TAŞIT FRENLERİ

A.G. GÖKTAN, A. GÜNEY, M. EREKE

İTÜ Makina Fakültesi, Otomotiv Anabilim Dalı

İstanbul, Ocak 1995

TAŞIT FRENLERİ

Doç.Dr. A. G. GÖKTAN,

Doç.Dr. A. GÜNEY,

Doç.Dr. M. EREKE

İTÜ Makina Fakültesi, Otomotiv Anabilim Dalı

İstanbul, Ocak 1995

İÇİNDEKİLER

ÖNSÖZ ................................................................................................................................... V

Kullanılan semboller .......................................................................................................... VI

1. TEKERLEK HAREKET DENKLEMLERİ ................................................................... 1 1.1. Yuvarlanma direnci .................................................................................................... 2 1.2. Kuvvet bağlantısı ve kayma ........................................................................................ 2

2. TAŞIT HAREKET DENKLEMLERİ ............................................................................. 4 2.1. Aktarma organları ....................................................................................................... 6

3. FREN DİNAMİĞİ ............................................................................................................. 8 3.1. Fren enerjisi ................................................................................................................ 8 3.2. Frenlemenin seyri ..................................................................................................... 11 3.3. Fren iyilik derecesi ................................................................................................... 16 3.4. İki akslı bir taşıtın frenlenmesinde kuvvet bağlantıları ve stabilite ........................... 20 3.5. Fren kuvveti dağılımı ................................................................................................ 25

4. FREN SİSTEMİNİN YAPISI ......................................................................................... 27 4.1. Sürtünmeli frenler ..................................................................................................... 27 4.1.1. Disk frenler ...................................................................................................... 28 4.1.2. Kampanalı frenler ............................................................................................ 35 4.1.3. Isınma ............................................................................................................... 46 4.1.4. Disk frenlerle kampanalı frenlerin karşılaştırılması ......................................... 47 4.2. Tahrik ve iletim elemanları ....................................................................................... 51 4.2.1. Hidrolik fren sistemleri .................................................................................... 52 4.2.2. Havalı fren sistemleri ....................................................................................... 58 4.2.3. Römorkların Fren Sistemleri ............................................................................ 63

5. YARDIMCI ELEMANLAR ve EMNİYET SORUNLARI ......................................... 66 5.1. Fren kuvvetlendiricileri ............................................................................................. 66 5.2. Fren kuvveti dağıtıcıları ............................................................................................ 70 5.2.1. Kırık karakterli kuvvet dağıtıcıları ................................................................... 70 5.2.2. Yüke bağlı fren kuvveti dağıtıcıları .................................................................. 72 5.3. İki devreli fren sistemleri .......................................................................................... 74

6. TEKERLEK BLOKAJI VE ANTİ BLOKAJ SİSTEMLERİ ..................................... 78

7. MOTOR FRENLERİ ve YAVAŞLATICILAR ............................................................ 84

8. YÖNETMELİKLER VE TANIMLAR ........................................................................... 87 8.1. Araçların sınıflandırılması ........................................................................................ 88 8.1.1. L sınıfı araçlar .................................................................................................. 88

8.1.2. M sınıfı araçlar ................................................................................................. 89 8.1.3. N sınıfı araçlar .................................................................................................. 89 8.1.4. O sınıfı araçlar .................................................................................................. 89 8.2. Frenlerle ilgili tanımlar ............................................................................................. 89 8.2.1. Taşıt fren donanımında kullanılan fren tipleriyle ilgili tanımlar ....................... 90 8.2.2. Enerji kaynağı ile ilgili tanımlar ....................................................................... 91 8.3. Araçlarda fren düzenleri ........................................................................................... 92 8.3.1. L sınıfı .............................................................................................................. 92 8.3.2. M ve N sınıfı .................................................................................................... 92 8.3.3. O sınıfı ............................................................................................................. 93 8.3.4. LTT .................................................................................................................. 93 8.3.5. Diğer araçlar .................................................................................................... 93 8.4. Fren düzeninin sağlıyacağı koşullar .......................................................................... 93 8.4.1. Genel ................................................................................................................ 93 8.4.2. Havalı frenler ................................................................................................... 94 8.4.3. Atalet kuvvetli fren düzenleri ........................................................................... 94 8.5. Fren deneyleri ve sınır değerler ................................................................................ 95 8.5.1. Genel ................................................................................................................ 95 8.5.2. Tip O deneyi "soğuk frenle olağan deney" ....................................................... 97 8.5.3. Tip I deneyi "etkinlik kaybı deneyi" ................................................................ 99 8.5.4. Tip II deneyi "yokuş aşağı iniş deneyi" .......................................................... 100 8.6. Fren kuvveti dağılımı ............................................................................................. 101 8.6.1. Genel tanım .................................................................................................... 101 8.6.2. İki akslı taşıtlar ............................................................................................... 101 8.7. ABS fren düzeni ..................................................................................................... 103 8.7.1. Genel .............................................................................................................. 103 8.7.2. Tanımlar ......................................................................................................... 103 8.7.3. Genel Koşullar ............................................................................................... 103 8.7.4. Özel Koşullar ................................................................................................. 104

KAYNAKLAR ................................................................................................................... 107

İNDEKS ............................................................................................................................. 108

ÖNSÖZ İlkemizin, gelişmekte olan önemli sektörlerinden biri olan otomotiv sanayii ve yan sanayii fazla uzun olmayan geçmişine rağmen montaj karakterinden kurtulup özgün ürünler verme yolundadır.

Uzun senelerdir İTÜ Makina Mühendisliği öğretimi, otomotiv konularını kapsamakta ve Otomotiv Anabilim Dalı'nın katkılarıyla gerek kol, gerekse dal olarak mühendis adaylarına otomotiv seçeneği sunulmaktadır. Bu konuyla ilgili öğretimde verilen gerek taşıt tekniği, gerekse taşıt konstrüksiyonu derslerinin önemli bölümlerinden biri frenlerdir.

Büyük ölçüde A.G. Göktan'ın 1989 yılında hazırlamış olduğu Taşıt Konstrüksiyonu yardımcı notlarının "Frenler" bölümünden yararlanılmış olan bu kitapta taşıt frenleri ile ilgili teorik ve konstrüktif bilgiler derlenmiştır. Fren dinamiği ile ilgili bölümlerde önce taşıt tekniğinin, tekerlek ve taşıta ait hareket denklemlerine kısaca değinilmiştir. Fren dinamiği bölümünde frenleme sırasında açığa çıkan enerji, frenleme olayının seyri, fren iyilik derecesi, stabilite ve fren kuvvetleri dağılımı konuları ele alınmıştır. Konstrüktif bilgileri içeren 4, 5, 6 ve 7. bölümlerde gerek ana fren elemanları, gerekse yardımcı elemanlar ve anti blokaj sistemleri ayrı ayrı ele alınmıştır. Kitabın son bölümü konu ile ilgili yönetmelik hükümlerine ayrılmış olup bu bölümde gerek A.İ.T.M. ve gerekse Avrupa Topluluğu ve Birleşmiş Milletler Avrupa Ekonomi Komisyonu yönetmelikleri açıklanmıştır.

Otomotiv konusunda yararlanılabilecek türkçe kaynak son derece azdır. Gerek konstrüksiyon, gerekse dinamik bilgilerini kapsayan bu kitaptan, makina mühendisliği öğrencilerinin olduğu kadar otomotiv sanayii ile ilgili mühendis ve diğer teknik elemanların da yararlanabileceklerini ümit ediyoruz.

Kitabın hazırlanması sırasında değerli öneri ve düzeltmelerinden yararlanmış olduğumuz Prof. O. Daldal ve Prof.Dr. Y. Özemir'e ve basım işlerini üslenen Transtürk Fren Donanım Endüstrisi San. ve Tic. A.Ş. yetkililerine teşekkür ederiz.

A.G. Göktan, A. Güney, M. Ereke,

Ocak.1995

Kullanılan semboller

sembol birim açıklama

A [m2] taşıt enine kesit alanı

AA [m2] ana fren silindiri piston alanı

AAP [m2] kuvvetlendirici ana piston alanı

AB [m2] balata alanı

AF [m2] disk veya kampana yüzey alanı

AP [m2] teker freni piston alanı

ARK [m2] kuvvetlendirici reaksiyon pistonu alanı

AT [m2] teker freni piston alanı

ATA [m2] arka teker freni piston alanı

ATÖ [m2] ön teker freni piston alanı

B [N] fren kuvveti

BA [N] arka aks fren kuvveti

BÖ [N] ön aks fren kuvveti

C* [ - ] iç çevrim oranı

C*A [ - ] arka fren iç çevrim oranı

C*Ö [ - ] ön fren iç çevrim oranı

c [Nm/kgK] özgül ısı kapasitesi

cw [ - ] hava direnci katsayısı

D [N] atalet freni baskı kuvveti

DF [ - ] fren kuvveti dağılım faktörü

FB [N] taşıt ivme kuvveti

FL [N] hava direnci

FP [N] pedal kuvveti

FR [N] yuvarlanma direnci

fR [ - ] yuvarlanma direnç katsayısı

FSt [N] yokuş kuvveti

Fx [N] tekerlek çevre kuvveti

Fz [N] tekerlek yükü

G [N] taşıtın toplam ağırlığı

GA [N] römork toplam ağırlığı

GF [N] disk veya kampana ağırlığı

g [m/s2] yerçekimi ivmesi

h [m] ağırlık merkezinin yüksekliği

iD [ - ] diferansiyel çevrim oranı

ik [ - ] aktarma organlarının toplam çevrimi oranı

ip [ - ] pedal çevrim oranı

iV [ - ] vites çevrim oranı

JT [kgm2] tekerlek ataleti

K [ - ] deneyle bulunan kuvvet bağlantı katsayısı

k [ - ] kuvvet bağlantı katsayısı

l [m] aks aralığı

lÖ [m] ağırlık merkezinin ön aksa mesafesi

lA [m] ağırlık merkezinin arka aksa mesafesi

MM [Nm] motor momenti m [kg] taşıt kütlesi

MT [Nm] tekerlek momenti mT [kg] tekerlek kütlesi

N [N] normal kuvvet

p [ - ] yol eğimi [N/cm2] balata yüzey basıncı

pA [N/cm2] arka fren basıncı

pd [N/cm2] depo basıncı

ph [N/cm2] hidrolik basıncı

pi [N/cm2] iç basınç

pÖ [N/cm2] ön fren basıncı

PM [W] motor gücü

PT [W] tekerlek gücü

Q . [J/s] ısı akımı

r, R [m] tekerlek yarıçapı

rB [m] fren etkili yarıçapı

rBA [m] arka fren etkili yarıçapı

rBÖ [m] ön fren etkili yarıçapı

SB [N] fren baskı kuvveti

s [ - ] kayma [m] yol [m] piston hareketi

sA [m] arka fren piston hareketi

sÖ [m] ön fren piston hareketi

t [s] süre

ta [s] cevap süresi

tb [s] tahrik yükselme süresi

tr [s] reaksiyon süresi

ts [s] sistem yükselme süresi

tv [s] tam fren süresi

UB [N] fren çevresel kuvveti

v [m/s2] taşıt hızı

W [J] iş

X [N] taşıtın tekerleğe tepki kuvveti

x [m] hareket yönündeki deplasman

x..

[m/s2] taşıtın ivmesi

V [ - ] kuvvetlendirici faktörü

v [m/s] taşıtın hızı

Z [N] taşıtın ağırlığından tekerleğe düşen kuvvet

z [ - ] frenleme oranı [ - ] sürtünme yüzeyi sayısı [m] düşey deplasman

α [Jm2/sK] ısı iletim katsayısı

ε [ - ] fren iyilik derecesi

ηD [ - ] diferansiyel verimi

ηk [ - ] aktarma organlarının toplam verimi

ηV [ - ] vites verimi

θ [K] sıcaklık

λ [ - ] dönen kütlelerin atalet faktörü

µ [ - ] kuvvet bağlantı katsayısı [ - ] balata sürtünme katsayısı

µh [ - ] tutunma katsayısı

µg [ - ] kayma katsayısı

ρ [kg/m3] hava yoğunluğu

φ [ - ] arka fren kuvvetinin toplam fren kuvvetine oranı

ϕ . [rad/s] tekerlek dönme açısal hızı

ϕ..

[rad/s2] tekerlek dönme açısal ivmesi

1

1. TEKERLEK HAREKET DENKLEMLERİ

Fren konusunu önce dinamik, daha sonra konstrüktif açıdan ele almadan önce, hareket halindeki bir tekerleğe ve daha sonra da hareket halindeki iki akslı bir taşıta etki eden kuvvet ve momentlerin incelenmesi uygun olacaktır. Bu kuvvet ve momentlerin dengelerinden yararlanılarak hareket denklemleri çıkarılacak, ayrıca tekerlek ile zemin arasındaki kuvvet bağlantısı incelenecektir. Şekil 1.1'de belirli bir tahrik momenti altında iken yuvarlanan bir tekerleği etkileyen kuvvetler görülmektedir. Bunlar:

X : taşıtın tekerleğe tepki kuvveti

Z : taşıtın ağırlığından tekerleğe düşen kuvvet

MT : tekerlek momenti

Fx : tekerlek çevre kuvveti

Fz : yolun tepki kuvveti = tekerlek yükü

mT : tekerlek kütlesi

JT : tekerlek ataleti

v : taşıt hızı

r : tekerlek statik yarıçapı

e : tekerlek yükünün etkime noktasının eksenden kaçıklığı

Tekerleğin hareket yönündeki doğrusal deplasmanı x ile, tekerlek aksının düşey yöndeki deplasmanı ise z gösterilmektedir. Zamana göre alınan türevler değişkenin üzerine konulan nokta ile ifade edilmektedir. x

.. , zamana göre ikinci türev olup tekerleğin hareketi

doğrultusundaki ivmesini ifade etmektedir. Aynı şekilde z..

ise aksın düşey yöndeki hareketinin ivmesidir. Her iki ivmenin, tekerlek kütlesi ile birlikte yol açtıkları atalet kuvvetlerinin dengeleri

mT x..

= Fx - X (1,1)

mT z..

= Fz - Z - mT g (1.2)

şeklinde ifade edilebilir. Dönen tekerleğin atalet momenti ise tekerleğin dönme açısal ivmesi ϕ..

olmak üzere

JT j..

= MT - Fx r - Fz e (1.3)

bağıntısı ile ifade edilir. 1.1. Yuvarlanma direnci

Şekil 1.1. Tekerlek kuvvetleri

2

İzerinde moment olmayan bir tekerleği sabit hızla çekmek istersek (1.3) denklemine göre uygulamamız gereken kuvvet şöyle bulunur :

( MT = 0 ; ϕ.. = 0 )

- Fx = (e/r) Fz (1.4)

Bu negatif kuvvete yuvarlanma direnci denir ve FR ile gösterilir. (e/r) oranı da fR yuvarlanma direnci katsayısı olarak adlandırılır.

FR = fR Fz (1.5)

Bu denklemden görüldüğü gibi yuvarlanma direnci, yuvarlanma direnci katsayısı ile tekerlek yükünün çarpılmasıyla bulunur.

Yuvarlanma direnci, tekerlek yuvarlanırken zeminle temas bölgesinin ezilmesi, bu bölgeye giren lastik elemanlarının sıkışması, çıkan elemanların uzaması, bu olayın zeminde asimetrik bir basınç doğurması ve sıkışıp uzama olayının kayıplı olmasından kaynaklanmaktadır.

Yol kaplaması fR

Lastik tekerlek Beton,asfalt, parke taşı 0.015 Stabilize 0.025 Toprak yol 0.05 Zincirli lastik - Tarla zemini 0.15 Demiryolu tekerleği - Ray 0.0015

1.2. Kuvvet bağlantısı ve kayma

Tekerleğe bir MT momenti etki ediyorsa, ivmesiz harekette (1.3) denklemine göre

Fx = MT /r - FR (1.6)

bulunur. MT / r oranına tekerlek çeki kuvveti denir.

Tekerlek çevre kuvveti = Tekerlek çeki kuvveti - Yuvarlanma direnci

Ancak burada bulunan çevre kuvveti sınırsız olmayıp, zeminle lastik tekerlek arasındaki kuvvet bağlantısına bağlıdır.

µ , kuvvet bağlantı katsayısını gösterirsek,

Fx = µ Fz (1.7)

çevre kuvvetinin alabileceği değerleri buluruz.

Kuvvet bağlantı katsayısı lastiğin dönerken zemin üzerinde kaymasına bağlıdır.

3

Kaymasız yuvarlanan bir tekerlek bir dönüşünde yuvarlanma çevresi adı verilen U mesafesini kateder.

U = 2 π R (1.8)

den hesaplanan R 'ye dinamik tekerlek yarıçapı denir.

Tekerleğin yuvarlanarak eriştiği çevresel hız R ϕ. , taşıt hızı v den farklı ise kayma olmaktadır.

Bu iki hızın farkının büyük olan hıza oranına kayma denir. Kayma hep pozitif olsun diye frende ve tahrikte iki farklı ifade kullanılır. Kayma 0 ile 1 arasında değerler alır.

Frende : s = v - R j

.

v (1.9)

Tahrikte : s = R j

. - v

R j.

(1.10)

Kayma ile kuvvet bağlantı katsayısı arasındaki ilişki Şekilde gösterilmiştir.

Kuvvet bağlantı katsayısının en büyük değerine µh tutunma katsayısı, kaymanın 1 olduğu değerine ise µg kayma katsayısı denir.

Şekil 1.2. Kuvvet bağlantı katsayısı - kayma ilişkisi

4

2. TAŞIT HAREKET DENKLEMLERİ

Şekil 2.1'de eğimli bir yolda, yukarı doğru hareket halindeki bir taşıta etki eden kuvvetler ve taşıtın hareket denklemeleri açısından önemli olan boyutları görülmektedir. Aşağıda bu kuvvetlerin arasındaki bağıntılar ve taşıta etki eden hareket dirençleri kısaca ele alınacaktır.

Şekil 2.1. Taşıt hareket kuvvetleri

Yine taşıtın hareket doğrultusundaki deplasmanı x olmak üzere x ekseni boyunca kuvvetlerin dengesini yazarsak :

m . x..

= Fx,Ö + Fx,A - m g sin α - FL (2.1)

(1.3) tekerlek dönme harekeketi denklemini kullanarak ön ve arka tekerlekler için Fx tekerlek çevre kuvvetlerini yerine koyalım :

x..

= ϕ..

R ile

Fx,Ö = MTÖ

r - Fz,Ö fR - JTÖ x

..

r RÖ (2.2)

5

Fx,A = MTA

r - Fz,A fR - JTA x

..

r RA (2.3)

MTÖ r +

MTA r = ( m+

JTÖ r RÖ

+JTA

r RA ) x

.. + m g sin α + FL + ( Fz,Ö + Fz,A ) fR (2.4)

Bu eşitliğin elemanlarını teker teker incelersek:

FT = FB + FSt + FL + FR (2.5)

FT : Tekerlek çeki kuvveti

FT = MTÖ

r + MTA

r

FB : Taşıt ivme kuvveti

r = RÖ = RA kabulü ile döner kütlelerin taşıt ivmelenmesine etkisi λ faktörü ile basitçe belirlenir.

λ = 1 + JÖ + JA

m r2 (2.6)

olmak üzere

FB = λ m x..

(2.7)

olarak yazılabilir. λ değeri otomobillerde 1. viteste 1.45 ; 2. viteste 1.15 ; 3. viteste 1.08 ; 4. viteste 1.05 ; 5. viteste 1.03 civarında alınabilir.

FSt : Taşıt yokuş kuvveti

Meyiller ufak olduğundan sin α = tg α = p kullanılır

FSt = m g p (2.8)

FL : Taşıt hava direnci kuvveti

FL = 0,5 ρ cw A v2 (2.9)

ρ = 1.226 Ns2/m4 hava yoğunluğu (1.0133 bar ve 15oC da)

cw : hava direnci katsayısı . Otomobillerde 0.3 - 0,4 ; kamyonlarda 0.8

6

A : kesit alanı. Otomobillerde 1.85 m2 ; kamyonlarda 8 m2 alınabilir.

FR : yuvarlanma direnci kuvveti

FR = fR (FzÖ + FzA)

Tekerlek çeki kuvveti de yukarıdaki direnç kuvvetlerinin toplamı olarak ifade edilir.

FT = λ m x..

+ ( fR + p ) m g + 0,5 ρ cw A v2 (2.10)

2.1. Aktarma organları

FT, tekerlek çeki kuvveti , MM motor momentinin aktarma organları çevrim oranı ve verimi ile tekerleklere indirgenmiş kuvvettir.

ik aktarma organlarının toplam çevrim oranı olup, iD diferansiyel sabit çevrim oranı ile iV vites kutusu değişken çevrim oranlarının çarpımına eşittir :

ik = iD iV (2.11)

Aktarma organlarının verimi de benzer şekilde,

ηk = ηD ηV (2.12)

yazılır.

Tekerlekler tahrik durumunda ise, verim motor momentini azaltacak şekilde çarpımda yer alır :

FT = MTÖ

r + MTA

r = ik ηk MM

r (2.13)

Tekerlekler fren durumunda ise, aktarma organlarının verimi ifadenin paydasında yer almaktadır.

FT = MTÖ

r + MTA

r = ik MM ηk r (2.14)

Tekerleklerdeki toplam güç PT, tekerlek momentlerinin açısal hızlarıyla çarpımlarının toplamına eşittir:

PT = MTÖ ϕ.

TÖ + MTA ϕ.

TA (2.15)

v = R ϕ. bağıntısın her tekerlek için kullanırsak,

7

PT = ( MTÖ

r r

RÖ +

MTA r

r RA

) v (2.16)

bulunur. Burada tekerleklerde kayma olmadığı kabul edilirse ve statik tekerlek yarıçapları ile dinamik tekerlek yarıçapları eşit kabul edilirse,

PT = FT v (2.17)

basit olarak ifade edilir.

Motor gücü ile tekerleklerdeki güç arasında aktarma organlarının verimi kadar fark vardır.

PT = ηk PM (tahrikte) (2.18)

PT = PM ηk

(frende) (2.19)

8

3. FREN DİNAMİĞİ

Fren elemanlarının konstrüktif yapı ve özelliklerinin incelenmesine geçilmeden önce frenleme olayının dinamiği ele alınacaktır. Yokuş aşağı sabit hızda seyretmek üzere yapılan frenleme, yeterli olduğu sürece motorun kompresyon momenti kullanılarak sağlanır. Ayrıca ağır taşıtlar için egzoz freni ve yavaşlatıcı kullanımı da aynı fonksiyonu görmektedir. Ancak bu şekilde sağlanan momentin yeterli olmadığı durumlarda sürtünmeli tekerlek frenleri kullanılır. Hareket enerjisinin ısıya dönüşümü bölüm 3.1'de ele alınacaktır.

Daha yüksek frenleme ivmeleri ve durmak üzere yapılan frenlemeler, motor kompresyon momenti, egzoz freni veya yavaşlatıcı ile sağlanamaz. Bu durumda sürücü tarafından kumanda edilen ve taşıtın bütün tekerleklerine etki eden servis freni kullanılır. Bu bölümde frenleme ivmeleri ve fren momentleri arasındaki bağıntılar, fren momentlerinin akslara dağılımı ve çevresel kuvvetlerle kuvvet bağlantıları arasındaki bağıntılar incelenecektir.

Park freni basit bir kuvvet problemidir. Burada taşıt, yol üzerinde kaymaması için belirli bir çevresel kuvvet uygulamasıyla sabit tutulmaktadır. Çevresel kuvvetin büyüklüğü yokuş eğimine bağlı olarak kolayca hesaplanabileceğinden park freni üzerinde fazla durulmayacaktır.

3.1 Fren enerjisi

Taşıtın hareketi için gerekli olan tekerlek gücü daha önceki bölümlerde görülmüş olduğu gibi 2.17 denklemine göre :

PT = FR v + FL

v + FSt v + FB

v

PT = ( fR + p + λ x

..

g ) G v + cw A ρ 2

v3

Motordan elde edilen frenleme gücü PM / ηk gerekli frenlemeyi sağlayamıyorsa, geri kalan güç

P, sürtünmeli frenlerden elde edilecektir.

PT = P + PM / ηk bağıntısı ile

P = -PM / ηk + ( fR + p + λ x

..

g ) G v + cw A ρ 2

v3 (3.1)

9

şeklinde sürtünmeli frenlerin sağlayacağı güç ifade edilir.

Bu ifadede motor fren gücünün negatif konduğunun, fren ivmesinin ve de frenin üstleneceği fren gücünün de negatif olacağına dikkat etmek gerekir. İki örnekle fren hesabını görelim :

1. Yokuş aşağı inen ( p < 0 ), 22 ton kütlesinde motor freni yapmayan bir taşıtın ( PM = 0 )

sabit hızla gidebilmesi ( x..

= 0 ) için frenlerinin üstleneceği gücü ve yaptığı işi hesaplayalım :

Hız düşük olacağından rüzgar direncini de ihmal edelim. 3.1 denklemine göre

P = ( fR + p ) G v

İnilen yokuş %7 eğimli ( p = - 0,07 ) ve L = 6 km uzunluğunda olsun. Bu uzunluk standard bir mesafedir. Sabit hız v = 30 km/h = 8.33 m/s olsun. Yuvarlanma direnci katsayısı fR = 0.01; yerçekimi ivmesi g = 10 m/s2 alınsın.

P = ( 0.01 - 0.07 ) 22000 10 8.33 = - 110 kW

Yapılan iş ise,

W = ∫ P dt ile hesaplanır.

Bu örnekte hız sabit olduğundan fren gücü de sabittir. Dolayısıyla W = P T ile hesaplanabilir. Geçen zaman T = L / v = 6000 / 8.33 = 720 s olarak bulunur. W = -110 . 720 = -79200 kJ bulunur.

2. Bu örnekte aynı taşıtın düz yolda ( p = 0 ) frenleyerek durma olayını inceleyelim ( x..

< 0 ). Yine motor frenini ve rüzgar direncini ihmal edelim.

P = ( fR + λ x

..

g ) G v

Başlangıç hızı v0 = 60 km/h = 16.7 m/s ve frenleme ivmesi x..

= -5 m/s2 = sabit olsun. Dönen kütlelerin ivmeye etkisini de ihmal edelim. Hıza bağlı olarak fren gücü P lineer olarak sıfıra düşecektir (Şekil 3.1 deki gibi). Fren işini iki yolla hesaplayabiliriz :

a. Başlangıç fren gücü : P0 = ( 0.01 - 0.5 ) 22000 10 16.7 = -1800 kW

Ancak bu çok büyük güç T = v / -x..

= 16,7 / 5 = 3.33 s de sıfıra düşmektedir.

Bu düşüş lineer olduğundan, fren işi güç-zaman doğrusunun altındaki alandan

W = P0 T /2 = -1800 3.33 / 2 = -2997 kJ olarak hesaplanabilir.

b. İşi entegralin çözümüyle de hesaplayabiliriz.

W = ⌡⌠0

T ( fR +

λ g

dv dt ) G v dt = fR G ⌡⌠

0

T v dt + G

λ g

⌡⌠v0

0 v dv

10

W = G ( fR vort T + λ g

(- v0

2 2 ))

W = 22000.10 ( 0,01.16,7 . 3,33 / 2 - 16,72 / 2 .10 ) = -2997 kJ

Bu iki örnek karşılaştırıldığında sabit hızla yokuş inmede fren gücünün ufak ancak fren işinin çok büyük olduğu, durma freninde ise fren gücünün büyük ancak süre kısa olduğundan harcanan işin ufak olduğu görülmektedir.

Şekil 3.1. Frenleme gücünün, sabit ivme hali için zamana bağlı değişimi.

Zamana bağlı değişimi Şekil 3.1'de görülen P frenleme gücü nedeniyle birim zamanda açığa çıkan ısının bir kısmı depolanmakta (Q

.depo), kalan kısmı ise konveksiyonla havaya

atılmaktadır (Q.

konveksiyon) (ışıma yoluyla atılan ısı ihmal edilebilir). Hesapları basitleştirmek üzere frenin homojen olarak θ sıcaklığına ısındığı kabul edilirse;

P = Q.

depo + Q.

konveksiyon

P = c GF θ. + α AF

( θ - θ0 ) (3.2)

yazılabilir. Bu bağıntıda c özgül ısı kapasitesi, GF fren diski (veya kampanası) ağırlığı, α ısı iletim katsayısı, AF ısı veren yüzey, θ0 ise çevre sıcaklığıdır.

Bağıntının çözümü

θ - θ0 = P

α AF ( 1 - exp( -

α AF c GF

t ) ) (3.3)

şeklinde elde edilir. Şekil 3.2' de örnek bir yük taşıtın dataları kullanılarak eğimli bir yolda yokuş aşağı sabit hızda seyretmek üzere yapılan frenlemede (frenleme gücü sabit) sıcaklık artışı görülmektedir.

11

Şekil 3.2. P = - 80 kW sabit frenleme gücü için θ fren sıcaklığının çevre sıcaklığına göre zamana bağlı artışı,

(fR = 0.015 , m = 15 t, v = 40 km/h, p = 0.07)

3.2. Frenlemenin seyri

Taşıtın çabuk ve etkili bir şekilde durdurulmasını amaçlayan bir frenlemede, fren düzeninin iyiliğinin ölçüsü olarak frenleme mesafesi alınabilir. Frenleme mesafesine etkisi olan birçok faktör vardır. Bunlar ayrı ayrı ele alınacaktır.

Bir frenleme olayının zamana bağlı seyri Şekil 3.3' de görülen çeşitli büyüklüklerin değişimi ile ifade edilebilir.

Şekilde gösterilmiş olan süreler :

• Sürücünün fren yapmasına neden olan engeli görmesi ile ayağını fren pedalı üzerine koyması arasında geçen süre reaksiyon süresi tr

'dir. Bu sürenin içinde algılama, ne olduğunu farketme, karar verme, ayağı gaz pedalından fren pedalına geçirme süreleri bulunmaktadır. Bu süre sürücünün yeteneklerine ve o andaki fizyolojik ve psikolojik

12

Şekil 3.3. Frenlemenin seyri. a) pedal kuvveti, b) fren kuvveti ya da frenleme

ivmesinin zamana bağlı gerçek (ince çizgi ile) ve ideal değişimleri, c) buradan çıkan seyir hızı ve d) yol değişimleri. tr: reaksiyon süresi tb: tahrik yükselme süresi. ta: cevap süresi ts: sistem yükselme süresi tv: tam frenleme süresi v0: başlangıç hızı

13

durumlarına bağlı olarak 0.3 - 1.7 s arasında değerler alabilmektedir [7]. Reaksiyon süresini etkileyen faktörler Tablo 3.1'de görülmektedir.

• Sürücü ayağını fren pedalına koyduktan sonra pedal kuvvetini maksimum değerine eriştirinceye kadar geçen süre tahrik yükselme süresi tb olup 0.03 - 0.8 s arasında değerler olmaktadır [3].

• Sürücü ayağını fren pedalına koyduktan sonra fren sistemindeki boşlukların alınması ve balataların disk ya da kampanaya yaslanmasına kadar taşıtta frenleme başlamaz. Burada Şekil 3.3b'de gösterildiği gibi ilk frenleme ivmesinin ortaya çıktığı ana kadar geçen süre cevap süresi, ta olup yaklaşık olarak 0.04 s mertebesindedir [4]. (tr

+ ta ) süresi boyunca, motorun frenleme momenti ihmal edilecek olursa, hız sabittir. v0 başlangıç hızında bu süre zarfında katedilen yol Şekil 3.3d'de görüldüğü gibi s1 oldukça uzundur.

• Frenleme ivmesinin maksimum değerine erişmesine kadar geçen süre sistem yükselme süresi ts olup bu süre tahrik yükselme süresi tb'den bir miktar daha fazladır.

• Sistem yükselme süresinin sonundan itibaren sabit pedal kuvveti nedeniyle - x..

v frenleme ivmesi de sabittir. Sabit ivme ile frenlemenin sürdüğü süre tv tam frenleme süresi olarak isimlendirilir.

Toplam durma mesafesi Şekil 3.3d'de gösterilen s1 , s2 ve s3 yollarından meydana gelmektedir. Bunlar ayrı ayrı hesaplanacak olursa ;

a) v0 sabit başlangıç hızı ile tr + ta sürede katedilen yol:

s1 = v0

( tr + ta ) (3.4)

b) ts süresince katedilen yol sırasındaki ivme:

x..

= (

x..

v ts

) t (3.5)

şeklinde değişmektedir.

Buna göre hız için

v = v0 + ⌡⌠ ( x..

v ts

) t dt = v0 + ( x..

v 2 ts

) t2 (3.6)

yazılacak olursa yol için de

s2 = ⌡⌠

0

ts

v dt = v0 ts + (

x..

v 6 ) t2

s (3.7)

ifadesi bulunur (frenleme söz konusu olduğundan x..

v ivmesi negatif (-) işaret ile kullanılacaktır).

14

c) Tam frenleme süresi tv boyunca frenleme ivmesi x..

= x..

v şeklinde sabittir. Taşıt hızının değişimi

v = v2 + x..

v ⌡⌠ dt = v2 + x..

v t (3.8)

bağıntısı ile ifade edilebilir. Burada v2, Şekil 3.3c'de görüldüğü gibi tv süresinin başlangıcındaki hız olup 3.6 bağıntısından

v2 = v0 +

x..

v 2

ts (3.9)

şeklinde hesaplanır. tv süresi sonunda hız sıfıra düşmektedir. Buna göre 3.8 ve 3.9 bağıntılarıyla

tv =

v2 - x

..v

= v0

- x..

v -

ts 2 (3.10)

ve bu süre boyunca katedilen yol, 3.8 bağıntısı yardımıyla

s3 = ⌡⌠

0

tv

v dt = v2 tv + x..

v 2

t2v ve 3.10 bağıntısı ile

s3 = - 1

2 x..

v ( v2

0 + x..2

v 4

t2s + v0 x..

v ts ) (3.11)

şeklinde hesaplanır. 3.4, 3.7 ve 3.11 bağıntıları kullanılırsa durma mesafesi için

stopl = s1 + s2 + s3

stopl = v0 ( tr + ta +

ts 2 ) -

v20

2 x..

v +

x..

v 24

t2s (3.12)

Sistem yükselme süresinin normal değerleri için ifadenin üçüncü terimi ihmal edilirse

15

stopl = v0

( tr + ta + ts 2 ) +

v20

- 2 x..

v (3.13)

elde edilir.

Durma süresi ise

ttopl = tr + ta + ts + tv

olup 3.l0 bağıntısı ile

ttopl = ( tr + ta +

ts 2 ) +

v0 - x

..v

(3.14)

şeklinde elde edilir.

Tablo 3.1. Reaksiyon Süresinin Kişisel ve Dış Faktörlerle Olan İlişkisi [7].

0.3 s'ye kadar kısalma 1.7 s'ye kadar uzama

KİŞİSEL FAKTÖRLER • Alışılmış refleksler.

• Fizik ve psikolojik durumun iyi olması, optimal performans.

• Yüksek sürüş yeteneği.

• Gençlik.

• Hazırlıklı olma.

• Fiziksel ve psikolojik sağlık.

• Düşünüp karar verme.

• Fiziksel ve psikolojik durumun kötü olması, örneğin yorgunluk.

• Yetenek azlığı.

• İleri yaş.

• Başka şeyle ilgilenmek.

• Fonksiyon görecek organlarda hastalık hali.

• Korku hali, alkol.

DIŞ FAKTÖRLER

TRAFİK

• Basit, görüş iyi, beklenen tanıdık durumlar

• Karmaşık, görüş kötü, beklenmedik durumlar, yabancı çevre.

ENGEL • İyi görünür, belirgin. • Kötü görünür, belirsiz.

ENGELİN YERİ • Görüş alanı içinde. • Görüş alanı kenarında.

TAHRİK ELEMANI • Amaca uygun mekanik düzen. • Uygun olmayan mekanik düzen.

16

Tehlike halindeki bir frenlemede durma mesafesinin mümkün olduğu kadar kısa olması istenir. Bu durumda sürücü elinden geldiğince hızlı reaksiyon gösterecek ve taşıtını mümkün olan maksimum ivme - x

..v,max ile frenleyecektir. Buna bağlı olarak minimum durma mesafesi 3.13

bağıntısında ivme olarak - x..

v,max kullanılarak hesaplanabilir.

Söz konusu olan maksimum frenleme ivmesi sürücünün yeteneğine, lastik tekerleklerle yol arasındaki kuvvet bağlantısına ve fren kuvvetlerinin akslara dağılımına bağlıdır.

Frenleme olayını sadece taşıtın yoluna ani olarak çıkan engeller açısından incelemek yeterli olmayacaktır. Genel olarak daha sık karşılaşılan durum önde seyreden bir taşıt ani fren yaptığında izleyen taşıt için ortaya çıkan kritik haldir. Bu açıdan önemli bir konu olan taşıt izleme mesafeleri için değişik teorik modeller kullanılmaktadır. Bunlardan, mutlak emniyet mesafesi olarak isimlendirilen modelde öndeki taşıtın herhangi bir şekilde aniden duracağı varsayımı ile bu taşıta çarpmadan durulabilecek mesafe esas alınmaktadır. Bu durumda mutlak emniyet mesafesi 3.13 bağıntısı ile hesaplanan durma mesafesidir. Sürücünün, izlediği taşıta olan mesafesini tahmin etmesi güç olduğundan zaman aralığı esasına göre taşıt izleme tavsiye edilmektedir. Mutlak emniyet modelinde zaman aralığı 3.14 bağıntısı ile verilen durma süresidir. Göreceli emniyet mesafesi modelinde ise her iki taşıtın da eşit ivme ile fren yapacakları kabul edilmekte olup bu durumda izleme mesafesi

sgör = v0 ( tr + ta +

ts 2 ) (3.15)

ve zaman aralığı

tgör = ( tr + ta +

ts 2 ) (3.16)

olmaktadır. Bu modeldeki zaman aralığı hızdan bağımsızdır. Teori ile uygulamanın karşılaştırılmaları sürücü davranışları açısından göreceli emniyet mesafesinin daha uygun olduğunu ortaya koymaktadır. Zaman aralığı için 1.2 s ve 2 s teklifleri mevcut olup 2 s özellikle tavsiye edilmektedir. Ancak gerçek trafikte yapılan ölçümler sürücülerin bir-birlerini şehir içinde 15 km/h'in üzerindeki hızlarda ve şehir dışında 70 km/h'in altındaki hızlarda, 1.2 s'nin de altında zaman aralıklarıyla izlediklerini ortaya koymuştur [4].

3.3 Fren iyilik derecesi

Fren yapan bir taşıtın incelenmesi sırasında gerek ivme gerekse çevresel kuvvetlerin negatif işaretlerini tüm bağıntılara taşımamak için kolaylık sağlayacak bazı notasyonlar kullanılacaktır. Negatif ivmenin yerçekimi ivmesine oranına frenleme oranı z adı verilmektedir.

z = - x..

g (3.l7)

17

Negatif çevresel kuvvetler ise

BÖ = - FxÖ

; BA = - FxA (3.l8)

bağıntılarıyla ifade edilen ön ve arka aks fren kuvvetleridir.

Hava direncinin ihmal edilmesiyle eğimsiz yolda frenleme için (2.1 bağıntısından):

BÖ + BA = G z (3.l9)

yazılır. Bağıntıya yol ile tekerlek arasındaki kuvvet bağlantı katsayıları da eklenirse

µÖ FzÖ + µA FzA = G z (3.20)

elde edilir (1.7 bağıntısından). Erişilen ya da erişilebilen frenleme oranı ve kuvvet bağlantı katsayısı sürücünün fren pedalına uyguladığı kuvvete, yolun ve tekerleğin kuvvet bağlantısı karakterine ve fren momentinin akslara dağılımına bağlıdır.

Tablo 3.2'de ön ve arka tekerleklerin kuvvet bağlantı katsayısına bağlı kayma eğrilerine göre çeşitli frenleme durumları gösterilmiştir. I durumunda taşıtın bütün tekerlekleri µh değerine erişmeden ufak bir kayma ile yuvarlanmaktadır. Bu normal frenleme halidir. II durumlarında akslardan biri µh değerine erişmiştir. Frenleme oranı I durumundakinden büyüktür.

III durumunda ise tekerlekler kuvvet bağlantı sınırlarına erişmiş olup frenleme oranı I ve II durumlarından daha büyüktür.

µhÖ = µhA = µh özel hali için 3.18 bağıntısından

µh (FzÖ + FzA ) = G z olur.

FzÖ + FzA = G alınacak olursa z = zsınır = µh

bulunur. Bu taşıtın erişebileceği en yüksek frenleme oranıdır. Bu yüzden zsınır olarak ifade edilmektedir.

Örneğin µh = 1 olan kuru bir yolda zsınır = 1 ve x..

sınır = - 10 m/s2 olurken µh = 0.2 olan buzlu bir zeminde zsınır

= 0.2 ve x..

sınır = - 2.0 m/s2 olacaktır.

18

IV durumlarında akslardan birinin tekerlekleri bloke olmaktadır.

V durumunda ise bütün tekerlekler blokedir. Bu halde

µgÖ = µgA = µg ise

z = µg , ve genelde

µg < µh olduğundan

z < zsınır olmaktadır.

Bu beş durumda taşıt tekniği açısından mümkün olan en yüksek frenleme oranı zsınır olup taşıtın maksimum frenleme oranı zmax

bu değeri aşamaz.

zmax ≤ zsınır (3.21)

3.13 bağıntısı ile verilmiş olan durma mesafesinde, zsınır sınır frenleme oranı yerleştirilirse

stopl = v0

(tr + ta + ts 2 ) +

v20

2 µh g µh z (3.22)

şeklinde elde edilen bağıntıda durma mesafesi, v0 başlangıç hızı ve tr , ta , ts sürelerine olduğu gibi tekerlek ile yol arasındaki µh tutunma katsayısına ve

z µh

= z

zs›n›r ≤ 1 (3.23)

şeklinde tanımlanan tutunma katsayısı kullanma oranına da bağlıdır. Minimum durma mesafesi

smin = v0

(tr + ta + ts 2 ) +

v20

2 µh g µh

zmax (3.24)

bağıntısı ile hesaplanır. Bu bağıntıda kullanılan

zmax µh

= zmax zs›n›r

≤ 1 (3.25)

iyilik derecesi olarak isimlendirilir. Tutunma katsayısı kullanma oranında sürücünün yüksek veya düşük bir frenleme oranı elde etmek istemesi etkili iken iyilik derecesi sürücü etkilerinden bağımsızdır.

19

İdeal halde erişilebilecek en kısa durma mesafesi en yüksek iyilik derecesi olan zmax µh = 1 ile

bulunur. Buna göre

Tablo 3.2. Çeşitli Frenleme Durumları

ÖN TEKERLEKLERİN DURUMU

ARKA TEKERLEKLERİN DURUMU

AÇIKLAMALAR

0 1

µµµµ

µµ

sÖ

Ö

hÖ

gÖ

1

3

5

0 1

µµµµ

µµ

sA

A

hA

gA

2

4

6

ÖT : ön tekerlekler

AT : arka tekerlekler

I µÖ < µhÖ (1) µA < µhA

(2) z < zsınır normal frenleme

IIa µÖ < µhÖ (1) µA = µhA (4) z < zsınır AT kuvvet bağlantı sınırında,

stabilite sınırı

IIb µÖ = µhÖ (3) µA < µhA

(2) z < zsınır ÖT kuvvet bağlantı sınırında, direksiyon kontrol sınırı

III µÖ = µhÖ (3) µA = µhA (4)

z = zsınır

µhÖ = µhA = µh

ise

z = µh

bütün tekerlekler kuvvet bağlantı sınırında, mümkün olan en büyük frenleme oranı

Iva µÖ < µhÖ (1) µA = µgA

(6) z < zsınır AT bloke, taşıt instabil

IVb µÖ = µgÖ (5) µA < µhA

(2) z < zsınır ÖT bloke, direksiyon kontrolu yok

V µÖ = µgÖ (5) µA = µgA

(6) z < zsınır

µgÖ = µgA = µg

ise

z = µg

bütün tekerlekler bloke, taşıt doğrusal olarak kayıyor

20

sid = v0

( tr + ta + ts 2 ) +

v20

2 µh g (3.26)

bağıntısı ile ideal durma mesafesi sid ifade edilir. Minimum ve ideal durma mesafeleri

arasındaki uzama oranı

smin - sid

v20 / (2 µh g)

= 1 - zmax / µh

zmax / µh (3.27)

şeklindedir.

Şekil 3.4. İyilik derecesine bağlı durma mesafesi uzama oranları.

Bu bağıntının Şekil 3.4'deki değerlendirmesi iyilik derecesinin düşük olmasının durma mesafesini uzattığını ortaya koymaktadır. İyilik derecesi ayrı ayrı aksların tekerlerindeki kuvvet bağlantılarının farklarına bağlı olmaktadır.

3.4. İki akslı bir taşıtın frenlenmesinde kuvvet bağlantıları ve stabilite

Şekil 3.5' de basitleştirilmiş olarak görülen fren düzeninde Fp pedal kuvveti, sürtünmeli frenlerde ve dolayısıyla tekerleklerde - MTÖ ve - MTA fren momentlerini doğurmaktadır. Bu etki, belli bir pedal kuvveti ile sistemde bulunan geri çekme yaylarının ve sürtünmenin ortaya çıkardığı kuvvetlerin karşılanmasından sonra başlar. Şekil 3.5b' de görüldüğü gibi Fp kuvvetine bağlı moment değişimi genellikle lineerdir.

21

Şekil 3.5. a) Basitleştirilmiş bir bir devreli fren düzeni, b) Fren momentinin pedal kuvvetine bağlı değişimi.

Fren momentleri ile fren kuvvetleri arasında (1.3 ve 3.18 bağıntılarıyla)

BÖ = -MTÖ

rÖ - JTÖ rÖ ( ϕ

.. TÖ) + FRÖ

BA = -MTA

rA - JTA rA ( ϕ

.. TA) + FRA (3.28)

ifadeleri bulunur.

Yuvarlanma dirençleri ve dönen kütle ataletleri ihmal edilirse

BÖ = -MTÖ

rÖ ; BA = -MTA

rA (3.29)

olur. Buna göre Şekil 3.5b' de ordinat fren kuvveti olarak da kabul edilebilir. Geri çekme yayı ve sürtünmeler nedeniyle ortaya çıkan kuvvetler ihmal edilirse Şekil 3.6a'daki diyagram elde edilir. Fren kuvvetlerinin toplamı 3.l9 bağıntısında görülmüş olduğu gibi z frenleme oranı ile orantılıdır. Bu yüzden diyagramda ordinatın ikinci ölçeği olarak kullanılmıştır.

Frenleme sırasındaki düşey aks yükleri

FZÖ = G ( lA l

+ z h l

) (3.30)

22

FZA = G ( lÖ l

- z h l

) (3.3l)

şeklinde ifade edilir. Şekil 3.6b' de görüldüğü gibi artan frenleme oranı ile ön aks yükü artmakta, arka aks yükü ise azalmaktadır.

Kuvvet bağlantı katsayıları ise

µÖ(z) = BÖ(z) FzÖ(z)

; µA(z) = BA(z) FzA(z)

(3.32)

bağıntıları ile hesaplanır.

Şekil 3.6a ve 3.6b' deki diyagramlardan fren iyilik derecesinin hesaplanışı örneklerle açıklanacak olursa:

Taşıt tutunma katsayısı µh = 0.46 şartı altında frenlendiğinde maksimum frenleme oranına erişmek için ön aks tekerlekleri µÖ = µh katsayısı ile arka aks tekerlekleri ise diyagramlara göre µA = 0.32 katsayısı ile fren kuvveti taşıyacaklardır. Tablo 3.2'deki IIb maddesine karşılık gelen bu durumda ;

µh FzÖ + µA FzA = G zmax

bağıntısından zmax = 0.4 bulunur. zsınır = 0.46 olduğundan bu tutunma katsayısı için geçerli olan fren iyilik derecesi zmax/zsınır = 0.87 olacaktır.

Tutunma katsayısı µh = 0.8 durumunda ise µÖ = µA = µh olup zmax = zsınır = µh ve zmax / zsınır = 1 bulunur. Bu durum da Tablo 3.2'deki III maddesine karşılık gelmektedir.

Avrupa topluluğu yönetmeliklerinde [6] iki akslı taşıtlar için

0,2 Ş µh Ş 0.8 bölgesinde

z ü 0.1 + 0.85 (µh - 0.2) (3.33a)

şartı konulmuştur. Bu şart iyilik derecesi için de

z / µh ü 0.85 - 0.07 / µh (3.33b)

sınırını getirmekte olup bu sınır değerler şekildeki diyagramlarda görülmektedir.

23

Şekil 3.6. a) Ön ve arka aks fren kuvvetlerinin pedal kuvvetine bağlı

değişimi,

b) Ön ve arka aks yüklerinin ve ön ve arka akstaki kuvvet bağlantı katsayılarının frenleme oranına bağlı değişimleri,

c) Fren iyilik derecesinin tutunma katsayısına bağlı değişimi.

Frenleme olayının taşıtın seyir stabilitesi açısından da ele alınması gerekmektedir. Tekerlekler bloke olduğunda taşıt ya direksiyon kontrolundan çıkmakta ya da stabilitesini kaybetmektedir.

Şekil 3.7a' da arka tekerlekleri bloke olmuş bir taşıt gösterilmiştir. Ön tekerlekler henüz yuvarlanmaktadır. Taşıta G.z kuvvetine ilaveten Fy yan kuvveti etkimektedir. Bu kuvvetlerin bileşkesi taşıt ekseni ile bir β açısı yapmaktadır. Fy kuvveti tekerleklerin taşıyacağı yan kuvvetlerle dengelenmelidir.

Ancak bu durumda arka tekerlekler bloke olduklarından yan kuvvet taşıyamamakta, yalnız ön tekerlekler Fy kuvvetini karşılamaktadır.

24

Şekil 3.7. Frenleyen bir taşıtta; a) Arka tekerlekler bloke, instabil; b) Ön tekerlekler bloke, stabil.

Bu durumda ortaya çıkan FyÖ lÖ ≈ Fy lÖ momenti taşıtı döndürmeye çalışmaktadır. Söz konusu moment dönme açısını büyütecek yöndedir. Bu da olayın instabil olduğunu göstermektedir. Şekil 3.7b' de ise ön tekerlekler bloke olmuş, arka tekerlekler ise yuvarlanmaktadır. Yan kuvvet arka tekerlekler tarafından karşılanacağından ortaya çıkacak olan FyA lA momenti bu defa β açısını küçültecek yönde etkili olacaktır. Durum stabil olup taşıt kaymakta olan ön tekerlekleri ile eski seyir doğrultusunu koruyacak, ancak direksiyon kontrolu yapılamayacaktır. Bu nedenle dönemeçsiz yollarda ön tekerleklerin bloke olması arka tekerleklere tercih edilir. Dönemeçlerde ise ön tekerlekleri bloke olan bir taşıt virajın dışına doğru kayacaktır. Ellili yıllara kadar ön tekerleklerin önce bloke olması tercih ediliyordu. Doğrusal harekette de arka tarafın savrulmasının direksiyon kontrolu ile düzeltilebileceği savunuluyordu. Ancak daha sonra yapılan araştırmalar ani olarak fren yapan bir sürücünün arka tarafın kayması halinde genellikle yalnış reaksiyon gösterdiğini ortaya koymuştur. Bütün tekerlekler bloke olduğunda hiçbiri yan kuvvet taşıyamamaktadır. Bu durumda taşıt bileşke kuvvet doğrultusunda kayacak ancak savrulmayacaktır. Bütün bu durumlar genelde tekerleklerin bloke olmasından kaçınılması gerektiğini ortaya koymaktadır. Özellikle yalnız arka tekerleklerin bloke olması tehlikelidir.

3.5. Fren kuvveti dağılımı

Fren stabilitesi açısından arka aks tekerleklerindeki kuvvet bağlantısı katsayısının ön aks tekerleklerininkinden düşük olması gerekmektedir.

µA < µÖ (3.34)

(3.32) bağıntısından fren kuvvetleri oranı için

BÖ / BA > FzÖ / FzA (3.35)

25

elde edilir. Stabilite şartının sınır değerleri ideal fren kuvveti dağılımını verir. İdeal fren kuvveti dağılımında bütün frenleme oranları için

µÖ(z) = µA(z) (3.36)

şartını sağlanması gerekir. (3.30) , (3.3l) ve (3.32) bağıntıları kullanılarak ideal fren kuvveti dağılımı için ön ve arka fren kuvvetleri arasında

BÖid BAid

= lA / l + z h / l lÖ / l - z h / l

(3.37)

ilişkisi bulunur. Fren kuvveti dağılımının ifadesi için kullanılan diyagramda kolaylık getirmesi nedeniyle eksenler BÖ / G ve BA / G şeklinde ağırlık oranlı olarak gösterilir. (3.l9) bağıntısından

BÖ / G = z - BA / G (3.38)

ve z parametresi kullanılarak

Böid / G = z ( lA l

+ z h l

) ; Baid / G = z ( lÖ l

- z h l

) (3.39)

elde edilir. (3.39) bağıntıları kullanılarak Şekil 3.8'deki ideal fren kuvveti dağılımı diyagramı bulunur.

Diyagramda sabit frenleme oranları eğik doğrularla gösterilmektedir. Binek otolarının frenleri ile ilgili Avrupa Topluluğu yönetmeliklerinde [6] fren kuvveti dağılımının, z = 0.15 - 0.80 arasında ideal eğrinin altında kalması, z = 0.30 - 0.45 aralığında kuvvet bağlantısının %5 fazla olabileceği ve z = 0.61 değerine kadar (3.33) bağıntısı ile verilen ve

BÖ G =

z + 0.07 0.85 (

lA l

+ z h l

) (3.40)

şeklinde ifade edilebilen sınır eğrisinin altına inilmemesi şartları koşulmaktadır. Söz konusu sınır eğrileri de diyagramda gösterilmiş olup üst sınır stabilite sınırı, alt sınır ise en uzun durma mesafesi sınırıdır. İdeal dağılım eğrisinin üzerinde kalan bölgede önce arka aks, altında kalan bölgede ise önce ön aks bloke olmaktadır. Taşıtın fren kuvveti dağılımının sınırları sağlayıp sağlamadığının kontrollarını kolaylaştırmak üzere, arka ve ön aks fren kuvvetleri oranı, fren kuvveti dağılım faktörü (DF) ile gösterilirse,

DF = BA BÖ (3.41)

ve arka aks fren kuvvetinin toplam fren kuvvetine oranı

26

Şekil 3.8. Fren kuvveti dağılım diyagramı. İdeal fren kuvveti dağılımı,

sabit fren kuvveti dağılımı ve taralı bölgelerle Avrupa Topluluğu alt ve üst sınırları.

φ = BA

BÖ + BA = DF

1 + DF (3.42)

şeklinde ifade edilir. Taşıtın sabit dağılım doğrusunun, ideal dağılım eğrisini kestiği noktadaki frenleme değeri, kritik frenleme oranı zkrit olarak adlandırılırsa, zkrit ile φ arasında

φ = lÖ l

- zkrit h l

, ve dolayısıyla zkrit = ( lÖ l

- φ)/( h l

) (3.43)

bağıntısı yazılabilmektedir. Bu bağıntı ile yönetmelik sınırı

φ = lÖ l

- 0.8 h l

(3.44)

şeklinde ifade edilebilmektedir.

Taşıt yüklendiğinde ise genelde arka aks yükü arttığından zkrit daha büyük değerlere kaymakta, bu durumda fren iyilik derecesi ya da 3.40 bağıntısı ile verilmiş olan yönetmelik alt sınırı önemli olmaktadır.

Taşıtların fren sistemlerinde fren kuvveti dağılımı, elemanların boyutlarına bağlı olup esasen sabit bir değerdedir. Bu yüzden her bir frenleme oranı için farklı bir kuvvet dağılımı gerektiren ideal dağılım, uygulamada elde edilememektedir. Ancak Şekil 3.8'de görülen sabit fren kuvveti dağılımı çeşitli konstrüktif önlemlerle ideal eğriye yaklaştırılmakta olup ilerdeki bölümlerde bu konu tekrar ele alınacaktır.

27

4. FREN SİSTEMİNİN YAPISI Bir taşıtın fren sisteminin işlev akışına göre bölümleri daha önce ayrılmıştı. Şekil 4.1'de örnek bir otomobilin hidrolik fren sistemi görülmektedir. Sistem elemanları tekerlek frenlerinden başlanarak ayrı ayrı ele alınacak ve konstrüktif açıdan incelenecektir.

Şekil 4.1. Bir otomobilin hidrolik fren sistemi.

4.1. Sürtünmeli frenler

Taşıtlarda tekerlek freni olarak sürtünmeli frenler kullanılmaktadır. Genel olarak doğrudan doğruya tekerleğe bağlı olan bu frenler iki ana fonksiyonu yerine getirirler.

1. Fren momentinin oluşturulması,

2. Enerji değişiminin gerçeklenmesi (kinetik veya potansiyel enerjinin ısı enerjisine dönüştürülmesi ve bu ısının atılması) .

Kampanalı ve diskli olmak üzere iki tipe ayrılan frenlerden disk frenler nispeten yeni oldukları halde yapılarının basitliği nedeniyle daha önce inceleneceklerdir.

28

4.1.1. Disk frenler

Prensip olarak tekerlekle eş eksenli olarak monte edilmiş olan metal bir disk tekerlekle birlikte dönmektedir. Semer adı verilen ve tekerlek askı kollarına bağlı olan bir parça diski genel olarak bir köşesinden kavrar. Ender olarak diski çepeçevre kavrayan semerler de mevcuttur. Semerin iç kısımlarında diskin iki yüzeyine yaslanan balatalar frenleme sırasında hidrolik basınç ile diski her iki yönden eşit kuvvetle sıkıştırırlar.

Diskin semer tarafından örtülü olmayan kısımları hava akımlarına açık bulunduğundan kolayca soğutulmaktadır. Çamur ve balata tozları merkezkaç kuvvetle ya da hava akımı ile temizlenirler. Fren cevap süresini uzatan nem oldukça hızlı buharlaştığından cevap çabuklaşır. Disk kaba kirlenmelere karşı bir çamurluk saçı ile korunmaktadır. Şekil 4.2'de bir disk fren görülmektedir.

Şekil 4.2. Bir disk fren ve elemanları.

Balataların diski her iki yandan eşit kuvvetle sıkıştırabilmesi için ya diskin, ya semerin, ya da her iki balatanın eksenel yönde hareketli olması gerekir. Hareketlilik açısından konstrüktif yapılara göre farklılıklar gösteren disk frenlerin birkaç değişik tipi Şekil 4.3'de görülmektedir.

Taşıt tekniğinde disk frenlerin gelişmesi Şekil 4.3c'deki sabit semerli tiple başlamıştır. Eksenel yönde hareketsiz olarak monte edilmiş olan semerin her iki yanında karşılıklı duran fren silindirlerindeki hidrolik basınçları eşittir. Diskin eksenel yöndeki kaçınılmaz balanssızlığı pistonların hareketleri ile dengelenir. Günümüzde Şekil 4.3b'deki kayar semerli konstrüksiyon, kayma bölgelerinin korozyon ve kirden iyi korunabiliyor olması nedeniyle daha çok kullanılmaktadır. Kayar semerli konstrüksiyonun avantajları :

• Fren hidroliği ile dolu bir adet hücre, seyir rüzgarıyla soğutulabilmektedir. Bu sayede ısınma ile ortaya çıkabilecek hidrolik buharlaşması tehlikesinin önüne geçirilmiştir.

29

• Fren taşıtın daha dışına doğru yerleştirilebildiğinde ön aksta direksiyon pimi de daha dışa doğru eğilebilmekte ve negatif yuvarlanma yarıçapı elde edilebilmektedir.

Şekil 4.4'de kayar semerli ve sabit semerli tiplerin çeşitli konstrüksiyon örnekleri görülmektedir.

Bütün sürtünmeli frenlerde balatalar aşındığından bir boşluk ayarı gerekli olmaktadır. Bu sayede balatanın diske her zaman çok yakın durması sağlanır. Boşluğun küçük olması fren pedalındaki boşluğun da ufalmasını ve gecikme sürelerinin kısalmasını sağlar.

Boşluk ayarı kampanalı frenlerin çoğunda gerektikçe zaman zaman elle yapılabilmekte iken disk frenlerde bu ayar yalnızca otomatik olabilmektedir. Boşluğu kendiliğinden ayarlayan düzen Şekil 4.5'de görülmektedir.

Şekil 4.3. Çeşitli disk fren tipleri.

30

Şekil 4.4. Disk fren tiplerinin konstrüksiyonuna örnekler.

31

Başlangıçta

Serbest duran frende balata (10) ile disk (11) arasında a, dayanak halkası (3) ile emniyet segmanı (4) arasında b, piston (9) ile aralık yüksüğü (7) arasında d aralığı mevcuttur.

Frenleme sırasında

Piston (9), hidrolik basınçla diske (11) doğru hareket eder. a ve b boşlukları eşit büyüklüktedir.

Balata aşındığında yay kovanı (2) kendisi ile bağlı olan dayanak halkasıyla (3) beraber emniyet segmanı (4) tarafından a ve b boşlukları ve aşınma dengeleninceye kadar ileri itilir. Bu sırada yayın (8) gerilme kuvveti ve sürtünme pullarının (5) sürtünme kuvvetini aşan bir kuvvet uygulanmaktadır. Piston (9), ayar mekanizması ile birlikte pim (1) üzerinde kayar

Tekrar serbest bırakıldığında

Piston (9) pim (1) üzerinde balata aşınması kadar kaymış durumdadır. a boşluğu tekrar başlangıçtaki büyüklüğünü almıştır..

Şekil 4.5. Disk frenler için kendiliğinden boşluk ayarı mekanizması [8].

32

Şekil 4.6. Fren yapan bir tekerleğe etkiyen kuvvet ve momentler.

Fren momentinin oluşumu açısından disk frenleri ele almak üzere, daha önce genel olarak incelenmiş olan tekerlek kuvvet ve momentleri Şekil 4.6'da fren yapan bir tekerlek için gösterilmiştir.

Momentlerin dengesinden faydalanılarak, daha önce verilmiş olan 1.3 bağıntısı aşağıdaki şekilde yazılabilir.

JT ϕ ..

T = -M + B r - Fz e = -M + B r - FR r (4.1)

Burada FR yuvarlanma direncinin tekerlekte oluşturduğu moment (4.1) bağıntısındaki diğer momentlerin yanında ihmal edilebilecek mertebelerdedir. Yokuş aşağı seyirde hızı sabit tutmak amacıyla yapılan frenlemelerde açısal ivme ϕ

..T = 0 olacaktır. Yavaşlama sırasında ise negatif

bir değer alacak olan ϕ ..

T ancak bloke olmak üzere bulunan tekerleklerde büyük değerler almakta, normal mertebelerdeki frenlemeler için oldukça düşük değerlerde kalmaktadır. Bu durumda JT ϕ

..T ifadesi de ihmal edilirse

M ≅ B r (4.2)

yazılabilir.

33

Şekil 4.7. Diske etkiyen kuvvet ve momentler.

Şekil 4.7'ye göre fren pedalına uygulanan kuvvetten kaynaklanan hidrolik basıncı ph tekerlek fren silindirindeki pistona etkiyerek

SB = ph AP (4.3)

baskı kuvvetini oluşturmaktadır. Bu kuvvet ile AB alanına sahip balata diske bastırmaktadır. Ortalama balata yüzey basıncı için

p = SB/AB (4.4)

yazılabilir. Ayrıca balata ile disk yüzeyi arasındaki sürtünme katsayısı µ ve fren yüzeyi sayısı z (Şekil 4.7'de z = 2) olduğuna göre, baskı kuvvetinin oluşturduğu çevresel kuvvet

UB = µ z SB (4.5)

şeklinde ifade edilir.

rB etkili fren yarıçapı (aks merkezinden yaklaşık olarak balatanın ortasına kadar olan mesafe) ile

M = UB rB (4.6)

fren momenti ortaya çıkar. Son dört bağıntı (4.2) ifadesine yerleştirilirse

34

B = UB rB/r = µ z AP ph rB/r (4.7)

şeklinde ph hidrolik basıncı ile B fren kuvveti arasındaki bağıntı elde edilir.

UB çevresel kuvveti SB baskı kuvveti ile orantılı olduğundan UB/SB oranı fren iç çevrim oranı olarak adlandırılır. Disk frenler için iç çevrim oranı (4.5) bağıntısına göre

C* = UB/SB = µ z (4.8)

şeklindedir.

Fren iç çevrim oranının sürtünme katsayısına bağlı değişimi Şekil 4.8'da görülmektedir.

Şekil 4.8. Bir disk fren için iç çevrim oranı değerinin balata disk sürtünme katsayısına bağlı değişimi.

Günümüzde kullanılan frenlerde µ = 0,3...0,4 arasında değerler almakta, balata yüzey basınçları ise p = 600...800 N/cm2 (maksimum 1200 N/cm2) olmaktadır. Genel olarak fren yüzeyi sayısı z = 2'dir. Konu ile ilgili büyüklük mertebeleri hakkında fikir vermek üzere bir örnek verilecek olursa

Tekerlek yükü Fz = 3000 N

Tekerlek ile yol arasındaki tutunma katsayısı µh = 1

çaplar oranı rB/r = 0,4

Fren yüzeyi sayısı z = 2

Balata ile disk arasındaki sürtünme katsayısı µ = 0,35

İzin verilen balata yüzey basıncı p = 800 N/cm2

35

ise B = Fz µh bağıntısından maksimum taşınabilir fren kuvveti B = 3000 N ; M = B r ve M = UB rB bağıntılarından çevresel kuvvet UB = 7500 N, bunun için gerekli baskı kuvveti UB = µ z SB bağıntısı ile SB = 10 700 N bulunur. p = SB/AB bağıntısından balata yüzey alanı AB = 13.4 cm2 olup 37 x 37 mm2 boyutlarında bir balata kullanılabilir. Bu durumda piston alanı AP = 8,23 cm2 (→ dp = 32.4 mm) ise SB = ph AP bağıntısı kullanılarak maksimum hidrolik basıncı için ph = 1300 N/cm2 bulunur.

4.1.2. Kampanalı frenler

Kampanalı frenlerde fren yüzeyi silindiriktir. Çeşitli tipleri olmakla birlikte karayolu taşıtlarının tekerlek frenlerinde içten pabuçlu olanlar kullanılmaktadır (Şekil 4.9). Bandlı frenler genellikle otomatik vites kutularında, dıştan pabuçlu frenler ise raylı taşıtlarda bulunmaktadır. Aşağıdaki bölümlerde yalnız içten pabuçlu tipleri ele alınacaktır. Kampanalı bir frenin ana parçaları kampana, pabuçlar, baskı düzeni ve taşıma düzenidir.

Kampana, işletme şartlarının gerektirdiği mukavemet ve ısıl özellikleri sağlamak üzere konstrükte edilen bir elemandır. Dış yüzeyinde çepeçevre uzanan kanatcıklar mukavemeti arttırmak üzere kullanılırken, açık kenarda çepeçevre bir profil istenmeyen ısıl genleşmeleri önlemektedir. Soğutma fonksiyonunu da gören bu kanatcıklar bazı kampanalarda radyal doğrultuda birbirine paralel çok sayıda yapılarak hava hareketleri arttırılmakta ve dolayısıyla soğutma daha iyi sağlanabilmektedir.

Fren pabuçları genellikle T-profillidir. O sayede eğilme sertliği arttırılmakta, bunun da gürültü azaltıcı etkisi olmaktadır. Balata pabuç üzerine perçin ya da yapıştırma yoluyla tutturulmaktadır.

Şekil 4.9. Kampanalı frenlerin yapı şekilleri. a) içten pabuçlu, b) bandlı, c) dıştan pabuçlu.

36

Şekil 4.10. Kampanalı fren.

Baskı düzeni pabuçları kampanaya doğru sıkıştırma fonksiyonunu görmektedir. Taşıma düzenine ise pabuç mafsalları ve baskı düzeni bağlıdır. Aynı zamanda kampanayı çepeçevre sararak iç kısımları kirlenmeye karşı koruyan çerçeve de taşıma düzenine bağlıdır. Şekil 4.10'da bir kampanalı fren örneği görülmektedir.

Kampanalı frenlerde fren momentinin oluşumunun incelenmesi disk frenlerdeki kadar basit değildir. Pabuca bir ucundan uygulanan baskı kuvvetinin balataya dağılımı ve çevresel kuvvet, dayanma yüzeyi boyunca alınacak integrallerle hesaplanabilmektedir. Hesap yönteminin kolay anlaşılır olabilmesi için Şekil 4.11a'da görülen, pabucu sabit yataklanmış bir kampanalı fren örneği kullanılacaktır. Hesaplanması gereken büyüklük frenin pabuç çevrim oranı UB/SB'dir. Çevresel kuvvet

UB = ∫ dR = µ ∫ dN (4.9)

şeklindeki integrasyon ile bulunur. SB baskı kuvveti için pabuç mafsalına göre alınan momentlerin denge denklemi yazılacak olursa:

SB.h - -α1∫α2

moment kolu dN ± -α1∫α2

moment kolu dR = 0 (4.10)

(Kampananın balata → mafsal yönlü hareketi için "+", mafsal → balata yönlü hareketi için ise "-" işareti kullanılır). Şekil 4.11b'ye göre

37

moment kolu dN = a0 cos α dN

moment kolu dR = (rB - a0 sinα ) dR

eşitlikleri kullanılarak pabuç çevrim oranı yazılabilir.

Şekil 4.11. Kampanalı bir fren örneğinde iç çevrim oranı hesabı İçin kullanılan büyüklükler.

38

UB SB

= h µ -α1

∫α2

dN -α

1∫α2

(a0 cos α ± µ (rB - a0 sin α)) dN

(4.11)

Normal kuvvet N veya diferansiyeli dN, balata yüzeyinin dA kadar bir parçasının p yüzey basıncı kullanılarak

dN = p dA (4.12)

şeklinde hesaplanır.

dA = b rB dα (b = balata genişliği)

Balata yüzey basıncı p, Şekil 4.11c'ye göre ∆s balata ezilmesi ve E elastisite modülü kullanılarak ve

• Balatanın Hook kanunlarına uygun şekilde deforme olduğu,

• Fren pabucunun ve kampananın katı olduğu

kabulleri ile

p = E ∆s/s (4.13)

ifadesi yazılabilir. Balata ezilmesi Şekil 4.11c'de görülen pabuç merkezi ötelemesi mx cinsinden ifade edilir.

∆s = mx cos α (4.14)

(4.13)'de yerine konulursa

p = (mx /s) cos α E

ifadesi (4.12)'de yerleştirilerek

dN = (mx /s) E b rB cos α d α (4.15)

elde edilir. (4.11) bağıntısı ise

UB SB

= h µ -α1

∫α2

cos α d α -α

1∫α2

(a0 cos α ± µ (rB - a0 sin α)) cos α d α

(4.16)

şeklini alır. İntegrasyon işlemi yapıldığında pabuç çevrim oranı

39

UB SB

= µ h (sin α2 + sin α1)

(1/2) a0 ((1/2) (sin 2α2 + sin 2α1) + (α1 + α2)) ±

± µ (rB (sin α2 + sin α1) - (1/2) a0 (sin2 α2 - sin2 α1))

(4.17)

olarak elde edilir. Görüldüğü gibi bağıntı disk frenlerin iç çevrim oranı kadar kolay anlaşılır değildir. Frenin etki şeklini irdeleyebilmek için, basit bir hal olan simetrik balata yerleşimi ( α 1 = α 2 = α ) olduğu kabul edilirse

UB SB

= µ h

(a0 (sin 2α + 2α)/4 sin α )± µ rB (4.18)

bağıntısı bulunur. Büyüklüklerin mertebeleri hakkında fikir sahibi olmak üzere örnek datalar:

α = 35°, rB = l2 cm, a0 = 10 cm, h = l9 cm

kullanılarak pabuç çevrim oranı hesaplanırsa

UB SB

= 1.583 µ

0.785 ± µ

ile aşağıdaki tablo yapılabilir.

UB SB

µ

0,2 0,4 0,5 0,6 0,785

balata → mafsal yönlü 0,54 1,64 2,78 5,13 ∞

mafsal → balata yönlü 0,33 0,55 0,63 0,70 0,81

Bu kampanalı frende pabuç çevrim oranının sürtünme katsayısına bağlı değişimi Şekil 4.12'de görülmektedir. Balata → mafsal yönlü hareket için sürtünme kuvveti baskı kuvveti ile aynı yönde etkidiğinden, pabuç çevrim oranı ile progresif olarak artmaktadır. Mafsal → balata yönlü harekette ise söz konusu kuvvetler ters yönde etkimekte, dolayısıyla değişim degresif olmaktadır.

40

Şekil 4.12. Örnek olarak alınan kampanalı frende pabuç çevrim oranının µ'ye bağlı değişimi.

Uygulamada karşılaşılan değerler sürtünme katsayısı için µ = 0,3...0,4 (gri döküm veya dökme çelik kampana ile organik balata çifti için) ve ortalama balata yüzey basıncı için pm = UB/(AB µ) = 100 ... 120 N/cm2 'dir.

Pabuç çevrim oranının çıkartılması için alınan sabit mafsallı pabuç, uygulamada kullanılan çeşitli tiplerden biridir. Ayrıca Şekil 4.13'de görülen kulaklı pabuç ve kaymalı pabuç tipleri de mevcut olup bunların çevrim oranları farklıdır [3].

Şekil 4.13. Pabuç dayanak noktasının çeşitli konstrüksiyonları.

41

Kampanalı frenlerin, pabuç konumları ve birbirleri ile olan etkileşimlerine göre Şekil 4.14'de görülen farklı tipleri vardır. Simpleks tipinde pabuçların biri balata → mafsal yönünde diğeri mafsal → balata yönünde etkilenmektedir. Dupleks tipinde ise pabuçlar taşıtın bir yöne doğru seyrinde balata → mafsal yönlü etkilenmektedir. Servo tipinde pabuçlar yine balata → mafsal yönünde çalışmakta aynı zamanda primer pabucun mafsal kuvveti sekonder pabuça baskı kuvveti olarak etki etmektedir.

Duo dupleks ve duo servo tiplerinde ise pabuçlar taşıma düzenine mafsallı olmayıp yalnızca baskı düzenine bağlıdırlar.

Basit bir hidrolik baskı düzeni ele alınacak olursa Şekil 4.15'deki simpleks frende her iki pabuca gelen baskı kuvvetleri eşittir.

Şekil 4.14. Çeşitli kampanalı fren konstrüksiyonları

a) simpleks, b) dupleks, c) servo, d) duo dupleks, e) duo servo

42

Şekil 4.15. Simpleks tipi bir kampanalı frende hidrolik baskı düzeni.

Şekil 4.16. Çeşitli fren tiplerine ait iç çevrim oranlarının sürtünme katsayısına bağlı değişimleri.

Dupleks tipinde de her iki fren silindirinin çapları eşitse yine aynı baskı kuvveti etkir. Bu durumda toplam çevresel kuvvetin baskı kuvvetine oranı olan C* iç çevrim oranı

C* = UB1/SB + UB2/SB = (UB1 + UB2)/SB (4.19)

43

şeklinde ifade edilebilir. Simpleks ve dupleks frenlerin iç çevrim oranlarının µ'ye bağlı değişimleri Şekil 4.16'da görülmektedir.

Karşılaştırma amacıyla şekle servo tipi fren ve disk frene ait iç çevrim oranı değişimleri de eklenmiştir.

Belli bir baskı kuvveti ve pratiğe uygun bir µ = 0,35 sürtünme katsayısında elde edilen toplam çevresel kuvvet Σ UB disk frenden servo tipi kampanalı frene uzanan bir sırayla artmaktadır. Diğer bir deyişle belli bir çevresel kuvvet Σ UB elde etmek üzere gereken baskı kuvveti SB, servo tipi kampanalı frende en küçük disk frende ise en yüksek değerini almaktadır. Şekil 4.17'de simpleks ve dupleks tipi bir kampanalı fren konstrüksiyonları görülmektedir. Şekil 4.18a'da elle zaman zaman yapılan boşluk ayarının mekanizması, 4.18b'de ise boşluk ayarını kendiliğinden yapan mekanizma görülmektedir.

Havalı fren sistemlerinde mekanik baskı düzenleri kullanılmaktadır. Şekil 4.19'da mekanik baskı düzenine örnek olarak bir fren kamı görülmektedir. Herbir fren pabucundaki baskı kuvvetleri fren kamının şekline bağlı olarak farklı değerler alabilir. Simpleks tipi frenlerde mafsal → balata yönlü çalışan pabucun baskı kuvveti arttırılarak her iki pabuçtaki balata aşınmasının eşit olması sağlanabilmektedir. Hidrolik baskı düzenlerinde genellikle baskı kuvvetleri eşit olduğundan simpleks frenlerde balata → mafsal yönlü çalışan pabuçta balata aşınması daha fazla olmakta idi. Şekil 4.20'de fren kamı ile tahrik edilen bir simpleks fren konstrüksiyonu görülmektedir. Mekanik baskı düzenlerine diğer bir örnek ise Şekil 4.21'de görülen gergi kamasıdır. Bu düzenlerde gergi kamasına eksenel yönde uygulanan kuvvet ile pabuçlara baskı yapılmaktadır.

a) b)

Şekil 4.17.a) Simpleks tipi ve b)dupleks tipi kampanalı fren konstrüksiyonları.

44

Manuel boşluk ayar mekanizması

fren tablasının dışında tornavida ağzının girebileceği büyüklükte bir yarık vardır. Bu yarığın karşısında bulunan dişler tornavida ile çevrilerek fren pabuçlarının alt mafsalları arasındaki mesafe değiştirilmektedir.

Otomatik boşluk ayar mekanizması

Pabuca bağlı olan dişli ayar çubuğunun ucunda bulunan halkaya fren tablasına bağlı olan bir pim geçmektedir.

Balata aşınması nedeniyle balata kampana arası boşluk ve dolayısıyla frenleme sırasındaki pabuç hareketi artar. Söz konusu pabuç hareketi şekildeki s mesafesinden bir diş adımı kadar daha fazla olduğunda dişli ayar çubuğu yuvasından bir diş kaymakta ve boşluk yine başlangıçtaki değerine düşmektedir.

Şekil 4.18. a) Normal boşluk ayar mekanizması, b) Otomatik boşluk ayar mekanizması [8].

45

Şekil 4.19. Kampanalı frenlerde mekanik baskı düzeni olarak kullanılan fren kamı.

1 Membranlı fren silindiri

2 Fren kamı

3 Balata

4 Geri toplama yayı

5 Kampana

Şekil 4.20. Baskı düzeni olarak fren kamı kullanılan bir simpleks fren konstrüksiyonu [7].

46

Şekil 4.21. Baskı düzeni olarak gergi kaması kullanılan bir kampanalı fren.

4.1.3. Isınma

Fren konstrüksiyonunda ısınma ile ilgili hususlara gelince; daha önce de bölüm 3.1'de 3.3 bağıntısı ile görülmüş olduğu gibi frenin çok çabuk ısınmasını önlemek için ısı depolama kapasitesinin büyük olması gerekmektedir. Bu kapasite, özgül ısı kapasitesi ile fren ağırlığının çarpımı (c GF) ile elde edilir. Bu durumda frenin büyük ve özgül ısı kapasitesinin de yüksek olması gerekmektedir. Taşıt konstrüksiyonu ile ilgili sınırlayıcı faktörler nedeniyle özellikle otomobillerde frenler fazla büyük olamamaktadır. Ancak alüminyum alaşımları kullanılarak bu malzemenin demire oranla üç katı daha yüksek olan ısı kapasitesinden yararlanılabilmektedir. Ayrıca ısı iletim katsayısı da büyük olan alüminyumda sıcaklık dağılımı dengeli olmaktadır. Ancak sürtünme elemanı olarak alüminyum fazla yumuşak olduğundan sürtünme yüzeyi demir bir bilezikle çevrilmektedir.

Frenlerin ısıyı mümkün olduğunca çabuk dışarı atabilmeleri de gerekmektedir. Böylelikle frenleme sırasında sıcaklığın hızlı artması önlendiği gibi fren bırakıldığında da hızlı bir soğuma sağlanmış olur. Bu nedenle frenlerin yerleştirildiği bölgenin kapalı olmaması gerekir. Isının çabuk atılabilmesi için frenler seyir rüzgarının havalandırma etkisine açık olarak yerleştirilmelidirler. Ayrıca ısı veren yüzey alanının büyütülmesi de ısının hızlı atılmasını sağlar. Bu amaçla elemana soğutma kanal ve kanatları eklenebilmektedir.

47

4.1.4. Disk frenlerle kampanalı frenlerin karşılaştırılması

Günümüzde disk frenler özellikle otomobillerin ön akslarında ve bazı modellerin arka akslarında da kullanılmaktadır. Ayrıca ağırlığı 7,5 tonun altında olan ticari taşıtların ön akslarında da disk fren kullanımı gitgide artmaktadır. Buna karşılık otomobillerin büyük bir kısmının arka aksları ve ticari taşıtların çoğunun ve özellikle ağır ticari taşıtların tümünün ön ve arka akslarında kampanalı frenler bulunmaktadır. Her iki tip frenin de kullanılıyor olması birbirlerine göre avantajlı ve sakıncalı yanlarının bulunduğunu göstermektedir.

Kampanalı frenlerin avantajları ele alınacak olursa :

• Kampanalı frenlerde baskı kuvveti disk frenlerdekine oranla daha düşüktür. Bu kampanalı frenin elemanlarına dağılan tüm yüklerin daha küçük olduğunu gösterir. O nedenle kampanalı frenler daha zayıf ve dolayısıyla daha ucuz imal edilebilirler.

• İç çevrim oranının büyük olmasından dolayı kampanalı frenlerde baskı kuvveti ve buna bağlı olarak pedal kuvveti de daha düşük olduğundan otomobillerde ek bir kuvvetlendirici düzeneğine gerek kalmamaktadır. Bu da kampanalı frenlerin kullanıldığı bir sistemin daha ucuz olmasını sağlamaktadır.

• Balata basıncının düşük olması aşınmaları azaltmaktadır. Bu husus özellikle yılda katedilen yol miktarı yüksek olan ağır taşıtlarda disk fren kullanılmamasının ana nedenlerinden biridir. Aşınmanın fazla olması, balataların sık sık değiştirilmesine yol açmakta, dolayısıyla, serviste geçen yani çalışılmayan sürenin artmasına neden olmaktadır.

• Bir fren diski kampanaya oranla daha hafiftir. Özellikle durmak üzere yapılan frenlemede açığa çıkan ısının büyük bir kısmı depolanmaktadır. Hafifliği nedeniyle disk fren ve balataları kampanalı frene oranla daha fazla ısınmaktadır.

Disk frenlerin avantajlarına gelince ; bunlar esasen balata ile disk arasındaki sürtünme katsayısının değişimlerinden kaynaklanan fren momenti değişimlerinin, kampanalı frenlerdekine oranla daha az olmasına dayanmaktadır. Ellili yıllara kadar taşıtlarda hemen hemen yalnızca simpleks tipi kampanalı frenler kullanılmakta idi. Zamanla tekerlek yarıçapları ve dolayısıyla (4.7) bağıntısında kullanılan rB/r oranı küçültüldü. Böylelikle çevresel kuvvetlerin daha büyük olması gerekti. Ayrıca izin verilen pedal kuvveti sınırının düşürülmesi ve dolayısıyla SB baskı kuvvetinin azalması UB çevresel kuvvetinin SB'ye oranla daha arttırılmasını gerektirmiştir. Bu yüzden özellikle ön aks tekerleklerinde dupleks tipi fren kullanımına gidilmiştir. Amerikan otomobillerinde ise daha da yüksek olan ağırlıkları nedeniyle genellikle servo tipi frenler kullanılmıştır.

Simpleks tipinden dupleks tipine geçildiğinde Şekil 4.16'da da görüldüğü gibi µ = 0,35 için iç çevrim oranı C* 2,1'den 3'e çıkmakta yani yaklaşık olarak % 43 oranında artmaktadır. Böylelikle simpleks yerine servo kullanarak aynı pedal kuvveti ile % 43 daha fazla fren momenti elde edilmektedir. Ancak isteyerek elde edilen bu artış, sürtünme katsayısı değişimlerine olan duyarlılığın da artması sakıncasını doğurur. Esas olarak sürtünme katsayısı değişimlerinin frenleme olayına olumsuz etkileri şöyle sıralanabilir.

• Pedal kuvveti sabit tutulduğu ve dolayısıyla SB baskı kuvveti değişmediği halde µ değeri değişimleri nedeniyle tekerleklerdeki fren momenti ve buna bağlı olarak taşıtın eriştiği

48

frenleme momenti değişecektir. Bu değişim ancak uygun pedal kuvveti değişimleri ile dengelenebilir.

• Sürtünme katsayısı değişimlerinden ön ve arka aks tekerlekleri farklı etkilendiklerinde fren kuvvet dağılımı da değişecektir. Bu istenmediği halde arka aksın önce bloke olması sonucunu doğurabilir.

• Sağ ve sol tekerleklerdeki sürtünme katsayısı farklılıkları ise fren momentleri farklılıklarına neden olarak taşıtı döndürmeye çalışan momentler ortaya çıkaracaktır. Özellikle ön tekerleklerdeki farklar taşıtın fazla sapmasına yol açmaktadır. Bu sapma miktarı frenleme oranı arttıkça artmakta ve bu durum özellikle yüksek hızlarda tehlikeli olmaktadır. Karşı tedbir olarak ön tekerlek yuvarlanma dairesi yarıçapı negatif seçilmektedir.

Sürtünme katsayısı farklılıkları doğrudan doğruya balata malzemesindeki ya da disk veya kampana yüzey pürüzlülüklerindeki farklardan kaynaklanabildiği gibi işletme sırasında da ortaya çıkabilmektedir. Örneğin frenlerin ıslanması veya yağlanması sürtünme katsayısını etkilemektedir. Islanma halinde disk frende su damlaları merkezkaç kuvvet ile çabucak savrulup atılabilirken kampanada daha uzun süre etki sürmektedir. Yukarıda sayılanlardan başka sıcaklık ve sürtünen yüzeylerdeki relatif hız da sürtünme katsayısını etkilemektedir. Artan sıcaklıkla ve artan kayma hızı ile sürtünme katsayısı Şekil 4.22'de görüldüğü gibi düşmekte olup bu etkilere sürtünme katsayısının sıcaklık zayıflaması ve hız zayıflaması adı verilir. Şekil 4.23'de ön ve arka akslarında farklı tiplerde frenler bulunan bir taşıtta sıcaklık ve hız zayıflamalarının etkileri görülmektedir. Şekil 4.23a'daki hız zayıflaması örneğinde bir v0 hızı için ön ve arka tekerleklerin UB/SB iç çevrim oranları bellidir.

Bu orana bağlı olarak fren kuvveti dağılımı da ortaya çıkmaktadır. Fren yapıldığında rölatif hız düşmekte ve sürtünme katsayısı yükselmekte, bundan ön ve arka tekerlekler farlı etkilendiğinden fren kuvveti dağılımı da değişmektedir.

Şekil 4.22. Sürtünme katsayısının kayma hızı ve sıcaklığa bağlı değişimi.

49

Şekil 4.23. Ön ve arka tekerleklerinde farklı tipte frenler bulunan bir taşıtta; a) hız zayıflaması b) sıcaklık zayıflaması etkileri.

Sıcaklık zayıflamasında hız zayıflamasından değişik olarak ön ve arka tekerleklerdeki sürtünme katsayıları farklı miktarlarda değişmektedir. Ön aks tekerleklerindeki fren kuvvetleri daha büyük olduğu halde arka aks frenleri daha az soğutulabildiğinden öne göre fazla ısınmaktadır.

Bir frenin iç çevrim oranı ne kadar küçükse, yukarıda sıralanan değişimlerin etkileri de o kadar az hissedilmektedir. Bu nedenle iç çevrim oranlarının düşük olması disk frenlerin en önemli avantajlarını ortaya çıkarmaktadır.

Kampanalı frenlerde iç çevrim oranı aynı zamanda kampananın sıcaklık etkisiyle genleşmesi nedeniyle de ortaya çıkmaktadır.

Fazla ısındığında kampana genleşerek çapı büyümekte ancak pabuçlar balataların siperleyici etkisiyle daha az ısınmakta ve daha az genleşmektedir. Bunun sonucu olarak normal sıcaklıkta balata kampana teması bütün yüzey boyunca iken ısınma sonucu balatanın orta bölgelerine kaymakta ve iç çevrim oranı % 20'si kadar azalabilmektedir. Böyle aşırı bir ısınma sonrasında bu defa kampana pabuçtan daha hızlı soğumakta ve temas balatanın uç bölgelerine kaymaktadır. Bu durum ise iç çevrim oranının %40 kadar artmasına yol açabilmektedir.

Kampana artan sıcaklık sonucu Şekil 4.24a'da görüldüğü gibi genleşerek deforme olabilmektedir. Bunu önlemek üzere Şekil b'de görüldüğü gibi dış kenar çepeçevre kuvvetlendirilir.

Disk frenlerde ise ısıl genleşme dolayısıyla ortaya çıkan boyut büyümesi herhangi bir probleme neden olmamaktadır. Şekil 4.25a'da görüldüğü gibi kalınlığı artan disk, balataları bir miktar geri itmekte ve yalnızca pedal hareketi azalmaktadır.

50

Şekil 4.24. Kampananın sıcaklıkla deforme olması (a) ve alınan konstrüktif karşı önlem (b).

Deforme olma konusuna gelince diskler şekilleri gereği ısınınca Şekil 4.25b'de görüldüğü gibi eğilebilmektedir. Ancak diskten Şekil 4.25c'de görüldüğü gibi bir miktar malzeme alınarak bu eğilmenin önüne geçilebilmektedir.

Şekil 4.25. Sıcaklık artması sonucu diskin a) genişlemesi, b) deforme olması ve c) karşı önlem.

51

4.2. Tahrik ve iletim elemanları

Fren sistemlerinin tahriği ayakla veya elle, fren pedalı veya fren kolu kullanılarak yapılmaktadır. Servis freni yalnızca pedal ile tahrik edilir. Pedal Şekil 4.26'da görüldüğü gibi sürücü kabininin formuna ve fren ana merkezinin yerine bağlı olarak aşağıdan veya yukarıdan mafsallı olabilmektedir.

Şekil 4.26. Fren pedalı tipleri.

İlgili yönetmeliklerde genellikle pedalın hareket miktarı konusunda sınırlayıcı bir veri bulunmamaktadır. Yalnızca alman StVZ0 [1], servis freni pedalının kuvvet uygulanan noktasının hareketini en fazla 250 mm ile sınırlamıştır. Genel olarak bu hareket miktarı sürücü koltuğundaki insanın hareket yeteneği ile sınırlıdır. Ancak pedalın maksimum hareketinin 1/3...1/4 kadar bir kısmının rezerv olarak kalması aşınma ya da arıza halinde kullanılmak üzere gereklidir. Fren pedalının karakteristik büyüklüğü pedal çevrim oranı ip = a/b 'dir.

Şekil 4.27. Bir tesbit freni kolu ve mekanik iletim düzeni.

52

Fren kolu ise tesbit frenlerinde kullanılmaktadır. İletim düzeni de mekanik olup Şekil 4.27'de bir örnek görülmektedir. Fren kolu elle tahrik edilmekte ve hareket iletim tel veya çubuğu ile frene iletilmekte ve frende bulunan gergi mekanizması uyarılmaktadır. Genellikle tesbit freni sistemi için servis freni sisteminin tekerlek frenleri kullanılmakta, ek bir frene gerek kalmamaktadır. Tesbit freni yalnızca bir aksın iki tekerleğine etkimekte, bu yönetmeliklerdeki ilgili şartların sağlanması için yeterli olmaktadır.

4.2.1. Hidrolik fren sistemleri

Daha ayrıntılı olarak üzerinde durulacak olan iletim şekli hidrolik iletimdir. Daha önceki bölümlerde tekerlekte fren kuvvetinin oluşumu ele alınmış idi. Bu bölümde frende oluşan SB baskı kuvveti ile FP pedal kuvveti arasındaki bağıntılar incelenecektir.

Şekil 4.28'de şematik olarak hidrolik bir fren sistemi görülmektedir. Geri çekme yayı ve sürtünme kuvvetleri ihmal edilirse pedal kuvveti

FP = ( 1 iP ) ph AA (4.20)

Şekil 4.28. Hidrolik bir fren sistemi şeması.

53

Tekerlek silindirindeki yay ve sürtünme kuvvetleride ihmal edildiğinde yaklaşık olarak baskı kuvvetleri

SBÖ = ph ATÖ

SBA = ph ATA (4.21)

bağıntıları ile bulunur. (4.7) bağıntısı ile her bir aksta iki tekerlek olduğu da göz önüne alınarak akslardaki fren kuvvetleri için

BÖ = 2 (U/S)Ö SBÖ rBÖ/r

BA = 2 (U/S)A SBA rBA/r (4.22)

ve bunlardan toplam fren kuvveti

B = 2 ph ((U/S)Ö ATÖ rBÖ/r + (U/S)A ATA rBA/r) (4.23)

yazılır. (4.20) bağıntısından hidrolik basıncı ph çekilerek (4.23)'de yerleştirilirse B fren kuvveti ile FP pedal kuvveti arasında

B = (2 FP iP/AA) ((U/S)Ö ATÖ rBÖ/r + (U/S)A ATA rBA/r) (4.24)

bağıntısı bulunur. Bağıntıdaki iP pedal çevrim oranı akışkanın sıkıştırılamaz olmasından yararlanılarak ifade edilebilir. Ana silindirde AA sP/iP hacmi sıkıştırılmaktadır. Bu hacim dört tekerleğin fren silindirlerinde

2 (2 sÖ.ATÖ + 2 sA ATA)

şeklinde karşılanacaktır. Buradan pedal çevrim oranı için

iP = sP AA

4 (sÖ ATÖ + sA ATA) (4.25)

yazılarak toplam fren kuvveti

B = FP sP/2 (U/S)Ö ATÖ rBÖ/r + (U/S)A ATA rBA/r

sÖ ATÖ + sA ATA (4.26)

şeklinde elde edilir. Taşıtın frenleme oranı ise

z = B/G

54

z = FP sP/(2 G) (U/S)Ö ATÖ rBÖ/r + (U/S)A ATA rBA/r

sÖ ATÖ + sA ATA (4.27)

bağıntısı ile ifade edilir. Bağıntıyı kolayca irdeleyebilmek için rBÖ = rBA = rB, ATÖ = ATA ve sÖ = sA = s kullanılarak

z = (FP/G).(sP/4s).(rB/r).[(U/S)Ö + (U/S)A] (4.28)

bulunur. Bu bağıntıdan anlaşıldığı gibi pedal kuvveti ile frenleme oranı arasında lineer bir ilişki vardır. Şekil 4.29'da FP'ye bağlı z değişimi görülmektedir. Geri çekme yayı da göz önüne alındığında şekilde gösterildiği gibi pedal kuvvetinin bir kısmı bu yayın ön gerilmesini karşılamakta ve bu sırada frenleme etkisi ortaya çıkmamaktadır.

Şekil 4.29. Frenleme oranı ile pedal kuvveti arasındaki bağıntı.

(4.28) bağıntısı, taşıt ağırlığını en küçük otomobilden hidrolik fren sistemi kullanılan büyük yük taşıtı veya otobüse kadar arttırarak incelenecek olursa, z frenleme oranının sP/s, rB/r ve U/S oranları sabit kalmak şartıyla verilmiş bir FP pedal kuvveti için yüke hiperbolik bir fonksiyon şeklinde bağlı olduğu anlaşılır. Bu fonksiyon çift logaritmik eksenlerde Şekil 4.30'de görüldüğü gibi doğrusal değişimler olarak elde edilir.

Daha önce de belirtilmiş olduğu gibi yönetmeliklerde [5] erişilmesi gereken minimum frenleme oranı ve bu frenleme oranına erişmek üzere uygulanabilecek maksimum pedal kuvveti belirlenmiştir (zmin = 0,58, FPmax = 500N). Şekil 4.30'de verilmiş olan örnek datalar kullanıldığında bu datalara sahip taşıtın ağırlığının

Gmax = (500/0,58) (135/12) 0,4 (2+2) = 15 517 N

değerinden büyük seçilemeyeceği bulunur. Taşıtın daha ağır olması halinde pedal kuvveti, yani sürücünün ayak kuvveti yardımcı bir kuvvetle, bir fren kuvvetlendiricisi ile desteklenmelidir. Kuvvetlendirici FP pedal kuvvetini bir V kuvvetlendirme faktörü kadar arttırarak ana silindire iletmektedir. Bu durumda (4.28) bağıntısında FP yerine V FP gelmektedir. Kuvvetlendiricilerin konstrüktif yapıları daha sonra ele alınacaktır.

55

Şekil 4.30. Belirli pedal kuvvetleri İçin frenleme oranının taşıt ağırlığına bağlı değişimi.

Yukarıda örnek datalarla hesaplanmış olan maksimum taşıt ağırlığı Gmax = 15 517 N uygulama için fazla yüksek bir değerdir. Pratikte yönetmeliklerle belirlenmiş pedal kuvveti sınırının çok altındaki kuvvetlerle yüksek frenleme oranlarına erişilmektedir. Bu durum özellikle otomobiller için geçerlidir. O yüzden çok daha hafif taşıtlarda da kuvvetlendirici kullanılmaktadır. Şekil 4.31'de pedal kuvvetine bağlı frenleme oranlarının uygulamada aldığı değerler, yapılan araştırmalara göre optimal değerleri ve yönetmelik sınırı bir arada görülmektedir [2].

Şekil 4.31. Pedal kuvvetine bağlı frenleme oranlarının pratikte aldığı değerler ve optimal değerleri [2].

56

Kuvvetlendirme faktörünün küçük olması gerekli pedal kuvvetinin artmasına yol açarken fazla büyük seçilmesi de hem frenleme oranının yeterince hassas kontrolunu güçleştirmekte, hem de kuvvetlendiricinin arızalanması halinde yönetmeliklere göre [5] sağlanması gereken yardımcı fren performansının altına düşülmektedir.

Kuvvetlendirici ve enerji kaynağı fren sistemine eklenen elemanlar olup maliyeti arttırmaktadır. Bu nedenle kuvvetlendirici kullanmaksızın yeterli performansın sağlanma olanakları da ele alınmalıdır. (4.28) bağıntısına göre sP/s, rB/r ve (U/S) oranları büyütülerek aynı pedal kuvveti ile elde edilecek frenleme oranının belirli ölçülerde arttırılması mümkündür. Örneğin (U/S) iç çevrim oranının bir dupleks tipi kampanalı fren kullanılarak büyütülmesi düşünülebilir. Ancak kampanalı frenlerin ve özellikle iç çevrim oranı büyük olanların daha önce sıralamış olduğumuz sakıncaları nedeniyle günümüzde otomobillerde disk frenler kullanılmakta ve böylece iç çevrim oranı küçük olmaktadır.

Tekerlek frenleri jantların iç kısmına yerleştirildiğinden yarıçaplar oranının fazla arttırılması konstrüktif olarak mümkün değildir. Kırklı yılların sonlarında rB/r oranı 0,45 ... 0,48 arasında iken ellili yılların sonlarına doğru küçük tekerleklerin yaygınlaşması nedeniyle oran 0,32 ... 0,41 değerlerine düşmüştür. Daha sonra ise lastik tekerleklerin yükseklik/genişlik oranları gitgide küçültülmüş ve frenler için yine yeterli yer kazanılarak rB/r oranı eski değerlerine yükseltilebilmiştir.

Son olarak sP/s oranı ele alınacak olursa, sP pedal yolu sürücünün sınırlı bacak hareket yeteneği ve yönetmelik sınır değerleri nedeniyle daha önce de belirtilmiş olduğu gibi belli bir değerin üzerine çıkarılamamaktadır. Bu durumda ancak tekerlek pistonu hareketinin mümkün olduğu kadar küçültülmesi düşünülebilir. Bu hareketi oluşturan nedenler :

• Balata ile kampana veya disk arasında kalan boşluk,

• Mekanik deformasyonlar (balatanın sıkışma sonucu daralması, kampananın genişlemesi ya da diskin daralması) ve

• Sıcaklık farklılıkları nedeniyle ortaya çıkan deformasyonlardır.

Bütün bu bileşenlerin elden geldiğince ufak tutulması gerekir. Bu amaçla aşağıda sıralanan önlemler alınır.

• Balata-fren yüzeyi aralığının otomatik olarak sabit tutulması,

• Termik deformasyonları azaltacak şekillendirmeler,

• Mekanik deformasyonların azaltılması,

• Hidrolik sıvısının elastisitesinin düşük olması,

• İletim kanallarındaki hidrolik sıvısı miktarının az olması,

• Sistemde bulunan boru ve hortumların sert olmaları.

Ancak piston hareketinin yukarıdaki önlemlerle ufaltılmasının z frenleme oranına doğrudan bir etkisi olmayacaktır. Çünkü sP/s oranı piston alanları ve pedal çevrim oranına bağlı olup sabittir. Dolayısıyla s'nin küçültüldüğü oranda sP'nin küçülmesi, piston alanları ve pedal çevrim oranlarının değiştirilerek, sP'nin yine izin verilir sınırlara kadar arttırılabilmesine olanak verecek ve sP/s oranı bu şekilde büyütülebilecektir.

57

Bağıntıların çıkarılması sırasında hidrolik fren sisteminin ana silindiri ve tekerlek silindirleri yalnızca ana fonksiyonları açısından basit olarak gösterilmiş olup aşağıda konstrüktif ayrıntıları incelenecektir.

Şekil 4.32'de Lockheed prensibine göre çalışan bir fren ana silindirinin konstrüksiyonu görülmektedir.

Şekil 4.32. Lockheed prensibine göre çalışan bir fren ana silindiri.

Fren serbest iken hidrolik deposunu silindire birleştiren kanalın ağzı açık olup silindir basıncı depo basıncına yani atmosfer basıncına eşittir. Fren pedalına basıldığında baskı çubuğu pistonu ileri itmekte ancak birincil conta hidrolik kanalının ağzını kapayıncaya kadar basınç artışı olmamaktadır. Kanal kapandıktan sonra artan basınç nedeniyle hidrolik sıvısı taban ventilini açarak iletim sistemine ve tekerlek frenlerine akmaktadır. Fren tekrar serbest bırakıldığında piston geri gitmekte ve basınç düşmektedir. Ancak basıncın atmosfer basıncına kadar düşmemesi için belli bir değerde taban ventili kapanarak silindire hidrolik akışını kesmektedir. Sistemde bir miktar artık basınç bırakılmasının nedeni, tekerlek silindiri contalarından sisteme hava girmesinin önüne geçmektir. Bu artık basınç yalnız kampanalı frenlerde bırakılmaktadır. Çünkü kampanalı frenlerde pabuçları geri çeken yayların gerilmeleri artık basıncı karşılamakta ve balataları kampanadan ayırmaktadır. Diskli frenlerde geri çekme yayı bulunmadığından artık basınç bırakılması halinde balatalar sürekli olarak diske sürteceklerdir. Bu nedenle disk frenlerin ana merkezlerinde taban ventili bulunmaz.

Ana silindire hava girmesinin önüne geçmek üzere birincil conta ile ikincil conta arasında atmosfer basıncında bir hidrolik yastığı bırakılmıştır.

Ayrıca sisteme hidrolik sıvısının doldurulması sırasında girecek bir miktar havanın alınabilmesi için ana silindirin en yüksek yerinde bir hava alma ağzı vardır.

Kampanalı frenlerde kullanılan bir tekerlek silindiri, Şekil 4.33'de görüldüğü gibi bir gövde, pistonlar, sızdırmazlık contaları ve baskı çubuklarından oluşur. Kir ve fren tozlarına karşı bir toz körüğü ile korunan silindirin yine en yüksek noktasında bir hava alma ağzı bulunmaktadır.

Disk frenlere ait tekerlek silindiri örneği ise daha önce Şekil 4.5'de ele alınmıştır.

58

Şekil 4.33. Bir kampanalı frene ait tekerlek silindiri.

4.2.2 Havalı fren sistemleri

Havalı fren sistemlerinde basınçlı hava hem enerji kaynağı hem de iletim aracı olarak kullanılmaktadır.

Dolayısıyla bu sistemlerde sürücünün kas kuvveti enerji kaynağı olarak değil kontrol ve kumanda amacıyla kullanılmakta olup havalı frenler daha sonra tanımı yapılacak olan yabancı kuvvetli fren düzenleri sınıfına girmektedir. 60 ... 70 kN'dan ağır olan taşıtlarda fren sisteminin konstrüktif parametleri ne şekilde seçilirse seçilsin sürücünün pedala uygulayacağı kuvvetle yeterli frenleme elde edilememektedir. Bu nedenle bu taşıtlarda havalı fren sistemleri kullanılmaktadır.

Yabancı kuvvetli fren düzenlerinin yapıları gereği kas kuvveti ile çalışan düzenlerden önemli farklılıkları olup bu farklılıkların doğuracağı sakıncalar göz önüne alınarak bazı şartlar yerine getirilmelidir. Bunlar sıralanacak olursa;

Kumanda duyarlılığı: Frenleme etkisi kas kuvveti ile çalışan düzenlerde olduğu gibi istenilen dozda ve duyarlı bir biçimde kontrol edilebilmelidir. Sistemin kumanda elemanı boyutlandırılırken sürücünün kontrolunu kolaylaştırmak üzere uygulanacak maksimum pedal kuvveti fazla büyük seçilmez. Bu durumda bu düzenlerde minimum ve maksimum pedal kuvvetleri arasındaki kontrol bölgesi kas kuvveti ile çalışanlardaki kadar geniş değildir. Bu ise sürücünün duyarlı kontrolunu güçleştirir. Pedalın uygulanan kuvvete bağlı hareket miktarı bir yandan cevap süresinin kısalması için düşük tutulurken öte yandan da ani kumandalarla aşırı frenlemelerin önüne geçmek için yeterince uzun seçilmek zorundadır. Ayrıca kumanda duyarlılığının pedal kuvveti arttırılırken olduğu gibi azaltılırken de sağlanması gerekir.

Etki tükenmesi: İşletme şartlarının gerektirdiği sıklıkta ardarda fren yapıldığında frenleme etkisi zayıflamamalıdır. Eğer enerji kaynağının yani kompresörün kapasitesi sınırda seçilirse tekrarlanan frenlemelerde etki tükenmesi söz konusu olabilmektedir.

Cevap süresi: Fren pedalına basıldığı andan fren etkisinin ortaya çıktığı ana kadar geçen cevap süresinin mümkün olduğu kadar kısa olması istenir. Bu süre havanın sıkıştırılabilir ve işletme basınçlarının düşük olması nedeniyle havalı düzenlerde hidrolik düzenlere oranla daha uzundur. Ayrıca cevap süresi iletim kanallarının uzunluğuna, kanalların ve ventillerin kesit alanlarına, hareketli fren parçalarının atalet ve sürtünmelerine bağlıdır. Özellikle katarlarda kritik değerler alabilen bu süre kesitlerin genişletilmesi ve kanalların kısaltılması ile

59

azaltılabilmektedir. Havalı frenlerde basınç sinyalinin hızının düşük olması ayrıca katarlarda çekici ve römorkun aynı anda frenlemeye başlamalarının sağlanmasını da güçleştirmektedir.

Şekil 4.34'de havalı bir fren sistemi şematik olarak görülmektedir. Uygulamada işletme basınçları 0,5 ... 0,7 MPa mertebesindedir. Daha yüksek basınçlar gerek ekonomik olmaması ve gerekse emniyetle ilgili bazı sakıncaları olması nedeniyle kullanılmamaktadır. Kompresörler bir veya iki silindirli olup genellikle tahriklerini bir kayış ile motordan alırlar. Taşıtın büyüklüğüne bağlı olarak strok hacimleri 80 ... 300 cm3 arasındadır.

Şekil 4.34. Havalı bir fren sisteminin basit şeması.

Fren ventilinin fonksiyonu belirli pedal kuvvetlerinde fren silindirine belirli hava basınçlarını sağlamaktadır. Pedal kuvveti ile fren basıncı arasındaki bu bağıntıyı gerçekleştiren mekanizmanın prensip şeması Şekil 4.35'da görülmektedir. Reaksiyon pistonundaki kuvvetlerin dengesinden pedal kuvveti ile iç basınç arasında

pi = FP a/(AR b) (4.29)

60

bağıntısı vardır. Bu pi iç basıncı Şekil 4.34'de görülen fren silindirine etki eden basınçtır.

Şekil 4.35. Fren ventili.

61

Şekil 4.36. Havalı fren düzeninde tekerleklerde baskı kuvvetlerinin oluşumu.

Şekil 4.36'da görüldüğü gibi fren silindiri tekerleklerde bulunan kampanalı frenlerin kamını tahrik ederek çalışmaktadır. Sürtünmeler ve gergi yayları ihmal edilirse

AT pi c = S1 d1 + S2 d2 (4.30)

yazılır.

Hidrolik fren sistemlerinde hidrolik sıvısının sıkıştırılamaz olması nedeniyle fren pedalının hareket miktarı ile tekerlek silindirlerindeki piston hareketi arasında doğru orantı vardır. Havalı frenlerde ise durum farklıdır. Fren ventili havanın depodan frenlere akmasını kontrol eden bir kumanda organıdır. Burada pedal kuvveti fren basıncını oluşturmamakta, sadece fren ventilinin açılmasını sağlamaktadır.

Sürücünün duyarlı bir kumanda yapabilmesi için pedala belirli mertebelerde kuvvet uygulaması ve bu kuvvetle pedalın bir miktar hareket etmesi gerekmektedir. Bunu sağlamak üzere gerek reaksiyon pistonunun alanı ve gerekse reaksiyon yayının sertliği uygun değerlerde seçilir. Dolayısıyla havalı frenlerde pedal karakteri yalnız ventil yapısına bağlıdır. Halbuki hidrolik frenlerde pedal karakterini tüm sistemin konstrüktif parametreleri etkilemekte idi. Bu nedenle de örneğin balataların aşınmış olduğunu hidrolik frenlerde pedaldaki değişiklikten anlamak mümkünken havalı frenlerde mümkün değildir.

Şekil 4.37'de havalı fren silindiri örnekleri görülmektedir. Her iki örnekte de baskı çubuğu pistona sabit bağlı olmayıp piston boşta durumda iken de ileri hareket ettirilebilmektedir. Böylelikle park freni sisteminin fren kamını ayrıca gererek freni kilitleyebilmesi mümkün olmaktadır.

62

1 Baskı çubuğu

2 Kovan

3 Dayanak

4 Klavuz

5 Piston tabanı

6 Membran

7 Hava girişi

8 Geri toplama yayı

Şekil 4.37. Havalı fren silindiri.

Fren sistemi havalı olan ağır taşıtlarda hava basıncı bulunmadığında yalnızca park freni iş görebilmektedir. Enerji kaynağı kas kuvvetine dayalı olan tipte park freni ile yeterli frenleme sağlanamıyorsa genellikle yaylı silindirler kullanılmaktadır. Şekil 4.38'da şematik olarak yapısı görülen yaylı silindirlerde hava basıncı bulunmadığı zaman yay uzayarak gergi kolunu çekmekte ve tekerlek frenleri bu yay kuvveti ile kilitlenmektedir.

Şekil 4.38. Yaylı silindir.

Sistem basıncı yükseldiğinde ise park freni ventili açılarak yaylı silindire basınçlı hava verilmekte ve yay geri basılarak fren gevşetilmektedir. Karayolu taşıtlarında yaylı silindir yukarıda açıklandığı gibi sadece park freni olarak kullanılmakta, servis freni için sistemde ayrıca bir fren silindiri bulunmaktadır. Yalnızca bazı demiryolu taşıtlarında yaylı silindir servis freninin fonksiyonunu da görmektedir. Bu durumda fren yapmak üzere hava basıncı azaltılmaktadır. Yaylı silindirlerin önemli bir avantajı sistemde enerji kaynağı arızalanması halinde taşıtın kendiliğinden frenlemeye geçmesi ve basınç işletme değerlerine erişmeden çözülmemesidir.

63

4.2.3. Römorkların Fren Sistemleri

Römorklar için prensip olarak Şekil 4.34'de görülen sistemin benzeri bir fren düzeni kullanılabilirse de bu durumda römorkta da bir kompresör tahriğine ve kumanda sistemine ihtiyaç doğacağından uygulamada Şekil 4.39a'da şematik olarak gösterilen sisteme benzer düzenler kullanılmaktadır.

Çekici taşıtın basınçlı hava kaynağı depo kanalları yoluyla römorkun hava deposunu da doldurmaktadır. Fren kanallarından iletilen hava basıncı ise römorkta bulunan kumanda ventilini tahrik ederek fren basıncını kontrol etmektedir.

Şekil 4.39a. Bağlantısı iki kanallı olan çekici-römork havalı fren sistemi.

Şekil 4.39b. Römork fren kumanda ventili.

Çekici ile römork arasında iki bağlantı kanalı olduğundan bu sisteme iki kanallı fren adı verilir.

64

Römork fren kumanda ventili Şekil 4.39b'de görüldüğü gibi daha önce ele alınmış olan (Şekil 4.35) fren ventiline çok benzemekte, yalnızca reaksiyon pistonu pedal yerine ikinci bir piston tarafından itilmektedir. Bu ikinci piston ise çekicinin fren basıncının etkisi ile hareket etmektedir.

Yukarıda römork havalı fren düzeni prensip olarak açıklanmış olup çekici ve römorklar genellikle farklı firmalarda imal edilirler. Ayrıca bir çekici farklı yapıda çeşitli römorklarla bağlanabilir. Ancak farklı çekici ve römorkların frenleme açısından uyum sağlayabilmeleri için Avrupa Topluluğu yönetmeliklerinde Şekil 4.40'da görülen frenleme bölgeleri öngörülmektedir.

Buna göre örneğin fren kanalında 0,43 MPa hava basıncı bulunduğunda yüklü katarın 0,475 ... 0,35 arasında, boş katarın ise 0,65 ... 0,4 arasında frenleme oranlarına erişmesi gerekmektedir.

Basit ve hafif römorklarda kullanılan bir başka fren tipi de atalet frenidir (Şekil 4.41).

Çekici fren yaptığında römork, ataleti ile çekiciye yüklenmekte ve bu durumda çekiciye yaslanan çeki çubuğu freni tahrik ederek tutmasını sağlamaktadır. Burada kaynak olarak römorkun kinetik enerjisi kullanılmaktadır. Uygulamada karavanlarda bulunan bu frenlerin etkisi kendiliğinden yüke bağlı olarak artmaktadır. Ancak yokuş yukarı park halinde frenlerin boşta kalması bu sistemlerin önemli bir sakıncasıdır.

Şekil 4.40. Avrupa topluluğu yönetmeliklerine göre boş ve dolu katarlar için frenleme bölgeleri [6].

65

Şekil 4.41. Römork atalet freni.

66

5. YARDIMCI ELEMANLAR ve EMNİYET SORUNLARI Yukarıdaki bölümlerde taşıtın fren düzenini oluşturan ana elemanlar ele alınmış olup uygulamada sisteme, gerek işleyişi kolaylaştırmak, iyilik derecesini yükseltmek ve gerekse güvenilirliği arttırmak üzere çeşitli yardımcı elemanlar da eklenmektedir. Bu bölümde gerek bu elemanlar ve konstrüktif yapıları, gerekse emniyetle ilgili önlemler incelenecektir.

5.1. Fren kuvvetlendiricileri

Daha önce de ifade edilmiş olduğu gibi fren düzeni hidrolik olan belli bir ağırlığın üzerindeki taşıtlarda kuvvetlendirici kullanımı ile pedal kuvveti fren ana silindirine arttırılarak iletilmektedir.

Sürücünün ayak kuvvetinin başka bir enerji kaynağı ile desteklendiği bu sistemlere yardımcı kuvvetli fren düzenleri adı verilmektedir.

Şekil 5.1. Yüksek basınçla çalışan bir fren kuvvetlendiricisinin prensip şeması.

67

Yüksek basınçlı hava ile çalışan bir fren kuvvetlendiricisinin prensip şeması Şekil 5.1'de görülmektedir.

Sistemin çalışma şekli: Fren pedalı hareket ettirildiğinde kuvvetlendirici ana pistonundaki sürtünme kuvveti fazla olduğundan yalnızca reaksiyon pistonuna bağlı olan ventil borusu hareket eder ve ventili iterek açar. Basınçlı hava içeri dolarak ana pistona baskı yapar ve dolayısıyla fren ana silindirindeki hidrolik sıvısına da aynı baskı kuvvetini uygular. Öte yandan pi hava basıncı reaksiyon pistonuna da bir baskı uygulayarak ventil borusunu geri iter ve ventil kapanır. Sistem içinde dış ortama göre bir pi basınç fazlalığı vardır.

Kuvvetlendirici faktörünün hesabı için A noktasına etki eden kuvvetlerin dengesinden

pi ARK - pi AAP + ph AA - FP a/b = 0 (5.1)

A noktasındaki momentlerin dengesinden

pi ARK c + (pi AAP - ph AA) d = 0 (5.2)

yazılacak olursa bu iki bağıntıdan

V = ph AA

FP a/b = c + d AAP/ARK

c + d (5.3)

şeklinde kuvvetlendirici faktörü hesaplanır.

Şekil 5.2'de 5.2 bağıntısına göre ph ile pi arasındaki ve 5.3 bağıntısına göre de ph ile FP arasındaki ilişki görülmektedir. Bu şekilden anlaşıldığı gibi pi basıncı maksimum değeri olan pd basıncına eriştiğinde kuvvetlendirici etkisi sona ermekte, daha yüksek pedal kuvveti uygulandığında hidrolik basıncı artışı kuvvetlendirici etkisi olmadan devam etmektedir. Dolayısıyla pd basıncı ph-FP diyagramında eğimleri değil sadece kırılma noktasının yerini değiştirebilmektedir.

Şekil 5.2. Fren kuvvetlendiricisine ait karakteristik ph, pi, Fp diyagramları.

68

Fren serbest bırakıldığında (FP = 0) ventil borusu ventilden ayrılmakta ve basınçlı hava ventil borusundan geçerek sağdaki çıkışdan dışarı akmaktadır.

Bu sistemlerde basınçlı hava desteği ortadan kalktığında ana fren pistonu mekanik olarak tahrik edilebilmekte ancak aynı basıncı elde etmek üzere gereken pedal kuvveti artmaktadır.

Örnek olarak verilmiş olan kuvvetlendiricide çıkış ağızları motorun emme kanalına bağlanarak vakum sağlanır ve basınçlı havanın girdiği ağız ise atmosfere açılırsa sistem yine aynı şekilde çalışır ve prensip olarak bir vakumlu kuvvetlendirici elde edilmiş olur.

Uygulamada genellikle otomobiller için kullanılan tipde bir vakumlu fren kuvvetlendiricisi konstrüksiyonu ve çalışması Şekil 5.3'de görülmektedir. Burada reaksiyon pistonu ile ana piston aynı eksende bulunmaktadır.

boşta frenleme sırasında

Şekil 5.3. Vakumlu bir kuvvetlendiricinin konstrüksiyonu ve çalışma aşamaları

[Ford Motor Company].

Otobüs ve yük taşıtlarının basınçlı hava sistemlerinde uygulamada 0,7...0,8 MPa basınç kullanılmaktadır. Vakumlu kuvvetlendirici kullanılan binek otomobillerinde ise mutlak basınç 0,01...0,02 MPa mertebelerinde olmakta böylelikle atmosfer basıncına nazaran 0,08...0,09 MPa basınç farkı sağlanmaktadır. Maksimum kuvvetlendirici desteği, maksimum basınç farkına bağlı olduğundan vakumlu kuvvetlendiricilerde ana piston alanı yüksek basınçlı kuvvetlendiricilerin 8 ... 9 misli daha büyük seçilir.

69

Yukarıda incelenen havalı kuvvetlendiricilerden başka otomobillerde kullanımı gittikçe yaygınlaşan hidrolik kuvvetlendiriciler de mevcuttur. Özellikle egzoz emisyonları ile ilgili yönetmeliklerin gerektirdiği önlemler motorun emme basıncının 0,02 MPa mertebelerine düşmüyor olmasına yol açmakta bu nedenle vakumlu kuvvetlendiricilerin boyutlarını fazla büyütmek yerine hidrolik kuvvetlendiriciler tercih edilebilmektedir. Ayrıca yapılarında hidrolik kompresör bulunan anti blokaj sistemlerinin yaygınlaşması ek bir kompresör gereğini de ortadan kaldırdığı için hidrolik kuvvetlendirici alternatifini ekonomik hale getirmektedir.

Şekil 5.4'de hidrolik bir fren kuvvetlendiricisi görülmekte olup çalışma şekli: Serbest durumda (Şekil a) kumanda ağzı (1)'e kadar depo basıncı gelmekte, kumanda ağzı (2) kanal (3) ile basınçsız yağ deposu ile bağlantılı bulunmaktadır. Frenleme sırasında (Şekil b) pedal tahrik edilmekte ve tahrik pistonu (5) üzerinden, kumanda pistonu (6)'da bir baskı kuvveti oluşmaktadır. Kanal (3) kapanmakta ve (1) ve (2) kumanda ağızları birleşmektedir. Tahrik pistonu (5)'e etkiyen kuvvet ile bu pistonun yüzeyine etkiyen (4) numaralı hücre basıncının oluşturduğu kuvvet dengeleninceye kadar (4) hücresine basınçlı depodan hidrolik akmaktadır. (4) hücresinin basıncı redüksiyon pistonu (7)'ye etkiyerek baskı çubuğu (8) üzerinden ana fren silindirindeki hidrolik basıncını kuvvetlendirmektedir. Pedal kuvveti arttırıldığında basınçlı depodan kuvvetlendiriciye daha fazla hidrolik akmakta ve (4) numaralı hücre basıncı pedal kuvveti ile orantılı olarak artmaktadır.

Şekil 5.4. Hidrolik bir fren kuvvetlendiricisi konstrüksiyonu ve çalışması.

70

Pedal kuvveti azaltıldığında ise fazla hidrolik (4) numaralı hücreden (3) kanalı ile basınçsız yağ deposuna akmaktadır. Fren kuvveti (4) numaralı hücre basıncı depo basıncına erişinceye kadar kuvvetlendirilmektedir. Pedal kuvveti daha fazla arttırıldığında (4) numaralı hücre basıncı sabit kalmakta yalnızca ilave kuvvetlendiricideki mekanik bağlantı üzerinden ana fren silindirindeki basıncı arttırmaktadır.

Kuvvetlendirici faktörü

V = pi AAP FP a/b =

pi AAP pi ARK =

AAP ARK (5.4)

şeklinde hesaplanmaktadır.

5.2. Fren kuvveti dağıtıcıları

Buraya kadar olan incelemelerimizde ön ve arka akslardaki fren momenti dağılımı tekerlek fren silindirlerinin büyüklüklerine bağlı ve sabit bir oranda idi. Fren kuvveti dağıtıcıları ön ve arka akslardaki fren momentleri oranını değiştiren elemanlardır.

5.2.1. Kırık karakterli kuvvet dağıtıcıları

Prensip olarak bu tür kuvvet dağıtıcılarının fonksiyonu ana silindirde ortaya çıkan hidrolik basıncı ön ve arka akslara, tekerleklerle yol arasındaki kuvvet bağlantıları açısından sabit karakterli dağılıma göre daha uygun oranlarda dağıtmaktadır. Diğer bir ifadeyle, ideal fren kuvveti dağılım eğrisine yaklaşmak üzere kullanılan bu kuvvet dağıtıcıları Şekil 5.5a'da görüldüğü gibi belirli bir noktadan itibaren arka aks hidrolik basıncının ön aks hidrolik basıncına oranını azaltarak kırık bir dağılım karakteri sağlamaktadır. Kuvvet dağıtıcının basınç iletim karakteri Şekil 5.5b'de verilmiştir. Belirli bir PA hidrolik basıncına kadar ana merkezden gelen basınç aynen, bu basınçtan sonra ise belirli bir oranda azaltılarak aktarılmaktadır.

Şekil 5.5c ve d'de kuvvet dağıtıcının şematik ve konstrüktif resimleri görülmektedir. Çalışma şekli: Kırık karakterli kuvvet dağıtıcısı kırılma noktası basıncına erişilinceye kadar giriş basıncını değiştirmeden arka aks tekerleklerine iletmektedir. Kırılma basıncından sonraki giriş basıncı artışları Aring/Atopl yüzeyler oranı ile azaltılmaktadır. Ana silindirde oluşan hidrolik basınç A1 ağzından (2) numaralı ring hücresine girmekte, (3) numaralı delik, (4) numaralı ventil ve (5) numaralı hücreden geçerek A2 ağzından arka aks frenlerine erişmektedir. Kırılma noktası basıncına erişilirken (6) numaralı kademeli piston (7) numaralı gergi yayının F0 ön gerilme kuvvetine karşı kaymakta ve (4) ventilini kapamaktadır. Bu anda kademeli piston labil denge durumunda kalmaktadır. Bunu izleyen basınç artışlarında kademeli piston hızla ileri ve geri kayarak (4) ventilini açıp kapamakta ve tekrar labil denge durumuna erişmektedir. Bu şekilde (5) hücresindeki basıncın kırılma basıncından sonraki artışı Aring/Atopl oranında azaltılmış olarak gerçekleşmektedir. Ana silindirdeki basıncın azaltılması halinde kademeli piston (7) numaralı yaya karşı, (2) ve (5) numaralı hücre basınçları dengeleninceye kadar kaymaktadır. Daha sonra (4) numaralı ventil açılmakta ve kademeli piston başlangıç konumuna dönmektedir.

71

Şekil 5.5. Kırık karakterli kuvvet dağıtıcısı.

Basınç oranları

pA.Atopl = pÖ.Aring + F0

72

pA = pÖ.Aring/Atopl + F0/Atopl (5.5)

bağıntısı ile kolayca ifade edilir.

5.2.2. Yüke bağlı fren kuvveti dağıtıcıları

Daha önceki bölümlerde incelenmiş olan ideal fren kuvveti dağılımı 3.39 bağıntısından da anlaşılacağı gibi taşıt ağırlığına ve ağırlık merkezinin yerine bağlıdır. Bu nedenle yük durumunun ve dolayısıyla ağırlık merkezi yerinin değişimi ideal dağılım eğrisini de Şekil 5.6'da görüldüğü gibi değiştirmektedir. Bu konuda herhangi bir önlem alınmaması halinde, örneğin taşıtın yüklü durumuna uygun olarak boyutlandırılmış bir fren sisteminde, yük boşaltıldığı takdirde hafifleyen arka aks tekerlekleri yine yüklüymüş gibi aşırı frenleme yaparak ön aks tekerleklerinden önce bloke olacaktır. Bu ise kararsız bir durum olup taşıtın arka kısmının kontrolsuz olarak savrulmasına yol açacaktır. Söz konusu durum özellikle boş ve yüklü haldeki arka aks yükü farkı fazla olan taşıtlarda ortaya çıkmaktadır. Motoru ve tahrik aksı önde olan, arkası hafif otomobillerle yük taşıtları bu açıdan özellikle kritik durumdadır. Bu tehlikeyi önlemek üzere taşıtın fren kuvveti dağılımının ideal dağılıma her türlü yük durumunda uygun şekilde yaklaşması için yüke bağlı kuvvet dağıtıcıları kullanılmaktadır.

Şekil 5.7a'da hidrolik fren düzenlerinde kullanılan bir yüke bağlı fren kuvveti dağıtıcısı şeması görülmektedir. Şekildeki iki hidrolik silindirini birbirine bağlayan çubuğun dayanak noktası yüke bağlı olarak kaymakta, böylelikle ön ve arka aks frenlerindeki basınçların oranını değiştirmektedir. Ana silindirdeki hidrolik basıncı ph ise arka aks frenlerindeki basıncın değişimi

pA AA aA = ph A a

pA = ph A AA

a aA (5.6)

bağıntıları ile ifade edilir.

Şekil 5.7a'da dayanma noktasını kaydıran kolun ucu taşıtta aksa veya tekerleklere ya da stabilizatöre bağlanmaktadır. Yük değişimi halinde taşıt gövdesinin aksa olan mesafesi değiştiğinden bu kol da hareket ederek aA, a mesafelerini değiştirmektedir. Tekerlek askı düzenlerinde havalı yay kullanılan taşıtlarda gövde yüksekliği sabit tutulduğundan bu defa Şekil b'de görüldüğü gibi değişen hava basıncından yararlanılarak dayanak noktası kaydırılmaktadır. Bu tip bir kuvvet dağıtıcısının yüke bağlı karakter değişimi Şekil 5.6'da gösterilmiştir.

73

Şekil 5.6. Fren kuvveti dağılımının yüke bağlı değişimi.

Şekil 5.7. Yüke bağlı fren kuvveti dağıtıcılarının şematik resimleri.

Kırık karakterli kuvvet dağıtıcılarının da (Şekil 5.5) yüke bağlı olarak değişken karakter göstermeleri için bu defa gergi yayı yüke bağlı olarak gerilmekte veya gevşetilmekte, böylelikle F0 kuvveti ve buna bağlı olarak kırılma noktasının yeri değiştirilmektedir. Şekil 5.6'da yüke bağlı kırık karakterli kuvvet dağıtıcısının karakter değişimi de görülmektedir. Şekil 5.8'de bu tip bir kuvvet dağıtıcısının konstrüksiyonu verilmiştir.

74

Şekil 5.8. Yüke bağlı kırık karakterli bir fren kuvveti dağıtıcısının konstrüktif yapısı [8].

5.3. İki devreli fren sistemleri

Daha önceki bölümlerde incelenmiş olan hidrolik veya havalı fren sistemlerinde bir boru ya da hortumun patlaması halinde servis freni fonksiyonunu tamamen yitirmekte, taşıt fren yapamaz hale gelmektedir. Elle tahrik edilen park freni mekanizmasının bu durumda yardımcı fren olarak kabul edilmesi sakıncalıdır. Yapılan çeşitli araştırmalar servis freninde ani bir patlama olduğunda sürücünün hiç alışık olmadığı halde durumu hemen irdeleyerek el freni kullanmaya karar vermesi, freni kavraması ve gecikmeden fren yapabilmesi olasılığının çok zayıf olduğunu göstermiştir. Sürücüler ani olarak fren yapmaları gerektiğinde, servis freni çalışmıyorsa el frenini ya hiç kullanmamakta ya da kullansa bile reaksiyon süresi çok uzun olmaktadır. Bu durumda yardımcı fren düzeninin yine servis freni pedalından tahrik ediliyor olması önemli avantajlar getirecektir. Bu ise iki devreli fren düzenlerinde mümkün olmaktadır. İki devreli bir fren sistemi Şekil 5.9'da şematik olarak görülmektedir.

��������������������������������

��������������������������������

������������

I. devre

II. devre

75

Şekil 5.9. İki devreli bir fren sistemi şeması

������������������������

������������������������

������������ ������������

ön arka

��������

1������������������������

������������������������

������������ ������������

ön arka

��������

2������������������������

������������������������

������������ ������������

ön arka

��������

3

������������������������

������������������������

������������ ������������

ön arka

����

4������������������������

������������������������

������������ ������������

ön arka

����

5

Şekil 5.10. İki devreli fren sistemlerinde çeşitli devre dağılımı şekilleri.

Bu şekilde sistemde devrelerden birinde arıza olduğunda diğer devreyle fren yapılabilmektedir.

Bu iki devrenin taşıtın tekerleklerine dağılımı Şekil 5.10'da görüldüğü gibi değişik şekillerde uygulanmaktadır.

Belirli bir taşıt için bu şekillerden hangisinin uygun olacağı, taşıtın fren momenti dağılımına, tekerlek asılış şekline (özellikle ön tekerleklerin yuvarlanma dairesi yarıçapları önemli rol oynarlar) ve ağırlık merkezinin yeri başta olmak üzere çeşitli taşıt datalarına bağlıdır.

Dağılımın seçilmesinde özellikle aşağıdaki hususların göz önüne alınması gerekmektedir.

• Devrelerden biri arızalanarak devre dışı kaldığında diğer devre yönetmeliklerde yardımcı fren düzenleri için şart koşulan sınır değerlerini yani belirli bir maksimum pedal kuvveti ile minimum bir frenleme oranını sağlamalıdır.

• Bir devreyle fren yapıldığında taşıtı döndürmeye çalışan moment yani sağ ve sol tekerlekler arasındaki frenleme kuvveti farkı fazla olmamalıdır.

Şekil 5.10'da verilmiş olan dağılım şekillerinin uygulanması ile ilgili başlıca kriterler :

1. Ön-arka dağılımı : Ağırlık merkezi taşıtın ortasında veya arkaya doğru olan taşıtlar için uygundur. Basit ve ucuz bir şekildir. Fiat, Ford, Opel gibi markalarda uygulanmaktadır.

2. Diyagonal dağılım : Ağırlık merkezi taşıtın ön veya ortasına doğru olan taşıtlar için uygundur. Bu dağılım şekli kullanıldığında, bir devrenin arızalanması halinde aşırı direksiyon momentlerinin ortaya çıkmaması için ön tekerleklerin yuvarlanma dairesi yarıçaplarının negatif olması şarttır. Basit ve ucuz bir şekildir. Uygulamada Audi, Saab, Volkswagen gibi markalarda kullanılmaktadır.

76

3. Ön aks, arka-ön aks dağılımı : Yalnız ağırlık merkezi önde olan taşıtlar için uygundur. Ön tekerlek frenleri ikişer silindirli olduğundan 1 ve 2 numaralı dağılımlardan daha pahalıdır. BMW marka otomobillerde uygulanmaktadır.

4. Ön aks, arka tekerlek - ön aks, arka tekerlek dağılımı : Ağırlık merkezi ortada veya öne doğru olan taşıtlar için uygundur. Ön tekerlek frenleri ikişer silindirli olduğundan 1 ve 2 numaralı dağılımlardan daha pahalıdır. Volvo marka otomobillerde kullanılmaktadır.

5. Ön ve arka aks - ön ve arka aks dağılımı : Ağırlık merkezinin yerinin önemi yoktur. Teorik olarak ideal dağılım şeklidir. Konstrüksiyonunda yerleştirme sorunu çıkarmaktadır. En pahalı uygulamadır. Rolls Royce marka otomobillerde kullanılmaktadır.

Şekil 5.11a. Eş eksenli ve iki silindirli ana merkezlerin çalışma şekilleri.

Şekil 5.11b. İki devreli ve eş eksenli bir fren ana merkezi.

Şekil 5.11a'da iki devreli fren sistemlerinin eş eksenli ve iki silindirli tiplerindeki ana merkezlerinin çalışma şekilleri görülmektedir. Şekilden de anlaşıldığı gibi devrelerden birisinin arızalanması halinde pedalın boşta katetdiği yol yani hareket miktarı artmaktadır. Şekil 5.11b`de iki devreli ve eş eksenli bir ana merkezin konstrüktif yapısı görülmektedir.

77

Hidrolik fren düzenlerinde kullanılan ve daha önceki bölümlerde ele alınmış olan kuvvetlendiriciler arızalandıklarında fren sisteminin yönetmeliklerde yardımcı fren için koşulmuş bulunan şartları sağlaması gerekmektedir. Ancak bu durumda öngörülen pedal kuvveti ile minimum frenleme elde edilemiyorsa kuvvetlendiricinin de iki devreli olması şarttır.

Havalı fren düzenlerinde ise sürücü sadece fren ventiline kumanda ettiğinden tüm basınçlı hava iletim sistemi iki bağımsız devreli olarak yapılmaktadır. Şekil 5.12`de iki devreli bir havalı fren düzeni ve düzende bulunan kumanda ve emniyet elemanları görülmektedir.

Şekil 5.12. İki devreli bir havalı fren düzeni.

78

6. TEKERLEK BLOKAJI VE ANTİ BLOKAJ SİSTEMLERİ Bölüm 3'de fren yapan bir taşıtın hareket denklemleri incelenmiş ve ayrıca tekerleklerin bloke olmalarının seyir stabilitesine olan etkileri ele alınmış idi.

Bu bölümde yuvarlanmaktan bloke olmaya geçen bir tekerleğin dinamiği hakkında bilgi verilecek ve fren kuvvetlerini, tekerleklerin bloke olmasını önleyecek şekilde kontrol eden anti blokaj sistemleri (ABS) tanıtılacaktır.

Bloke olayını daha etraflı olarak açıklayabilmek için tekerlek ile yol arasındaki kuvvet bağlantısını yeniden ele almak gerekmektedir. Bilindiği gibi kuvvet bağlantı katsayısı kaymaya bağlı olarak değişmekte ve bu değişim tekerleklerin ve yolun cins ve durumlarına göre farklı şekiller alabilmektedir. Ancak genelde taşıtın hareketi doğrultusundaki ve yanal doğrultudaki kuvvet bağlantı katsayısı değişimi Şekil 6.1'de görüldüğü gibi kabul edilerek incelemeye geçilebilir. Buradaki kayma (s), taşıtın gerçek hızı (v0) ile fren yapan tekerleğin çevresel hızı (v) arasındaki farkın taşıt hızına oranı olarak tanımlanmaktadır.

s = (v0 - v)

v0 (6.1)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.8

µµµµ

µx

µy

µh

µg

s

s kritik kaymak

stabil instabil

Şekil 6.1. Kuvvet bağlantı katsayılarının kaymaya bağlı değişimi.

Bu tanıma göre fren yapan bir taşıtta bloke olmuş, yani dönmeyen (v = 0) bir tekerleğin kayması (s) l, serbest yuvarlanan (v = v0) bir tekerleğin kayması ise (s) 0 olmaktadır. µx kuvvet bağlantı katsayısının µh maksimum değerini aldığı noktadaki kaymaya da kritik kayma (sk) adı verilecektir. Kayması 0'dan 1'e doğru değişen bir tekerleğin dinamiğinin incelenmesi için kullanılan bağıntılar [4] ancak bazı basitleştirmelerle uygulanabilen oldukça karmaşık çözümler sonucu elde edilmekte olup bu bakımdan bağıntıların çıkarılmasına burada değinilmeyecektir. Ancak, bu bağıntılarla elde edilen ve ABS'ler açısından önemli olan zamana bağlı bazı değişimler ele alınacaktır.

Bunlar fren yapan tekerleğin açısal hız ve ivmesi olup Şekil 6.2'de görüldüğü gibi kaymanın 0'dan l'e kadar değişmesini sağlamak üzere fren momenti zamana bağlı lineer artan bir

79

fonksiyon olarak alınmıştır. Bu diyagramlarda özellikle ABS açısından önemli olan tekerlek açısal ivmesi değişimidir. Açısal ivme, kayma kritik değerine erişinceye kadar küçük değerler almakta ancak sk'dan sonra aniden artmaktadır.

t

t

t

t

t

0

0

0

0

0

1

seyir h›z› v

fren momenti M

kayma s

tekerlek aç›sal h›z› ϕ.

tekerlek aç›sal ivmesi..ϕ

sk

Şekil 6.2. Bloke oluncaya kadar fren yapan bir tekerlekte zamana bağlı

değişimler.

Bir ABS'nin çalışabilmesi için frenleme olayı sırasında tekerleklerin bloke olmak üzere bulunduğunu farketmesi ve fren basıncını azaltarak blokajı önlemesi gerekir. Bu amaçla böyle bir sistemi kontrol etmek üzere kullanılabilecek büyüklüklerden biri kaymadır. Kayma değerini saptayabilmek için tekerleğin açısal hızını ve taşıtın gerçek hızını ölçebilmek gereklidir. Bu

80

basit bir şekilde mümkün olabilse fren basıncını, kaymanın belirli bir sınır değeri aşmamasını sağlayacak şekilde kontrol etmek üzere uygun basınç regülatörleri kullanılabilir. Ancak tekerlek açısal hızını, basit bir devir sayıcı ile ölçmek mümkün olduğu halde taşıtın gerçek hızını ölçmek kolay değildir. Her nekadar bir ivme ölçücü ile taşıtın frenleme ivmesini ölçmek ve bu değişkeni entegre ederek hızı tesbit etmek düşünülebilirse de böyle bir ölçücünün eğimli yollar da yerçekimi ivmesi nedeniyle hatalı sinyal vermesi söz konusudur. Uygulamada kayma, tekerleklerin açısal hızlarının birbirleriyle karşılaştırılması yoluyla yaklaşık olarak tesbit edilebilmektedir. Bu yöntemde, frenleme sırasında en hızlı dönen tekerleğin çevresel hızı referans alınarak diğer tekerleklerin kaymaları hesaplanmaktadır. Bu metod tekerleklerin dördünün de aynı anda bloke olmaması halinde doğru sonuç verir.

Ancak kuru bir asfalt yolda frenleme sırasında ani olarak kaygan bir bölgeye geçilirse tekerleklerin hepsinin birden aynı anda bloke olması mümkündür. Bunun dışında ayrıca kaymanın esas alınması ile yapılacak bir blokaj kontrolu eksik bir kontroldur. Bu yöntemde belirli bir kayma değerinin sınır olarak seçilmesi söz konusudur. Buna karşılık sınır kayma değeri yolun cinsine, durumuna ve taşıt hızına göre farklı değerler alabilmektedir. Bu da sabit bir sınır kayma değerine göre yapılan blokaj kontrolunda kimi zaman en büyük kuvvet bağlantısı katsayısından faydalanılamaması sonucunu doğurur. Optimum kayma değeri ayrıca virajdaki bir taşıtın farklı yüklere sahip dört tekerleğinde de değişik olabilir. Bu nedenlerle bu yöntemle çalışan bir ABS bütün şartlar altında optimum sonucu vermez.

ABS'nin kontrol amacıyla kullanabileceği diğer bir büyüklük de yukarıda incelenmiş olan tekerlek açısal ivmesidir. Tekerleğin stabil bölgede kaldığı sıradaki açısal ivmesinin küçük olması ve instabil bölgede birden artması özelliğinden yararlanılarak belirli bir açısal ivme sınırının tanımlanması ve tekerleğin bu sınırı geçmesi halinde fren basıncının azaltılarak tekrar stabil bölgeye dönülmesi mümkündür. Burada ABS için referans olacak açısal tekerlek ivmesi sınırının seçimi önemlidir. Sınır olarak taşıtın erişebileceği maksimum frenleme ivmesi alınabilmektedir. Ancak bazı özel durumlarda bu sınırın altındaki açısal ivmelerde de tekerleğin bloke olması mümkündür. Bu nedenle gelişmiş ABS'lerde hem tekerlek açısal ivmesi hem de kayma kontrol edilmekte böylelikle hataların çok düşük kalması sağlanabilmektedir.

ABS'lerin kontrol kaliteleri ile ilgili yerine getirmeleri gereken şartlarla ilgili kriterler :

• Arka tekerleklerde yeterli yan kuvvet taşıma kapasitesinin korunması ile stabil seyir sağlamak,

• Ön tekerlerde yeterli yan kuvvet taşıma kapasitesinin korunması ile direksiyon hakimiyeti sağlamak,

• Yol ile tekerlek arasındaki kuvvet bağlantısının optimal kullanımı ile frenleme mesafesini kısaltmak,

• Farklı kuvvet bağlantı katsayılarına çabuk uyum sağlamak,

• Fren momentindeki kontrol genliklerini düşük tutarak salınımların önüne geçmek.

ABS her nekadar otomobillerde giderek yaygınlaşmakta ise de özellikle yük taşıtları için büyük önem taşımaktadırlar. Bunun nedenleri :

• Yük taşıtlarında taşıtın boş ve yüklü ağırlıkları arasındaki fark fazladır. Bu da sürücünün kritik durumlarda doğru fren yapmasını güçleştirmektedir. Tekerleklerin yük durumu belli

81

bir oranda değiştiğinde belirli bir frenleme ivmesini elde etmek üzere uygulanması gereken fren basıncı da aynı oranda değişmektedir. Örneğin yüklü taşıtın tekerleklerini bloke etmeden frenleyebilecek bir pedal kuvveti boş taşıtın tekerleklerini bloke etmeye yeterli olabilmektedir. Bu ise sürücü için uyum gösterilmesi ve doğru kontrolu oldukça güç bir durumdur.

• Yük taşıtlarında ortalama hızlar gün geçtikçe artmaktadır. Bu da ani frenlemeler halindeki tehlikenin daha fazla ve durumun daha kritik olması demektir.

• Çekici-römork sistemleri göz önüne alınırsa, bu taşıtlarda frenlemede bloke olma halinde birbirine bir eklemle bağlı olan bölümlerin doğru kontrolu mümkün olamamaktadır.

Sistemin konstrüktif yapısına gelince uygulamada tekerleğe bağlı bir disk üzerinde bulunan dişlerin önünden geçişi sırasında herbir diş için bir sinyal üreten manyetik sensörler kullanılmaktadır. Bu şekilde elde edilen sinyaller elektronik devreler aracılığıyla sayılarak tekerleğin açısal hızı ve açısal ivmesi hesaplanabilmektedir. Bütün tekerleklerin açısal hızlarının karşılaştırılması yoluyla elde edilen kayma ve herbir tekerleğin ayrı ayrı açısal ivmeleri elektronik devre hafızasında bulunan sınır değerleri aştığında uygun elektrik sinyalleri üretilmektedir. Bu sinyaller basınç kontrol ventillerine kumanda etmekte ve böylelikle sistemde uygun şekilde basınç azalması ya da arttırılması gerçekleşmektedir. Sistem şematik olarak Şekil 6.3'de görülmektedir.

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�������

3

2

1

1 devir say›c› 2 elektronik kontrol 3 hidrolik modülatör

Şekil 6.3. Bir ABS'i oluşturan elemanlar.

ABS'ler ayrıca taşıtın fren sistemine uyguladıkları kontrol şekillerine göre de değişik tiplere ayrılmaktadır. Bu kontrol tipleri:

Düşük katsayıya göre kontrol : Bu tip kontrolda her aks için bir tane basınç kontrol ventili kullanılmakta, dolayısıyla sağ ve sol tekerleklerin fren basınçları eşit olmaktadır. Devir sayısı kontrolu her iki tekerlekte de

82

yapılmakta ancak fren basıncı yol ile arasındaki kuvvet bağlantı katsayısı düşük olan tekerleğe göre kontrol edilmektedir. Bu kontrol tipinde, sağ ve sol tekerleklerde farklı bağlantı katsayıları söz konusu ise küçük olan katsayıya göre fren yapıldığından mümkün olan frenlemenin tümünden yararlanılamamaktadır.

Tekil kontrol : Bu kontrol şeklinde ise herbir tekerlek diğerinden bağımsız olarak yol ile arasındaki kuvvet bağlantı katsayısına uygun frenleme yapmaktadır. Böylelikle en yüksek frenleme ivmesinden faydalanılmaktadır. Ancak tekil kontrol ön aks tekerleklerine uygulandığında, ani bir frenleme sırasında sağ ve sol tekerlekler arasındaki bağlantı katsayıları farkı büyük ise bu farkla orantılı ani direksiyon momentleri ortaya çıkmakta, dolayısıyla direksiyon hakimiyeti güçleşmektedir. Arka aks tekerlekleri için uygun bir kontrol şeklidir.

Yumuşatılmış tekil kontrol : Prensip olarak tekil kontrolda olduğu gibi her tekerlek ayrı ayrı en uygun frenlemeyi yapmaktadır. Ancak bir aksın sağ ve sol tekerlekleri arasında büyük bir kuvvet bağlantı katsayısı farkı varsa başlangıçta her iki tekerlekte düşük katsayıya göre fren yapmakta ancak katsayısı yüksek olan tekerleğin fren basıncı gecikmeli olarak yavaş yavaş arttırılarak uygun değere yükseltilmektedir. Böylelikle tekil kontroldaki ani direksiyon momentleri sakıncası giderilmiş ve direksiyon hakimiyeti iyileştirilmiş olmaktadır.

83

7. MOTOR FRENLERİ ve YAVAŞLATICILAR Otomobil ve ticari taşıtlarda kullanılan servis frenleri sürekli işletmeye uygun olarak yapılmamaktadır. Uzun süreli kullanma halinde örneğin yokuş aşağı sabit hızla seyir sırasında tekerlek frenleri termik olarak aşırı yüklenmeye maruz kalabilmekte ve fren etkisinde zayıflama ortaya çıkmaktadır. Hatta ekstrem halde fren sisteminin tamamen fonksiyonunu yitirmesi de mümkündür. Bu yüzden özellikle ağırlığı fazla olan taşıtlarda yokuş aşağı seyirlerde sürekli kullanma amacıyla tekerlek freninden bağımsız ve sürtünmesiz frenler kullanılır.

Ağır ticari taşıtlarda, motor freni ve yavaşlatıcı olmak üzere iki tür sürekli fren kullanılmaktadır.

Motor Freni Otomobillerde herhangi bir ek donanıma gerek kalmaksızın doğrudan motor frenleme momenti, yukarıda açıklanan şekilde, taşıtın hızını kesmeye yeterli olmaktadır. Ancak ağır taşıtlarda bu moment yetersiz kaldığından ayrıca egzoz kanalına gerektiğinde kanalı daraltan bir kapak konularak ya da motorun kam mili kaydırılıp egzoz sırasında egzoz supabının kısmen kapalı kalması sağlanarak fren yapılmaktadır. Burada frenleme işi motorun dolgu değiştirmesi sırasında yapılan iş olup egzoz freni ya da kam mili kaydırılması gibi tedbirlerle bu iş arttırılmaktadır. Şekil 7.1'de tahrik bölümü hidrolik olan bir fren sistemi ile egzoz freni mekanizması birlikte görülmektedir.

Hidrodinamik yavaşlatıcı Hidrodinamik yavaşlatıcılar prensip olarak föttinger kavramaları gibi çalışmaktadırlar. Tahrik milindeki (genellikle kardan mili) mekanik enerji pompa kanatları ile akışkanda kinetik enerji haline dönüşmekte, daha sonra bu kinetik enerji sabit duran türbin kanatlarında ısı enerjisine dönüşmektedir. Bu ısı enerjisinin dışarı atılması için de akışkan ayrıca soğutulmakta olup Şekil 7.2'de hidrodinamik bir yavaşlatıcı ve frenleme momenti karakteristiği görülmektedir. Frenleme etkisinin ayarlanması veya kaldırılması yavaşlatıcı içindeki yağ seviyesi değiştirilerek yapılmaktadır. Bu yavaşlatıcıların belli başlı özellikleri :

• Hidrodinamik bir yavaşlatıcı kullanıldığında ortaya çıkan ısı motor soğutma devresine aktarılır. Bu nedenle motor soğutma devresinin uygun şekilde boyutlandırılması gerekir.

• Maliyetinin yüksek olması sakıncasına karşılık ağırlığının düşük olması ve doğrudan vites kutusuna integre edilebilmesi avantajları vardır.

• Frenleme momenti sıcaklıktan bağımsızdır.

• Boşta dönen yavaşlatıcıda hava kayıpları vardır. Bu nedenle tasarımında boştaki yavaşlatıcıdan hava emme gibi bazı önlemler almak gerekmektedir.

84

Şekil 7.1. Hidrolik tahrikli servis freni ve egzoz freni [7].

1. Fren pedalı, 2. Egzoz kelebeği, 3. Fren, 4. Ayak şalteri, 5. Depo.

Elektrodinamik yavaşlatıcı : Stator olarak kullanılan bir disk üzerinde sargılar mevcuttur. Tahrik mili üzerine ise statorun iki yanına gelecek şekilde rotorlar monte edilmiştir. Rotorlar ısı enerjisinin atılmasını kolaylaştırmak üzere genellikle kanatlı yapılır. Frenlemek için sargılar akü veya jeneratörden alınan elektrik akımı ile beslendiğinde manyetik bir alan oluşturulur. Bu alandan geçen rotorlarda oluşan fuko akımları frenleme momentini sağlar. Bu moment stator sargılarını besleme akımına bağlı olarak değiştirilebilmektedir. Şekil 7.3'de elektrodinamik bir yavaşlatıcı ve fren momenti karakteristiği görülmekte olup bu yavaşlatıcıların özellikleri :

• Oluşan ısı enerjisi havaya atılmaktadır.

• Maliyeti düşük olmakla beraber ağırlığı fazladır.

• Düzgün çalışmayı sağlamak için iyi bir akü veya jeneratör gerekir.

• Isınma halinde fren momenti düşer.

Şekil 7.4'de yukarıda ele alınmış olan çeşitli sürekli frenlerin frenleme momenti karakteristikleri bir arada görülmektedir.

85

Şekil 7.2. Hidrodinamik bir yavaşlatıcı ve fren momenti karakteristiği [7].

1. Fren statoru, 2. Tahrik mili, 3. Bağlantı flanşı, 4. Fren rotoru, 5. Soğutucu.

Şekil 7.3. Elektrodinamik bir yavaşlatıcı ve fren momenti karakteristiği [7].

1. Rotor, 2. Stator, 3. Taşıyıcı, 4. Tahrik mili.

86

Şekil 7.4. Sürekli frenlerin moment karakteristikleri [7].

87

8. YÖNETMELİKLER VE TANIMLAR

Yapım ve kullanma bakımından trafik güvenliğine uyma zorunluluğunu yerine getirmek üzere; araçların, gerek yapım aşamasında projelerinin tetkik ve tastiki ile trafiğe çıkmasıyla ilgili muhtelif uygunluk belgelerinin verilmesine ilişkin hükümlerin, gerekse bunların uygulanmasına ait esas ve usullerin belirtildiği yönetmelik ve yasalar kaçınılmazdır. Bu tür yönetmelikler, ulusal ve uluslararası olarak sınıflandırılabilir. Ülkemizde de, araçların trafiğe çıkabilmeleri için gerekli koşulları tarifleyen ulusal nitelikli bir yönetmelik mevcuttur. Ülkemizdeki taşıt üreticilerini ve otomotiv yan sanayicilerini ilgilendirecek olan belli başlı ulusal ve uluslararası yönetmelikleri aşağıdaki gibi sınıflandırabiliriz:

a) "AİTM Yönetmeliği"-Araçların İmal, Tadil ve Montajı Hakkında Yönetmelik, T.C.Sanayi ve Ticaret Bakanlığı, (Ulusal nitelikli) [5]

b) "EG Richtlinien" - Avrupa Topluluğu Yönetmeliği [6]

c) "ECE Regelungen" - Birleşmiş Milletler Avrupa Ekonomi Komisyonu Yönetmeliği [6]

Söz konusu yönetmelikler, araçların önemli bir parçası olan fren donanımları ile ilgili düzenlemeleri de kapsar. Fren konusu, AİTM Yönetmeliğinde, madde 88, 89, 90, 91, 92 ve 93'de ele alınmaktadır. Avrupa Topluluğu Yönetmeliğinde ise EG-71/320/EWG bölümünde, Avrupa Ekonomi Komisyonu Yönetmeliğinde de ECE Regelung-13 bölümünde ele alınmaktadır. Bunların dışında Amerikan Federal Standart no.:105 ve 121'den de bahsetmek mümkündür. 105 hidrolik fren donanımları için, 121 ise havalı fren donanımları için geçerli olup yukarıda sayılan uluslararası nitelikli yönetmeliklere paralel sınır değerleri şart koşar.

Ülkemiz için geçerli olan ulusal yönetmeliğin fren konusuyla ilgili bölümleri büyük ölçüde ECE Regelung-13'ü kapsamakla birlikte içerik açısından ECE Regelung-13 'e göre bazı eksikleri vardır. Diğer iki yönetmelikteki bölümler, EG-71/320/EWG ve ECE Regelung-13, birkaç ufak farkın dışında birbirlerini hemen hemen örterler. Bundan böyle bu bölümde, frenle ilgili yönetmeliklerden bahsederken kısaca, Ulusal Yönetmelik için "U", EG-71/320/EWG için "EG" ve ECE Regelung-13 için de "ECE" kısaltmaları kullanılacak ve yönetmeliklerin genel olarak içerikleri anlatılırken yukarıdakilerden hangisini kapsayıp kapsamadığı, ara başlıkların yanına yazılmak suretiyle belirtilecektir.

88

Söz konusu bütün yönetmeliklerde, frenlerle ilgili bölümler aşağı yukarı aynı ortak ana başlıklara sahiptir. Bunları başlıca;

a) Araçların sınıflandırılması,

b) Frenlerle ilgili tanımlar,

c) Araçlarda bulunması gerekli fren düzenleri,

d) Fren düzeninin sağlıyacağı koşullar,

e) Fren deneyleri ve sınır değerler

olarak sıralıyabiliriz. Yukarıdaki sıralamaya bağlı kalarak söz konusu yönetmelikleri mukayeseli olarak inceleyelim:

8.1. Araçların sınıflandırılması (U/EG/ECE)

Taşıtlar genel olarak aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar:

• L Sınıfı (L1,L2,L3,L4,L5)

• M Sınıfı (M1,M2,M3)

• N Sınıfı (N1,N2,N3)

• O Sınıfı (O1,O2,O3,O4,O5)

8.1.1. L sınıfı araçlar

4'den az tekerleği bulunan motorlu taşıtlardır. Kendi aralarında tekerlek sayısı, motor silindir hacmi ve azami hızı bakımından beş sınıfa ayrılırlar;

• L1 Sınıfı: Silindir hacmi 50 cm3'den az veya eşit, yapısı bakımından azami hızı 50 km/h'ı geçmeyen 2 tekerlekli motorlu taşıt.

• L2 Sınıfı: Silindir hacmi 50 cm3'den az veya eşit, yapısı bakımından azami hızı 50 km/h'ı geçmeyen 3 tekerlekli motorlu taşıt.

• L3 Sınıfı: Silindir hacmi 50 cm3'den büyük, yapısı bakımından azami hızı 50 km/h'ı geçen 2 tekerlekli motorlu taşıt.

• L4 Sınıfı: Silindir hacmi 50 cm3'den büyük, yapısı bakımından azami hızı 50 km/h'ı geçen 3 tekerlekli motorlu taşıt.

• L5 Sınıfı: Silindir hacmi 50 cm3'den büyük, yapısı bakımından azami hızı 50 km/h'ı geçen, azami yüklü ağırlığı 1000 kg'dan az veya eşit, 3 tekerlekli motorlu taşıt.

89

8.1.2. M sınıfı araçlar

Asgari üç veya dört tekerlekli olup, yolcu taşımaya yönelik motorlu taşıttır. Kendi aralarında üç sınıfa ayrılırlar;

• M1 Sınıfı: sürücü dahil azami sekiz oturma yeri olan ve azami yüklü ağırlığı 3500 kg'ı geçmeyen yolcu taşımaya yönelik motorlu taşıttır.

• M2 Sınıfı: sürücü dahil azami sekizden fazla oturma yeri olan ve azami yüklü ağırlığı 5000 kg'ı geçmeyen yolcu taşımaya yönelik motorlu taşıttır.

• M3 Sınıfı: sürücü dahil azami sekizden fazla oturma yeri olan ve azami yüklü ağırlığı 5000 kg'ı geçen yolcu taşımaya yönelik motorlu taşıttır.

8.1.3. N sınıfı araçlar

Asgari üç veya dört tekerlekli olup, azami yüklü ağırlığı 1000 kg'ı geçen ve yapısı bakımından yük taşımaya yönelik motorlu taşıttır. Kendi aralarında üç sınıfa ayrılırlar;

• N1 Sınıfı: azami yüklü ağırlığı 3500 kg'dan az veya eşit olan yük taşımaya yönelik motorlu taşıttır.

• N2 Sınfı: azami yüklü ağırlığı 3500 kg'dan büyük 12000 kg'dan küçük veya eşit olan yük taşımaya yönelik motorlu taşıttır.

• N3 Sınfı: azami yüklü ağırlığı 12000 kg'dan büyük olan yük taşımaya yönelik motorlu taşıttır.

8.1.4. O sınıfı araçlar

Römork veya yarı römork motorsuz taşıtlardır. Kendi aralarında dört sınıfa ayrılırlar;

• O1 Sınıfı: yarı römorklar hariç azami yüklü ağırlığı 750 kg'ı geçmeyen tek akslı römorktur.

• O2 Sınıfı: sınıf O1'e dahil olmayan ve azami yüklü ağırlığı 3500 kg'dan az veya eşit olan römorktur.

• O3 Sınıfı: azami yüklü ağırlığı 3500 kg'dan fazla ve 10000 kg'dan az veya eşit olan römorktur.

• O4 Sınıfı: azami yüklü ağırlığı 10000 kg'dan fazla olan römorktur.

8.2. Frenlerle ilgili tanımlar (U/EG/ECE)

Taşıtlarda kullanılan frenleme ile ilgili donanımların işlevleri, taşıtı yavaşlatmak, gerekirse belirli bir yerde durdurmak, yokuş aşağı seyir sırasında taşıtın istenmeyen hızlanmalarının önüne geçmek ve duran bir taşıtın kendiliğinden harekete geçmesini önlemek şeklinde sıralanabilir.

90

8.2.1. Taşıt fren donanımında kullanılan fren tipleriyle ilgili tanımlar

Fren tipleri, ilgili yönetmeliklerde aşağıdaki gibi yapılmıştır:

Şekil 8.1. Taşıtlarda Kullanılan Fren Tipleri.

8.2.1.1 Ana fren (servis freni)

Ana fren, sürücüye aracın hareketine kumanda edebilmesi ve onu emniyetli, çabuk ve etkin şekilde durdurmasına olanak vermelidir. Etkisi kademelendirilebilir olmalıdır. Sürücü, frenlemeyi oturduğu yerden ve ellerini direksiyondan ayırmadan sağlayabilmelidir.

8.2.1.2. Yardımcı fren (imdat freni)

Yardımcı fren, ana fren devre dışı kaldığında, aracı uygun bir uzaklıkta durdurabilmelidir. Etkisi kademelendirilebilir olmalıdır. Sürücü frene oturduğu yerden ve en az tek elle direksiyona kumandasını koruyarak erişebilmelidir. Bu frenin, ana frenin en çok bir yerinde arıza olması halinde, aracı durdurmaya yardımcı olabileceği kabul edilmiştir.

8.2.1.3. Park freni (tesbit freni)

Park freni, sürücü olmaksızın da, aracı yokuş ve inişlerde hareketsiz tutabilmelidir. Sürücü, römorklar hariç, bu frene oturduğu yerden kumanda edebilmelidir. Park freni, etkisi kademelendirilebiliyorsa, yardımcı fren olarak da sayılabilir.

91

8.2.1.4. Egzoz freni

Egzoz çıkışını engelleyerek, aracın hızını motordan yararlanarak kesmeyi sağlayan frenlemedir.

8.2.1.5. Yavaşlatıcılar

Motor freni ve tekerleklerdeki sürtünme frenleri dışında, enerji yutarak veya depolayarak aracın hızını kesmekte kullanılan volan, vites kutusu çıkışında kullanılan kasnak gibi düzenlerdir.

8.2.1.6. Antiblokaj sistemi

Her türlü yol ve sürüş koşullarında frenleme sırasında tekerleklerin bloke olmamasını sağlayan bir düzenektir. Böylece taşıt stabilitesi ve direksiyon hakimiyeti kaybolmaz.

FREN İLETİM

DÜZENİ

TAHRİK

DÜZENİ

ENERJİ

KAYNAĞI

Şekil 8.2. Bir Fren Donanımının Fonksiyonel Akış Şeması.

8.2.2. Enerji kaynağı ile ilgili tanımlar

Bir fren donanımının fonksiyonu yerine getiriş şekli, Şekil 8.2'de görüldüğü gibi bir akış diyagramı formunda da ele alınabilir. Fren donanımlarının elemanlarının tiplerine göre sınıflandırılması ise şekil 8.3'deki gibidir. Bu sınıflandırmanın bazı elemanları ile ilgili tanımlar sıralanacak olursa:

8.2.2.1 Yardımcı kuvvetli enerji kaynağı:

Takviyeli fren düzeni; sürücü tarafından uygulanan ve aktarılan fren kuvvetinin arada düzene yerleştirilen ve başka bir enerji kaynağından sağlanan yardımcı kuvvet ile desteklenmesiyle oluşan düzendir.

8.2.2.2. Yabancı kuvvetli enerji kaynağı:

Yabancı kuvvetli fren düzeni; sürücünün kumandasında olan ve aktarılan kuvvetin tamamen başka bir enerji kaynağından sağlanmasıyla oluşan düzendir. Bu kuvvet kaybolduğunda sadece kas gücüyle bu düzeni çalıştırmak olanaksızdır.

8.2.2.3. Atalet kuvvetli enerji kaynağı:

92

Ataletle frenleme; römorkun çekiciye yaklaşmasından doğan kuvvetlerin kullanıldığı frenlemedir.

8.3. Araçlarda fren düzenleri (U/EG/ECE)

Yönetmeliklere göre, araçlarda türlerine bağlı olarak bulunması gereken fren düzenleri aşağıdaki gibidir:

8.3.1. L sınıfı

L sınıfı araçlarda birbirinden bağımsız iki ana fren olmalıdır. Frenleme sırasında aracın gidiş yönü etkilenmemelidir. Servis freni ortalama olarak 4 m/s2'lik bir negatif ivme oluşturmalıdır.

8.3.2. M ve N sınıfı

Otomobil, minibüs, kamyonet, kamyon, otobüs, çekici, arazi taşıtı ve özel amaçlı taşıtlarda birbirinden bağımsız, biri ana fren, diğeri ise park freni olmak üzere en az iki fren düzeninin bulunması şarttır.

. Çok kanallı

. Bir kanallı . Çok devreli . Bir devreli

Katar Tek taşıt

. Yavaşlatıcı

. Motor, egzoz . Diskli . Kampanalı

Sürekli Sürtünmeli

Pnömatik Hidrolik Mekanik

. Ayakla Tahrik

. Elle tahrik

. Atalet kuvveti

. Yabancı kuvvet

. Yardımcı kuvvet

. Adale kuvveti

FREN

İLETİM DÜZENİ

TAHRİK DÜZENİ

ENERJİ KAYNAĞI

FREN DONANIMLARI

Şekil 8.3. Fren donanımlarının işlevsel bölümlerine göre sınıflandırılması.

93

8.3.3. O sınıfı

O1 sınıfı araçlarda ana fren bulunması gerekli değildir. Ancak varsa O2 sınıfına ait koşulları sağlamalıdır. O2 sınıfı araçlarda doğrudan, yarı doğrudan veya atalet tipi ana fren olmalıdır. Atalet freni yarı römork dışındaki römorklara uygulanabilir.

8.3.4. LTT

Lastik tekerlekli traktörlerde (LTT), soğuk frenlerle ve pedala en fazla 60 daN bir kuvvet uygulaması ile 2.4 m/s2'lik bir negatif ivme sağlanmalıdır. Park freni ağırlıklarıyla yüklü bir LTT'yi %18 eğimli bir yolda tespit edebilmelidir. Park freni, boş ağırlıklı bir LTT ve freni olmayan bir römork çiftini (3000 kg'ı aşmayan) %12'lik bir eğimde durdurabilmelidir.

8.3.5. Diğer araçlar

Tek akslı çekicilerde arıza vukuunda en az bir tekerleği frenleyebilen bir düzen bulunmalı, hareketi batarya ile sağlanan taşıtlarda, iki fren düzeninden biri elektrik dirençli olabilir. Fakat bu gibi taşıtlarda park freni taşıta ortalama en az 2.5 m/s2 lik bir negatif ivme sağlamalıdır. Yapı itibarıyla en yüksek hızı 20 km/h 'ı geçmeyen araçlarda 1.5 m/s2'lik ortalama negatif ivme yeterlidir.

8.4. Fren düzeninin sağlıyacağı koşullar (U/EG/ECE) 8.4.1. Genel (U/EG/ECE)

Yukarıda sıralanan taşıtların fren düzenlerinin olağan kullanma şartlarında, etkilendiği titreşimler ne olursa olsun özelliklerini koruması ve bilhassa korozyon ve yorulmaya dayanıklı olması gereklidir.

Servis freni ve imdat freni uygulamada genellikle tek bir düzen içinde birleşmektedir. Çok devreli fren sistemleri şeklinde gerçekleştirilen bu düzenlerin herhangi bir arızalanma halinde imdat freninden istenen koşulları sağlayabilmesi gerekmektedir. Ancak bu şart koşulurken belirli parçalar, örneğin pedal, pedal yatakları, hidrolik frenlerde merkez silindiri ve pistonu, pnömatik frenlerde fren ventili, pedal ve merkez silindiri arasındaki bağlantı veya dağıtıcı, hidrolik ve/veya havalı fren düzenlerinde fren silindiri (körüğü) ve pistonları ve ayrıca fren milleri arızalanabilir parçalardan sayılmazlar.

Eğer servis freninde sürücünün kas kuvveti bir ya da birden çok enerji kaynağından sağlanan yardımcı kuvvet ile destekleniyorsa, bu yardımcı destek kuvvet kalktığında sadece sürücünün kas kuvveti ile ya da desteğin kalan kısımları ile birlikte imdat freninden istenen koşulların sağlanabilmesi gereklidir.

Frenlerin aşınması elle kumandalı yada kendiliğinden ayarlanabilen düzenlerle kolaylıkla dengelenebilmelidir. Ayrıca frenlerin kumanda donanımları ve aktarma düzenlerinin parçalarının balataların aşınması yada ısınması sonucunda hemen ayar gerektirmeden, frenin belirli bir derecede tutmasını garantileyen yol rezervi olmalıdır.

94

Ana fren, aracın bütün tekerleklerine etki etmeli ve etkisi akslara uygun bir şekilde dağıtılmalıdır.

Frenlerin aşınması elle kumandalı veya kendiliğnden ayarlanabilen düzenlerle kolaylıkla dengelenebilmelidir.

8.4.2. Havalı frenler (U/EG/ECE)

Freni depolanmış bir güç tarafından harekete geçirilen herhangi bir araçta, depolanmış olmaksızın öngörülmüş etkinlikte frenleme olanaksızsa, fren devresinin dağıtıcıdan önce bir yerinde gücün %65 veya daha az seviyeye düştüğünü göstergeye ek olarak, optik veya akustik uyaran bir aygıt bulunmalıdır. Bu aygıt devreye doğrudan ve sürekli takılmalıdır.

Basınçlı havanın kullanıldığı fren düzenlerinde, çekici ile römork arasındaki pnömatik bağlantı iki veya daha fazla boru hattı ile yapılmalıdır.

Basınçlı hava deposundaki basıncı gösteren bir gösterge bulunmalıdır. Göstergedeki hata 0.44 bar'ı geçmemelidir.

Fren pedalına basma anından, tekerlek fren silindirinde oluşan basıncın, kendi asimptotik değerinin %75'ine ulaşması anına kadar geçen süre 0.6 saniyeyi aşamaz.

Ayak freninin ard arda sekiz defa ve tam olarak kullanılması halinde depo basıncı, azami yüklü ağırlıkta 2.5 m/s2'lik bir negatif ivme sağlıyabilmelidir.

Basınçlı hava deposunun dolması esnasında, basıncın 0'dan 0.65pmax'a yükselmesi için geçen süre olan T1 aşağıdaki değerleri geçemez;

a) Römork çekmeyen taşıtlarda 3 dakika,

b) Römork çeken taşıtlarda 6 dakika.

Motor çalışmaz durumda depo tam doluyken, frenlerin kullanılmaması halinde depoda basınç düşmesi on dakikada 0.1 bar'ı geçmemelidir.

Eğer bir römorkta freni hava gücü ile bırakılan bir düzen varsa, römorka tekrar hava verildiğinde, zorunlu olarak, bu düzen en son çalışmalıdır.

8.4.3. Atalet kuvvetli fren düzenleri ( - /EG/ECE)

Römork çeki oku üzerinde bulunan hareketli çubuk lastik körükle muhafaza altına alınmalı ve yağlanabilmeli,

Hareketli çubuğu geciktiren kuvvet, 0.02 GA'dan küçük, 0.04 GA'dan büyük olmamalı (GA = Römork toplam ağırlığı),

Atalet freni, 0.01 GA'lık yuvarlanma direnci çıktıktan sonra tekerlek çevresinde, minimum B = 0.49 GA'lık fren kuvvetini sağlıyabilmeli.

Çeki okundaki hareketli çubuğu iten kuvvet D en çok; çok akslı römorklarda 0.067 GA, tek akslı römorklarda 0.1 GA olabilir.

95

8.5. Fren deneyleri ve sınır değerler (U/EG/ECE)

Fren düzeninin etkinliği, durma uzaklığına göre belirlenir. Frenlerin etkinliği, başlangıç hızına bağlı durma uzaklığı veya negatif ivme ve devreye girme zamanı ile ölçülür. Bu etkinliğin belirlenmesi muhtelif deneylerle olur. Fren deneyleri genel olarak üç tiptir:

• Tip O Deneyi (Soğuk frenle olağan deney) (U/EG/ECE)

• Tip I Deneyi (Etkinlik kaybı deneyi) (U/EG/ECE)

• Tip II Deneyi (Yokuş aşağı iniş deneyi) (-/EG/ECE)

Ancak, Tip II deneyi kendi içinde Tip II ve Tip II a olarak ikiye ayrılır. Tip II a, M3 sınıfı için düşünülmüştür ve Tip II'nin özel bir halidir.

8.5.1. Genel

Frenleme etkinliği formüllerinde v başlangıç hızı "km/h"; s gidilen yol "m" olarak kullanılır. Deneylerde:

8.5.1.1. Yol yüzeyi düzgün, kuru ve tutucu olacaktır. % 1'e kadar eğimli kısa yokuş ve inişlere müsaade edilecek, atmosferik basınç 0.991 ile 1.017 bar arasında, hava sıcaklığı 0o ile 30oC arasında olabilecektir.

8.5.1.2. Deney sırasında sonuçları etkileyecek bir rüzgar bulunmamalıdır.

8.5.1.3. Deney başlangıcında lastikler soğuk olmalı ve taşımakta olduğu statik yüke uygun basınçta şişirilmiş olmalıdır.

8.5.1.4. Araç deneyi, türüne göre belirtilmiş yük durumunda ve hızda yapılmalıdır. Eğer aracın maksimum hızı yapısal nedenlerle deney hızının altındaysa; deney, aracın ulaştığı maksimum hızda yapılır. Yük ve hız durumu deney raporunda belirtilir.

96

TABLO 8.1. Araçların sınıflarına göre sağlamaları gereken sınır şartları.

UYGULANAN EN BÜYÜK KUVVET (N) - BASINÇ (bar)

Otomobil Minibüs Otobüs

Kamyonet Kamyon Çekici

Römork

SERVİS FRENİ

FA

FK

P

500

---

---

700

---

6.5

700

---

6.5

---

600

6.5

İMDAT FRENİ

FA

FK

P

500

400

---

700

600

6.5

700

600

6.5

TESBİT FRENİ

FA

FK

P

500

400

---

700

600

---

700

600

---

---

600

---

FA : ayak kuvveti FK : kol kuvveti P : yabancı kuvvetli frenlerde frenleme devrelerindeki hava basıncıdır.

Frenlerin sağlamaları gereken kantitatif koşullar yönetmeliklerde ayrıntılı tanımları yapılmış testler ve sınır değerleri ile kontrol edilmektedir. Testlerde etkinlik başlangıç hızına bağlı durma mesafeleri, uygulanan kas kuvvetlerine bağlı negatif ivmeler ve devreye girme zamanları ile ölçülür. Ardarda yapılan frenlemelerle ısınma, ısı iletimi ve sıcaklık etkisiyle azalan yetenek test edilmektedir. Ayrıca 8.1, 8.2 , 8.3, 8.4 ve 8.5 nolu tablolarda, uygulanan kuvvet, basınç, ortalama frenleme ivmesi ve durma uzaklığı için belirlenmiş sınır değerler görülmektedir.

Park freni için ise tespit eğimi bütün araçlarda %18, yalnız çekicinin frenlediği katarlarda %12 olarak verilmiştir.

Ulusal yönetmeliklerde fren kuvveti dağılımı konusu "Servis freninin etkisi akslara uygun bir şekilde dağıtılmalıdır" cümlesi dışında ele alınmamış olup, konunun önemine ve uluslararası standatlarda koşulan şartlara ilerki bölümlerde değinilecektir.

97

TABLO 8.2a. Araçların sağlamaları gereken ortalama frenleme ivmeleri (U/ - / - )

ORTALAMA FRENLEME İVMESİ (m/s2)

(U/ - / - )

Otomobil

Minibüs Otobüs

Kamyonet Kamyon,

Çekici

Römork

SERVİS FRENİ 5.8 4 4 4

İMDAT FRENİ 2.9 2 2 2 (*)

TESBİT FRENİ 2 2 2 2 (*) Römorklarda imdat freni şart değildir. Ancak katardan kopma halinde gereken kendiliğinden frenleme bu değeri sağlamalıdır.

8.5.2. Tip O deneyi "soğuk frenle olağan deney" (U/EG/ECE)

• Diskin veya kampananın dış yüzeyinin sıcaklığı 100°C 'nin altında ise fren soğuk kabul edilir.

• Deney taşıt azami toplam ağırlıkta iken yapılır, dingillerdeki yük dağılımı imalatçının belirttiği gibidir.

• Motorlu taşıtlarda deney, yüksüz olarak tekrar edilir. Yalnız sürücü ve mümkünse ön koltukta oturan bir deney izleyicisi olabilir.

• Yüklü ve yüksüz durumda frenleme etkinliği aracın cinsine göre verilen sınırları sağlamalıdır.

• Frenleme esnasında debriyaj basılıdır (kavrama açıktır).

TABLO 8.2b. Araçların sağlamaları gereken ortalama frenleme ivmeleri ( - /EG/ECE)

ORTALAMA FRENLEME İVMESİ (m/s2)

( - /EG/ECE)

Taşıt Tipi M1 M2 M3 N1 N2 N3

5.8 5.0 5.0 4.4 4.4 4.4

98

TABLO 8.3a. Araçların sağlamaları gereken durma uzaklıkları "Tip O deneyi (U/ - / - )"

DURMA UZAKLIŞI (m)

(U/ - / - )

Otomobil

M1

Otobüs

M2, M3

Kamyonet

N1

Hafif hizmet kamyonu

N2

Ağır hizmet kamyonu

N3

Başlangıç hızı v (km/h)

80 60 70 50 40

Servis freni (m)

68 40 53 29 20

s (*) 0.15 v +

v2

115

İmdat freni (m)

120 71 96 50 34

s (*) 0.15 v +

2 v2

115

(*) Yapısal nedenlerle tablodaki v hızına ulaşamayan araçlarda en fazla durma uzaklığı

TABLO 8.3b : Araçların sağlamaları gereken durma uzaklıkları "Tip O deneyi ( - / EG / - )"

DURMA UZAKLIŞI (m) ( - / EG / - )

Otomobil

M1

Otobüs

M2, M3

Kamyonet

N1

Hafif hizmet kamyonu

N2

Ağır hizmet kamyonu

N3

Başlangıç hızı v (km/h)

80 60 70 50 40

Servis freni (m)

50.7 36.7 53.1 29.2 19.9

İmdat freni (m)

93.3 64.4 95.7 51 33.8

99

8.5.3. Tip I deneyi "etkinlik kaybı deneyi" (U/EG/ECE)

• Bu deney ard arda yapılan frenlemelerden oluşur.

• Tip I deneyi L1 ve L2 sınıfı taşıtların haricinde diğer taşıtlara uygulanır.

• Deneyler araçlar azami toplam ağırlıkta iken Tablo 8.5'deki değerlere göre yapılır.

• Deney sırasında pedala uygulanan kuvvet,ilk deneyde 3 m/s2'lik negatif ivmeyi sağlamalı ve diğer frenlemelerde bu kuvvet sabit tutulmalıdır.

• Frenleme esnasında motor boşta olmamalı ve vites de en yüksek vites olmalı.

• Frenlemeyi takip eden hızlanmalarda, v1 ilk hızına en kısa zamanda ulaşılacak vites oranı seçilir.

Tablo 8.5'de koşulları tanımlanan I Tipi deneyleri takiben hemen yapılacak bir O Tipi deneyle ölçülen fren etkinliği, debriyaja basılı hal için Tablo 8.3a, b ve c'de verilen etkinlik değerlerinin %80'ninden, ilk yapılan O Tipi deneyinde ölçülen etkinlik değerinin %60'ından az olamaz.

• Sürekli frenlemede (O2, O3 ve O4 tipi taşıtlarda) azami yüklü römorkun 40 km/h hızda 1.7 km boyunca %7 eğimli yokuş aşağı inme sırasında ortaya çıkardığı enerjinin ana frenlerce yutulduğu kabul edilir. Eğer yatay yolda deney yapılıyorsa, römorktan çekiciye gelen direncin römork ağırlığının %7'si olarak sabit kalması halinde Tablo 8.4'deki değerlere uyulur:

TABLO 8.3c : Araçların sağlamaları gereken durma uzaklıkları "Tip O deneyi ( - / - / ECE )"

DURMA UZAKLIŞI (m) ( - / - / ECE )

Otomobil

M1

Otobüs

M2, M3

Kamyonet

N1

Hafif hizmet kamyonu

N2

Ağır hizmet kamyonu

N3

Başlangıç hızı v (km/h)

80 60 80 60 60

Servis freni (m)

50.7 36.7 61.2 36.69 36.69

İmdat freni (m)

93.3 64.4 123.3 71.6 71.6

100

TABLO 8.4. O2, O3 ve O4 tipi taşıtlarla ilgili tip I deney koşulları - (U/EG/ECE)

Hız (km/h) Uzaklık (m)

40 1700

30 1950

20 2500

15 3100

TABLO 8.5. Tip I deney koşulları - (U/EG/ECE)

v1

km/h

v2

km/h

∆t

s

n

M1 80 % vmax ≤ 120 0.5 v1 45 15

M2 80 % vmax ≤ 100 0.5 v1 55 15

N1 80 % vmax ≤ 120 0.5 v1 55 15

M3,N2,N3 80 % vmax ≤ 60 0.5 v1 60 20

L3 80 % vmax ≤ 120 0.5 v1 35 10

L4,L5 80 % vmax ≤ 120 0.5 v1 45 10

v1 = Frenleme başlangıcındaki hız v2 = Frenleme sonundaki hız vmax = Taşıtın maksimum hızı n = Frenleme tekrar sayısı ∆t = Periyot,bir frenleme çevrimi için geçen süre

8.5.4. Tip II deneyi "yokuş aşağı iniş deneyi" ( - /EG/ECE)

• Tip II deneyi yüklü olarak sadece M3, N3 ve O4 araçlarına yapılır.

• Yutulan enerji, aracın yüklü olarak 30 km/h hızla %6'lık eğimli bir yolu yokuş aşağı 6 km boyunca uygun vites oranıyla inerken ve yavaşlatıcı devredeyken yapılan frenleme karşılığı enerjidir. Seçilen vites oranı imalatçının öngördüğü maksimum motor hızını aşmayacak tarzda olamalıdır.

• Eğer herhangi bir taşıtta enerji yalnızca motor freni yardımıyla yutuluyorsa, uygun vitesle söz konusu eğimde 30 km/h hızla inişte ±5 km/h hız toleransına müsaade edilir.

• Eğer motor freni etkisi negatif ivmelenme ile tespit edilecekse, o taktirde frenlemede ortalama minimum 0.5 m/s2 'lik negatif ivmelenme yeterlidir.

101

• Koşulları yukarıda tanımlanan Tip II deneylerini takiben hemen yapılacak bir O Tipi deneyle ölçülen fren etkinliği, debriyaja basılı hal için Tablo 8.3'de ilgili araçlar için verilen etkinlik değerinin %75'inden az olamaz (M3 ve O4 sınıfları hariç).

• O4 sınıfı araçlarda fren etkinliği (fren kuvveti) 60 km/h lık deney hızında aracın statik toplam ağırlığının %33'ünden az olamaz.

8.5.4.1. Tip IIa deneyi ( - /EG/ECE)

• Tip IIa deneyi sadece M3 sınıfı taşıtlar içindir.

• Deney dolu araçla yapılır. Deney koşullarında araç hızı 30 km/h, eğim %7 ve deney güzergahı 6 km'dır.

• Deney esnasında ana fren, yardımcı fren ve tespit frenleri kullanılmaz.

• İmalatçısı tarafından öngörülmüş maksimum motor hızının aşılmadığı uygun vites oranı seçilmiş olarak deney yapılır.

• Eğer taşıtta enerji yalnızca motor freni yardımıyla yutuluyorsa, uygun vitesle söz konusu eğimde (%7) ve yaklaşık 30 km/h hızla inişte ±5 km/h hız toleransına müsaade edilir.

• Eğer motor freni etkisi negatif ivmelenme ile tespit edilecekse, o taktirde frenlemede ortalama minimum 0.6 m/s2 'lik negatif ivmelenme yeterlidir.

8.6. Fren kuvveti dağılımı ( - /EG/ECE)

8.6.1. Genel tanım

M1, M2, M3, N1, N2, N3, O3 ve O4 sınıfı araçlar, fren kuvveti dağılımıyla ilgili yönetmelik şartlarını yerine getirmek zorundadırlar. EG ve ECE yönetmeliklerinde teorik kuvvet bağlantı katsayısı için k sembolu kullanıldığından aşağıdaki bölümlerde de aynı sembol kullanılacaktır.

8.6.2. İki akslı taşıtlar

Her sınıftan araçlar k değerinin 0.2 - 0.8 aralığında aşağıdaki frenlemeyi gerçekleştirmek zorundadırlar:

z ≥ 0.1 + 0.85 (k - 0.2)

Her türlü yükleme şartında yapılan frenlemede daima ön aksın daha önce bloke olması gerekir. M1 için bu şart 0.15 - 0.8 arasıdır. Otomobiller için, fren kuvveti dağılımının z = 0.3 - 0.45 arasında %5 daha fazla olmasına müsaade edilir (Diyagram 1).

Kamyonlar ve römorklar gibi havalı fren kullanılan taşıtlarda TR/PR oranı, TM/PM oranı basınca (pm'e) bağlı olarak diyagram 2'deki fren kuvveti dağılımı eğrileri içinde kalmalıdır.

102

TM = Kamyon tekerleği çevresinde oluşan toplam fren kuvveti

PM = Kamyon tekerleği ile yer arasındaki toplam statik normal kuvvet

TR = Römork tekerleği çevresinde oluşan toplam fren kuvveti

PR = Römork tekerleği ile yer arasındaki toplam statik normal kuvvet

pm = Fren devresinin basıncı

103

8.7. ABS fren düzeni ( - /EG/ - )

Antiblokaj fren düzenleriyle ilgili yönetmelikler EG 71/320/EWG 'de Ek X olarak belirtilen bölümde açıklanmaktadır. Taşıtlarda mevcut bulunacak ABS sistemleri, sağlamaları gereken koşullar bakımından üç kategoriye ayrılmıştır:

• Kategori 1

• Kategori 2

• Kategori 3

Kategori 1 içlerinde en kapsamlı olanıdır. ABS fren düzeniyle ilgili yönetmelikteki tüm koşulların sağlanmasını gerektirir. Diğer iki kategoride hangi koşulların muaf tutulduğu metin içerisinde belirtilmiştir.

8.7.1. Genel

Bu bölümde sunulan yönetmelikteki amaç, cadde taşıtlarına monte edilen ABS Fren düzenlerinin sağlaması gereken koşulları tarif etmektir. Bu koşullar çekici ve römorklar için de geçerlidir.

Bugünkü ABS fren düzenleri sensor, değerlendirme ve kontrol ünitelerinden oluşur.

8.7.2. Tanımlar

ABS; fren sisteminin bir parçası olup, bir veya birden fazla tekerleğin dönme yönünde bloke olmasını engelleyici doğrultuda tekerlek kaymasını kontrol eden bir düzenektir.

Sensor; tekerleğin dönme hareketiyle ilgili bilgileri tespit edip değerlendirme ünitesine aktaran kısımdır.

Değerlendirme Ünitesi; sensor tarafından iletilen dataları değerlendirir ve gerekli komutları kontrol ünitesine aktarır.

Kontrol Ünitesi; değerlendirme ünitesinden gelen komutları gerekli donanımlara aktararak fren kuvveti veya basıncının uygun değerlerde olmasını sağlar.

Doğrudan Kontrol Edilen Tekerlek; eğer bir tekerlekteki tekerlek fren kuvveti o tekerleğin üzerindeki sensordan gelen sinyallere göre kontrol ediliyorsa, o tekerleğe doğrudan kontrol edilen tekerlek denir.

Dolaylı Kontrol; eğer bir tekerlekteki tekerlek fren kuvveti başka tekerleklerdeki sensorlardan gelen sinyallere göre kontrol ediliyorsa, buna dolaylı kontrol denir.

8.7.3. Genel koşullar

ABS fren sisteminde oluşacak her türlü elektriki arıza özel bir optik uyarıcı ile sürücüye bildirilecektir. Uyarı ışığı, gün ışığında da sürücünün rahatça görebileceği türden olacaktır.

Yönetmeliklerde ana fren donanımı arıza yaptığında hangi koşullar aranıyorsa o koşullar, ABS sistemi her hangi bir nedenle arıza sonucu devre dışı kaldığında da geçerlidir.

104

ABS sisteminin fonksiyonu, manyetik veya elektriki hatalardan etkilenmemelidir.

8.7.4. Özel koşullar

ABS sistemli fren donanımları fren pedalına tam basılı haldeyken uzun süre etkisini göstermeye devam etmelidir. Bu koşulun yerine getirilip getirilmediği 8.7.4.1'deki deney yardımıyla tetkik edilir.

8.7.4.1. Deney

Araçta depolanmış olan fren sistemini tahrik eden enerji, başlangıçta yapımcı tarafından önerilen doluluk seviyesinde olmalıdır.

Bu değer, dolu taşıtın frenleme etkisini yerine getirecek seviyede olmayı garanti etmelidir.

Tam yüklü bir taşıt minimum 50 km/h lık bir hıza eriştikten sonra, kuvvet bağlantı katsayısı k ≤ 0.3 olan bir yol üzerinde, fren pedalına bir t süresince tam olarak basılır. Bu esnada t süresi boyunca ABS tüm tekerleklere kumanda ediyor olmalıdır.

Motor durdurulur veya enerji besleme devresi kapatılır.

Araç durur vaziyete iken ard arda dört defa fren pedalına sonuna kadar basılır. Beşinci defa frene basıldığında fren sistemi, en azından yardımcı frenle ilgili yönetmelik koşullarını yerine getirebilecek durumda olmalıdır.

Deney, motor boşta çalışırken tekrar edilir.

Deneyde gerekli t süresi aşağıdaki formülle hesaplanır:

t = vmax 7 ( t süresi 15 saniyeden az olamaz)

Formülde t saniye, vmax da km/h olarak aracın maksimum hızıdır. Ancak maksimum hızla ilgili üst sınır 160 km/h dır.

8.7.4.2. Kuvvet bağlantı katsayısıyla ilgili verim

ABS fren sistemi, ε ≥ 0.75 şartını sağladığında yeterli verimliliktedir. Bu şart hem boş hem de dolu taşıtta denenmelidir. ε kuvvet bağlantı katsayısından istifade edebilme değeridir.

ε değeri, frenleme başlangıç hızı 50 km/h olmak üzere kuvvet bağlantı katsayısı değeri 0.3 ve 0.8 olan yolda elde edilir ve aşağıdaki gibi formüle edilir:

ε = zmax K

zmax , ABS kontrollu bir frenlemede elde edilen maksimum frenleme oranıdır. K ise kuvvet bağlantı katsayısıdır.

105

Kuvvet bağlantı katsayısını tespit etmek için yapılacak deney aşağıdaki gibidir:

ABS düzeni deney süresince devre dışı bırakılır.

Deney esnasında taşıtın sadece bir aksına frenleme yaptırılır ve frene 50 km/h hızda giderken basılır. Fren kuvvetlerinin aksın sağ ve sol tarafındaki tekerleklere eşit şekilde dağılması sağlanmalıdır.

İlk önce taşıta ait maksimum frenleme oranının tespiti gerekmektedir. Bunun için, frenleme boyunca taşıt hızının 40 km/h'dan 20 km/h'a düşüşüne kadar geçen süre t ise, çok sayıda tekrarlanan deneylerle

z = 0.56 / t

ifadesine bağlı olarak çok sayıda frenleme oranı bulunur. Bunların içinden en büyük değerli olanı zm dır. t değeri saniyedir.

Fren kuvvetleri ölçülen frenleme oranından hesaplanır. Frenlenmeyen diğer aksta yuvarlanma direnci, aks tahrikli ise 0.015 Pi değilse 0.010 Pi alınır.

Buna göre iki akslı bir araç için kuvvet bağlantı katsayısı aşağıdaki gibidir:

K = zm P - 0.005 PA

PÖ + h E zm P

h = ağırlık merkezi yüksekliği, E = aks aralığı olarak alınacaktır.

ε'nun tespitinde zmax olarak, ABS kontrollu üç ayrı frenleme deneyinden elde edilen değerlerin ortalaması alınır. Deneylerde gerekli olan t değeri yukarıda açıklandığı gibidir.

ε değeri virgülden sonra ikinci haneye yuvarlatılır.

8.7.4.3. İlave deneyler ve koşullar

Aşağıdaki ilave deneyler hem boş hem de dolu taşıt için gerçekleştirilir.

Taşıt hareket halinde iken fren pedalına ani ve tam olarak basıldığında ABS kontrollu hiç bir tekerlek ne suretle olursa olsun bloke olmamalıdır. Deneyin yapıldığı yol şartları 8.7.4.2.'deki gibi olmalıdır.

Bloke olmama koşulu hem düşük başlangıç hızı 40 km/h için, hem de yüksek başlangıç hızları (v ≈ 0.8 vmax ≤ 120 km/h) için geçerlidir.

Kuvvet bağlantı katsayısı yüksek olan bir yol kaplaması K1'den, düşük olan bir yol kaplaması K2'ye geçilirken yapılan tam frenlemede ABS kontrollu tekerlekler bloke olmamalıdır (K1 ≥ 0.5 ve K1/K2 ≥ 2).

Kuvvet bağlantı katsayısı düşük olan bir yol kaplaması K2'den, yüksek olan bir yol kaplaması K1'e geçilirken yapılan tam frenlemede, frenleme ivmesi en yüksek değerine makul bir zamanda yükselmeli ve taşıt yörüngesinden sapmamalıdır (K1 ≥ 0.5 ve K1/K2 ≥ 2).

106

Sağ ve sol tekerleklerin farklı kuvvet bağlantı katsayısına sahip yol kaplaması üzerinde olması halinde (K1 ≥ 0.5 ve K1/K2 ≥ 2), 50 km/h'da pedala tam basılı olarak fren yapıldığında doğrudan kontrollu tekerlek bloke olmamalıdır (Kategori 3 hariç).

Dolu taşıtta, sağ ve sol tekerleklerin farklı kuvvet bağlantı katsayısına sahip yol kaplaması üzerinde olması ve (K1 ≥ 0.5 ve K1/K2 ≥ 2) olması koşulunda yapılacak fren sonucu:

z ≥ 0.75 ( 4 K2 + K1

5 ) ve z ≥ K2

frenleme oranı şartı sağlanmalıdır (Kategori 2 ve Kategori 3 hariç).

Bütün bu deneylerde tekerleklerin çok kısa bir süre için bloke olmasına müsaade edilir. Ayrıca seyir stabilitesi ve direksiyon kontrolu bozulmamak koşuluyla, 15 km/h hızların altında yapılan frenlemelerde dolaylı kontrol tanımına uyan tekerleklerin bloke olmasına müsaade edilir.

107

KAYNAKLAR

[1] BELKE, BOSSELMANN

"Strassenverkehrs-Zulassungsordnung", 11. Auflage, Band 1 (1974) 41, S. 367 - 376

[2] BRAUN, GÖKTAN

"Optimale Verstaerkungsfaktoren bei Bremsanlagen II", Deutsche Kraftfahrtforschung und Strassenverkehrstechnik, Heft 282, 1983

[3] BUSCHMANN, KOESSLER

"Handbuch der Kraftfahrzeugtechnik -Band 2-", Heyne Bücher, Kompaktwissen, 1976

[4] MITSCHKE, M. "Dynamik der Kraftfahrzeuge -Band A- Antrieb und Bremsung", Springer-Verlag, Berlin Heidelberg Newyork, 1982

[5] "Araçların İmal, Tadil, Montajı Hakkında Yönetmelik", T.C. Sanayi ve Ticaret Bakanlığı (Resmi Gazete 21485/03.02.1993)

[6] "EG - Bremsenrichtlinien 71/320/EWG, ECE R-13"

[7] "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", Bosch, 19. Auflage, 1984

[8] "Bremsen-Handbuch", Bartsch Verlag Ottobrunn bei München, 1975

1

İNDEKS

—A—

ana fren, 90 anti blokaj sistemleri ABS, 78, 91, 103 araçların sınıflandırılması, 88 AİTM, 87 Amerikan Federal Standardı, 87 atalet freni, 65 Avrupa Topluluğu Yönetmeliği, 87

—B—

balata yüzey basıncı, 33 Birleşmiş Milletler Avrupa Ekonomi Komisyonu Yönetmeliği, 87 boşluk ayarı, 29 boşluk ayarı mekanizması, 31 boşluk ayar mekanizması, 44

—C—

cevap süresi ta, 13, 59

—D—

devre dağılımı şekilleri, 75 disk frenler, 28 durma mesafesi, 14

—E—

egzoz freni, 91 elektrodinamik yavaşlatıcı, 84 etki tükenmesi, 59 etkili fren yarıçapı rB, 33

—F—

fren ana silindiri, 57 fren deneyleri, 95 fren düzeninin sağlıyacağı koşullar, 93 fren enerjisi, 8 fren iç çevrim oranı, 34 fren iyilik derecesi, 16, 18, 22 fren kuvveti dağılımı, 24, 101 fren kuvveti dağıtıcıları, 70 fren kuvvetlendiricileri, 66

2

fren kuvvetlendiricisi, 54 fren pedalı, 51 fren tipleri, 90 fren ventili, 60 frenleme oranı z, 16 frenlerle ilgili tanımlar, 89

—H—

hava direnci katsayısı, 6 havalı fren silindiri, 62 havalı fren sistemleri, 58 hız zayıflaması, 49 hidrodinamik yavaşlatıcı, 83 hidrolik basınç ph, 33 hidrolik fren sistemi, 27 hidrolik fren sistemleri, 52

—I—

ısınma, 46

—İ—

ideal durma mesafesi si, 20 ideal fren kuvveti dağılımı, 25 iki devreli fren sistemleri, 74 imdat freni, 90

—K—

kampanalı frenler, 35 kayma, 3, 78 kayma katsayısı, 3 kırık karakterli kuvvet dağıtıcıları, 70 kritik kayma sk, 78 kumanda duyarlılığı, 58 kuvvet bağlantı katsayısı, 2, 17 kuvvetlendirici faktörü, 67

—M—

maksimum frenleme oranı zmax, 18 motor freni, 83

—P—

pedal çevrim oranı ip, 51 pedal yolu sP, 56

—R—

reaksiyon süresi tr , 11, 15

3

römork fren kumanda ventili, 64

—S—

semer, 28 servis freni, 90 seyir stabilitesi, 23 sıcaklık zayıflaması, 49 sınır frenleme oranı zsınır, 17 sistem yükselme süresi ts, 13 sürtünmeli frenler, 27

—T—

tahrik ve iletim elemanları, 51 tahrik yükselme süresi tb, 13 takviyeli fren düzeni, 91 tam frenleme süresi tv, 13 taşıt izleme mesafesi, 16 tekerlek çeki kuvveti, 2 tekerlek kuvvetleri, 1 tip 0 deneyi, 97 tip I deneyi, 99 tip II deneyi, 100 tutunma katsayısı, 3

—V—

vakumlu kuvvetlendirici, 68

—Y—

yabancı kuvvetli fren düzeni, 91 yardımcı elemanlar, 66 yardımcı fren, 90 yavaşlatıcı, 83, 91 yaylı silindir, 62 yönetmelikler, 87 yüke bağlı fren kuvveti dağıtıcıları, 72 yuvarlanma direnci, 2 yuvarlanma direnci katsayısı, 2 yuvarlanma direnci kuvveti, 6