PDF'ten okumaya üşenenler için buraya kopyaladım. Ön düzen geometrisine dair daha detaylı bilgi için yazının sonunda kaynak mevcut.
Taşıt Süspansiyon Sistemi Çeşitleri (Ön Süspansiyon) ve Ön Düzen Geometrisine Etkileri
ÇİFT SALINCAKLI SÜSPANSİYON (DOUBLE-WISHBONE SUSPENSION)
Bu süspansiyon sistemi araç şasesine dönebilir şekilde yataklanmış olup, dış uçları küresel mafsallarla aks poyrasında oynak olarak yataklanmış iki salıncaktan meydana gelmektedir. Salıncaklar arasında ise halka şeklinde yay bulunmaktadır. Tekerlek yukarı ve aşağı doğru hareket ettikçe, her iki salıncak da aynı şekilde yukarı ve aşağı doğru hareket etmekte ve bu salıncaklar arasında bulunan yay da uzayıp kısalmaktadır [10].
Taşıt tipinden bağımsız olarak, çift salıncaklı süspansiyonun ana parçaları benzer olarak, üst salıncak, alt salıncak, döner pim, yay, damper ve tekerlektir. Direksiyon sistemi süspansiyon sistemini etkilediği için, iki sistem birlikte düşünülmelidir. Direksiyon sistemi özet olarak, krameyer, bağlantı çubuğu ve direksiyon kolundan oluşur [5].
Bu süspansiyon sistemi, yolcuların konforu ve kabul edilebilir bir sertlik dahilinde sürüş için tasarlanmıştır. Konfor, günümüz taşıtlarında önemi gittikçe artan bir özellik olmaktadır. Bu yüzden, bu süspansiyonun odak noktası da konfordur. Çift salıncaklı süspansiyon günümüzde, BMW X5, Benz M-Class, Audi Q7 vb. gibi yüksek sınıf taşıtlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Fakat konfor, pahalı taşıtlara özel olmamalıdır. Otomobil fiyatlarının sürekli düşmesiyle birlikte, çift salıncaklı süspansiyon gelecekte aile otomobillerinde de görülecektir. Çift salıncaklı süspansiyon, birkaç farklı parçadan etkilendiği için, bu parametrelerin dikkatli bir şekilde dengelenmesiyle başarı elde edilmektedir [5].
Bu süspansiyon modeli, hafiflik ve istenmeyen karşılıklı tekerlek etkisinin engellenmesi konusunda oldukça başarılıdır. Bu başarı, taşıtın şasesine monte edilmiş olan ve her iki kenarında yer alan enine salıncaklar sayesinde elde edilmektedir [11].
Bu süspansiyon sisteminde salıncakların farklı uzunlukta olması, tekerleklerin yukarı ve aşağı hareketlerinin dengelenmesini sağlar. Örneğin, ön tekerlekler bir tümseğe çarptığında, tekerlekler yukarı doğru ani hareket yaparlar. Bu hareketi dengelemek için, üstteki salıncak daha kısa olarak tasarlanmıştır. Böylece sarsıntı sebebiyle izlediği kavis alt salıncaktan daha kısadır. Bu tekerleğin üst kısmının taşıtın içine doğru eğilmesine sebep olur. Bu sayede tekerleğin sürünerek aşınmasına neden olan yan hareketi önlenmiş olur ve bunun sonucunda tekerlek aşınmaları azaltılmış olur [12].
Çift salıncaklı süspansiyonun en büyük faydası, salıncakların birbirlerine göre olan durumları ile ani dönme merkezi arzu edilen her yüksekliğe getirilebilir. Yön verici kolların kamber açısı değişimi ile iz değişimine tesir edebilir. Farklı uzunluklardaki salıncaklar tekerleklerin yaylanmasında bir kamber açısı değişimine sebep olmakta ve araç gövdesinin devrilme eğilimi nedeniyle viraj dışındaki tekerlekteki pozitif kamber açısı değişimine karşı gelecek şekilde tesir etmektedir [11].
MACPHERSON SÜSPANSİYON (MACPHERSON SUSPENSION)
MacPherson süspansiyon sistemi, günümüz yolcu taşıtlarında yaygın olarak kullanılmakta olan serbest süspansiyon sistemlerindendir. Bu süspansiyon sistemi, Earles S. MacPherson tarafından 1949 yılında Ford şirketinde geliştirilmiştir. Sadeliği ve düşük maliyeti nedeniyle, otomotiv mühendisleri, bu sistemin kinematik ve kinetik özelliklerini derinlemesine incelemektedirler [13].
MacPherson tipi ön süspansiyon sistemi aracın gövdesine, yay, amortisör ve lastik takozlar vasıtası ile bağlıdır. Birçok yol darbesi, bu yay-amortisör sayesinde emilmektedir [14].
MacPherson tip süspansiyon sistemi çift salıncaklı süspansiyon sisteminin özel bir durumu olarak düşünülebilir. Bu sistemde üst salıncak yerine, kayabilir bir destek vardır [15].
Buna karşılık, yukarıya doğru uzatılmış dayanak için çamurlukta bir oynak nokta bulunmakta ve bu kuvvetlendirilerek eğilmeye karşı mukavim bir titreşim söndürücüsü olarak şekillendirilmiş ve piston çubuğu elastik bir yatak yardımıyla karoseriye sabitlenmiştir [16].
Yaylı ayaklar, tahrik edilen akslarda biraz değişik bir şekilde kullanılmakta ve tahrik edilen aksların serbest olarak geçişini sağlayabilmek için dayanağın üst kısmı ile sabit bir şekilde bağlanmıştır. Her durumda çift salıncaklı askı sistemine göre iki salıncağın kullanılmaması sağlanmıştır [16].
MacPherson tip süspansiyon sistemi, özellikle küçük ve orta büyüklükteki araçlarda yaygın olarak kullanılmakta olan bir sistemdir. Dünya’da yaygın olarak kullanılan bu sistem, önden çekişli araçlar için mükemmel bir çözümdür [17].
MacPherson ön süspansiyon sistemi, sade yapısı, hafifliği, az yer kaplaması ve düşük maliyeti sebebiyle küçük araçlarda oldukça yaygın bir kullanıma sahiptir [10].
Günümüzde, önden çekişli araçların büyük çoğunluğu MacPherson tip süspansiyon modeliyle satışa sunulmaktadır. MacPherson’ın ana avantajı, süspansiyon ve tekerlek kontrolünü sağlayan tüm parçaların, tek bir montajda birleştirilebiliyor olmasıdır [18].
MacPherson süspansiyon sistemi, enine motorlar için çok büyük avantaj sağlar ve bundan dolayı önden çekişli araçlarda yaygın olarak kullanılır. Bağlantı noktalarının gövde üzerinde ayrı olması nedeniyle, tekparçalı yapılar ile iyi uyumludur. Yapıda parça sayısının az olmasının da çok büyük avantajları vardır ve süspansiyon yükleri gövde üzerinde daha geniş bir alana yayılabilir [6].
Bu süspansiyon sisteminin faydalı yönü, iki salıncak yatağının tasarrufunun sağlanmasının yanında imalat yönünden meydana gelen hataların tesirinin az olması ve normal olarak yapılan kamber açısı ayarından vazgeçilebilinmesidir. Bunlara ilaveten ekonomik bir imalat şekli ile çok az bir yer gereksinimini burada belirtmek gerekir. Hatalı yönü kuvvetlerin çamurluğa iletilmesidir. Bu nedenle çamurluğun veya iç sacın kuvvetlendirilmesi şarttır. Yoldan gelen gürültülerin izolasyonu bazı zorluklar yaratmakta ve oturağın lastiklere yataklanması mümkün olmamaktadır. Yüksek ani dönme merkezine yalnızca yaylı ayağın ve alt salıncağın oldukça eğik bir şekilde yerleştirilmesi ve büyük bir açıklıkla ulaşılabilmektedir. Ani dönme merkezi zannedildiği gibi çift salıncaklı askı sistemlerinden daha yüksek olmayıp bilakis artan yükleme ile kuvvetli bir şekilde alçalmaktadır [16].
MacPherson tip süspansiyonun ön aksta kullanılması halinde araç gövdesinin yaylandırılması çift salıncaklı sistemde olduğu gibi boyuna yönde alt salıncağa tespit edilmiş olan torsiyon çubuk yayları ile veya amortisör ayağının üst kısmında karoserideki yay tablası ile amortisör borusu arasına yerleştirilmiş bulunan helisel yaylarla yapılmaktadır [16].
MacPherson tip süspansiyonun avantajları yanında, eğik karakterli yapısı nedeniyle de birçok zorluğu mevcuttur. Ancak yapısındaki esnekliğin araç dinamiklerine olumlu katkısı bulunmaktadır. Bu esneklik, başta kamber açısı olmak üzere, süspansiyon geometrisini etkilemektedir. Bunun da aracın kullanımı ve sürüş güvenliği üzerinde etkisi vardır. Kamber açısındaki değişim, özellikle virajlarda aracın tutunmasını etkilemektedir [17].
MacPherson tip süspansiyon tasarımında, dinamik kamber açısındaki değişimin aşırıya kaçmasını önlemek amacıyla, yapıdaki sapmayı göz önünde bulundurmak gerekmektedir. Eğer bu dinamik değişim aşırı olursa, taşıt kullanımı ve kararlılığı olumsuz etkilenir [17].
ÇOK KADEMELİ SÜSPANSİYON (MULTILINK SUSPENSION)
Çok kademeli süspansiyon, serbest süspansiyon sistemlerinde kullanılan, iki veya daha fazla yanal kol, bir veya daha fazla da uzunlamasına kol bulunan taşıt süspansiyon modelidir. Bu süspansiyon modelinin net olarak belirlenmiş bir tipi olmadığı için, yapısını tarif etmek biraz zordur. Farklı tasarımlar çok farklı geometrilere ve karakterlere sahip olabilmektedir. Örneğin BMW’nin geliştirdiği çok kademeli süspansiyon modeli “Z” harfine benzemektedir ve adına “Z askılı” süspansiyon modeli demiştir ve çok iyi bir yol tutuşu sunmaktadır. Honda’nın Accord modelinde kullandığı çok kademeli model ise çift salıncaklı süspansiyon modeline beşinci kontrol kolunun eklenmesi yöntemiyle geliştirilmiş bir modeldir. Audi’nin A4 modelinde kullandığı sistemde de dört adet kontrol kolu bulunmaktadır ve adına “Quadralink” süspansiyon modeli demiştir. Görünüş olarak çift salıncaklı süspansiyon modeline benzemektedir ancak dönme momentinden kaynaklanan yönlendirme etkisini ortadan kaldırmaktadır [19].
Çok kademeli süspansiyon sisteminin çift salıncaklı sistemden daha iyi bir yol tutuşu sağladığı kesin olarak söylenemez. Çünkü hala spor arabaların çoğunda ve en iyi yarış araçlarında çift salıncaklı süspansiyon modeli kullanılmaktadır. Bununla birlikte, çok kademeli süspansiyonun hem yol tutuşu hem de kapladığı alan açısından en iyi birleşimi sunduğu görülmüştür ve bu yüzden binek taşıtlarda gün geçtikçe daha fazla tercih edilmektedir [19].
Çok kademeli süspansiyon sistemi tasarımcılara aynı taşıt üzerinde hem iyi bir sürüş hem de iyi bir yol tutuşunu bir arada sunabilme fırsatını vermektedir. Bu sistem taşıtın daha esnek olmasına izin vermektedir ve böylece farklı yol şartlarında ön düzen açılarında meydana gelen değişimlere kolaylıkla uyum sağlayabilmektedir. Fakat pahalı ve karmaşık bir sistemdir. Bu sebeple daha çok orta ve üst sınıf araçlarda kullanılmaktadır.
Şekilde Hyundai’nin Genesis modeli için geliştirdiği ön süspansiyon modeli bulunmaktadır. Sistem iki adet üst bağlantı, iki adet alt bağlantı ve bir adet rot kolundan meydana gelmektedir. Çift salıncaklı sistem ve MacPherson sistemiyle karşılaştırıldığında tamamen değiştirilmiş bir yapıya sahiptir. Üst ve alt kontrol kolları ikişer adet bağlantı olacak şekilde bölünmüştür. Macherson ve çift salıncaklı süspansiyona göre tasarım açısından daha çok serbestliği vardır. Buna karşılık bağlantı sayılarındaki artış nedeniyle sistemin sürtünme katsayısında artış olmuştur. Bu sürtünme de sürüş ve yol tutuş kalitesini olumsuz etkileyen bir durumdur. Bu nedenle tasarım aşamasında sürtünmeyi kontrol altına alacak bir strateji düşünülmelidir [20].
Üst ve alt kontrol kolu yerine çift bağlantılar kullanılmasının performans üzerinde bazı avantajları bulunmaktadır. Birinci avantajı sürüş kararlılığıdır. Dingil pimi ekseni çift salıncaklı sistemde üst ve alt küresel mafsallara göre hesaplanmaktadır. MacPherson’da ise alt küresel mafsal ve dayanağa göre hesaplanmaktadır. Çok kademeli modelde ise aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi alt ve üst bağlantıların uzantılarının kesişiminde yer alan iki sanal küresel mafsala göre hesaplanır. Sanal dingil pimi ekseni dönüş manevrası sırasında hareket eder; çünkü sanal mafsallar da rotil üzerinde yer alan küresel mafsallar ile birlikte hareket etmektedir. Bundan dolayı, ön süspansiyonun kaster açısı gibi yönlendirmeyle ilgili karakteristikleri de manevra sırasında değişim gösterir [21, 22].
Çift bağlantı kullanılmasının ikinci avantajı ise tekerleklerden gelen titreşimlerin azaltılmasıdır. Sanal dingil pimi ekseni sanal küresel mafsallar üzerinden geçtiği için fiziksel yapıdan bağımsız olarak ayarlanabilir. Aşağıdaki şekilde sanal dingil pimi ekseni ve onun tekerlek merkezine olan mesafesi görülmektedir. Dingil pimi ekseninin tekerlek merkezine olan mesafesi çift mafsal kullanılarak azaltılabilir. Çünkü dingil pimi ekseni ile tekerlek merkezi arasındaki mesafe azaltılırsa, tekerleklerdeki asimetriden ya da düzgün olmayan yollardaki sürüş sırasında meydana gelen titreşimler azaltılabilir. Tek mafsal bulunan çift salıncaklı süspansiyonda ya da MacPherson tip süspansiyonda ise rotil üzerinde yer alan küresel mafsalların fiziksel yapısı dingil pimi ekseni ile tekerlek merkezi arasındaki mesafenin ayarlanmasını kısıtlamaktadır [20].
SONUÇLAR
Bu çalışmada araç dinamik hareketi, güvenliği ve konforu ele alınarak tasarlanan ön düzen geometrisinin ve farklı süspansiyon sistemlerinin yapısal özellikleri incelenerek, ideal bir ön düzen ve süspansiyon sisteminin nasıl olması gerektiği ortaya koyulmaya çalışılmıştır.
Çift salıncaklı süspansiyon modeli konforlu bir sürüş için tasarlanmıştır. Hafiflik ve istenmeyen karşılıklı tekerlek etkisinin engellenmesi konusunda oldukça başarılı bir sistemdir. Aynı zamanda salıncakların farklı uzunlukta olması, tekerleklerin yukarı-aşağı hareketlerinin dengelenmesini ve tekerlek aşınmalarının azaltılmasını sağlamaktadır.
Çift salıncaklı süspansiyon sisteminde, tekerlek hareketinden bağımsız olarak, tekerlek ve yol yüzeyi arasındaki dik temas çok iyi bir şekilde korunur. Böylece tekerleğin yol yüzeyine temas alanının maksimum olması sağlanır. Bu da taşıtın yol tutuş performansını artırmaktadır. Çünkü, iyi bir yol tutuşu ve viraj performansı için tekerleklerdeki kamber açısı değişiminin minimum seviyede olması gerekir. Bunun için de tekerleklerin her türlü yol koşulunda ve tekerlek hareketinde yere maksimum seviyede temas etmesi diğer bir deyişle yol ile arasındaki dik pozisyonunu koruması gerekir. Çift salıncaklı süspansiyon bu açıdan bakıldığında, kamber açısı kontrolünde çok üstün bir performans göstermektedir. Kamber açısının kontrolü taşıt güvenliği açısından da önemli bir konudur. Ancak, maliyeti yüksek ve geniş bir montaj alanına ihtiyaç duyan bir sistemdir. Bu sebeplerden dolayı, yarış araçlarında, spor arabalarda ve üst sınıf sedan araçlarda tercih edilmekte olan bir süspansiyon modelidir.
MacPherson tip süspansiyon sistemi, sade yapısı, düşük maliyeti ve az yer kaplaması sebebiyle dünyada yaygın olarak kullanılmakta olan bir sistemdir. Dayanak dikey konumlandırılmıştır ve bu sebepten dolayı az yer kaplamaktadır. Az yer kaplaması, özellikle motoru ve şanzımanı ön tarafta konumlanmış önden çekişli küçük ve orta sınıf araçlarda tercih edilmesini sağlamaktadır. Parça sayısının az olması süspansiyon yüklerinin gövde üzerinde geniş bir alana yayılmasını sağlamaktadır. Ancak, bu basit tasarım çift salıncaklı süspansiyon modeli kadar iyi bir yol tutuşu sunamamaktadır. Bunun sebebi ise, gövdedeki devrilme etkisi ve tekerlek hareketleri kamber açısında değişime neden olmaktadır. Bu da tekerleğin yol ile temasını azalttığı için yol tutuşu düşmektedir. Bu sebeple spor araçlarda tercih edilmemektedir. Ayrıca yüksek yapısı, yüksek bir çamurluk ve kaput hattı gereksinimi doğurmaktadır. Bu da spor otomobil tasarımlarında çok istenen bir durum değildir.
Çok kademeli süspansiyon modelinin ise, performans açısından diğer ikisinin arasında olduğu söylenebilir. MacPherson tip süspansiyon modeline göre daha iyi bir yol tutuşu sağlasa da, onun kadar sade ve maliyeti düşük değildir. Ancak çift salıncaklı süspansiyon modeli kadar üstün bir performans sunduğu da söylenemez. Günümüzde birçok spor otomobili ve yarış araçlarında hala çift salıncaklı süspansiyon modeli kullanılıyor olması da bunun bir göstergesidir. Ancak hem iyi bir yol tutuşu hem kapladığı alan açısından düşünüldüğünde iyi bir karışım sunmaktadır. Bu sebepten dolayı orta üst sınıf sedan araçlar için uygun bir modeldir.
Bu sonuçlardan yola çıkarak, ideal bir ön düzen geometrisinde ve süspansiyon sisteminde bulunması gereken özellikler;
- Taşıtın statik ağırlığını dengelemelidir,
- Yol darbelerini emerek, sürücü ve yolcular üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmalıdır,
- Direksiyon kontrolünü sürdürürken, şiddetli frenlemeden dolayı şase üzerinde meydana gelen büyük zorlanmaları azaltmalıdır,
- Direksiyon kontrolü ve tekerlek hizasının korunmasını sağlamalıdır
- Mümkün olduğunca az yer kaplamalıdır,
- Hafif olmalıdır,
- Bir tekerleğin hareketi diğer tekerleğin hareketini etkilememelidir.
Kaynak :
https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/385791
