OTOMOTİV FREN SİSTEMLERİ Fren sistemi, motorlu taşıtın yavaşlamasını ve durmasını sağlayan düzenek. Yokuş aşağı inen taşıtın hız kazanmasını önlemek, duran taşıtın bu durumunu sürdürmek üzere de kullanılır. Fren sistemi taşıttaki kinetik enerjiyi sürtünme yoluyla ısı enerjisine çevirerek taşıtın durmasını veya yavaşlamasını sağlar. Aracı durduran frenleme kuvveti genellikle teker lastiği ile lastiğin üzerinde döndüğü zemin arasındaki bağlantıdan doğar. Frenleme kuvvetine hava direnci, yokuş direnci, sürtünme direnci gibi kuvvetlerin etkisi de vardır. Bu dirençleri yenen kuvvet ortadan kaldırılacak olursa taşıtın yavaşlamasına veya durmasına sözü edilen dirençler sebep olur. Diğer taraftan taşıtın yavaşlamasına yardımcı olan motorun frenleme gücü de vardır. Vites kutusu pirizdirek durumunda iken gaz pedalı bırakıldığı zaman mevcut hızı sağlamak için sarfedilen gücün takriben üçte biri kadar bir frenleme gücü oluşur. 100 km/sa. hızla giden bir taşıttan şu sonuçlar alınmıştır : ** Ayak gaz pedalından çekildiği zaman vites boş durumda iken taşıt 1100 m sonra 61 sn'de durmuştur ** Ayak gaz pedalından çekildiği zaman vites pirizdirek durumundayken taşıt 560 m sonra 36 sn'de durmuştur. ** Ayak gaz pedalından çekildikten sonra vites pirizdirek durumundayken ve fren pedalına güç tatbik edilince taşıt 65 m sonra 4 sn.'de durmuştur. Fren sistemi aracınızdaki en önemli sistemdir. Unutmayın, problem giden araba durdurulamaz ise başlar, duran araba nasıl olsa çalışır yada alternatif bir taşıt bulabilirsiniz. Eğer frenleriniz çalışmazsa sonuç korkunç olabilir. Fren sistemi aracın yavaşlamasını,durmasını veya eğimli bir yerde park edebilmesini sağlar. Bu nedenle fren sistemi aracın güvenli bir şekilde kullanılması için gerekli en önemli donanımdır. Frenler enerji değişim araçlarıdır, kinetik enerjiyi (momentum), termal enerjiye (ısı) çevirir. Fren pedalına basılınca, aracı harekete geçiren güçten, on misli daha fazla olan bir durdurma kuvvetine hükmedilir. Fren sistemi her bir frene tonlarca basınç yapar. Modern sistemlerde, fren merkez silindirine motor tarafından ilave güç verilir. Fren sistemini oluşturan ana parçaları sıralarsak : Fren merkez silindiri, hemen ön tarafta direksiyon hizasında kalır, direk olarak fren pedalına bağlantılıdır ve ayağınızın mekanik basıncını hidrolik basınca dönüştürür. Çelik "fren boruları" ve "esnek fren hortumları" merkez silindiri her bir tekerlekte bulunan "fren silindirlerine" bağlantılandırır. Fren hidroliği" ise çok zor şartlarda çalışmak üzere tasarlanmış olup sistemi tümüyle doldurur. Ön balatalar" ve "arka pabuç balatalar" ise fren silindirleri tarafından itilip, "ön fren disklerine" yada "arka kampanalara" sürtülülerek meydana gelen sürtünme kuvvetiyle aracın yavaşlaması sağlanır. Son yıllarda frenlerin tasarımı büyük değişikliğe uğramıştır. Yıllardır ön frenlerde kullanılan diskler, modern araçlarda arka kampanaların yerini almaya başlamıştır. Bundaki önemli etken basit tasarımları, hafiflikleri ve daha iyi performans sağlamaları olmuştur. Bunun sebebi ise tasarımları gereği kampanalara göre daha çabuk soğumaları ve böylece aşırı ısınma ortaya çıkaran zor fren şartlarında çok başarılı olmalarıdır. Çabuk soğumalarının sebebi
ise havalandırma kanallarının olmasıdır. Kampanalarda ise havalandırma kanalları yoktur, eğer olsaydı içlerinde su toplanarak daha başka problemlere meydan verirdiler. Disk frenler ise tasarımları gereği suyu hemen savurup atarak daha iyi havalandırma sağlarlar. Motorlu taşıtlar üzerinde oldukça farklı yapılarda değişik özelliklerde frenler kullanılmaktadır. Bunlar : a-hidrolik fren sistemleri b-mekanik fren sistemleri c-havalı fren sistemleri d-elektrikli fren sistemleri olarak sıralanabilir. a. Hidrolik fren sistemleri : Hidrolik frenlerde aracın frenleme organlarını çalıştırmak için hidrolik yağ basıncından yararlanılır. Fren sistemi Pascal ın bir kabın içine konulmuş bulunan sıvının üzerine bir kuvvet uygulandığında sıvı bunu kabın çeperlerine aynı şiddette iletir prensibine göre çalışır. Hidrolik fren sistemleri daha çok binek araçlarda kullanılır. Diğer sistemlere göre tepki süresi daha kısadır.imalatı daha kolay ve sistem olarak daha ucuzdur. Hidrolik fren sistemleri de üçe ayrılır. 1-Klasik Hidrolik Frenler : Klasik hidrolik fren sisteminde pedala kuvvet uygulandığında merkez silindirinin pistonu basınç oluşturur. Oluşan bu basınç, borular vasıtasıyla tekerlek silindirlerine ulaştırılır. Tekerlek silindirlerinin pistonları açılarak frenleme sağlanır. 2- Vakum Yardımlı Hidrolik Frenler : Vakum yardımlı güç freni; aracın motorunda meydana getirilen emme manifoldu vakumu yardımıyla frenleme anında şoförün ayak kuvvetine ek olarak ilave bir kuvvet oluşturur. Fren pedalına basıldığında vakum kontrol supabı pistonun merkez silindiri tarafına vakumun etki etmesini sağlar. Böylece pistonun bir yanında atmosferik basınç, diğer yanında vakumun etkisi oluşur. Vakum ünitesinin pistonu fren merkez silindirinin pistonuna bağlı olduğu için onu da hareket ettirir ve fren merkez silindirinin içinde basınç oluşturur. Bu basınç fren sistemine etki eder ve fren tekerlek silindirleri üzerinden frenlemeyi meydana getirir.bu vakum ünitesine hidrovak denir. 3-Hava Yardımlı Hidrolik Frenler : Bu tür fren sisteminde merkez pompasında oluşturulan hidrolik basınca ek olarak basınçlı havadan faydalanılmıştır. Sistemde kullanılan basınçlı hava motordan hareket alan bir kompresör tarafından sağlanmaktadır. Kompresör tarafından üretilen basınçlı hava, hava tanklarında depolanmıştır. Sistemde bulunan havanın basıncını kontrol altında tutmak için basınç kontrol veya emniyet valfları kullanılmış, ayrıca havanın içerisinde nem bulunduğu için bu nemin olumsuz etkilerini ortadan kaldırmak için havanın kurutulması (şartlandırılması) için bir ünite yerleştirilmiştir. Fren pedalına basıldığında hava tanklarında bulunan basınçlı havaya frene basma miktarı ile orantılı olarak yol verilir. Basınçlı hava bir diyafram ünitesine etkiyerek merkez silindiri pistonun itme çubuğunu daha büyük bir kuvvetle iterek frenleme kuvvetinin artmasını sağlar.
Merkez pompasından itibaren sistem klasik hidrolik fren gibi çalışmaktadır.sistemde el freni için ayrı bir ünite bulunur. El fren kolu, el ile kumandalı valfa kumanda eder. Bu valf aracılığıyla basınçlı hava tekerlek silindirlerine gönderilerek aracın sabitlenmesi sağlanır. Kumandalı valftan gelen basınçlı hava yaylı fren odasına gönderilerek burada mekanik bir hareket oluşturulmuş, bu mekanik hareketin etkisi ile pabuçlar kampanaya yaslanarak tekerlekler kilitlenmiştir. b-mekanik Fren sistemleri : Bu tür frenlemede şoförün ayak kuvveti mekanik bağlantılarla tekerleklere iletilerek araç durdurulur. Özellikle araçların durdukları yerde sabitlenmesini sağlayan el freni mekanizmaları ve bisiklet gibi hafif araçlarda kullanılmaktadır. c-havalı Fren Sistemleri : Havalı frenlerde basınçlı hava kullanmak sureti ile frenleme sağlanmaktadır. Araç hızlarının gün geçtikçe artması ağır hizmet tipi araçlarda büyük frenleme kuvvetlerine ihtiyaç duyulmasına neden olmuştur. Bu frenler, az bir kuvvet uygulanması ile en iyi frenlemeyi sağlamak üzere düzenlenmişlerdir. **Hava kompresörü: Sistem için gerekli olan havayı temin eder. **Regülâtör: Hava basıncını kontrol altında tutar, Basınçlı havaya yön verir. **Hava depoları: Kompresör tarafından gönderilen basınçlı havanın depo edilmesini sağlar. **Fren kontrol supabı: Fren pedalına basılma miktarına göre fren hücrelerine giden hava miktarını kontrol altında tutar. **Fren hava odaları: Basınçlı havanın itme kuvvetinden faydalanarak fren pabuçlarının kampanaya doğru açılmasını ve frenleme yapılmasını sağlar. **Çabuk boşaltma supapları: Fren pedalı bırakıldıktan sonra havayı hızlı bir şekilde boşaltarak fren tekerlek mekanizmasının serbest hale geçmesini sağlar. Böylece sistem tekrar frenleme yapılmasına hazır hale gelir. **Fren boşluk ayarlayıcıları: Fren balatalarında meydana gelebilecek aşınmaların doğurduğu boşluğun ayarlanmasını sağlar. Bir kol şeklindedir ve aynı anda frenlemenin meydana gelmesinde de görev yapar. Motorun çalışması ile birlikte havalı fren sisteminin hava depolarına kompresör tarafından hava basılır. Depolardaki havanın basıncı, basınç ayar supabı (emniyet supabı) ve kompresör regülâtörünün çalışması ile kontrol altında tutulur. Basınç düşük olduğunda aracı hareket ettirmek imkânsızdır. Aracın frenine basıldığı zaman pedalın altında bulunan fren supabı çalışır. Basınçlı havanın ön ve arka fren odalarına gitmesine müsaade eder. Basınçlı havanın itme kuvvetinden faydalanarak fren pabuçlarının kampanaya doğru açılmasını ve frenleme yapılmasını sağlar. Frenleme sona erdiğinde, hava hızlı bir şekilde boşalarak fren tekerlek mekanizmasının serbest hale geçmesini sağlar. Böylece sistem tekrar frenleme yapılmasına hazır hale gelir. d-elektrikli fren sistemleri : (ABS, ASR ve FDR) Sistem bir otomobilde ilk kez 1967 yılında İngiliz üretici Jensen tarafından hayata geçirilmiştir. Günümüzde trafik güvenliği açısından önemli katkılar içermekte ve kritik fren anlarında aracın direksiyon ve sürüş güvenliğini sağlamaktadır. Anti-Patinaj Sistemleri (ASR)1987 yılında piyasaya sürülmüştür. ASR sistemi ilk kalkışta ve hızlanmada, tahrik tekerleklerinin aşırı dönmesini engelleyerek, aracın güvenli hareketini sağlar. Bu sistemin diğer kısaltılmış adı ingilizce anlamından dolayı ETC (Electronic Traction Control) olarak da bilinir.
Araç Dinamik Kontrolü (FDR)Her türlü sürüş anında güvenliği sağlamak üzere üretime almıştır. Özellikle virajlarda ve ani yol değişikliklerinde FDR sistemi, yıldırım hızı ile motor, şanzıman ve frene müdahale ederek aracın savrulmasını önler. Bu sistemin diğer kısaltılmış adı ingilizce anlamından dolayı VDC (Vehicle Dynamic Control) olarak da bilinir.fdr sisteminin can noktası olan devir sensörü havacılıktan alınmış ve modernize edilmiştir. Son yıllarda bu üç farklı sistem bir ünitede topladı, bu yeni sistemi ESP (Elektronik Stabilite Sistemi) olarak adlandırdı. Bu sistem sayesinde sürüş güvenliği daha da artırıldı. Bu sistemin diğer bir avantajı da düşük maliyeti nedeniyle, sadece yüksek sınıf otomobillerde değil bundan böyle orta sınıf araçlarda da standart olarak bulunacak olması. Fren sistemlerinde yaklaşık bir asırdır kullanılan konvensiyonel yapıya son vermek için çalışmalar yapılıyor. Bu yeni sistemler EHB (Elektro Hidrolik Fren Sistemleri) ve EMB (Elektro Mekanik Fren Sistemleri) olarak adlandırılıyor. Bunlar sayesinde gelecekte, elektronik sistemler ve dolayısıyla sadece teller vasıtası ile bir aracı durduracağız. EHB (Elektro Hidrolik Fren Sistemleri), DaimlerChrysler ile birlikte ortak olarak başlatılmış ilk projedir. Konvansiyonel fren Otomobili yavaşlatmak veya durdurmak için fren pedalına basarız. Konvensiyonel fren sistemlerinde fren pedalına uyguladığımız kuvvet, fren pedalı kolunun uzunluğuna göre 3/1 oranında artırılarak servo frene aktarılır. Hidrolik çalışma prensiplerine göre bu kuvvet 50 katı artırılır. Hidrolik fren yağı sayesinde direkt teker frenlerine iletilen bu kuvvet, aracın durması için fren balatalarına baskı yapar. Elektro Hidrolik Frenler EHB sisteminde, fren pedalı bir tel sistemi ile aracın elektronik beynine bağlanır. Pedalın görevi yine aynı. Aracı durdurmak..ama bu kez fren pedalına basış hızınız ve çokluğunuza göre, sistem ne kadar acil bir fren gereksinimine ihtiyaç olduğunu anlıyor. Elektronik fren beyni bu ve diğer araç bilgilerini birleştirerek her tekere gerekli fren kuvvetini hesaplıyor. Gerekli fren basıncı, merkezi hidrolik ünitesinde oluşturuluyor. Eğer elektrik sisteminde herhangi bir hata ortaya çıkarsa, direkt olarak yedek hidrolik fren ünitesi devreye giriyor. Günümüzde araç fren pedalına uygulanan mekanik kuvvet, servo fren ve ana merkez üzerinden fren hidroliği sayesinde hidrolik kuvvet olarak tekerlere iletilir ve frenleme gerçekleşir. Geleceğin fren sistemlerinden Elektro-Hidrolik Frenlerde, fren pedalına uygulanan kuvvet, pedal hareketini algılayan bir sensör sayesinde sürekli gözlemlenecek ve buradaki değişiklik elektronik beyin ünitesine iletilecektir. Burada hemen şu konuyu daha geniş olarak açıklamakta yarar var: yeni sistemde fren ayak pedalına uygulanan kuvvet, sadece fren yapılması gerektiğini sisteme haber veren bir ön uyarı şeklinde olacak. Başka bir deyişle, günümüz frenlerinde pedal kuvveti direkt olarak fren gücünü oluşturmakta idi, fakat yeni sistemde pedal kuvveti sadece sürücünün aracın frenleme tertibatını harekete geçireceği bir ön işaret olacak. Elektronik beyine ulaşan bu frenleme bilgisi, araç içerisindeki bir elektro-motorun, beyinden gelen mesajla devreye girmesini, aracın durdurulabilmesi için fren gücünü üretmesini ve yine fren hidroliği vasıtası ile aktarılan güç sayesinde aracın durdurulmasını sağlayacak. Geleceğin frenlerinde de fren hidroliği kullanılacak, fakat buradaki en büyük fark, fren hidroliğin çalıştığı alanın çok fazla daralacak olması. Günümüzde fren pedalından hemen sonra tekerlere kadar büyük bir alan içerisinde fren güç iletimini sağlayan fren hidroliği, gelecekte yeni Bosch dizaynı ile sadece elektro-motor ve tekerler arasında güç iletimini gerçekleştirecek.
Bu da gelecekte Konvensiyonel sistemlerle karşılaştırıldığında daha güçlü, daha emniyetli ve kontollü frenlemeyi mümkün kılacak. EHB sistemi ağırlığı önemli ölçüde azaltılmış, daha küçük bir montaj alanı gerektiren ve servo fren içermeyen bir sistem. Ek olarak, araca montajı da modüler fren sistem dizaynı sayesinde çok daha kolay. Her tekerde bulunan fren kuvvet modülasyonu ile kombine olarak çok hızlı çalışması nedeniyle optimum fren mesafesinde ve güvenilir frenleme sağlıyor. Böylece EHB, frenleme esnasında otomatik olarak fren gücünü artırırken, buna paralel olarak frenlemenin doğurduğu fiziksel etkileri de azaltıyor.ehb, sürücüye yardımcı olan diğer birçok tamamlayıcı sistemle de birlikte çalışabiliyor. Örneğin, acil frenleme esnasında fren kuvvetini çok seri artıran ileri fren destek sistemleri veya yokuş aşağı sabit hızda inmeyi sağlayan sistemlerle birlikte çalışabiliyor. ACC (Adaptive Cruise Control) sisteminden başlayarak trafik navigasyon sistemlerine kadar araç üzerindeki diğer tüm sistemlerle bir şebeke sistemi kurarak haberleşebiliyor.sürücü için minimum frenleme kuvveti, titreşimsiz ve ayarlanabilir hafif bir fren pedalı duygusu sağlaması ve frenlemenin son derece sessiz gerçekleşmesi sürüş rahatlığını artıran çok önemli bir faktör.ayrıca EHB çok daha yüksek emniyet koşulları sağlıyor. Aracın tüm sistemlerinden gelen bilgiyi anlık olarak değerlendiren ve frenleme parametrelerini aracın o anki pozisyonuna, yol şartlarına göre belirleyen bu sistem gerçekten geleceğin araçlarına büyük bir güven sunuyor. EHB sistemi konvensiyonel fren sistemlerinden sonra kullanılacak birinci nesil fren sistemi. İkinci nesil ise EMB Elektro Mekanik Fren Sistemleri.