Sabit fren test sistemlerinde ileri fren hatalarını belirleyebilecek bir arayüzün geliştirilmesi

13 Pages·2016·1.58 MB·Turkish

Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 22(4), 267-279, 2016
Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi
Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

Sabit fren test sistemlerinde ileri fren hatalarını belirleyebilecek bir
arayüzün geliştirilmesi
Developing of a software for determining advanced brake failures in brakes
test bench
Hakan KÖYLÜ1*, Ersin TURAL1
1Otomotiv Mühendisliği Bölümü, Teknoloji Fakültesi, Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, Türkiye.
[email protected], [email protected]
Geliş Tarihi/Received: 23.03.2015, Kabul Tarihi/Accepted: 02.02.2016 doi: 10.5505/pajes.2016.90692
* Yazışılan yazar/Corresponding author Araştırma Makalesi/Research Article

Öz Abstract
Günümüzde kullanılan sabit fren test sistemleri, ön aks veya arka aksa At present time, the brake test bench conducts the braking and
ait süspansiyon ve fren ölçümlerini yaparak ölçüm sonuçlarını tek aks suspension tests of front or rear axles and the test results are evaluated
üzerinden değerlendirmektedir. Bu fren test sistemlerinin amacı, tek through one axle. The purpose of the brake testing system is to
aksın sağ veya sol tekerleklerin fren kuvveti ve amortisör sönümleme determine braking force and damping coefficient dissymmetry of one
katsayısı simetri durumunu, değerlendirmektir. Böylece, bu sistem axle. Thus, this test system evaluates the performance of service brake,
süspansiyon sistemi, servis ve el fren sistemi performansını ön ve arka hand brake and suspension systems by considering separately front and
aks tekerleklerinin simetrikliğini ayrı ayrı göz önüne alarak rear axle dissymmetry. For this reason, the effects of different braking
değerlendirmektedir. Bu nedenle, ön ve arka aksın sağ ve sol and damping forces applied by right and left wheels of both axles on
tekerleklerinin uyguladıkları farklı fren ve sönümleme kuvvetlerinin, braking performance of all vehicle are not determined due to available
tüm taşıtın frenleme performansına etkileri ve diğer fren hataları test algorithm of the test bench. Also, the other brake failures are not
sisteminin mevcut algoritması ile belirlenememektedir. Bu çalışmada, occurred due to the algorithm of brake test system. In this study, the
sabit fren test sistemlerinin ölçüm sonuçlarını kullanarak bu fren interface has been developed to determine the other effects of
hatalarını ortaya çıkarabilecek bir arayüz geliştirilmiştir. Bu arayüz, dissymmetry and the other brake failures by using the one axle results
tek aks ölçüm sonuçlarını kullanarak ön ve arka aks arasındaki fren of brake test bench. The interface has algorithm computing the
etkileşimini belirleyen fren ve süspansiyon parametrelerinin elde parameters according to the interaction between front and rear axles
edilmesini sağlayan algoritmaya sahiptir. Bu algoritma aynı zamanda by only using measured test results. Also, it gives the warnings by
parametre değişimlerini verilen kurallar ile karşılaştırarak uygun comparing changes in the parameters with braking performance rules.
uyarılar verebilmektedir. Algoritmanın performansını belirleyebilmek Braking and suspension tests of three different vehicles have been
için üç farklı test taşıtının fren ve süspansiyon testleri, sabit fren test conducted by using brake test bench to determine the performance of
sistemi ile gerçekleştirilmiştir. Fren test sonuçları arayüze aktarılarak, the algorithm. Parameters based on the axle interaction have been
aks etkileşimine dayalı parametreler hesaplanmış ve sonuçlar calculated by transferring brake test results to the interface and the test
değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, geliştirilen arayüz sayesinde fren ve results have been evaluated. As a result, the effects of brake and
süspansiyon hatalarının hem aksın hem de tüm taşıtın frenleme suspension failures on braking performance of both axle and vehicle
performansına etkileri belirlenebilmiştir. have been determined thanks to the developed interface.
Anahtar kelimeler: Fren test sistemi, Fren hatası, Arayüz Keywords: Brake test system, Brake failure, Interface
vurgulamıştır [4]. Fren hatalarının performansa etkileri, fren
1 Giriş
devresinin herhangi bir noktasında küçük seviyede hidrolik sıvı
Taşıtlarda kaza öncesi ve kaza sonrası sürücü güvenliğini kaybı, fren devresinde küçük kılcal çatlaklardan hava ve su
sağlayan birçok güvenlik sistemi bulunmaktadır. Bunlara aktif girmesi gibi gözle görülemeyen durumlarda da ortaya
ve pasif güvenlik sistemleri adı verilmektedir. Bunlardan aktif çıkmaktadır.
olanlar kazayı önleyenler, pasif olanlar ise kaza sırasında taşıtta Fren sistemlerindeki bu tip hataların, frenleme performansına
bulunanların güvenliğini sağlayan sistemleridir. Kaza olmadan etkilerini ortaya çıkarmak için birçok parametre göz önüne
önce sürücünün ilk müdahale aracı olması nedeniyle en önemli alınmış ve bu parametrelere göre test metotları ve yazılımlar
aktif güvenlik sistemi fren sistemidir. Bu nedenle, fren geliştirilmiştir. Test metotları geliştirmek için genellikle
sistemlerinin performansının uygun araçlar ile doğru bir testlerde ölçülen fren kuvveti, fren gücü ve fren momenti gibi
şekilde ölçülmesi gerekmektedir [1]. Starks ve diğ. iyi bir fren parametreleri kullanılmaktadır. Kang ve diğ.
frenleme performansının taşıtın sürüş güvenliği için oldukça çalışmalarında frenleme performansındaki değişimi belirlemek
önemli önemli olduğunu ve bunun için fren performansının iyi için fren disk kalınlığında, fren balatasının sertliğinde, fren disk
ölçülmesi gerektiğini vurgulamışlardır [2]. Bu şekilde fren çapında ve fren balatası ile fren diski arasındaki sürtünme
hataları ortaya çıkarılabilecek ve frenleme performansının katsayısında meydana gelen değişimlerin fren momentine
sürekliliği sağlanabilecektir. Fren hata teşhisinin önemini etkilerini incelemiştir. Bu çalışmada fren momentindeki
vurgulamak için Limpert fren hatalarının oluşan kazalarının değişimleri, sabit fren test sisteminde ölçülen fren kuvvetleri ile
%2’sini teşkil ettiğini ifade etmiştir [3]. Straky ve diğ. fren elde etmişlerdir [5]. Dunlap ve diğ. fren performansındaki
hatalarının, fren zayıflamasına ve tekerleğin kilitlenmesine değişimleri belirlemek için frenleme anında ortaya çıkan düşük
neden olduğundan taşıtın dinamiğini de etkilediğini frekanslı fren gürültüsü ile düşük ve yüksek frekanslı fren ötme
267
Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 22(4), 267-279, 2016
H. Köylü, E. Tural

esnasındaki değişimleri incelemiştir. Düşük frekanslı
gürültünün, fren diski ve fren balata yüzeyindeki
bozulmalardan, düşük frekanslı ötme sesinin fren sistemi
elemanlarının titreşimlerinden ve yüksek frekanslı ötme
sesinin de sabit fren elemanlarının titreşim frekansı ile fren
diskinin dönme frekansının çakışması ile ortaya çıktığını ifade
etmişlerdir [6]. Matsuzaki ve diğ. fren diskinin boylamsal
doğrultudaki titreşim ile fren hatalarını belirlemiştir [7].
Börner ve diğ. çalışmalarında fren ana merkezinin piston geri
getirme yayındaki zayıflamanın fren performansına etkilerini
belirlemek için model tabanlı bir tahmin sistemi geliştirmiştir. Şekil 1: Fren ile süspansiyon test sistemlerinin genel
Bunun için fren testinde ölçülen parametrelerin oto görünüşü.
spektrumlarını göz önüne almışlardır. Bu metotta kurulan
Süspansiyon sisteminin genel özellikleri ve ölçülen
matematiksel model, ideal parametre değerlinin belirlenmesi
parametreler Tablo 1’de verilmiştir.
için kullanılmıştır [8]. Jegadeeshwaran, iyi ve kötü şartlarda
çalışan fren sisteminden ölçülen titreşim sinyallerine istatiksel Tablo 1: Süspansiyon test sistemi genel özellikleri ve ölçülen
metotlar uygulayıp bunları birbiri ile karşılaştırarak fren parametreler.
sistemi hatlarını ortaya çıkarmışlardır [9]. Genel özellikler
Literatür çalışması, birçok nedenden dolayı frenleme Palet üzerine etkiyecek maks. yük 25000 N
Güç tüketimi 2200 W
performansında meydana gelen kötüleşmelerin ve buna bağlı
Salınım frekans aralığı 3-25 Hz
olarak fren arızalarının, fren parametreleri arasındaki Düşey salınım genliği 6 mm
etkileşim ile çok farklı metotlar kullanılarak ortaya Paletlerin toplam ağırlığı 280 kg
Ölçülen parametreler
çıkarılabildiğini açık bir şekilde göstermektedir. Aynı zamanda,
Aks Ağırlığı [N]
birçok çalışmada istenilen fren davranışını sabit fren test
Toplam Aks Ağırlığı [N]
sistemi ile belirlemek için ek ölçümler gerçekleştirildiği ifade Yol Teması [%]
edilmiştir. Bunun nedeni, sabit fren test sistemleri ile verilerin Amortisör Sönümleme Oranı [ ]
tek akstan ölçülmesi ve aynı zamanda ön ve arka fren Süspansiyon test sistemi ile Tablo 1’de görüldüğü gibi sağ ve sol
parametreleri arasındaki etkileşimin göz ardı edilmesidir. lastikler ile yol arasındaki temas ve sağ-sol amortisörlerin
Çünkü sabit fren test sistemleri, ticari amaçlı olarak sönümleme oranları ölçülmektedir. Yol teması S ölçülen
üretildiğinden bu test cihazlarında detaylı fren analizi minimum düşey yük F ile tekerleğin statik yükü F
z,min z,st
düşünülmemiş bu nedenle bu cihazların algoritması, her aksı arasındaki oran ile Denklem (1) deki gibi elde edilmektedir [3].
tek başına ayrı ayrı değerlendirecek şekilde basitleştirilmiştir.
𝐹
Bu çalışmada sabit fren test sistemlerinde ölçülen ön ve arka 𝑆[%]= 𝑧,𝑚𝑖𝑛𝑥100 (1)
𝐹
aksa ait test verilerini kullanan ve bu veriler arasındaki 𝑧,𝑠𝑡
etkileşim ile tam taşıt fren performansının değerlendirilmesini
Buradaki minimum düşey yük, yaysız (aks ve tekerlek) kütleleri
sağlayan arayüz tasarlanmıştır. Bu arayüz, Microsoft Visual
rezonansa maruz kaldığı anda ölçülen tekerlek yükünü ifade
Studio programı kullanılarak geliştirilmiştir. Bu arayüzün en
etmektedir. Sönümleme oranı ise en yüksek frekansta palete
önemli özelliği, fren performansını, ön ve arka aksın fren ve
uygulanan referans genliği A’nın ölçülen maksimum genlik
süspansiyon verileri arasındaki etkileşime dayalı olarak tüm
A ’a oranı olarak aşağıdaki gibi ifade edilmektedir [10].
taşıtın fren analizinin gerçekleştirilmesini sağlamasıdır. Bu max
etkileşimi sağlamak için ön ve arka aks fren kuvvetlerinden 𝐴
elde edilen frenleme ivmesinin neden olacağı ön ve arka 𝑆ö𝑛ü𝑚𝑙𝑒𝑚𝑒 𝑜𝑟𝑎𝑛𝚤= (2)
𝐴
dinamik aks yükleri hesaplanmış ve bu değerler tutunma 𝑚𝑎𝑥
katsayısı gibi parametrelere yansıtılmıştır. Fren test sisteminin genel özellikleri ve ölçülen parametreler
Geliştirilen algoritmanın önemli bir özelliği, herhangi bir ek Tablo 2’de verilmiştir.
donanım ihtiyaç duymaması ve sadece mevcut test sisteminin Tablo 2: Fren sistemi genel özellikleri ve ölçülen parametreler.
ön ve arka akstan ölçülen fren ve süspansiyon test sonuçlarını
Genel özellikler
kullanmasıdır. Bu algoritmanın diğer bir önemi de yol üzerinde
Ölçülebilecek max. aks ağırlığı 25000 N
gerçekleştirilen fren testlerine olan ihtiyacı azaltabileceği gibi Maksimum aks ağırlığı 40000 N
bu testlerin getireceği maliyeti de düşürebilecektir. Çünkü, bu Ölçülebilen maksimum fren kuvveti 6000 N
Güç tüketimi 11000 W
algoritma sayesinde yol testlerinde elde edilebilecek birçok
Rulo dönme hızı > 5 km/sa
parametre elde edilebilmektedir. Rulo yüzeyi aderans değeri >0.7
Rulo çapı 200 mm
2 Sabit fren test sistemi Servis ve el freni için ölçülen parametreler
Fren disk sıkılığı [%]
Arayüzün algoritmasını tasarlamak için Şekil 1’de görülen Disk ovalliği [%]
CEMB DCA 3 fren ve süspansiyon test sistemi kullanılmıştır. Maksimum fren kuvveti [N]
Şekil 1’de görüldüğü gibi bu test sistemi iki farklı test Maksimum fren gücü [N ]
Fren tesir gücü [%]
ortamından oluşmaktadır. Bunlar, süspansiyon ve fren test
Acil fren tesir gücü [%]
sistemleridir. Böylece, fren kuvveti, fren tesir gücü, tekerlek Kullanılan yol teması [%]
yükü, yol teması ve tutunma katsayısı gibi fren ve süspansiyon
Tablo 1 ve 2’de görülen parametreler, taşıtın tüm tekerlekleri
sistemlerinin performans parametreleri birlikte ve eş zamanlı
için ayrı ayrı ölçülmekte olup aynı aks tekerleklerin
ölçülebilmektedir.
parametreleri eş zamanlı olarak ölçülmektedir.
268
Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 22(4), 267-279, 2016
H. Köylü, E. Tural

3 Arayüz algoritmasının geliştirilmesi verilmiştir.
Arayüz algoritmasını oluşturmak için ilk önce süspansiyon ve Tablo 4’te görüldüğü gibi fren ve süspansiyon test sisteminde
fren test sistemi ile ölçülen sonuçlar kullanılmıştır. Bunun için elde edilen tüm veriler, aynı aksın sağ-sol tekerleklere
markaları Honda Civic, Renault Safrane ve Toyota Auris olan üç uygulanan fren kuvveti ve fren gücü arasındaki dengenin
farklı test taşıtı kullanılmıştır. Bu çalışmada, bu taşıtlar sırasıyla yanında sağ-sol amortisörlerin sönümleme özellikleri
Test Taşıtı 1, Test Taşıtı 2 ve Test Taşıtı 3 olarak arasındaki dengenin belirlenmesini de sağlamaktadır. Bu
isimlendirilmektedir. Test taşıtlarına ait süspansiyon ve fren şekilde, süspansiyon ve frenleme performansı akslara göre
sistemi genel özellikleri Tablo 3’te verilmiştir. belirlenmektedir. Bu test sistemlerinin algoritmaları, ön ve
arka aks test sonuçları arasındaki etkileşimi göz ardı ettiğinden
Tablo 3: Test taşıtları genel özellikleri.
dolayı detaylı fren performansı analizi bu test cihazlarında
Test taşıtı 1 Test taşıtı 2 Test taşıtı 3 yapılamamaktadır. Bunun için bu çalışmada sabit fren test
Ön sistemine entegre edilebilen bir arayüz tasarlanmıştır. Bu
süspansiyon Macpherson Macpherson Macpherson arayüz ile sabit fren test sisteminde ölçülen veriler
tipi
kullanılmakta, bu verileri kullanarak akslar arasındaki
Arka
süspansiyon Bağımsız Burulma kirişli Burulma kirişli etkileşimi belirleyen parametreler hesaplanabilmekte ve bu
tipi parametrelerdeki değişime göre kullanıcıya uyarılar
Fren
Çapraz Çapraz Çapraz verilebilmektedir.
devresi
Ön fren
Diskli Diskli Diskli 3.1 Arayüzün tasarlanması
sistemi tipi
Arka fren Kampanalı Diskli Diskli Arayüzü oluşturan algoritma üç farklı birimden oluşmaktadır.
sistemi tipi
Bunlar, taşıt veri giriş birimi, veri hesaplama birimi ve uyarı
El fren
sistemi tipi El kumandalı El kumandalı El kumandalı birimleridir.
Tablo 3’te görüldüğü gibi tüm test taşıtlarına ait süspansiyon ve 3.1.1 Veri giriş biriminin tanıtılması
fren sistemleri aynı özelliklere sahiptir. Bu test taşıtlarının fren
Bunların ilki, Şekil 2’de görüldüğü gibi Tablo 4’te verilmiş olan
performans karşılaştırmasını uygun hale getirmektedir. Test
taşıtın fiziki verileri ile fren ve süspansiyon test sonuçlarının
taşıtları ile yapılan ölçümlerden elde edilen sonuçlar Tablo 4’te
girilmesini sağlamaktadır.

Şekil 2: Tasarlanan arayüzün veri giriş birimi.
269
Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 22(4), 267-279, 2016
H. Köylü, E. Tural

Şekil 2’de verilen veri giriş biriminin ilk bölümünde olan 3.1.2.1 Hesaplama biriminde elde edilen parametreler
toplam taşıt kütlesinin dışında tüm veriler taşıtın fiziksel
Hesaplanan parametreler, tek aksın frenleme performansını
verileri ile ölçüm sonuçlarını ifade etmektedir. Toplam taşıt
belirleyenler ile akslar arasındaki etkileşime göre performans
kütlesi, Denklem (6) ile elde edilmiştir.
belirleyenler olmak üzere iki farklı gruba ayrılmıştır. Bu
𝑀 =𝑀 +𝑀 (3) çalışmada, bu parametrelerin ilkine tek aks fren parametreleri
𝑇 𝐹 𝑅
diğerine de aks etkileşimli fren parametreleri adı verilmiştir.
M ve M sırasıyla ön ve arka aksların ölçülen toplam
F R a) Tek aks fren parametreleri
kütlelerini ifade etmektedir. Ölçülen parametreler aşağıdaki
gibidir. Tek aks fren parametreleri, sabit fren test cihazında ölçülen
değerlerden oluşmaktadır. Bunlardan ön ve arka aksın toplam
Tablo 4: Test taşıtları genel özellikleri
kütleleri, süspansiyon testinde ölçülen değerler kullanılarak
SÜSPANSİYON SİSTEMİ denklem (4) ve (5) ile elde edilmektedir [3].

Test Test Test
𝑀 =𝑀 +𝑀 (4)
taşıtı 1 taşıtı 2 taşıtı 3 𝐹 𝐹𝑅 𝐹𝐿
Ön Aks Ağırlığı 661 kg 1022 kg 898 kg
Arka Aks Ağırlığı 426 kg 597 kg 514 kg 𝑀𝑅 =𝑀𝑅𝑅+𝑀𝑅𝐿 (5)
Toplam Aks Ağırlığı 1087 kg 1619 kg 1412 kg MFR, sağ ön aks taşıt kütlesi, MFL, sol ön aks taşıt kütlesi, MRR,
sağ ön aks taşıt kütlesi ve M , sol ön aks taşıt kütlesini ifade
RL
Ön Aks Yol Teması %60 %76 %76
etmektedir. Ön ve arka aks için sağ-sol kütle farkı, denklem (6)
Arka Aks Yol Teması %63 %65 %58 ve (7) ile elde edilmektedir [3].
FREN SİSTEMİ
∆𝑀 =𝑀 −𝑀 (6)
𝐹 𝐹𝑅 𝐹𝐿
Ön Aks Maks. Fren 4705 N 6144 N 4415 N
Kuvveti ∆𝑀 =𝑀 −𝑀 (7)
𝑅 𝑅𝑅 𝑅𝐿
Arka Aks Maks. Fren 2300 N 1960 N 3912 N
Kuvveti Kütle farkı bilgileri, sağ ve sol tekerlek üzerinde yük farklarının
Ön Aks Maks. Fren Gücü 4705 N 5769 N 4415 N
sınırlar içerisinde olup olmadığının belirlenmesini
Arka Aks Maks. Fren 1072 N 1960 N 2066 N
Gücü sağlamaktadır. Ön ve arka aks statik yükleri, denklem (8) ve (9)
Fren Tesir Gücü %66 %51 %61 ile elde edilmektedir [3].
Acil Fren Tesir Gücü %31 %23 %30
EL FRENİ 𝐹 =𝑀 𝑔 (8)
𝑍𝐹 𝐹
Maks. Fren Kuvveti 2122 N 2347 N 2456 N
Maks. Fren Gücü 1723 N 2212 N 2338 N 𝐹 =𝑀 𝑔 (9)
𝑍𝑅 𝑅
Fren Tesir Gücü %20 %15 %18
SÜSPANSİYON SİSTEMİ PERFORMANSI F ve F yük değişimi olmaksızın araç hareketsiz haldeyken
ZF ZR
Ön Aks Sağ-Sol Yol %41 %8 %0 veya sabit hızda giderken ön ve arka akslara binen yük
Teması Farkı
miktarını ifade etmektedir. Ön ve arka aksın statik yük oranları,
Arka Aks Sağ-Sol Yol %18 %1 %5
Teması Farkı denklem (10) ve (11) ile elde edilmektedir [3].
FREN SİSTEMİ PERFORMANSI
Ön Aks Sağ-Sol Fren Kuv. %18 %12 %7 𝐹𝑍𝑅
𝜓 = (10)
Farkı 𝑅 𝑀 𝑔
Arka Aks Sağ-Sol Fren %12 %26 %2 𝑇
Kuv. Farkı
𝐹
Ön Aks Sağ-Sol Fren Gücü %18 %12 %10 𝜓 =(1−𝜓 )= 𝑍𝐹 (11)
Farkı 𝐹 𝑅 𝑀 𝑔
𝑇
Arka Aks Sağ-Sol Fren %14 %25 %6
Gücü Farkı 𝑙, aks aralığı olduğuna göre ön ve arka aksların ağırlık
EL FRENİ PERFORMANSI
merkezine mesafeleri aşağıdaki gibi denklem (12) ve (13) ile
Maks. Fren Kuvveti Farkı %15 %35 %6
elde edilmektedir [3].
Maks. Fren Gücü %22 %41 %13
FREN DİSK SIKILIĞI
Ön Aks Sağ - Sol ve Farkı 1359N- 1602N- 1286N- 𝑙𝐹 =𝛹𝑅𝑙 (12)
1263N 1884N 1219N
%10 %15 %5 𝑙 =𝛹 𝑙 (13)
𝑅 𝐹
Arka Aks Sağ - Sol ve 1135N- 1014N- 1414N-
Farkı 1024N 764N 1444N b) Aks etkileşimli fren parametreleri
%7 %25 %2
OVALİZASYON Aks etkileşimli fren parametreleri ölçülen ön ve arka akstan
Ön Aks Sağ - Sol %0 - %1 %1 - %2 %3 - %1 ölçülen değerler arasındaki ilişkilerden oluşmaktadır. Ön ve
Arka Aks Sağ - Sol %2 - %1 %5 - %4 %2 - %2 arka fren kuvvetleri arasındaki etkileşimden faydalanılarak
3.1.2 Hesaplama biriminin tanıtılması frenleme ivmesi, aşağıdaki gibi elde edilmektedir [3].
Ara yüz algoritmasını oluşturan birimlerin ikincisi, ön ve arka 𝐹 +𝐹
𝑋𝐹 𝑋𝑅
𝑎= (14)
aks arasındaki etkileşimleri belirleyen verilerin 𝑀 𝑔
𝑇
hesaplanmasını ve sonuç değerlerinin gösterilmesini sağlayan
hesaplama sonuç birimidir. Bu birimde hesaplanan veriler Şekil F ve F ön ve arka tekerlekte ölçülen frenleme kuvvetlerini
XF XR
3’te görülmektedir. ifade etmektedir. Ön ve arka aksa etkiyen dinamik yükler,
270
Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 22(4), 267-279, 2016
H. Köylü, E. Tural

denklem (15) ve (16) ile elde edilmektedir [3]. Ön ve arka aks için fren kuvvet dağılım oranları denklem (21)
ve (22) ile elde edilmektedir [3].
ℎ
𝐹 =(1−𝐹 + 𝑎)𝐹 (15)
𝑍𝑑𝑖𝑛,𝑓 𝑍𝑅 𝑙 𝑍𝐹 Ф𝑂,𝑟 =Ф𝑟100 (21)
ℎ Ф =Ф 100 (22)
𝐹 =(𝐹 − 𝑎)𝐹 (16) 𝑂,𝑓 𝑓
𝑍𝑑𝑖𝑛,𝑟 𝑍𝑅 𝑙 𝑍𝑅
Bu parametreler, toplam fren kuvvetinin ön ve arka aksa
Ön ve arka aksa etkiyen dinamik yükler, aynı fren ivmesi ile elde dağılım oranını ifade eder. Ön ve arka aks tekerleklerinin
edilmiştir. Bunun için ön aks fren testinde ölçülen fren kuvveti frenleme anında kullandığı tutunma katsayıları ise denklem
ile arka aks fren testinde uygulanan ön aks fren kuvveti aynı (23) ve (24) ile elde edilmektedir [3].
olacak şekilde fren pedalına basılmıştır. Bu husus, aynı fren
şartlarının elde edilmesi için oldukça önemlidir. 𝐹𝑋𝐹
Dinamik aks yük oranı, ön ve arka aksa etkiyen dinamik 𝜇𝑓 =𝐹𝑍𝑑𝑖𝑛,𝑓 (23)
yüklerin taşıtın toplam ağırlığına oranı kullanılarak denklem
𝐹
(17) ve (18) ile elde edilmektedir [3]. 𝜇𝑟 =𝐹 𝑋𝑅 (24)
𝐹 𝑍𝑑𝑖𝑛,𝑟
𝐹 = 𝑍𝑑𝑖𝑛,𝑓 (17)
𝑧𝑂,𝑓 𝐹 Frenleme anında kullanılan tutunma katsayısının, ölçülen fren
𝑍𝐹
kuvvetine bağlı olduğu denklem (23) ve (24)’te açıkça
𝐹 =𝐹𝑍𝑑𝑖𝑛,𝑟 (18) görülmektedir. Dinamik aks yüklerinin etkisinde uygulanan ön
𝑧𝑂,𝑟 𝐹 ve arka aks dinamik frenleme kuvvetleri sırasıyla, denklem (25)
𝑍𝑅
ve (26) ile elde edilmiştir [3].
Verilen frenleme ivmesi ile ortaya çıkacak yük transferi
sonucunda akslarda değişen yük miktarlarının oranını ifade 𝐹𝑋𝑑𝑖𝑛,𝑓=𝐹𝑍𝑑𝑖𝑛,𝑓𝜇𝑓 (25)
etmektedir.
Arka ve ön aks için fren kuvvet dağılımları denklem (19) ve (20) 𝐹𝑋𝑑𝑖𝑛,𝑟 =𝐹𝑍𝑑𝑖𝑛,𝑟𝜇𝑟 (26)
ile aşağıdaki gibi elde edilmektedir [3].
Taşıtın ağırlığına göre üretilen toplam fren kuvveti değişimi
frenleme oranı ile elde edilmiş ve frenleme oranını hesaplamak
𝐹
𝑋𝑅
Ф = (19) için denklem (27) kullanılmıştır [3].
𝑟 𝐹 +𝐹
𝑋𝐹 𝑋𝑅
𝑎
Ф =(1−Ф ) (20) 𝑧= (27)
𝑓 𝑟 𝑔

Şekil 3: Arayüzün hesaplama birimi.
271
Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 22(4), 267-279, 2016
H. Köylü, E. Tural

Frenleme oranının sınır değerini elde edebilmek için denklem 𝜓
𝑒 =
(28) kullanılmıştır [3]. 𝑟 ℎ (32)
(Ф+ 𝜇 )
𝑙 𝑟
𝑙
𝑙(𝑙𝑓−Ф𝑟) (28) Frenleme anında direksiyon hâkimiyeti, denklem (33)
𝑧 =
𝑘𝑟𝑖𝑡𝑖𝑘 ℎ kullanılarak belirlenmiştir [3].
Denklem (28)’de h, taşıtın ağırlık merkezinin yüksekliğini ifade 𝜇 (𝑙𝑅)
𝑓 𝑙
etmektedir. Arka aks fren sisteminin arızalanması durumunda 𝑒 = (33)
𝑑 ℎ
ön aks fren sisteminin sağlayacağı fren ivmesi denklem (29) ile (1−Ф− 𝜇 )
𝑙 𝑓
elde edilmiştir [3].
Denklem (33)’e göre direksiyon hâkimiyeti, ön aks
(1−𝜓)𝜇
𝑓 tekerleklerinin kullandığı tutunma katsayısı ve frenleme
𝑎 =
𝐹 ℎ (29) oranına bağlı olarak elde edilmektedir. Frenleme anında taşıtın
1− 𝜇
𝑙 𝑓 dinamik kararlılığı ise aşağıdaki gibi denklem (34) kullanılarak
𝜓𝜇 belirlenmiştir [3].
𝑟
𝑎 =
𝑅 ℎ (30)
1+𝑙𝜇𝑟 𝜇𝑟(𝑙𝑙𝐹)
𝑒 = (34)
𝑘 ℎ
Frenleme anında ön ve arka aks tekerlekleri ile yol arasındaki (Ф+ 𝜇 )
𝑙 𝑟
tutunmanın ne kadarının fren ivmesine dönüştürüldüğünü
hesaplamak için ön ve arka fren verimlerini ifade eden denklem Denklem (34)’ye göre frenleme anında fren kararlılığı, arka
(31) ve (32) kullanılmıştır [3]. aksın frenleme kapasitesine bağlı olarak elde edilmektedir.
(1−𝜓) 3.1.3 Uyarılar biriminin tanıtılması
𝑒 =
𝑓 (1−Ф−ℎ𝜇 ) (31) Arayüzün son kısmı olan uyarılar bölümü, Şekil 4’te
𝑙 𝑓 görülmektedir. Bu bölümde aks etkileşimli parametrelerin
yanında sabit fren test cihazında ölçülen tek aks parametreleri
için de uyarılar bulunmaktadır.

Şekil 4: Arayüzün uyarılar birimi.
272
Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 22(4), 267-279, 2016
H. Köylü, E. Tural

Bu birimde bulunan uyarılar, tek aksa ve aks etkileşimine göre Tablo 6: Test taşıtı 1’in hesaplanan fren parametreleri.
kural tabanlı olarak tasarlanmıştır. Tek aksa dayalı servis, el
Hesaplama Sonuçları
freni ve amortisör için uygulanan kurallar, fren test cihazı H/L Oranı 0.107
firması tarafından uygulanan ve Tablo 5 ile verilen sınır Ön Aks Toplam Taşıt Kütlesi 662
değerlerine göre elde edilmiştir. [kg]
Ön Aks Sağ-Sol Kütle Farkı [kg] 10
Tablo 5: Fren ve amortisör testi sınır değerleri. Arka Aks Toplam Taşıt Kütlesi 413
[kg]
Araç Kategorileri 8’den az koltuk ve yolcu taşıyan Arka Aks Sağ-Sol Kütle Farkı 45
taşıtlar (Binek Taşıtlar) [kg]
Ön Aksın Statik Yükü [N] 6494.22
Arka Aksın Statik Yükü [N] 4051.53
İşletme Fren Kuvveti Sapması >%30 Toplam Taşıt Ağırlığı [N] 10555.6
Statik Aks Yük Dağılım Oranı 61.617 38.383
[%]
El Fren Kuvveti Sapması >%50
Ön Aksın Ağırlık Merkezine 1.008
Fren Disk Sıkılığı Farkı >%50 Mesafesi [m]
Fren Tesir Gücü Sapması >%30 Arka Aksın Ağırlık Merkezine 1.617
Frenleme Oranı >%50 Mesafesi [m]
Frenleme İvmesi [g] 0.664
Yol Teması Sapması >%15
Dinamik Aks Yük Oranı [%] 68.696 31.304
Kütle Farkı >200 N (20 kg) Fren Kuvvet Dağılım Oranı [%] 37.166 32.834
Ön Aksın Kullandığı Tutunma 0.724
Ön ve arka aks etkileşimli kurallar da Limpert R. [3] tarafından Katsayısı
yapılmış çalışmaların sonuçlarına göre tasarlanmıştır. Böylece, Arka Aksın Kullandığı 0.568
tasarlanan arayüz algoritmasının uyarı kuralları Ek 1’de Tutunma Katsayısı
Ön Aks Dinamik Frenleme 5253.45
verilmiştir.
Kuvveti [N]
Ön Aks Fren Kuvveti Artış 11.657
3.2 Arayüz sonuçları ve tartışma
Oranı [%]
Arka Aks Dinamik Frenleme 1875.82
Test Taşıtı 1’in sonuçları Tablo 6’da görülmektedir. Tablo 4’te
Kuvveti [N]
görülen Test Taşıtı 1’in sabit fren test cihazından elde edilen Arka Aks Fren Kuvveti Artış 18.442
sonuçlarına göre ön ve arka aksın sağ ve sol tekerleklerin fren Oranı [%]
kuvvetleri birbirine uyumlu iken ön aksın fren disk sıkılıkları Frenleme Oranı 0.675
Kritik Frenleme Oranı 0.52
arasında uyumsuzluk bulunmaktadır. Süspansiyon test
Arka Aks Olmadan Ön Aks ile 0.484
bölümünde elde edilen ölçüm sonuçları, ön ve arka aksa ait sağ Frenleme İvmesi [g]
ve sol amortisörlerin sönümleme kapasiteleri arasında Ön Aks Olmadan Arka Aks ile 0.205
Frenleme İvmesi [g]
uyumsuzluk olduğunu göstermektedir. Bu hatalar ile ilgili
Ön Aks Frenleme İvmesi [g] 1.037
arayüz tarafından verilen uyarılar Şekil 5(a)’da verilmiştir. Arka Aks Frenleme İvmesi [g] 0.987
Direksiyon Hakimiyetine Göre 0.751
Tablo 6’da görüldüğü gibi Test Taşıtı 1, ölçülen frenleme
Fren Oranı
kuvveti ile 0.664 g’lık frenleme ivmesi kazanmaktadır. Bu ivme Dinamik Karalılığa Göre Fren 0.56
ile taşıtın ön aksındaki yük %7 artarken arka aksın yükü %7 Oranı
azalmaktadır. Bu yük değişimi ile ön tekerleklerin yol temasının Aynı zamanda, uyumsuz arka amortisörler, fren
%72’sini ve arka aksınkinin %56’sını kullanmaktadır. Bu yol kararlılığındaki bu kötüleşmeye katkı sağlamaktadır. Bunun
teması ile fren sistemi fren kuvvetinin %32’sini arka aksa ve yanında ön aks tekerleklerinin yola tutunmasının yüksek
%68’ini ön aksa dağıtmaktadır. Bu kuvvet ve yük dağılımı olmasına rağmen ön aks amortisör uyumsuzluğu ve ön
sayesinde ön tekerleklerin fren kuvveti %11.567 artarken arka tekerleklerin fren disk sıkılığı dengesizliği frenleme anında
tekerleklerinki %18.442 azalmaktadır. direksiyon hâkimiyetinin kötüleşmesine neden olabileceği
Tablo 6’ya göre elde edilen bu dinamik yük ve fren kuvveti açıktır. Bu durumlar ile ilgili arayüz tarafından verilen uyarılar
değişimleri, kritik frenleme oranından daha yüksek frenleme Şekil 5(b)’de verilmiştir.
oranına neden olmaktadır. Aynı zamanda, ön frenleme Sonuç olarak, bu test taşıtının frenleme performansında ortaya
veriminin gereğinden fazla yükselmesine neden olurken arka çıkabilecek kötüleşmeler, fren disk sıkılıklarının iyileştirilmesi,
aksın frenleme verimini uygun değerde tutmaktadır. Buna ek amortisör sönümleme özelliklerinin düzeltilmesi ve arka
olarak dinamik yük ve fren kuvvetindeki bu değişimler, taşıtın akstan ön aksa yük transferini kontrol eden taşıt sistemi
fren karalılığını ve direksiyon hâkimiyetini belirleyen fren elemanları veya arka fren kuvveti değişimini aks yüküne göre
oranlarının kritik frenleme oranını aşmasına sebep olmaktadır. düzenleyen limitörün kontrol edilmesi ile düzeltilebilir. Aynı
Böylece, frenleme oranındaki artış, toplam frenleme kuvvetinin zamanda, yetersiz frenleme ivmesine sahip arka frenleme
taşıt ağırlığına göre yüksek kalmasından kaynaklanmaktadır. sisteminin tüm elemanlarının kontrol edilmesi ile fren
Bunun en önemli nedenleri, ön frenleme veriminin yüksek kararlılığındaki kötüleşme önlenebilir.
kalması nedeniyle denklem (34)’e göre ön aksa gelen dinamik Test Taşıtı 2’nin sonuçları Tablo 7’de verilmiştir. Test Taşıtı
yük ile ön tekerleklerin yola tutunmasının gereğinden fazla 2’nin Tablo 7’de verilen sabit fren test sistemi ölçüm
olması veya arka aksa fren kuvvet dağılımının yeterli sonuçlarına göre ön ve arka aksın sağ ve sol fren disk
olmamasıdır. Arka akstaki bu durum, arka tekerleklerin çabuk sıkılıklarında uyumsuzluk bulunmaktadır. Buna karşın
kilitlenmesine ve buna bağlı olarak fren kararlılığını belirleyen süspansiyon ölçüm sonuçları, ön ve arka aksın sağ ve sol
fren oranının artışı ile fren kararlılığının kötüleşmesine neden amortisörlerin sönümleme kapasiteleri arasında uyumsuzluk
olmaktadır. Ön fren sisteminde arıza meydana geldiğinde bulunmadığını göstermektedir. Bu sonuçların arayüz uyarıları
yetersiz frenleme ivmesi nedeniyle fren kararlılığındaki Şekil 6(a)’da verilmiştir.
kötüleşme daha ciddi hale gelebilir.
273
Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 22(4), 267-279, 2016
H. Köylü, E. Tural

Şekil 5: Test taşıtı 1’in uyarı çıktıları.
Tablo 7: Test Taşıtı 2’nin hesaplanan fren parametreleri.
Tablo 7: Test Taşıtı 2’nin hesaplanan fren parametreleri
Hesaplama Sonuçları (devamı).
H/L Oranı 0.107
Ön Aks Toplam Taşıt Kütlesi 1022 Hesaplama Sonuçları
[kg] Ön Aks Fren Kuvveti Artış 8.622
Ön Aks Sağ-Sol Kütle Farkı [kg] 62 Oranı [%]
Arka Aks Toplam Taşıt Kütlesi 597 Arka Aks Dinamik Frenleme 1670.705
[kg] Kuvveti [N]
Arka Aks Sağ-Sol Kütle Farkı 5 Arka Aks Fren Kuvveti Artış 14.76
[kg] Oranı [%]
Ön Aksın Statik Yükü [N] 10025.82 Frenleme Oranı 0.525
Arka Aksın Statik Yükü [N] 5856.57 Kritik Frenleme Oranı 1.19
Toplam Taşıt Ağırlığı [N] 15882.39 Arka Aks Olmadan Ön Aks ile 0.414
Statik Aks Yük Dağılım Oranı 63.125 36.875 Frenleme İvmesi [g]
[%]] Ön Aks Olmadan Arka Aks ile 0.119
Ön Aksın Ağırlık Merkezine 1.106 Frenleme İvmesi [g]
Mesafesi [m] Ön Aks Frenleme İvmesi [g] 0.911
Arka Aksın Ağırlık Merkezine 1.894 Arka Aks Frenleme İvmesi [g] 1.329
Mesafesi [m] Direksiyon Hakimiyetine Göre 0.558
Frenleme İvmesi [g] 0.51 Fren Oranı
Dinamik Aks Yük Oranı [%] 68.568 31.432 Dinamik Karalılığa Göre Fren 0.445
Fren Kuvvet Dağılım Oranı [%] 75.814 24.186 Oranı
Ön Aksın Kullandığı Tutunma 0.613
Tablo 7’de hesaplanan değerler incelendiğinde, Test Taşıtı 2,
Katsayısı
Arka Aksın Kullandığı 0.335 ölçülen frenleme kuvveti ile 0.51 g’lık frenleme ivmesi
Tutunma Katsayısı kazanmaktadır. Bu ivme ile taşıtın ön aksındaki yük %5
Ön Aks Dinamik Frenleme 6673.736 artarken arka aksın yükü %5 azalmaktadır. Bu yük değişimi ile
Kuvveti [N]
ön tekerleklerin yol temasının %61’ini ve arka aksınkinin
274
Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 22(4), 267-279, 2016
H. Köylü, E. Tural

%39’unu kullanmaktadır. Bu yol teması ile fren sistemi fren Tüm bunlara rağmen, taşıtın frenleme anında direksiyon
kuvvetinin %25’ini arka aksa ve %75’ini ön aksa dağıtmaktadır. hâkimiyetinin korunması ve özellikle arka aksın kötü fren
Bu kuvvet ve yük dağılımı sayesinde ön tekerleklerin fren değerlerine karşın fren kararlılığının korunması oldukça dikkat
kuvveti %8.6 oranında artarken arka tekerleklerinki %14.76 çekici bir sonuçtur. Bu durum, arka aks tekerleklerine
oranında azalmaktadır. Tablo 7’de görüldüğü üzere elde edilen uygulanan fren kuvvetinin yol temasına göre düşük kaldığını
fren kuvveti değişimleri, kritik frenleme oranından daha düşük göstermektedir. Bu şekilde frenleme momenti, sürtünme
frenleme oranı sağlarken arka aks fren veriminin momentinden daha düşük kaldığından tekerlek
kötüleşmesine neden olmaktadır. Buna karşın taşıtın fren kilitlenmemektedir. Ancak frenlemenin yetersiz kalması, fren
karalılığını ve direksiyon hâkimiyetini belirleyen fren oranları, mesafesinde artışa neden olacaktır. Bunun yanında ön fren disk
kritik frenleme oranının altında kalarak uygun fren kararlılığı sıkılığı uyumsuzluğunun direksiyon hâkimiyetini kaybettirecek
ve direksiyon hâkimiyeti elde edilebilmektedir. kadar yüksek olmadığı %15’lik uyumsuzluk oranı ile kendini
açık bir şekilde göstermektedir. Bu durumlar ile ilgili arayüz
Bu test taşıtı, düşük fren oranı sayesinde taşıt ağırlığına göre
tarafından verilen uyarılar Şekil 6(b)’de verilmiştir.
uygun fren kuvveti uygularken arka aks tekerleklerin yol
teması ile elde edebildiği etkin fren ivmesi düşük değerde Sonuç olarak, Test Taşıtı 2’nin frenleme performansındaki
kalmıştır. Bunun nedeni, arka aks tekerleklerinin yola kötüleşmelerin, sadece arka aksın frenlemesini etkileyen
temasının oldukça düşük kalması veya istenilen fren disk sistemlerden kaynaklandığı ortaya çıkarılmıştır. Bunun
sıkılıklarının elde edilememesidir. Aynı zamanda, limitör yanında, Test Taşıtı 2’nin frenleme anında direksiyon
valfinin oranlama değeri de arka fren veriminin yetersiz hâkimiyetini daha uzun koruması için ön aksın tekerleklerinin
olmasına sebep olmaktadır. fren disk sıkılıkları uyumlu hale getirilmelidir.

Şekil 6. Test taşıtı 2’nin uyarı çıktıları
275
Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 22(4), 267-279, 2016
H. Köylü, E. Tural

Test Taşıtı 3’ün sonuçları Tablo 8’de görülmektedir. Tablo 8’de
Tablo 8: Test Taşıtı 3’ün Hesaplanan Fren Parametreleri
verilen fren test sonuçlarına göre ön ve arka aksın sağ ve sol
(devamı).
fren disk sıkılıkları arasında uyumsuzluk bulunmamaktadır.
Bunun yanında süspansiyon ölçüm sonuçları, ön ve arka aksın Hesaplama Sonuçları
Ön Aks Fren Kuvveti Artış 12.873
sağ ve sol amortisörlerin sönümleme kapasiteleri arasında da
Oranı [%]
uyumsuzluk bulunmadığını da göstermektedir. Arka Aks Dinamik Frenleme 3032.19
Kuvveti [N]
Tablo 8: Test Taşıtı 3’ün Hesaplanan Fren Parametreleri
Arka Aks Fren Kuvveti Artış 22.49
Hesaplama Sonuçları Oranı [%]
Frenleme Oranı 0.579
H/L Oranı 0.136
Kritik Frenleme Oranı 0.777
Ön Aks Toplam Taşıt Kütlesi 898
Arka Aks Olmadan Ön Aks ile 0.342
[kg]
Frenleme İvmesi [g]
Ön Aks Sağ-Sol Kütle Farkı [kg] 68
Ön Aks Olmadan Arka Aks ile 0.255
Arka Aks Toplam Taşıt Kütlesi 514
Frenleme İvmesi [g]
[kg]
Ön Aks Frenleme İvmesi [g] 1.377
Arka Aks Sağ-Sol Kütle Farkı 4
Arka Aks Frenleme İvmesi [g] 0.633
[kg]
Direksiyon Hakimiyetine Göre 0.69
Ön Aksın Statik Yükü [N] 8809.38
Fren Oranı
Arka Aksın Statik Yükü [N] 5042.34
Dinamik Karalılığa Göre Fren 0.491
Toplam Taşıt Ağırlığı [N] 13851.7
Oranı
Statik Aks Yük Dağılım Oranı 63.598 36.402
[%]] Bu sonuçlar ile ilgili uyarılar Şekil 7(a)’de verilmiştir. Tablo 8’de
Ön Aksın Ağırlık Merkezine 0.936
verilen hesaplanan değerler incelendiğinde, test taşıtı 3, ölçülen
Mesafesi [m]
Arka Aksın Ağırlık Merkezine 1.634 frenleme kuvveti ile 0.601 g’lık frenleme ivmesi kazanmaktadır.
Mesafesi [m] Bu ivme ile taşıtın ön aksındaki yük %8 artarken arka aksın
Frenleme İvmesi [g] 0.601 yükü %8 azalmaktadır. Bu yük değişimi ile ön tekerleklerin yol
Dinamik Aks Yük Oranı [%] 71.785 28.215
temasının %50’sini ve arka aksınkinin %77’sini
Fren Kuvvet Dağılım Oranı [%] 53.02 46.98
Ön Aksın Kullandığı Tutunma 0.501 kullanmaktadır. Bu yol teması ile fren sistemi, fren kuvvetinin
Katsayısı %47’sini arka aksa ve %53’ünü ön aksa dağıtmaktadır. Bu
Arka Aksın Kullandığı 0.776
kuvvet ve yük dağılımı sayesinde ön tekerleklerin fren kuvveti
Tutunma Katsayısı
Ön Aks Dinamik Frenleme 4983.34 %12.87 oranında artarken arka tekerleklerinki %22.49
Kuvveti [N] oranında azalmaktadır.

Şekil 7: Test taşıtı 3’ün uyarı çıktıları.
276