M. Akif CEVİZ V. Bölüm, Taşıt Dinamiği

V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
OTOMOTİV
TEKNOLOJİLERİ
Prof. Dr. M. Akif CEVİZ
Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,
Makina Mühendisliği Bölümü, Erzurum
M. Akif CEVİZ
Bu bölümde…
1.
Direnç
a.
b.
c.
2.
3.
4.
5.
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
Aerodinamik
Dinamik, yuvarlanma
Yokuş
Tekerlek tahrik kuvveti
İvmelenme
Fren kuvveti
Durma görüş mesafesi (DGS)
M. Akif CEVİZ
Vites Kademelerinin Belirlenmesi
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
Motordan alınan hareketin tekerleklere aktarılmasında, yol ve yük şartlarının etkisi
ile farklı moment ve hız kademelerinin sağlanması gerekmektedir. Bu değişimi vites
kutusu sağlamaktadır. Vites kutusu seçimi için direnç kuvvetlerinin bilinmesi
gerekir.
Taşıtın hareketi Newton’un ikinci hareket kanunundan faydalanılarak aşağıdaki
ifade ile verilebilir:
Burada F, taşıtı hareket ettiren kuvveti yani tekerlek tahrik kuvvetini
göstermektedir.
R simgesi direnç için kullanılmıştır ve
Aerodinamik direnç,
Yuvarlanma direnci,
Yokuş direncidir. Taşıtın hareketi ve ivmelenebilmesi için bu direnç
kuvvetlerini yenmesi gerekir.
M. Akif CEVİZ
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
Giriş
• Kuvvet (N):
– Kuvvet nedir? Kuvvet, Fizik'te kütleli bir cisme hareket
kazandıran etkidir.
– kütle (kg) * ivme (m/s2)
• Tork (Nm):
– Dönme hareketini değiştiren etkidir.
– kuvvet * kuvvet kolu
• İş (Nm):
– kuvvet * mesafe
• Güç (Nm/s):
– İş yapma hızı (iş/zaman)
M. Akif CEVİZ
Temel Başlıklar
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
•
•
Direnç (R): Araç hareketine karşı olan kuvvet
Tekerlek tahrik kuvveti (F): İş yapmak üzere yol yüzeyine etki eden
kuvvet
•
•
•
•
•
Direnç
Tahrik
Aracın hızlanması
Fren
Durma mesafesi
M. Akif CEVİZ
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
Direnç
Direnç, aracın hareketini engelleyen
kuvvet olarak tanımlanır.
1. Aerodinamik direnç
2. Yuvarlanma direnci
3. Yokuş direnci
Araca etkiyen toplam kuvvet;
M. Akif CEVİZ
Aerodinamik Direnç
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
Kısımları:
1. Araç üst yapısı etrafındaki türbülanslı akış (85%)
2. Araç üst yapısı ile olan hava sürtünmesi (12%)
3. Aracın radyatör hava kanalları gibi parçalarından
kaynaklanan direnç (3%)
M. Akif CEVİZ
Aerodinamik Direnç
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
M. Akif CEVİZ
Aerodinamik Direnç
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
M. Akif CEVİZ
Aerodinamik Direnç
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
M. Akif CEVİZ
Aerodinamik Direnç
Scion XB
CD = 1.0, A = 2.32 m2, CDA = 2.32 m2
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
Porsche 911
CD = 0.28, A = 0.92 m2, CDA = 0.2576 m2
• Direnç kuvveti Ra=1/2V2(CDA) 10 yaklaşık kat daha büyüktür,
• Sebep hem CD’nin hem de kesit alanının büyük olmasıdır
• Güç P = RaV =1/2V3(CDA) hızın küpü ile artmaktadır V3!
M. Akif CEVİZ
Aerodinamik Direnç
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
M. Akif CEVİZ
Yuvarlanma Direnci
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
Hareket halindeki bir taşıtın bütün tekerleklerine yoldan yürümeye karşı koyan bir direnç gelir.
Bunun nedeni yolun ve tekerleğin bir miktar ezilmiş olmasıdır. Ezilmeden dolayı tekerlekler
sürekli olarak bu tümseği aşmak durumuyla karşı karşıyadır.
Bu dirence yuvarlanma direnci denir. Bu direnç tekerleğe gelen ağırlıkla doğru orantılıdır.
Yuvarlanma direnci üretim faktörlerine bağlıdır:
- Temel dizayn parametrelerine,
- Lastik diş yapısına,
- Lastik yanak yapısına
bağımlı olarak yuvarlanma direnci değişkenlik gösterir.
Kısımları
1.
Lastik deformasyonundan kaynaklanan (90%)
2.
Lastik penetrasyonu ve yüzey sıkışması ( 4%)
3.
Lastik kayması ve tekerleğin etrafından olan hava akışı ( 6%)
4.
Daha başka çok sayıda parametre
Basitleştirilirse;
M. Akif CEVİZ
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
Yokuş Direnci
Kısımları
– Araca etkiyen yerçekim kuvveti
θg
Küçük açılar için,
Rg
θg
W
M. Akif CEVİZ
Tekerlek Tahrik Kuvveti
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
En küçüğü:
1. Motor tarafından üretilen kuvvet, Fe
2. Araç yük dağılımının ve yol-lastik etkileşimi
arasındaki bir fonksiyonun maksimum
değeri, Fmax
M. Akif CEVİZ
Tekerlek Tahrik Kuvveti ile İlgili
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
30 m/s = 108 km/h
37 m/s = 133 km/h
M. Akif CEVİZ
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
Motorun ürettiği tahrik gücü
• Kuvvet
Fe = Motor tarafından üretilen ve
tekerleklere ulaşan çekiş
kuvveti
Me = Motor torku
ε0 = Dişli oranı
ηd = Aktarma organları verimi
r = Tekerlek yarıçapı
• Motor gücü efektif güçtür.
M. Akif CEVİZ
Araç hızı ve Motor hızı ilişkisi
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
V =
Hız (m/s)
r =
Tekerlek yarıçapı (m)
ne =
i =
ε0 =
Krank mili devir sayısı (d/sn)
Aktarma organı kayması
Dişli oranı
M. Akif CEVİZ
Tipik tork-güç eğrileri
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
M. Akif CEVİZ
Maksimum tahrik gücü
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
• Önden çekişli araç
• Arkadan çekişli araç
•
Yol sürtünme katsayısı
M. Akif CEVİZ
Maksimum tahrik gücü
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
M. Akif CEVİZ
Diyagram
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
θg
M. Akif CEVİZ
Aracın ivmelenmesi
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
• Ana denklem
• Kütle faktörü
(Aracın dönen parçalarının atalet hesabı için)
M. Akif CEVİZ
Fren
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
• Maksimum frenleme kuvveti, lastiklerin
kaymasından az önce oluşur.
– Yol şartlarına
– Lastik karakteristiklerine bağlıdır
• Maksimum araç frenleme kuvveti (Fb max),
– Yol sürtünme katsayısı ile yol yüzeyine normal
yönde etkiyen araç ağırlığının çarpımı ile bulunur.
M. Akif CEVİZ
Fren Kuvveti
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
• Ön aks
• Arka aks
M. Akif CEVİZ
Fren Mesafesi
• Pratik
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
Genelde a = 3.41 m/s2 alınır
• Eğim 0 ise
M. Akif CEVİZ
Cevap Süresi
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
• Algılama süresi
• Toplam durma mesafesi
M. Akif CEVİZ
Durma mesafesi DS
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
• En kötü durum
– Şoför acemi
– Fren verimi düşük
– Islak zemin
• Algılama-reaksiyon zamanı = 2.5 saniye
• Denklem
M. Akif CEVİZ
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
Durma mesafesi DS
from ASSHTO A Policy on Geometric Design of Highways and Streets, 2001
Not: Bu denklem eğimsiz şartlar içindir (G = 0)
M. Akif CEVİZ
Kaynaklar
V. Bölüm, Taşıt Dinamiği
• Mannering, F.L.; Kilareski, W.P. and Washburn, S.S. (2005).
Principles of Highway Engineering and Traffic Analysis, Third
Edition). Chapter 2
• American Association of State Highway and Transportation
Officals (AASHTO). (2001). A Policy on Geometric Design of
Highways and Streets, Fourth Edition. Washington, D.C.
• Anne Goodchild
M. Akif CEVİZ