Artikülasyon ‘un yol tutuşa etkisi nedir? Faydalı artikülasyon nedir ?

Sevgili off-road ve doğa tutkunu arkadaşlar, Off-road Temel Teknik Bilgiler yazı dizimizin bir paylaşımı ile daha birlikteyiz. Vereceğim bilgiler; konsantre, teknik temele dayalı, yaşanmış tecrübeleri içeren ve bazıları off-road literatüründe ilk kez isim bulacak detayları içeren paylaşımlardır. Okuyuculara fayda sağlaması dileği ile.

Bugün konumuz “Artikülasyon ‘un yol tutuşa etkisi nedir? Faydalı artikülasyon nedir ?”:

Konumuz artikülasyon, ve başka hiçbir yerde bulamayacağınız derecede ince bir analiz.

Temel tanımlar ile yazımıza başlayalım. Artikülasyonun literatürdeki tanımlarını google‘a yazdığınızda bulabilirsiniz. Yazılarımda literatürden bağımsız tanım ve tespitlerde bulunduğumu takip eden arkadaşlarımız bilir. Bu sefer de aynı şekilde ben kendi açımdan anladığım şekilde tanımlayacağım.

Artikülasyon kabiliyeti, tekerleğin aracın kupasından uzaklaşabilme veya yaklaşabilme kabiliyetidir. Bu fark ne kadar fazla ise artikülasyon kabiliyeti o kadar fazladır. Uzaklaşmayapozitif artikülasyon, yaklaşmaya negatif artikülasyon diyebiliriz. Genelde pozitif artikülasyon daha fazla, negatif artikülasyon daha azdır.

Artikülasyon neden gereklidir sorusunun cevabı yazımızın sonunda ortaya çıkacaktır.

Önce en baştan, “dünya gaz ve toz bulutuydu” ‘dan başlayalım.

Araçların yürümesini sağlayan temel kuvvet tekerlekler ve zemin arasındaki traksiyondur. Traksiyon esasen tıbbi bir terimdir. Ancak biz yine kendi anladığımız şekilde kullanacağız. Lastik ile yol arasında ortaya çıkan ve aracın yürümesini sağlayan çekiş kuvvetidir.

Bu kuvvet ne kadar fazla olur ise, lastik o kadar iyi yol tutabilir, lastik ne kadar iyi yol tutabilir ise de araç o kadar başarılı ilerleyebilir. Bu kuvvetin büyük veya küçük olması; lastiğin hamuruna, desenine, basma yüzeyinin genişliğine, lastik havasına, üzerinde hareket edilmeye çalışılan zeminin karakteri v.s. v.s. birçok parametreye bağlıdır.

Tüm bu parametreler dikkate alınarak lastik ile zemin arasında “ortalama bir sürtünme katsayısı” olduğunu düşünelim. Yukarıda bahsettiğimiz traksiyonun ulaşabileceği maksimum değer, lastik ile zemin arasındaki sürtünme kuvvetidir. Bu sürtünme kuvveti de, yukarıda bahsettiğimiz, lastik ile zemin arasındaki ortalama sürtünme katsayısı ile iki yüzey arasındaki normal kuvvet, yani lastiğin tabanına intikal eden yükün çarpımına eşittir.

F_s = µ * N

Sürtünme katsayısı, statik ve kinematik olarak 2 tipi vardır. Statik sürtünme katsayısı, kayma başlamadan önceki değerdir, kinematik sürtünme katsayısı ise yüzeyler arasında kayma başladıktan sonraki değerdir. Eğik düzlem deneyi ile değeri kolayca tespit edilebilirler. Kinematik sürtünme katsayısı daha düşük bir değere sahip olduğu için, patinaj başladıktan sonra traksiyon kuvvetinin üst sınırı olan sürtünme kuvveti daha düşük bir değer alacaktır.

Fiiliyatta ise bazen arabayı artan patinaj ile birlikte yürütmek mümkün olabilmektedir. Bu da lastik ile yüzey arasındaki etkileşimin tekdüze bir yüzey yüzeye temas olmaması, lastik desen ve ebadının ortalama sürtünme katsayısına ile olan ilişkisinden kaynaklanmaktadır.

µ katsayısının yukarıda bahsettiğimiz parametreler çerçevesinde, yorum yaptığımız an için sabit olduğunu kabul eder isek, F_s ‘i arttıran ana parametre N ‘dir. Yani araç ağırlığının her bir lastiğe düşen payıdır.

“µ” sabit kalmak kaydı ile, N artarsa F_s artar, N azalırsa F_s azalır.

Şimdi “N” neden ve nasıl artar veya azalırı irdeleyelim. Değerlendirmemiz, yaylı süspansiyon sistemleri için olmakla birlikte, kendi parametreleri dahilinde tüm süspansiyon sistemleri için geçerlidir.

Süspansiyonun görevi sadece sürüş konforu ve/veya güvenliği sağlamak değildir. Aracın şasi üstünde bulunan yükünü dingillere oradan da tekerleklere aktaran sistemdir. Yani süspansiyon sisteminin bir görevi de faydalı artikülasyon sağlamaktır.

`
Nedir faydalı artikülasyon?
Araç artiküle olduğunda, aracın şasi üzerinde bulunan ağırlığı olabildiğince fazla dingile aktarılabildiği artikülasyon durumudur.

Yaylar hakkında kısaca bir bilgilendirme yapalım. Yayların yük altında davranışlarını, yani yayın karakterinin belirleyen her yay için özel bir katsayı (k) vardır. Bu katsayı, yaya uygulanan kuvvetin (F_y), yayda sebep olduğu uzama veya kısalma miktarına (X) oranıdır. (Hook kanunu dahilinde olmak kaydı ile)

Yani yay üzerindeki kuvvet, yay katsayısı ile yay deformasyonun çarpımına eşittir.

F_y = k * X ‘dir.

Araç yayı üzerindeki kuvvet F_y, aynı zamanda aracın lastiğinin zemine aktardığı normal (yüzeye dik) kuvvettir. Yani bir araç süspansiyon sistemi içindeki yaylar lastiğe ne kadar fazla yük aktarabilirler ise, yukarıda belirttiğimiz temel kural 1 çerçevesinde “N” o kadar artar. “N” ne kadar artarsa da F_s o kadar artar. F_s ne kadar artarsa da, traksiyon üst sınırı o kadar artar, traksiyon üst sınırı ne kadar artarsa da araç motordan gelen gücü o kadar başarılı ve büyük miktarda yola aktarıp ilerleyebilir.

Şimdi arazi şartlarında lastiğin yere intikal ettirdiği kuvvetin değişimini inceleyelim. Bu incelemeyi sayısal örnekler ile yapmak daha anlaşılır olacaktır.

Toplam ağırlığı 2200 kg olan bir aracımız olsun. Bu aracın dört lastiğine de eşit miktarda yük gittiğini kabul edelim.

Bu aracın ön ve ark dingillerinin ağırlıklarının da 100 ‘er kg olduğunu kabul edelim.

Yani, aracın her bir lastiğine gelen 2200/4 = 550 kg yükün, 100/2=50 kg ‘ı dingil üzerinden kalan (2200-2*100)/4=500 kg ‘nın ise araç üst yapısından geldiğini kabul edelim.

Araç süspansiyon sisteminde bulunan yayın yüksüz iken 60 cm boyda olduğunu ve araç yükü üzerine bindiğinde 40 cm boyuna kısaldığını düşünelim.

F_y = 500 kg

X =60-40 = 20 cm

K = F_y / X = 500/20 = 25 kg/cm olacaktır.

Aracın lastiklerinden zemine aktarılan yükün dağılımını bozan tüm hareketlere çapraza düşme diyebiliriz.

Çapraza düşen aracı 4 temel durum için değerlendireceğiz. Tüm değerlendirmeler yukarıda kabul ettiğimiz araç içindir. Münferiden lastiğin bastığı zemin şartlarında farklılık olmadığı ve tüm lastikler aynı sınır dahilinde güç aktarabildiği kabul edilmiştir. Bu kabule aykırı bir durum ortaya çıkar ise, aynı kuramlar çerçevesinde, yeni durum farklı bir davranış sergileyecektir.

Bu durumda Tüm lastiklere eşit yük gidecektir.

N = 500+50 = 550 kg

F_s = µ * 500 kg olacaktır.

Traksiyon, F_s ‘in altında kalabildiği sürece araç yol alabilecektir. Motordan gelen güç lastiklerden zemine F_s ‘den daha fazla kuvvet aktarmaya çalışır ise tüm lastiklerin patinaj çekmesi beklenir.

Bu durumda çapraza düşüp uzayan yayların 50 cm, kısalan yayların da 30 cm olduğunu kabul edelim.

F_y_1 = K * (60-50) = 25 * 10 = 250 kg

F_y_2 = K * (60-30) = 25 * 30 = 750 kg olur.

Yani uzayan yaylardan lastiğe araç ağırlığının ancak 250 kg ‘ı kısalan yaylardan ise 750 kg ‘ı intikal edecektir.

N_1 = 250 + 100/2 = 300 kg

N_2 = 750 + 100/2 = 800 kg olacaktır.

F_s_1 = µ * 300 kg

F_s _2 = µ * 800 kg olacaktır.

Burada dikkat edilmesi gereken, araç tüm lastiklere aynı ağırlığı aktarabiliyor iken, 500*µ kg olan sürtünme kuvveti yani traksiyon üst sınırı, yayı uzayan çapraz iki lastik için, 300*µ kg olmuştur. Bu şu demektir, bu iki lastik daha erken patinaja düşecektir. Eğer eğimli bir yerde çapraza düşüldü ise, aracı yerçekimine karşı da yürütebilmek için ekstra traksiyon gerekeceğinden, traksiyon üst sınırının bu şekilde azalması aracın gitmesine engel olabilecektir. Buna karşı yayı kısalan diğer çapraz iki lastikte ise traksiyon üst sınırı 800*µ kg olmuştur. Bu da o lastikler için daha yüksek yol tutuş kabiliyeti demektir. Ancak, 300*µ kg traksiyon sınırına düşen lastikler, patinaja düşer ise, eğer asgari 1 diferansiyel kilidi yok ise araç yoluna devam edemez.

Bu durumda çapraza düşüp uzayan yayların 60 cm, kısalan yayların da 20 cm olduğunu kabul edelim.

F_y_1 = K * (60-60) = 25 * 0 = 0 kg

F_y_2 = K *(60-20) = 25 * 40 = 1000 kg olur.

Yani uzayan yaylardan lastiğe araç ağırlığının ancak 0 kg ‘ı kısalan yaylardan ise 1000 kg ‘ı intikal edecektir.

N_1 = 0 + 100/2 = 50 kg

N_2 = 1000 + 100/2 = 1050 kg olacaktır.

F_s_1 = µ * 50 kg

F_s _2 = µ * 1050 kg olacaktır.

Burada dikkat edilmesi gereken, araç tüm lastiklere aynı ağırlığı aktarabiliyor iken, 500*µ kg olan sürtünme kuvveti yani traksiyon üst sınırı, yayı uzayan çapraz iki lastik için, 50*µ kg olmuştur. Bu şu demektir, bu iki lastik çok çok erken patinaja düşecektir. Eğer eğimli bir yerde çapraza düşüldü ise, aracı yerçekimine karşı da yürütebilmek için ekstra traksiyon gerekeceğinden, traksiyon üst sınırının bu şekilde azalması aracın gitmesine engel olacaktır. Buna karşı yayı kısalan diğer çapraz iki lastikte ise traksiyon üst sınırı 1050*µ kg olmuştur. Bu da o lastikler için daha yüksek yol tutuş kabiliyeti demektir. Ancak, 50*µ kg traksiyon sınırına düşen lastikler, patinaja düşer ise, eğer asgari 1 diferansiyel kilidi yok ise araç yoluna devam edemez.

Bu şartlar altında, 3.durumda hesaplanan “N” ağırlığına dingil öz ağırlığı da katkı sağlamayacaktır.

N_1 = 0 + 0 = 0 kg

N_2 = 1000 + 2*100/2 = 1100 kg olacaktır.

F_s_1 = µ * 0 kg

F_s _2 = µ * 1100 kg olacaktır.

Burada dikkat edilmesi gereken, araç tüm lastiklere aynı ağırlığı aktarabiliyor iken, 500*µ kg olan sürtünme kuvveti yani traksiyon üst sınırı, yayı uzayan çapraz iki lastik için, 0 kg olmuştur. Bu şu demektir, bu iki lastik boş dönmektedir. Buna karşı yayı kısalan diğer çapraz iki lastikte ise traksiyon üst sınırı 1100*µ kg olmuştur. Bu da o lastikler için daha yüksek yol tutuş kabiliyeti demektir. Ancak, boş dönen lastikler nedeniyle, eğer asgari 1 diferansiyel kilidi yok ise araç yoluna devam edemez.

– Artikülasyon kabiliyeti yüksek araçlar çapraza daha zor düşer, artikülasyon kabiliyeti düşük araçlar ise çok daha kolay çapraza düşer.

– Artikülasyona maruz kalmamış tüm araçlar düz yolda aynı şekilde gidebilirken, engebeli yüzeylerde, yayları çok kısa araçlar hemen 4. duruma düşecektir. Yayları uzun araçlar ise kademeli olarak önce 2, sonra çok kısa bir anlık 3. duruma ve en son 4. duruma düşeceklerdir.

– Makaslı araçlarda da durum aynıdır. Artikülasyon kabiliyetini arttırmak için kullanılan offroad küpeleri, aracın 3. durumda daha uzun zaman geçirmesine sebep olacaktır. Yukarıdaki sayısal örnekten de anlaşıldığı gibi 3. durum traksiyon açısından çok müspet değildir. Bu yüzden offroad küpesi için çok az faydalı artikülasyon sağlayan bir ekipman tanımı yapabiliriz.

– Bazı araçlarda denge çubuğu açma sistemleri de bulunmaktadır. Bunlar yaylar üzerinde halen yük olmak kaydı ile fayda sağlayan sistemler olmakla birlikte 3 veya 4. duruma gelindi ise beklenen müspet etkiyi göstermeyeceklerdir.

– Özellikle metre mertebesinde açılıp kapanabilen çok uzun yumuşak yaylı coilover uygulanmış süspansiyon sistemleri, aracı çok daha geç 3. ve 4. duruma düşürdükleri için arazide çok verimli sistemlerdir.

– Araçların arazi kabiliyetlerini arttırmak için yükseltme modifikasyonları yaparken neden kupa yükseltme olarak adlandırılan takoz ile yükseltmeyi değil de, lift kit olarak adlandırılan daha uzun amortisör + yay seçeneğini tercih etmemiz gerektiğinin cevabı bu yazıdadır.

– Konuyu irdelediğimiz aracın orta kilide sahip bir araç olduğunu kabul ettik. Araç 2. veya 3. durumda patinaja düşerse veya 4. durumlardan iken yol alabilmek ya en az 1 diferansiyel kilidine veya, EDL tabanlı hizmet veren bir çekiş destek sistemine ihtiyaç duyar. Bu sistemlerden hiçbiri yok ise aracın yoluna devam etmesi mümkün olmaz.

– Şimdi konuyu her zaman önerdiğim başka bir noktaya bağlayayım.
Bir araç alırken veya modifiye ederken, orta kilitsiz araç tercih etmeyin, en azından arka kilit mümkünse ön kilit de olsun veya kilitler ilave aksesuar olarak kolay ve nispeten ucuz tedarik edilebilir olsun. Diferansiyel kilidi arazi şartlarında en önemli unsurlardan biridir.
Diferansiyel kilitli araç + MT lastik kombinasyonu
Diferansiyel kilitsiz araç + XT lastik kombinasyonundan genelde daha başarılıdır.

Saygılar Sevgiler

12/03/2020