OTOMOTİV MÜHENDİSLİĞİ 2 “GELECEĞİN FREN SİSTEMLERİ” Yrd. Doç. Dr. M. Ertunç TAT Hazırlayanlar: 151820023074 İsmail TAŞDEMİR 151820023101 Ahmet KÖKEN 151820033097 Erhan EROL 151820033099 Ü. Ersen AYAZ

FREN SİSTEMLERİ Araçlarda fren sistemlerinin kullanılmalarının gayesi, hareket halindeki aracı çabuk ve emniyetli bir şekilde durdurmaktır. Diğer taraftan, hareketsiz duran aracın kendi kendine hareket etmesine ve yokuş aşağı inişlerde de arzu edilmeyen ivmelere mani olmaktır.

Bu sebeple her aracın bir normal işletme freni ve tespit içinde bir el freni ile teçhiz edilmeleri gerekir. Her fren tesiri bir fren kuvvetini şart koşar. Fren kuvvetini elde etmek için sürtünmeli frenler ile motor frenleri mevcuttur.

Fren Sistemlerinin Çeşitleri ve Kullanılışları a) İşletme Fren Sistemi: İşletme fren sistemi, araç sürücüsü tarafından ayak ile kumanda edilerek, aracın bütün tekerleklerine tesir eder. Aracın hareket yönünden sapması için öngörülen en küçük kuvvetler, her araç sınıfına göre işletme fren sisteminin fren tesiri için değişik değerler öngörülmüştür.

b) Yardımcı Fren Sistemi İşletme fren sisteminin aksaması halinde yardımcı fren sistemi sürücü tarafından ayak veya el ile basamaklı olarak devreye alınabilmelidir. Yardımcı fren sistemi, işletme fren sistemi veya el fren sistemi ile ortak parçalara sahip olabilir. Yardımcı fren sistemi ve işletme fren sistemi ortak işletme elementlerine sahip iseler, el freni hareket esnasında çalıştırılabilmelidir.

c) El Fren Sistemi (Tespit Fren Sistemi): Tespit fren sistemi sürücü tarafından el ile (veya çok ender olarak ayak ile) çalışabilir ve aracın en azından iki tekerleğine mekanik organlarla tesir edilebilmelidir. Çubuksuz tespit fren sistemlerinde yay depoları mekanik organlar olarak kullanılırlar.

Bütün fren sisteminin veya onun bir parçasının d) Emniyet Freni: Bütün fren sisteminin veya onun bir parçasının devreden çıkması halinde onun vazifesini üzerine alır. e) Daima Fren: Bu, yokuş aşağı inişlerde veya çok sık frenlemelerde, işletme freninin yükünü azaltmaya yardımcı olur.

Fren Olayı ve Fren Mesafeleri Frenleme olayında yavaşlatıcı temel kuvvet, taşıtın fren sistemi tarafından geliştirilen ve lastikle zemin arasındaki etkileşime bağlı olarak ortaya çıkan kuvvetidir. Geliştirilen frenleme kuvveti tutunma kuvvetinden küçükse, frenleme kuvveti; = uygulanan fren torku (N.m) = dönel atalet momenti (kg.m2) = açısal ivme (r/s2) = tekerlek yuvarlanma yarıçapı (m)

Genel olarak fren mesafesi üç durumun tesiri altındadır: Tekerlek ile yol arasındaki bağıntı, araç ve fren şartları. Bu şartlar bütün araçlar için geçerlidir. Taşıtın herhangi bir engel görüldükten sonraki durma mesafesi, kayıp zaman ve frenleme süresi süresince katedilen mesafenin toplamıdır. Sürücünün reaksiyon süresi , fren sisteminin cevap süresi ve maksimum frenleme ivmesi için gerekli olan fren basıncı artış süresi ‘nin yarısına kadar yavaşlama ivmesi oluşmadığından, bu sürelerin toplamı kayıp zaman olarak değerlendirilir.

Sürücü reaksiyon süresi kişisel ve çevresel faktörlere bağlı olarak 0,3-0,7 sn arasında değişmektedir. Fren cevap ve basınç artış süreleri ise taşıtın türüne ve özelliklerine bağlı olarak 0,36-0,54 sn arasında değişmektedir. Durma süresi; Durma mesafesi; eşitlikleriyle hesaplanabilir.

Hıza bağlı durma mesafeleri (kuru zemin üzerinde 6 m/s2’lik bir yavaşlama ivmesiyle) Hız (km/h) Reaksiyon Mesafesi (m) Otomobil Frenleme mesafesi (m) Toplam Mesafe 50 10,3 16,2 26,5 70 14,6 31,4 46 90 18,7 52 70,7 110 23 78,1 101,1 130 27,1 108,5 135,6 150 31,3 144,1 175,4 170 35,4 183,6 219

GELECEĞİN FREN SİSTEMLERİ (EHB-EMB) Geleceğin fren sistemleri olarak adlandırılan EHB (Elektro Hidrolik Fren Sistemleri) ve EMB (Elektro Mekanik Fren Sistemleri) sistemlerine değinmeden önce günümüz araçlarında kullanılmakta olan ABS, ASR, FDR sistemleri hakkında bilgi verelim.

Anti-Blokaj Sistemleri (ABS): 1978 yılında ABS sistemleri Bosch tarafından ilk üretici olarak araçlarda kullanıldı. Günümüzde trafik güvenliği açısından önemli katkılar içermekte ve kritik fren anlarında aracın direksiyon ve sürüş güvenliğini sağlamaktadır. ABS Beyni

Anti-Patinaj Sistemleri (ASR): 1987 yılında Bosch ilk üretici olarak ABS sisteminin daha gelişmişi olan ASR sistemini piyasaya sürmüştür. ASR sistemi ilk kalkışta ve hızlanmada, tahrik tekerleklerinin aşırı dönmesini engelleyerek, aracın güvenli hareketini sağlar. Bu sistemin diğer kısaltılmış adı İngilizce anlamından dolayı ETC (Electronic Traction Control) olarak da bilinir.

Araç Dinamik Kontrolü (FDR): Her türlü sürüş anında güvenliği sağlamak üzere Bosch 1995 yılında FDR sistemini aktif sürüş emniyetini sağlamak üzere üretime almıştır. Özellikle virajlarda ve ani yol değişikliklerinde FDR sistemi, yıldırım hızı ile motor, şanzıman ve frene müdahale ederek aracın savrulmasını önler. FDR sisteminin can noktası olan "devir sensörü" havacılıktan alınmış ve Bosch tarafından otomobiller için modernize edilmiştir.

Son yıllarda Bosch bu üç farklı sistemi bir ünitede topladı, bu yeni sistemi ESP (Elektronik Stabilite Sistemi) olarak adlandırdı. Bu sistem sayesinde sürüş güvenliği daha da artırıldı. Bu sistemin diğer bir avantajı da düşük maliyeti nedeniyle, sadece yüksek sınıf otomobillerde değil bundan böyle orta sınıf araçlarda da standart olarak bulunacak olması.

Bosch, fren sistemlerinde yaklaşık bir asırdır kullanılan konvensiyonel yapıya son vermek için çalışmalar yapıyor. Bu yeni sistemler EHB (Elektro Hidrolik Fren Sistemleri) ve EMB (Elektro Mekanik Fren Sistemleri) olarak adlandırılıyor. Bunlar sayesinde gelecekte, elektronik sistemler ve dolayısıyla sadece teller vasıtası ile bir aracı durduracağız. EHB (Elektro Hidrolik Fren Sistemleri), DaimlerChrysler ile birlikte ortak bir proje olarak başlatılmış ilk projedir.

Konvensiyonel fren sistemlerinde fren pedalına uyguladığımız kuvvet, fren pedalı kolunun uzunluğuna göre 3/1 oranında artırılarak servo frene aktarılır. Hidrolik çalışma prensiplerine göre bu kuvvet 50 katı artırılır. Hidrolik fren yağı sayesinde direkt teker frenlerine iletilen bu kuvvet, aracın durması için fren balatalarına baskı yapar.

Yeni sistemde fren ayak pedalına uygulanan kuvvet, sadece fren yapılması gerektiğini sisteme haber veren bir ön uyarı şeklinde olacak. Başka bir deyişle, günümüz frenlerinde pedal kuvveti direkt olarak fren gücünü oluşturmakta idi, fakat yeni sistemde pedal kuvveti sadece sürücünün aracın frenleme tertibatını harekete geçireceği bir ön işaret olacak. Elektronik beyine ulaşan bu frenleme bilgisi, araç içerisindeki bir elektro-motorun, beyinden gelen mesajla devreye girmesini, aracın durdurulabilmesi için fren gücünü üretmesini ve yine fren hidroliği vasıtası ile aktarılan güç sayesinde aracın durdurulmasını sağlayacak.

EHB (Elektro Hidrolik Fren Sistemleri) EHB sisteminde, fren pedalı bir tel sistemi ile aracın elektronik beynine bağlanır. Fren pedalına basıldığında sistem ne kadar acil bir fren gereksinimine ihtiyaç olduğunu anlar. Elektronik fren beyni bu ve diğer araç bilgilerini birleştirerek her tekere gerekli fren kuvvetini hesaplar. Gerekli fren basıncı, merkezi hidrolik ünitesinde oluşturulur. Eğer elektrik sisteminde herhangi bir hata ortaya çıkarsa, direkt olarak yedek hidrolik fren ünitesi devreye girer. EHB Beyni

EHB'nin avantajları: Araca montajı modüler fren sistem dizaynı sayesinde çok daha kolay, Her tekerde bulunan fren kuvvet modülasyonu ile kombine olarak çok hızlı çalışması nedeniyle optimum fren mesafesinde ve güvenilir frenleme sağlar, EHB, sürücüye yardımcı olan diğer birçok tamamlayıcı sistemle de birlikte çalışabilir, Sürücü için minimum frenleme kuvveti, titreşimsiz ve ayarlanabilir hafif bir fren pedalı duygusu sağlar, Aracın tüm sistemlerinden gelen bilgiyi anlık olarak değerlendirir ve frenleme parametrelerini aracın o anki pozisyonuna, yol şartlarına göre belirler.

EMB (Elektro Mekanik Fren Sistemleri) EMB yine EHB gibi fren pedalının bir tel ile aracın fren elektronik beynine bağlı olduğu ve istenilen frenlemenin derecesini belirlemek için kullanılan bir düzeneğe sahip olan bir sistemdir. EMB sistemi, her teker düzeneğinde bulunan kaliperlerin (fren beyni) bir elektrik motoru ile entegre edilmesi ile yeni bir boyut kazanır. EMB sisteminde tüm frenleme fonksiyonları her tekerde bireysel olarak kontrol edilebilir. Ek olarak, bu yeni sistemde mekanik el freninin yerini elektro mekanik park freni alacaktır.

EMB sisteminin avantajları: Araca kolay montaj imkanı, Park freni için bir fren teline ihtiyacın olmayışı, El fren kolunun olmaması nedeniyle geliştirilmiş araç iç dizaynı, Küçük fren pedalı, Yüksek kontrol imkanı, ABS ve ASR gibi sistemlerle entegre çalışma özelliği, Fren hidrolik yağı içermeyen fren sistemi, Hidrolik fren boru ve tüplerine gereksinim olmayışı, Düşük servis maliyetleri, Sürekli sistem parçalarının aşınmasının kontrol edilebilmesi.

Geleceğin frenlerinde de fren hidroliği kullanılacak, fakat buradaki en büyük fark, fren hidroliğin çalıştığı alanın çok fazla daralacak olması. Günümüzde fren pedalından hemen sonra tekerlere kadar büyük bir alan içerisinde fren güç iletimini sağlayan fren hidroliği, gelecekte yeni Bosch dizaynı ile sadece elektro-motor ve tekerler arasında güç iletimini gerçekleştirecek. Bu da gelecekte daha güçlü, daha emniyetli ve kontollü frenlemeyi mümkün kılacak.

EHB sistemi elektronik güç iletiminin yanı sıra, hidrolik güç iletimi için de bir düzeneğe sahiptir. Bunun nedeni; şu anda uygulama çalışmaları halen devam eden bu sistemde herhangi bir elektronik arızanın meydana gelmesi durumunda, günümüz hidrolik fren tertibatının otomatik olarak devreye girmesi ve emniyetin bir kat daha artırılmış olmasıdır