FREN SİSTEMLERİ - kisi.deu.edu.trkisi.deu.edu.tr/mustafa.karaoglan/Sunu 14 Fren Sistemleri.pdf ·...

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 1

FREN SİSTEMLERİ


FRENLER

Bir aracın kontrol ve emniyetini temin eden sistemlerin bir bölümü olan fren sistemleri

1. Aracın hızını yavaşlatmak ve gerektiğinde durdurmak,

2. Aracın hızını özellikle yokuş aşağı yollarda sabit tutmak,

3. Duran bir aracın kendi kendine harekete geçmesini önlemek

için kullanılırlar. Araçlarda bu fonksiyonları yerine getirecek donanımlar ayrı ayrı

olabildiği gibi, aynı sistem birden fazla görevi de yapabilir:

Ana fren sistemleri (İşletme fren sistemleri) gerekli olduğunda aracın hızını azaltır

veya tamamen durdurur. Bu esnada araç izini değiştirmemelidir. İşletme frenleri sürücü

tarafından ayak ile devreye alınır, kademeli olmak ve tüm tekerleklere etkimek

zorundadır.

Tespit frenleme sistemleri (Park frenleri) duran veya park edilen aracın yokuş ta

dahi kendi kendine yuvarlanmasını engeller. İşletme fren sistemlerinin devre dışı

kalması durumunda yardımcı fren sistemi olarak da görev yaparlar.

Sürekli fren sistemleri (Yavaşlatıcılar) uzun yokuş aşağı inişlerde araç hızını belirli bir

değerde tutmak ve ana frenlerin frenleme yükünü hafifletmek amacıyla kullanılırlar.


Karayolları Trafik Yönetmenliği’nde ve Avrupa Birliği Normlarında

(EG 71/320 ve ECE R13) yer alan hususlardan alıntılar:

• Çok izli araçlar birinin devre dışı kalması halinde diğerinin kullanılabileceği

bağımsız iki fren sistemine sahip olmalıdırlar. Bunlardan bir tanesi mekanik olarak

etkirken aracın kendi kendine yuvarlanmasına engel olmalıdır. En az iki tekerden

frenlemelidir ve ortak fren yüzeylerini ve mekanik sistemleri kullanabilir.

• İşletme frenleri ile en az ortalama 2,5 m/s2, tespit frenleri ile en az 1,5 m/s2 bir

ivmeleme değerine ulaşılmalıdır.

• İki veya çok akslı römorklar en az 2,5 m/s2 frenleme ivmesi sağlayacak bağımsız

fren sistemlerine sahip olmalıdır. Bu sistem römorkun çekiciden ayrılması

durumunda aracı bağımsız durdurabilmelidir.

• Şayet araç ve römork ikilisi aracın fren sisteminden beklenen frenleme ivmesine

ulaşılabiliyorsa ve römorkun aks ağırlığı aracın boş ağırlığının yarısını (üst sınır 3 t)

geçmiyorsa, tek akslı römorklarda fren sistemine gerek yoktur.


• Müsaade edilen toplam ağırlığı 5,5 t üzerindeki otobüsler ve diğer araçlar ve

toplam ağılığı 9 t üzerinde olan römorklar bir üçüncü fren sitemi (sürekli fren

sistemine-yavaşlatıcılar) ile de donatılmalıdır. Bu sistem aracın tam yüklü

durumda % 7 eğimli 6 km boyundaki inişli bir yolda hızı 30 km/h tutabilecek

şekilde frenleme yapabilmelidir.

• Otomobillerin arkasına ancak tek akslı ve toplam ağılığı (Araç boş ağılığı +

750 kg)/2 değerini aşmayan ve hiçbir zaman 750 kg ‘a ulaşmayan römorklar

fren sistemine gerek olmadan takılabilirler.

• İşletme fren sistemini devreye alınması, yapısal şartlara bağlı olarak 25 km/h

hızın üzerindeki hızlarda frenlemede arkada bulunan sarı veya kırmızı fren

ışıkları ile uyarı yapılmalıdır.

• Araç sahipleri, araçlarının teknik yeterliliğini belirli zaman aralıklarında tespit

ettirmek zorundadırlar


Araçlar ve Frenleri için EG – Yönetmelikleri (Özet)

Tablo : Avrupa topluluğu yönetmenliklerine göre araç sınıflarının dağılımı

(EG-71/320 ve ECE-R13)


Tablo : RREG ‘ye göre M ve N sınıfı araçların işletme fren sistemlerinden sağlaması gereken

şartlar ve fren test tipleri . Ek olarak yol sürtünme katsayısı = 0,1 …0,8 için aracın

toplam fren kuvvetinin aracın toplam ağırlığına oranından bulunan frenleme oranının

z 0,1 + 0,85.( - 0,2) değerini sağlaması gerekir.

En iyi frenleme etkisi tekerlekler henüz dönmesine devam

ederken sağlanır.

Bloke olan tekerleklerde savrulma tehlikesi ve lastik hasarları

ortaya çıkar.


FREN SİSTEMLERİ

Bir aracın fren sistemi temel olarak kumanda, taşıma ve sürtünme frenleri veya

esas frenlerden oluşur.

Resim : Bir otomobilin hidrolik fren sistemi

.

. .

Fren Sistemi

El freni kolu

Fren kuvvetlendirici

Dağılım ventili

Disk fren

Fren pedalı

Fren merkez silindiri

El freni teli

Disk fren

Fren semeri

Fren pabucu

Ses önleme şimi

Disk

Jant bağlantı cıvatası

Fren pabucu ve balata

Tekerlek fren silindiri

Fren tamburu

Tambur fren

Tambur fren


.

.


Fren pedalı

El freni

Fren kuvvetlendiricisi

Fren kuvveti sınırlayıcısı

Tekerlek fren silindiri Fren iletim hattı

Resim: Disk frenli otomobil fren sistemi


Hidrolik Frenler

Fren kuvveti oluşturması gereken sürücü fren pedal kuvveti • Otomobillerde ~500 N,

• Kamyonlarda ~700 N,

• Mekanik frenlerde mekanik olarak,

• Hidrolik sistemlerde hidrolik çevirme oranları ile kuvvetlendirilmelidir. Bu kuvvetlendirmenin yeterli fren kuvveti oluşturmaya yetmemesi halinde örneğin alt

basınç veya hidrolik yüksek basınçla sağlanan yardımcı kuvvetler devreye sokulmalıdır

(Fren kuvvetlendiriciler-Servo Frenler).

Fren kuvvetinin oluşturulması için basınçlı hava da bir dış kuvvet olarak kullanılabilir;

Sürücü burada sadece fren pedalı ile basınçlı havayı kumanda eder (Kombi fren

Sistemleri).

Hidrolik Frenler; fren pedalı, tandem fren merkez silindiri, boru sistemi, tekerlek fren

silindirleri ve tekerlek frenlerinden meydana gelir . Hidrolik fren sistemlerinin çalışması

Pascal Prensibine dayanır. Sürtünme yoluyla mekanik enerjinin ısı dönüştürülerek

atılmasını görevlerini yaparlar. Tambur ve disk frenler olmak üzere iki gruba ayrılırlar.


Tambur Frenler

Otomobillerde park frenlerinin basit olarak teşkili açısından tambur frenler sık olarak

yalnızca arka tekerleklerde kullanılır. Kamyon ve kamyonetlerde tüm akslarda genelde

tambur frenler tercih edilir. Araçlarda sıkça tercih edilen tambur fren içten dışa

genişlemeli, pabuçlu frendir. En önemli elemanları fren tamburu, fren taşıyıcısı, fren

pabuçları ve gergi düzeneğidir.

Resim : Tambur fren parçaları ve Tambur frenin servo etkisi


Resim : Tambur fren içyapısı ve el freni mekanizması


Avantajı :

• Açma kuvvetinde daha büyük pres kuvveti (çevresel kuvvet) ortaya çıkar.

• Ayrıca, sürtünme kuvveti yaslanan pabuçta tambur dönme yönünde bir

döndürme momenti oluşturur ve fren etkisi kuvvetlenir.

Dezavantajı:

• Büyüklüğü tekerlek büyüklüğü ile sınırlıdır.

• Otomatik ayar düzenekleri daha komplikedir.

• Aşınma ve ısının uzaklaştırılması kötüdür.

• Tambur frenlerin fading olayına, yani aşırı ısınmada fren etkisinin

zayıflamasına meyli daha fazladır.

• Aşırı ısınmada tambur ve balata arasındaki sürtünme katsayısı kuvvetle düşer.

• Aynı zamanda ısınma etkisiyle metal tambur fren pabucundan daha fazla

genleşir, pabuç daha küçük eğrilik yarıçapı nedeniyle tambura daha az

yüzeyden basar. Ayrıca, ısının tekerlek eksenine doğru atılması fren

tamburunun açık kısmının huni formunda genişlemesine neden olur.


Tambur frenler tekerlek silindirinin sayısı ve fren pabuçlarının diziliş ve kumanda

şekline göre temel olarak tiplere ayrılır.

Resim : Tambur fren tipleri

Tambur Frenlerde İç Fren Faktörünün hesaplanması : Balata tambur yüzeyi

arasındaki sürtünme sonucu oluşan çevresel kuvvetler; balata sürtünme katsayısına,

sürtünen yüzeyinin boyut ve şekline (balata sarım açısı, genişlik, v.s), balata

yüzeyine gelen normal kuvvetin dağılımına, v.s. bağlıdır.


. .

.

.

.

S S

pH

Çevresel kuvvet

S

Tambur dönme yönü

rT

rT

dN

dR

aO

dA

aO

h

.

mX

s

s

Resim : Tambur frende iç fren faktörü hesaplaması


İç fren faktörü C* :

oranından belirlenir. Burada U , karşılayan ve yaslanan pabuçtaki toplam

çevresel kuvvettir.

ve mafsal noktasına göre pabuca etkiyen kuvvetlerin momentlerinin

dengesinden

Pabucun yaslanan olmasına göre “-” ve karşılayan olmasına göre “+“ işareti

kullanılır.

S

UC*

dN.dRU

2

1

0T

2

1

0 0dR).sin.ar(dN.cos.ah.S

d.p.b.rp.dAdN

ve dN.U

T

2

1

cos.E.s

mp ve cos.ms

s

s.Ep

xx

d.cos.r.b.E.

s

mdN T

x


2

1

0T0

2

1

2

1

0T0

2

1

d.cos.sin.ar.cos.a

dcos..h

S

U

dN.sin.ar.cos.a

dN..h

S

U

)sin.(sina.2

1)sin.(sinr.)()2sin2.(sin

2

1.a.

2

1

)sin.(sin.h

S

U

12

22

012T21120

12

İç fren faktörü büyüklüğü hakkında bilgi edinmek için de konstruktif büyüklüklere

bazı sayısal değerler, örneğin 1 = 2 = , =350 , rT =120 mm , a0 = 100 mm ,

h = 190 mm uygulanırsa, her bir pabuca ait iç fren faktörü hesaplanır;

785,0

.583,1

S

U


Dou-dupleks ve duo-servo tiplerinde pabuç taşıma düzeninde mafsal olmayıp,

pabuçlar baskı düzenine bağlıdır.

Servo tipinde ise pabuçların her ikisi yaslanan pabuçtur ve fren silindiri sadece

primer pabucu açmaktadır. Fakat primer pabucun mafsal kuvveti diğerine baskı

kuvveti, yani açma olarak etkimektedir.

Dubleks fren sisteminde her pabuç kendi açma kuvvetine sahiptir. Dönme yönüne

göre her iki pabuç karşılayan veya yaslanan pabuç konumundadır

IIIB UUF C.2S

F da buradan ve CCC yaniCC

S

FC B

IIIIIIB

El Freni Hesabı: El fren sisteminde genelde aynı açma düzeni kullanılır. Yüzer

düzeneklerde, yani el freni mekanik açma düzeneklerinin kullanılması durumunda

SI ve SII açma kuvvetleri birbiri ile orantılıdır.

F çekme kuvvetine karşılık ulaşılan toplam teğetsel

kuvvet FB :

m

C.nC).nm(.FS.CUUF III

mIIIB


Disk Frenler

Disk frenler tekerleğe takılabildikleri gibi tekerlek dışında örneğin önden tahrikli

araçlarda dişli kutusu ve diferansiyel çıkışında tahrik millerinde de monte edilebilir.

İkinci uygulamada yaylandırılmamış kütleler azaltılır, diskin ısınması düşer.

Resim : Kısmi kapatmalı disk fren

.

.

Hareketli Fren semeri

Fren diski

Fren pabucu

Piston

Hidrolik borusu


Avantajları:

• Tambur frenlerden daha az fading olayına uğrarlar, çünkü daha iyi

havalandırılırlar.

• Balata değişimi kolaydır.

• Balata aşınması eşit şekilde ve ayar otomatik gelişir.

• Frenleme etkisi hareket yönünden bağımsızdır.

Dezavantajları:

• Frenleme yüzeyi tambur frenlerden daha küçüktür, balata baskı kuvveti daha

büyük olmak zorundadır.

• Bu yüzden genelde fren kuvvetlendiricilere gerek vardır.

• Disk aşırı ısınabilir.

• El freninin montajı oldukça karmaşıktır bu yüzden genelde arka akslarda

tambur fren kullanılır.

Disk tekerlekle birlikte döner. Fren silindirleri taşıyıcısı, semer sabit durur.

Frenleme esnasında fren diskinin her iki tarafındaki pistonlar fren balatalarının

yapıştırıldığı metal tutuculara basar. Fren balataları bunun sonucunda fren diskine

yaslanır ve bu şekilde oluşan sürtünme sonucu frenleme gerçekleşir.


Resim : İki silindirli sabit semerli disk fren parçaları


Resim : Hareketli semerli disk fren


Resim : Hareketli semerli disk fren ve hareketli semerli disk frenin parçaları


.

.

B

MB

rD

AB

AP

U

Disk

rdyn

rD

S

U Balata

Hidrolik

Piston

pH

B

PH

A

Sp

basıncı yüzey Balata

ve A.pS

Ddy n

dy nB

r.Ur.B

r.BM

İç fren faktörü C* :

.2S

S..2

S

U.2

S

UC

PHdyn

D

dyn

D

dyn

B A.p.r

r.C

r

r.U

r

MB

ve oluşan fren kuvveti B :

Disk frenlerde iç fren faktörünün hesaplanması:. Disk fren sistemi bağlı bir

tekerleğin frenlenmesi esnasında ortaya çıkan atalet kuvvetleri, yuvarlanma direnci

etkisi ihmal edildiği taktirde rdyn tekerlek dinamik yarıçapı olmak üzere fren

momenti MB :


.

.

değerine ve simpleks fren için ise yandaki grafikte verilen değerlerden

= 0,25 için CA

* = 1,0

okunur. Bu iki değer yukarıdaki eşitliğinde yerine konursa,

36430

01

504931

1,

,

,.,

değerine düşer.

Balata sürtünme katsayısı

İç f

ren

fa

ktö

rü C

*

Duo-Servo Fren

Dupleks Fren Yaslanan

Karşılayan

Simpleks Fren

Disk fren

Resim : Farklı fren tipleri iç fren faktörlerinin balata

sürtünme katsayısına bağlı değişimi

Günümüz otomobillerinde kullanılan

frenlerinde = 0,3…0,4 arasındadır.

Balata yüzey basınçları p = 600…800

N/cm2 60…80 bar (maksimum 120 bar).

Karşılıklı fren silindiri sayısı z = 2.

Balata sürtünme katsayısının aynı

aksın tekerleklerinde farklılaşması

durumunda fren kuvvetleri sapmasının

tambur ve disk fren tiplerindeki

değişiminde disk frenler avantajlıdır.


Fren Pabuçları, Fren Balataları , Fren Tamburları / Diskleri, Fren Silindirleri

a) Tambur Frenler için:

Tambur frenlerde tambur malzemesi olarak genelde dökme demir (küresel grafitli

veya beyaz temper döküm) ve seyrek olarak çelik döküm veya derin çekilmiş çelik

saç ve motosikletlerde alüminyum döküm tamburlar kullanılır.

Tekerlek silindirleri : Hidrolik basınç tekerlek silindiri içindeki pistona etkir ve fren

pabuçlarının tambura yaslanması için açma kuvveti oluşturur. Açma kuvvetinin fren

pabuçlarına iletilmesi baskı pimleri üzerinden gerçekleşir. Tekerlek silindirleri tek

veya çift pistonlu olabilir.

Resim : Baskı pimli tekerlek silindiri Resim : Ayar kapaklı tekerlek silindiri


Tambur frenlerin fren pabuçları tambur formunda

preslenir. Gerekli mukavemet T formundaki profil ile

sağlanır. Alüminyum veya çelik saç kullanılır.

Fren balataları fren pabuçlarına perçinlenir veya

yapıştırılır. Balataların ısıya dayanımı ve ısı iletimi yüksek

olmalıdır. Su ve yağa karşı dayanıklı olmalıdır. Genelde

asbest doku veya günümüzde çoğu kez metal doku (Zn

veya Cu Zn alaşımları) dolgu malzemesi olarak örneğin

asbest, grafit tozu, metal tozu ve yapıştırma malzemesi

olarak suni reçine ile birlikte preslenir ve sertleştirilir.

Sürtünme katsayısı 0,3 ...0,5 arasındadır. 450 0C

dayanabilir.

Resim : Fren pabuçları


b) Disk Frenler için:

Fren Diski Malzemesi : Dökme demir, küresel grafitli dökme demir veya çelik

dökümden mamul fren diskleri genelde tencere formunda dizayn edilir. Tambur kısmının içine mekanik kumanda eden el freninin parçaları monte edilir. Masif fren diskleri 9 ... 16 mm ,

İçten havalandırmalı disklerin kalınlığı ise 19 ... 32 mm kadardır. Disk frenlerde fren silindirleri tambur frenlerin tekerlek silindirlerinden daha büyük

bir çapa sahiptir. Takriben 40 ... 50 mm değerindedir. Bu sayede tambura karşın daha

büyük bir baskı kuvveti elde edilir.

Disk fren balataları çelik veya seyrek olarak dökme demirden olan metal pabuca

yapıştırılmıştır. Genelde organik dokulu balatalar kullanılır. Çok özel hallerde sinter

balatalar kullanılır .

Organik bağlı balatalarda metalik, seramik veya organik sürtünme malzemesi

kauçuk veya suni reçine gibi bağlama malzemesi kullanılır. 750 0C (kısa süreli 950 0C)

kadar yüklenebilir.

Sürtünme katsayısı 0,25 ... 0,5. Tambur fren balatalarından daha büyük yüzey

basıncına maruzdurlar.


Hidrolik Fren Tahrik Sistemleri

Fren sistemlerinde kullanılan fren pedalları mekanik çevirme oranı 1:4 ...1:5 olan

tek yönlü bir manivela kolundan ibarettir.

Çoğu kez tüm kumanda pedalları –Debriyaj , Fren ve Gaz pedalı – tek bir pedal

mekanizmasına asılı veya dikine yerleştirilirler.

FP

Fiş

Merkez silindir Kuvvetlendirici

Resim : Fren pedalı, kuvvetlendirici ve

merkez silindir


Fren Merkez Silindiri (Tandem Merkez Silindiri) :

Merkez silindiri fren devrelerine basınçlı hidrolik sağlamak için kullanılır. Ekseriyetle

merkez silindiri ve fren pedalı arasına fren kuvvetlendirici – alt basınç ile fren pedal

kuvvetini artırıcı – sistemler monte edilir.

Merkez silindiri; ısı etkisi ile genleşen, soğuyunca çekilen fren hidroliğini dengelenmek

zorundadır.

Resim : Fren

kuvvetlendiricili

sistemler için

tandem fren

merkez silindiri


Piston kumanda edilirse, primer manşet dengeleme

deliğini ve basınç odasını kapatır. Basınç odasında

üst basınç oluşur. Doldurma diski bu esnada primer

manşet üzerinden pistona doğru olan sıvı kaçışını

engeller.

Pistonun ani olarak geri alınması durumunda ventil

açılır; primer manşet öne eğilir, doldurma diski kalkar

ve hidrolik pistonların halka şeklindeki boşluğundan

boyuna delikler üzerinden daha geniş hacimli basınç

hacimlerine akar.

Resim : Primer manşetin

fonksiyon şekli .

.

2. Devre 2

Resim : Tandem merkez

silindirinin fonksiyon şekli


Taban Ventili : Merkez silindirinin fren devrelerine

bağlantı noktasında kullanılan ventillerin görevi,

tambur frenlerde frenin kumanda edilmediği durumda

fren devresindeki hidroliğin sürekli olarak 0,5 ... 1,2 bar

ön basınç değerinde kalmasını sağlamaktır. Bu sayede

frenin devreye alınması durumunda fren etkisinin

hemen devreye girmesi temin edilebilmekte ve pedal

boşluğu küçültülmektedir. Ayrıca, tekerlek silindir

manşetleri (tabak manşetler) büyük bir basınç ile

silindir çıdarına basacağı için havanın silindir içine

girmesi engellenir.

Taban ventili üzerinde bir frenleme periyodu sonunda

devredeki hidroliğin geri merkez silindirine dönüşü ve

frenleme esnasındaki yüksek basınçlı hidroliğin fren

devresine geçişi yandaki resimlerde gösterildiği gibi

sağlanmaktadır.

Disk fren devrelerde ön basıncın olmaması gerektiği

için bu devrelerde ince bir deliğe sahip konik ventilin

takılı olduğu özel taban ventilleri kullanılır. Bu sayede

fren devresindeki ön basınç tamamen sıfırlanabilir.

Resim : Taban ventilinin çalışma şekli


Fren Lambası Şalteri :

Fren pedalının bulunduğu bölüme konan ve pedal

ile kumanda edilerek mekanik çalışanfren lambası

şalteri olduğu gibi basınç ile

çalışan fren lambası şalteri de kullanılabilir. Bağlantı

genelde merkez silindirine yapılır. Her fren

devresinde bu tarz basınçla çalışan bir fren lambası

şalteri emniyet açısından kullanılmalıdır


Hidrolik Frenlerde Fren Pedal Kuvveti - Fren Kuvveti İlişkisi

Hidrolik frende ayak kuvveti FP ile S baskı kuvveti arasındaki ilişki, şematik olarak

verilen fren sistemi üzerinden, fren sistemlerindeki geri getirme yayı etkisi ihmal

(1) A.p.K.i

1F MSH

FP

P

.

.

sA

AMS

ATS

pH


Fren kuvvetlendiricisi

Geri çekme yayı

Ön tekerlek silindiri

rdyn

rT

Arka tekerlek silindiri

SÖ SA

GA

BA

a

b

edildiğinde kuvvetlendirme

faktörü KF ve iP=b / a

pedal çevrim oranı olmak

üzere fren pedal kuvveti :

Resim : Hidrolik fren sistemi

şeması

ve fren pabuçları açma veya

sıkma kuvvetleri

TSAHA

TSÖHÖ

A.pS

A.pS


ve akslardaki fren kuvvetleri toplamı resim’den de yararlanarak

(2) r

p).r.A..Cr.A.C.(2BBB

dyn

HTSATSAATÖTSÖÖAAÖA

Diğer taraftan fren pedalına basılmak suretiyle yapılan işin, tekerleklerdeki fren

pabuçları açılma işleri toplamına eşittir:

(3) )s.As.A.(4

s.Ai

buradan p).s.As.A.(4i

s.A.p

ATSAÖTSÖ

PMSP

HATSAÖTSÖP

PMSH

(1), (2) ve (3) ifadelerinin ve birlikte değerlendirilmesiyle g.m

B

g

xa

ATSAÖTSÖ

dyn

TSATSAA

dyn

TÖTSÖÖ

PFP

s.As.A

r

r.A..C

r

r.A.C

.G.2

s.K.Fa

Bu ifadeden görüldüğü gibi pedal kuvveti ile frenleme oranı arasında lineer bir ilişki

mevcutken, sabit bir fren pedalı kuvvetinde frenleme oranı ile araç ağırlığı arasında

hiperbolik bir ilişki söz konusudur.


Araç ağırlığının artması ile birlikte aynı frenleme oranına erişmek için, daha büyük

fren pedal kuvvetine gereksinim olacağı açıktır. Fren sistemi ile ilgili düzenlemelerde

minimum frenleme oranı amin= 0,58 ve bu değere ulaşmak için uygulanabilecek

maksimum pedal kuvveti FP max= 500 N ile sınırlandırılmıştır. Fren kuvvetlendiricisi

olmayan bir araç (KF= 1) için örneğin;

sP = 135 mm, s = 3 mm

rTÖ = rTA= rT ,

ATSÖ = ATSA = ATS ,

C*Ö = C*A = 2 ve rT/rdyn = 0,4

g 10 m/s2 alınırsa,

kg. 1500 m

N 15517)22.(4,0.12

135.1.

58,0

500)CC.(

r

r.

s.4

s.K.

a

FG

max

AÖ

dyn

TPF

Pmax

Salt pedal kuvveti ile hidrolik sistem kullanılarak yönetmenlik şartlarına göre

frenlenebilecek araç kütlesi m = 1500 kg . Rahat ve üst frenleme değerlerinde

frenleme için fren kuvvetlendiricilerin kullanılması gerekmektedir.


Fren Kuvvetlendiriciler

1) Alt Basınç Destek Kuvvetli Fren Sistemi – Vakumlu Fren Kuvvetlendirici

Alt basınçla fren pedal kuvvetini artırıcı bir sistemdir. Benzin motorlu araçlarda özel

bir cihaza gerek duyulmaksızın emme manifoldundaki alt basıncı kullanılması bir

avantajdır.

Maksimum – 0,2 bar alt basınç

nedeniyle büyük yüzeye ve hacme

gereksinim vardır. Bu yüzden uzun

doldurma ve boşaltma zamanları

ortaya çıkar.

Dizel motorlarında alt basınç motor

tarafından tahrik edilen bir vakum

pompası ile sağlanır.

Frenin çözülme durumunda (fren

devrede değilken) vakum pistonun her

iki tarafında da alt basınç mevcuttur.

Resim : Vakumlu fren kuvvetlendirici


.

.

Vakum borusu

Fren devresi 2

Fren devresi 1

Emme manifoldu

İş pistonu Reaksiyon diski Ventil pistonu Tabak ventil Piston kolu

Kumanda hücresi Kumanda kanalı

Geri alma yayı

itici kol

Vakum borusuna

Sızdırmazlık keçesi

a

b Frenleme yok

c Frenleme başlangıcı

d Frenleme durumu

Tandem tipi fren merkez silindiri Fren kuvvetlendiricisi

Resim : Vakumlu fren

kuvvetlendiricisinin araç

üzerinde çalışmasının

şematik olarak

açıklanması


2) Hidro-pnömatik Destek Kuvvetli Fren Sistemi – Hidrolik Fren Kuvvetlendirici

Motor tarafından tahrik edilen bir hidrolik pompaya sahip direksiyon kuvvetlendiricili

araçlarda pompa tarafından iletilen hidrolik basınç altında bir depoda tutulur ve fren

pedal kuvvetini artırmak amacıyla kullanılabilir. Vakumlu fren kuvvetlendiricilerine göre

oldukça avantajlıdır:

Yer talebi daha düşüktür: Motor stop

etse dahi depodaki basınçlı hidrolik

12 frenlemeye olanak sağlar.

Basınç aynı zamanda

kuvvetlendirici içindeki ayar

pistonuna da etkir; bu sürücüye

frenlemenin şiddeti hakkında bir

kanı (duygu) edinmesini sağlar.


Fren Kuvveti Dağılımı

Tüm tekerlek yüklerine uygun olarak frenlendikleri takdirde en kısa fren

mesafesine ulaşılır (İdeal Frenleme).

Frenleme esnasında tekerlek yüklerinde bir değişme meydana gelir. Bu değişim

yüklemenin büyüklüğüne ve karoserdeki dağılımına (yani ağırlık merkezinin ön ve

arka aksa olan mesafesine), ağırlık merkezinin yüksekliğine ve frenleme ivmesinin

büyüklüğüne bağlıdır.

Ön ve arka akslardaki fren momenti veya fren kuvveti dağılımı tekerlek fren

silindirlerinin büyüklüklerine, fren sistemi iç fren faktörü değerlerine, disk veya

tambur çaplarına bağlıdır ve sabit bir orandadır.

İdeal fren kuvveti dağılımına yaklaşabilmek için uygun fren kuvveti regülatörü ile

fren kuvveti dağılımı oranının değiştirilmesi yoluna gidilmektedir.

Fren kuvveti dağılım oranının değiştiren farklı tipte fren kuvvet regülatörleri vardır.

l

h.z

l

l.GG

için aks arka ve l

h.z

l

ll.GG

ÖAA

ÖÖA


1) Hidrolik Basınç Sınırlayıcıları (Fren Kuvveti Sınırlayıcıları) arka tekerleklerin

bloke olmasını ve bu şekilde de aracın savrulmasını engellerler. .

.

.

pH ÖA

pH

AA

Sınırsız üst basınç

Yüklü araç ideal dağılımı Boş araç ideal dağılımı Sınırlandırılmış basınç

a b

c

Arka tekerlek fren

silindirlerine giden

hidrolik boru hattına

monte edilir ve

basıncın sadece ön

görülen bir değere

kadar çıkmasına izin

verir, o değerden

sonra arka

tekerleklere giden

hidrolik basınç artmaz

Resim : Fren kuvveti

sınırlayıcısı uygulama,

kesiti ve basınç

dağılımı


2) Kırık Karakterli Fren Kuvveti Dağıtıcılarının (Regülatörlerinin ) çok şiddetli

frenleme durumunda arka tekerlerin düşürülmüş basınçla frenlenmesi temin

edilir. Belirli bir hidrolik basınca kadar ön ve arkaya giden hidrolik basıncı eşittir.

Belirli bir değerden itibaren arka aks hidrolik basıncı ön aksa göre azaltılarak

(kısılarak) kırık bir dağılım karakteri gösterecek şekilde gönderilir. . .

.

A

Top

lam

APiston A1 A2

.

pH ÖA

pH

A

A

Azaltılmamış basınç

Kısılmış basınç Yüklü araç ideal dağılımı Boş araç ideal dağılımı

Topllam

0

Toplam

PistonÖA

0PistonÖToplamA

A

F

A

A.pp

FA.pA.p

Resim : Fren kuvveti regülatörü kesiti ve prensip şeması ve basınç dağılımı


3) Yüke Bağlı Fren Kuvveti Dağıtıcılarının basınç düşümü yay mesafesi

üzerinden yüke bağlı olarak , fren kuvveti regülatörlerinde olduğu gibi sağlanır.

Frenleme durumunda arka aks yükünün öne transferi söz konusu olduğu için,

fren kuvveti dağılımında bu durumun da dikkate alınması ile ideal fren kuvveti

dağılımına yaklaşılması temel amaçtır. . .

.

A1 A2

Kademeli piston Ventil

.

Resim : Yüke bağlı kırık karakterli fren kuvveti dağıtıcısının montajı ve kesiti

Karosere bağlı regülatörün ayar koluna bağlı olan yay aksa bağlanmaktadır.

Karoser ve aks arasındaki relatif düşey hareket regülatör basamaklı pistonuna

iletilerek, aracın yük durumuna uygun bir dönüşüm basıncı elde edilir.


. .

. .

DOLU ARAÇ Kısılmış basınç dağılımı İdeal basınç dağılımı

BOŞ ARAÇ Kısılmış basınç dağılımı

İdeal basınç dağılımı

Sabit basınç dağılımı

pH

A

A

pH ÖA

. Resim : Yüke bağlı fren kuvveti dağıtıcısında basınçlar arasındaki ilişki

Tam otomatik bir fren kuvveti ayarı ancak Anti-Blokaj-Sistemi (ABS) ile ulaşılır.


4) Blokaj Engelleyiciler – Bloke Regülatörleri (ABS) tekerleğin bloke olmasını

önlemek için, frenleme esnasında aracın bir veya birden çok tekerleğinin dönme

yönündeki frenleme kaymasını ayarlayan, hidrolik (veya pnömatik) fren

sistemlerinin teknik bir tamamlayıcısıdır; ABS sistemi sayesinde

• Acil frenleme durumlarında ve tam frenlemenin gerekli olduğu durumlarda

aracın yönlenme kabiliyeti, yan kuvvetler ve tekerleklerin tutunma sürtünme

katsayısının dikkate alınmasıyla bilinçli bir frenleme yapmayı sağlanır.

• Teknik sayesinde sürücüye özellikle psikolojik ve fizyolojik sınır bölgelerinde

verilmesi gereken diğer kararlar için yardımcı olunur.

• Tehlikeli frenlemelerde aracın yönlendirilebilmesi (direksiyon hakimiyeti) ve

doğrultu stabilitesi sağlanır

ABS ile donatılmış otomobillerle yapılan denemeler, pürüzlü yollarda yaklaşık

1 g (9,81 m/s2 ) değerinde bir tam frenleme yapılabileceğini göstermiştir.

Kuru (pütürlü) yol zeminlerinde % 15 ‘e varan ; ıslak zeminlerde ise % 30 – 40

arasında bir fren mesafesi kısalması sağlanarak daha iyi bir frenleme gücüne

ulaşılabilmektedir.


.

.

Diyagonal hareket açısı

Diyagonal hareket açısı

Frenleme kayması s Frenleme kayması s

K

uvvet bağın

tı k

ats

ayıs

ı [-

]

Yanal kuvvet bağın

tı k

ats

ayıs

ı [-]

Serbest yuvarlanan Frenleme Kayması s Bloke olmuş

K

uvvet bağın

tı k

ats

ayıs

ı [-

]

Eski kuru Beton

Eski kuru Asfalt

Yeni ıslak Beton

Sıkıştırılmış karla kaplı

Buzla kaplı

a

b c

%][ 100.v

r.vs

Resim : Fren

kuvveti bağıntı

katsayısının

a) farklı yol

yüzeyinde

b) farklı diyagonal

hareket açılarında

c) Yanal kuvvet

bağıntı katsayısının

farklı diyagonal

hareket açılarında

frenleme aymasına

göre değişimi


.

120 80 40 0

0 -750 -1500 80 40

20 0 100 60

20

0

0

-100

-300

-500

0 0,22 0,4 Zaman t

Tekerlek a

çıs

al iv

mesi F

renle

me k

aym

ası T

ekerlek a

çıs

al hız

ı

F

ren M

om

enti

A

raç h

ızı

ra

d/s

2

[-

]

r

ad/s

N

.m

k

m/h

Frenleme sırasında ölçülen her bir tekere ait

devir sayılarından açısal hız elde edilse bile,

frenleme kaymasının teşkil edilmesi için araç

hızını veren belirli bir referans değerine ihtiyaç

vardır.

Araç gerçek hızını ölçmek pratik olarak zordur.

Uygulamada kayma değeri, tekerleklerin açısal

hızlarının birbirleri ile karşılaştırılması yoluyla

yaklaşık olarak en hızlı dönen tekerleğin

çevresel hızı referans olarak alınarak diğer

tekerleklerin frenleme kaymaları tespit

edilmektedir.

Açısal ivme eşik değerinin tespitinde, aracın

erişebileceği maksimum frenleme ivmesine

eşdeğer bir açısal ivme değeri atanabilmektedir.

Gelişmiş ABS sistemlerinde hem tekerlek açısal

ivmesi, hem de frenleme kayması kontrol

edilerek tekerleğin blokajı önlenmektedir.

Resim: Bloke oluncaya kadar frenlenen bir

tekerlekte zamana bağlı değişim


.

.

a

b

Geri besleme pompası

Depo

Ön aks Arka aks

Manyetik ventil

Fren cihazı

Manyetik ventil

Sönümleyici

Resim : a) Anti-Blokaj Sistemi

(ABS) entegre edilmiş iki devreli

hidrolik fren sistemi

b) Mercedes-Benz/Bosch

ABS sistemine ait hidrolik fren

elemanları


.

.

Sensör Rotor

Akson

Fren diski

Tekerlek göbeği

Sensör

Rotor

Diferansiyel kovanı

Tahrik dişlisi

a b

Resim :a) ABS için ön aksta devir sayısı sensörünün montajı

b) Arka aksta diferansiyele devir sayısı sensörünün montajı


.

F

ren b

asın

cı

V

entil voltajı

Tekerlek ivm

esi

Hız

Faz

Zaman t

VTekerlek

Kayma s

V Referans VAraç

Resim : ABS sisteminde bir ayar periyodunda hızın, tekerlek

ivmesinin ve fren basıncının zamana bağlı değişimi


.

.

Normal pozisyon

Basıncı sabit tutma

Basınç düşürme pozisyonu

Akım

Pozisyon

ABS sistemindeki 3 / 3 manyetik ventilinin (3 bağlantılı / 3 pozisyonlu) fonksiyonu (Bosch). HZ Merkez fren silindiri RZ Tekerlek fren silindiri R Geri dönüş

Resim : Bosch firmasına ait ABS 3/3 manyetik ventillerin (3 bağlantılı, 3 konumlu)

fonksiyon şekli


ABS sistemlerinin bazılarında hıza bağlı kayma kriterini ihtiva eden ayarlama

programı da yüklenmiştir. Frenleme ivmesi kontrolünün işe yaramadığı buzlu

zemin üzerinde yumuşak şekilde frenleme veya büyük merkezkaç ivmeli viraj içi

frenlemelerde kullanılmaktadır.

ABS sistemlerinin kontrol kaliteleri ile ilgili olarak fonksiyon açısından şu

talepleri yerine getirmek zorundadır :

• Regülasyonlu frenleme halinde aracın seyir stabilitesi ve yönlenebilme

yeteneği muhafaza edilebilmeli; öyle ki, viraj sınır hızı aşılmış da olabilir.

• Regülasyon tüm hız bölgesi için geçerli olmalıdır.

• Kumanda sistemi, tekerleğin yoldaki tutunmasını optimal kullanmalıdır.

• Sistem yol üst yüzeyindeki kaplama cinsi değişimlerine çabuk uyum

sağlayabilmeli, hatta aquaplanning olayı oluşsa dahi işlevini yapmalı.

• Dalgalı yol yüzeylerinde dahi her hangi bir şiddette frenleme durumunda

araç tam kontrol altında tutulabilir olmalıdır.

• Bir arıza durumunda konvansiyonel fren sisteminin kendiliğinde etkili

olabileceği bir emniyet tertibatı sağlanmalı.


ABS sistemlerinde otomatik fren kuvveti ayarı, uyguladıkları kontrol

şekillerine göre tiplere ayrılmaktadır : Genel ayar tipleri : IR (Induvidual Regülasyon) Tekil kontrol: Her bir tekerlek kendi sensörüne sahiptir.

Diğer tekerleklerin durumuna bakılmaksızın tekerlek basıncı bağımsız olarak ayarlanır. Arka

aks tekerlekleri için uygun bir kontrol şeklidir. Bir aksın her iki tekerleğinin birlikte ayarında iki durum söz konusudur: Select-Low-Presibine göre Kontrol: Düşük sürtünme katsayılı tekerleğe göre her iki

tekerleğin fren basıncının ayarlanması. Bu şekilde yüksek sürtünme katsayılı tekerleğin

fren kuvveti kapasitesi tamamen kullanılmaz. Bu sayede yüksek yan kuvveti kapasitesi

muhafaza edilmiş olur. Sol ve sağ tekerlek fren kuvvetleri yaklaşık birbirine eşit olduğu için

araç düşey ekseni etrafında dönmez.

Select-High-Prensibine göre Kontrol: Yüksek sürtünme katsayılı zemin üzerindeki

tekerleğe göre her iki tekerin basıncının ayarlanması. Bu tekerleğin fren kuvveti kapasitesi

tam olarak kullanılırken, düşük sürtünmeli zemine ait tekerlek bloke olur . Farklı fren

kuvveti, bloke olan tekerlekte yan kuvvet kaybı olumsuz taraflarıdır.

Karma Kontrol : Prensip olarak her bir tekerlekte olduğu gibi, her tekerlek ayrı ayrı

frenlemeyi yapmaktadır. Ancak; bir aksın sağ ve sol tekerlekleri arasında farklı fren

kuvvetleri varsa, fren basıncı önce düşük fren kuvvetli tekerleğe göre belirlenir, yüksek fren

kuvvetli tekerleğin basıncı kademeli olarak artırılır. Bu sayede ani savrulma tehlikesi

giderilmiş olur.


Teşekkür ederim

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY

FREN SİSTEMLERİ - kisi.deu.edu.trkisi.deu.edu.tr/mustafa.karaoglan/Sunu 14 Fren Sistemleri.pdf ·...

Documents

Transcript of FREN SİSTEMLERİ - kisi.deu.edu.trkisi.deu.edu.tr/mustafa.karaoglan/Sunu 14 Fren Sistemleri.pdf ·...