Tek Tek KM = ( ) Tek w Lρ d a dyn dyn w Tek rdyn KM g cr cr rdyn rdyn KM gsinθ (8) Aks ilinin tekerleği tahrik etesine karşılık; yol eğii ve rüzgar hızı aracı durduraya çalışacaktır. Ayrıca, aracın hareketi sırasında dönen kütlelerden dolayı, yuvarlana direnci oluşaktadır. Tekerlek üzerindeki net oent, tekerleğin devrini, ivesini ve açısal yer değiştiresini verir. Tekerlek için hareket denkleleri ve transfer fonksiyonun Laplace dönüşüüyle elde edilişi aşağıda gösteriliştir. ( ) Tek = ( ) J r M F F F r Tek dyn Tek L R st dyn Tek = M ( F F F ) r J r ( Tek dyn ) Tek L R st dyn (9) (0) 3. SİMULİNK MODELİ Yukarıdaki oluşturulan denkleler baz alınarak SİMULİNK içerisinde otor ve aktara organlarının blok diyagraları oluşturuluştur. Şekil 6 da sistein genel akış şeası ve aktara organları bileşenlerinin blok gösterileri yer alaktadır. Ayrıca, aracın kullanı koşullarını belirtek aacıyla, siste girdileri olarak gaz pedalı yüzdesi, vites konuu, yavaşlatıcı siste kadeesi bilgileri kullanılaktadır. Ayrıca çevresel faktörlerin göz önünde bulundurulası aacıyla da, yol eğii ve aracın hareketine ters yöndeki rüzgâr hızı dikkate alınıştır. Siste girdilerine bağlı olarak, yukarıdaki akış diyagraına göre, otor, kavraa, vites kutusu, tahrik ili, yavaşlatıcı siste, diferansiyel, aks ili, tekerlek ve araç dinaiğini tesil eden blok diyagraları evcuttur. Kontak anahtarından alınan başla bilgisine göre otor çalıştırılakta ve ardından gaz pedalı yüzdesine ve kavraa direnç oentine bağlı olarak otor devri kontrol edilektedir. Motorun devrine, debriyaj, vites kutusu giriş ili devrine ve açısal yer değiştirelerine bağlı olarak kavraa gerçekleşektedir. Sürtüne kavraası oenti, otora direnç etkisi yapakta, vites kutusunu da tahrik etektedir. Burada kavraada anlık transfer edilen oent hesaplanarak direkt olarak odelde kullanılır [5]. Vites kutusu giriş, çıkış illeri devir sayıları ve açıları; giriş ili üzerinden kavraadan alınan tahrik oentine, vites konuuna ve tahrik ili direnç oentine göre değişekte ve değişen değerler, kavraa ve tahrik iline etki ettirilektedir. Vites kutusu çıkış ili devir sayısı ve açısının; yavaşlatıcı sistee bağlanış olan tahrik ili devir sayısı ve açılarına göre izafi hareketinden dolayı, esnek ve sönülü tahrik ili üzerinde ileti oenti oluşaktadır (Şekil 5). Tahrik ilinde oluşan ileti oenti, yavaşlatıcı siste içerisindeki rotor diskini tahrik etektedir. Yavaşlatıcı siste kolu kadeesine bağlı olarak yapılan frenleeyle (elektroanyetik veya hidrodinaik) siste ile aracı yavaşlatıcı yönde, diferansiyele negatif oent etki etektedir. Diferansiyel giriş iliyle aynı devir sayısı ve iveyle dönen yavaşlatıcı siste, bu etkiler sonucunda tahrik ilini de ters yönde buraya çalışacaktır. Yavaşlatıcı siste, diferansiyel, aks ili ve tekerlek rijit bir grup olarak düşünülektedir. Rijit olarak kabul edilen, iç sürtüneleri ve sönüleri ihal edilen diferansiyel içerisindeki giriş oenti, tahvil oranında büyüyerek çıkış flanşı üzerinden aks iline iletilektedir. Diferansiyelin rijit kabul edilesi sonucunda, aks ilinden gelen devir sayısı, açısal Vites kadeesi Kavraa torku Vites tahvil oranı 3 Tahrik ili oenti Şekil 5. Vites Kutusu Siste Bloğu Detayı Sinyal oluşturucu İçten yanalı otor verisi Kavraa verisi Vites verisi Sinyal oluşturucular TEKERLEK VE DİRENÇLER Tekerlek dönüş konuu Tekerlek torku Tekerlek dönüş hızı yüzde eği Tekerlek dönüş ivesi Rüzgâr hızı Taşıt hızı Sinyal oluşturucular Şekil 6. Siste Blok Diyagraı Kavraa açısı Kavraa torku Kavraa açısal hızı Vites konuu Vites kutusu çıkış açısı Tahrik ili torku Vites kutusu çıkış açısal hızı VİTES KUTUSU Transfer Fonk. Vites kutusu çıkış açısal hızı Başlaa bilgisi Gaz vere yüzdesi Motor d. hızı Kavraa oenti MOTOR Tahrik ili oenti Yavaşlatıcı açısı Yavaşlatıcı kadeesi Diferansiyel giriş açısı Yavaşlatıcı açısal hız Diferansiyel giriş açısal hızı Diferansiyel giriş Diferansiyel giriş a ivesi oenti RETARDER Kavraa Açısı Motor d. hızı Kavraa yüzdesi KAVRAMA Kavraa açısı Kavraa açısal hızı KARDAN MİLİ Vites kutusu çıkış açısı s 4 Vites kutusu çıkış açısal hızı Kavraa oenti Vites kutusu çıkış açısal hızı Tahrik ili o. Tahrik ili açısı Tahrik ili açısal hızı DİFERANSİYEL Diferansiyel giriş Diferansiyel çıkış oenti oenti Aks ili açısı Diferansiyel giriş açısı Aks ili hızı Diferansiyel giriş hızı Aks ili ivesi Diferansiyel giriş ivesi Aks ili oenti Tekerlek dönüş konuu Tekerlek dönüş hızı Tekerlek oenti Aks ili açısı Aks ili hızı Tekerler dönüş ivesi Aks ili ivesi AKS MİLİ x Vites kutusu çıkış açısı 3 Sayı: 64 58 Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 59 Sayı: 64
Ticari Karayolu Taşıtlarında Kullanılan Yavaşlatıcı (Retarder) Frenlerin, Aracın Tahrik Sisteine Dinaik Etkisinin İncelenesi Tahrik ili oenti M t (N) Şekil 7. Yavaşlatıcı Siste Devrede ve Devrede Değilken Tahrik Mili Üzerinde Oluşan Moentinin Diferansiyel Denkle Çözü Küesi Grafikleri yer değiştire ve açısal ive diferansiyel içerisindeki tahvil oranında farklı bir değer alaktadır. Diferansiyel ve tekerlekle beraber rijit bir grup olarak düşünülen aks ili üzerinden, oent, devir sayısı, açısal ive ve yer değiştire doğrudan iletilektedir. Tekerleğe kadar rijit olarak iletilen aks ili oenti, aracın hareketini sağlaaktadır. Tahrik oentinin, yol eğii direncinin ve rüzgâr direncinin etkisiyle araç hızı ve ivesi değişii anlık olarak hesaplanabilektedir. Böylece; esnek sönülü kavraa ile esnek sönülü tahrik ili içeren aktara organları sisteinin, gaz pedalı yüzdesine, debriyaj pedalı yüzdesine, vites konuuna, yavaşlatıcı siste kadeesine ve yol duruuna göre değişii inceleniş ve siste içerisindeki eleanların oent, devir sayısı, açı, ive değerlerinin anlık değişileri takip ediliş olur. Diferansiyel denklein MATLAB Siülink ticari prograında oluşturulan yukarıda belirtilen transfer fonksiyonları ve blok diyagraı vasıtasıyla Şekil 7 ile gösterilen çözü küesi elde ediliştir. Şekil 7 ile elde edilen çözü küesi bir taşıtta yavaşlatıcı siste devreye alınadan yapılan frenleeyle sadece yavaşlatıcı siste devreye alınarak yapılan teorik hesaplaa sonuçlarını gösterektedir. Bu sonuçlar, yavaşlatıcı sistein devreye alınasıyla tahrik ili ve ona bağlı tü aktara organlarında ta değişken bir yüklee şeklinin oluşaya başladığını ifade etektedir. 4. DİFERANSİYEL DENKLEMLERİN VE SİMULİNK MODELİNİN DOĞRULAMASI Aktara organları testi için statik test ve dinaik yorula testlerin yapılası gerekektedir. Yük hız ve yorula örü aracın kullanı şekline göre değişkenlik gösterir [6]. Doğrulaa için tahrik ili üzerinden taşıt hareket halinde iken oent ölçüü gerekektedir. Moent veya kuvvet ölçüleri bilinen bir değerle kıyaslaa yapılarak ya da biri yer değiştirenin elde edilesiyle ölçülebilir. Moent algılayıcıları onte edildiği yere, ölçeceği kapasiteye, yüklee duruuna bağlı olarak çok değişik tasarılarda ial edilirler [7,8,9]. Yapılan ölçüde ta köprü bağlantılı HBM - XY -6/350 350 Ω strain gage kullanılıştır. Kablolu veri taşıanın ükün oladığı bir duruda karşılaşıldığında KMT teleetri sisteiyle oent verisi toplaak ükün olaktadır. Bu sistede biri yer değiştire, oent, kuvvet, basınç, sıcaklık, yer değiştire ölçüü için odüller bulunaktadır [0]. Burada aktara organları için elde edilen diferansiyel denklelerinin ve siulink odelinin doğrulanası için ticari taşıtta tahrik ili üzerine strain gage bağlantısıyla dinaik oent ölçüü yapılası için teleetri sistei kullanılıştır. KMT alıcısında şaft üzerinde dönüş esnasında oente bağlı wheatstone köprü prensibiyle gerile farkı indüklenir [9]. Buna bağlı olarak bu voltaj farkı telsiz aracılığıyla şasi üzerindeki diğer telsize RF sinyali ile iletilir. Bu ise KMT alıcısına kablo vasıtasıyla taşınır, kazanç değerince yükseltilerek data logger a gönderilektedir. Buradan da dizüstü bilgisayar LAN Şekil 8. Tahrik Mili Üzerinden Teleetri Siste Bağlantı Şeası Şekil 9. Moent Ölçüü Kaydı İçin RF Aktarılı Data Logger ve Laptop Bağlantısı Şekil 0. Araç Hızı ve Kardan Mili Dinaik Moent Ölçü Sonuçları Şekil. Araç Hızı ve Aktara Organları Moenti İçin Teorik Hesap ve Ölçü Sonuçları Karşılaştırası (Yavaşlatıcı Siste Uygulaalı) hard diskine LAN (yerel ağ bağlantısı) kablosuyla taşınarak kaydedilir. Taşıtın hız bilgisi GPS (Küresel konulaa sistei) verisi şeklinde 0 Hz ile kaydedilektedir. Şekil 8 de ölçü sisteinin prensip şeası gösterilektedir. Şekil 9 da ise ölçü esnasında sistein fotoğrafları bulunaktadır. Yapılış olan ölçüler sonucu zaana bağlı olarak oent ve hız bilgisi için grafikler aşağıda gösteriliştir. Taşıtın durak güzergahları arasında hızlanarak bir sonraki durakta yavaşlatıcı siste uygulanarak durası esasına dayalı olarak yapılan ölçülerde kaydedilen verilerin, filtre işlei yapıldıktan sonra elde edilen grafik, Şekil 0 ile gösterilektedir. Şekil 0 de görülen ölçü, 0-55 k/h aralığında hızlana ve bir sonraki durakta yavaşlatıcı siste uygulaası ile dura işleiyle gerçekleştiriliştir. Ölçü süresince hesapla elde edilen sonuçlardakine benzer pik şeklindeki vites değişilerini ve yavaşlatıcı siste uygulaası sonrası duruu gözleleek ükündür. Burada görüldüğü üzere, tü ölçülerde aksiu tahrik ili oenti 000 N değerini geçeektedir. Maksiu oent değeri yavaşlatıcı siste devrede iken vites değişii sırasında negatif pik oentler eydana gelektedir. Şekil 7 ile gösterilen hesapla elde ediliş dinaik çözü küesi ile yavaşlatıcı siste uygulaalı ve uygulaasız duru için doğrulaa ölçüleri karşılaştıralı grafiklerle Şekil ve 'de veriliştir. Şekil ve Şekil de görüldüğü üzere elde edilen ölçü ve SİMULİNK çözü sonuçları birbiriyle kıyaslandığında hesaplaalar için kabul edilebilir sonuçlar verektedir. Teorik hesaplaalar 0,005 s zaan aralığında gerçekleştiriliştir. Oluşan farklılıklar rijit kabul edilen aks ili ve dişli çark parçalarından ileri gelektedir. Bununla birlikte prototip yapıladan önce bu yaklaşı tasarı aşaasında Sayı: 64 60 Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 6 Sayı: 64
Ticari Karayolu Taşıtlarında Kullanılan Yavaşlatıcı (Retarder) Frenlerin, Aracın Tahrik Sisteine Dinaik Etkisinin İncelenesi Şekil. Araç Hızı ve Aktara Organları Moenti İçin Teorik Hesap ve Ölçü Sonuçları Karşılaştırası (Yavaşlatıcı Siste Uygulaasız) Tasarı başlangıcında, yapılan bu tür analizlerle özellikle dinaik etkilere aruz kalan aktara organları bileşenlerinde tasarı aşaasında öür tayini yapılacaktır. Bu duru, önceden uygun konstrüksiyonun belirlenesiyle seri ialata geçileden önce prototip oluştura, test ete gibi aliyetlerin düşürülesini ve rekabetçi olunabilesi yönünden rakiplere oranla dizayn sürelerinin öneli ölçüde azaltılasını sağlaaktadır. Müşteride oluşabilecek hasarların daha tasarı aşaasında tespiti ve alınacak konstruktif önlelerle üşteri enuniyetini sağlaak, bu tip analizler yapılasıyla ükündür. aktara organlarında öür tahini yapılabilesi yeterli olarak kabul edilektedir. Yavaşlatıcı siste olayan bir taşıtta frenlee esnasında enerji lastik ile fren parçaları arasında etkileşi ile ısıya dönüşerek atosfere atılaktadır. Bu nedenle aktara organlarında sıfır pozitif çalışan bir yüklee şekli söz konusudur. Yavaşlatıcı sisteli bir taşıtta ise yavaşlatıcı siste ile yapılan frenlee sırasındaki bu etkileşi tü aktara organlarını etkileekte ve ta değişken genlikli bir yükleeye aruz bırakaktadır. 5. SONUÇLAR Laplace transforları yardııyla diferansiyel denkle çözüleeleri yapılan siste bileşenleri, ayrı ayrı odelleniş ve birbirleriyle ilişkilendirilerek sistein blok diyagraı elde ediliştir. Diferansiyel denklelerin çözüü için, MAT- LAB/SIMULINK ticari prograında, blok diyagra odeli oluşturularak elde edilen transfer fonksiyonları kullanılıştır. Kavraa ve tahrik ilinin esnek şekilde ele alınasıyla, aktara organlarının her bir bileşen üzerinde oluşan oent, devir sayısı, ive, yer değiştire değerlerinin belirlenebilesi ve sistein anlık değişilere göstereceği tepkileri izleniştir. Teleetrik oent ölçü sistei kullanılarak dinaik olarak tahrik ili üzerinden oent ölçüü yapılış ve ölçü sonuçları, çözü sonuçlarıyla kıyaslanıştır. Oluşturulan odelden elde edilen dinaik oent değerleri ölçü sonuçlarıyla yakınsaıştır. Bu çalışayla tasarı aşaasında siülinkle elde edilen sonuçlar, genlik iktar sayısına göre gruplanarak, sonlu eleanlar yönteiyle etkilenen aktara organları bileşenlerinde öür tayini için veri olarak kullanılalıdır. TEŞEKKÜR Yazarlar, bu çalışanın yapılası sırasında ölçü ve test cihazlarının sağlanası, elde edilen transfer fonksiyonlarının blok diyagralarının çözüü aşaasında sağladıkları lisanslı yazılıdan ötürü desteğini esirgeeyen BMC San. ve Tic. A.Ş. firasına, ayrıca katkılarından dolayı Mak. Müh. Serkan Kınden e teşekkür eder. KAYNAKÇA. Kuralay, S. 008. Motorlu Taşıtlar Teel ve Tasarı Esasları, cilt, Yayın No: MMO/008/485, TMMOB Makina Mühendisleri Odası, İzir.. Frenelsa. 008. Yavaşlatıcı Siste Kataloğu, FF6-80, Frenos Electricos Unidos S.A. Pol. Ind. Coarca 360 Orcoyen (Navarra), İspanya. 3. Kiencke, U.L. 005. Autootive Control Systes For Engine, Driveline, and Vehicle (nd Edition), Springer, Gerany. 4. Rajaani, R. 005. Vehicle Dynaics and Control, 3-540- 669-, Springer, Gerany. 5. Matlab Siulink. 03. Using Siulink and Stateflow in Autootive Applications, The Mathworks Inc., USA. 6. Dick, M.W. 995. All-Wheel and Four-Wheel-Drive Vehicle Systes, SAE SP-95/063, -5609-63-3, USA. 7. Kural, O. 98. Instruentation and Measureent, METU Engineering Faculty, Ankara. 8. Sinclair, I.L. 00. Sensors and Transducers, 0 7506 493, Butterworth-Heineann, Great Britain. 9. Toprak, T., Ekre, T., Kalava, H., Bozdağ, E. 997. Deneysel Gerile Analizi, İTÜ, İstanbul. 0. BİAS Mühendislik. 005. Test ve Ölçü Sisteleri Çözüleri, İstanbul. Sayı: 64 6 Mühendis ve Makina