Taşıt teknolojilerinde, bazı yenilikleri, klasik yöntemler karşısından savunmak ve tüm araç, taşıt üreticileri tarafından kabul edilir bir tez haline getirmek oldukça zor olabiliyor. Günümüzde ise bunun bir örneğini klasik, yaylı, hidrolik, pnömatik sistemli süspansiyon sistemlerinin karşısında yenilikçi bir düşünce olan, elektromanyetik alan sayesinde süspansiyon ihtiyacını karşılamayı amaçlayan elektromanyetik süspansiyon sistemidir.
Her şeyden önce süspansiyonun ne olduğundan da bahsetmek ve yazımızın devamından yol haritamızı rahatlıkla takip edebilmeniz için onun bir taşıt için önemini siz değerli okurlarımıza, dinleyici, izleyicilerimize aktarmamız gerek.
Süspansiyon nedir? Ne işe yarar?
Yazının Başlıkları
Konu ile ilgili detaylı bilgi almak için; Süspansiyon sistemi nedir? Ne işe yarar?
Süspansiyon sistemi, bir taşıt için “Alt düzen” dediğimiz, tekerlek bağlantıları, aks mili, diferansiyel sistemi gibi metal parça ihtiva eden parçaların yoldaki ani değişiklilere sebep olan ( çukur, engebeli arazi, tümsek, set, … ) engellerin karşısında darbelerden korunması, aracın tamami ile yol ile bağlantısının kesilmemesi, yaylanma esasları ile darbenin sönümlenip hem araç parçalarının ömrünün arttırılması hem de sürüş konforunun sağlanması için gereken bir sistemdir. Bu sistemde genel olarak bir yayın içerisindeki, daha önce içerisi hava, hidrolik sıvı ile doldurulmuş, darbeyi sönümleyecek amortisör ile çalışır.
Yukarıda standart bir ön teker süspansiyon sistemini ve parçalarını görebiliyoruz, bu sistemde odaklanmamız gereken asıl parça “Amortisör ve yayları” olacaktır. Aracın bu noktasında aşağı ve yukarı hareketi sağlayan asıl eleman standart bir hidrolik pistondan farklılaştırılmış olan Amortisör pistonudur. Bir diğer adı ile süspansiyon pistonu da denilebilir. Bu pistonun standartlaştırılmış olarak görevini daha yakından incelemek, nasıl bu pistonun görevini yerine getirecek olan modern elektromanyetik amortisör – süspansiyon sistemlerinin olabileceği fikrinin ortaya çıkmasını anlamamızı sağlayacaktır.
Standart Amortisör parçasının içerisinde neler var?
Standart bir amortisör, genel çalışma prensibi olarak iç içe geçmiş iki ayrı silindirin içerisinde yer alan yağın veya gazın baskı altında sıkıştırılmaya karşı direncini kullanarak çalışırlar. Durumu biraz daha açıklamak gerekirse görseller üzerinden ilerlemenin daha doğru olacağı kanaâtindeyiz.
Yukarıdaki resimde ortada parçaları gösteren amortisör pistonu, genel kullanımda tek tüplü veya ikiz tüplü olabilmektedir. İki tüpte de temel maksad içinde bir yağ akışkanı olan pistonun hareket ederken, içerisine daha önceden konulmuş, toz ve hava ile teması olmayan yüksek basınçlı gazı piston tabanında, üstünde veya iki piston arasındaki gaz yollarında sıkıştırması ile piston hareketine karşı bir direnç oluşturmaktır. Aşağıdaki video sayesinde bu pistonun nasıl çalıştığına tanıklık edebilirsiniz, sonuçta birkaç saniyelik animasyon binlerce kelimelik yazı, onlarca görsele eşdeğer bilgiyi içeriyor.
Ayrıca bu işlemde gaz olarak köpüklenmeyi engellediği ve amortisörün darbe absorde etme yeteneğini geliştirdiği için aksi bir uygulama olmadık sürece nitrojen gazına yer verilir.
İşte bu sistemde artık ileri geri hareketin bir hidrolik sıvı ve nitrojen gazı içeren piston sayesinde değil, mıknatıslanma enerjisi ile mıknatısın zıt kutuplarının birbirini itmesi prensibine dayanarak kontrol edilebilir, elektrik enerjisi ile beslenen manyetik bir süspansiyon sisteminin mimarisi üzerinde derin çalışmalar bulunmaktadır.
Elektromanyetik Süspansiyon Sistemleri
Diğer bazı bağlantı elemanlarını yok saydığımızda klasik amortisör sistemlerinden farklı olarak, elektromanyetik süspansiyon sisteminin temel taşı olabilecek Elektormanyetik Motor kavramı karşımıza çıkıyor. Bu sistemdeki elektormanyetik motor, klasikleşmiş motorların aksine dönü hareketi değil lineer bir hareket ile meşgul. Yani elektrik enerjisini radyal bir dönü kuvvetine değil, doğrusal bir itme kuvvetine çeviriyor. Gelin şimdi bu motorun temel çalışma prensibi üzerine kısa bir incelemede bulunalım.
Öncelikle her ne kadar garip de olsa dünya genelinde “ses sistemi” üretimi konusunda popüler, kaliteli olarak kabul edilebilecek Bose firmasının bu konuda, bahsedilen konuda, manyetik temelli süspansiyon sistemleri konusunda otomotiv dünyasına ilham kaynağı olduğu, bu pahalı ama inanılmaz kolaylıklar sağlayan teknolojiye önderlik ettiğini söylemeliyiz.
Aynı Kutuplar Birbirini İter
Çocukluk çağlarımızda çoğumuz, doğal mıknatıs görmüşüzdür. Bu doğal mıknatısların, tüm dünya genelinde mıknatıslar adına kabul edilmiş bir Kuzey ( N ) ve Güney ( S ) kutupları bulunur. Farklı mıknatısların aynı kutuplarının da birbirlerini ittiklerine onlar ile oynarken, birbirine yakınlaştırmaya çalışırken keşfetmişizdir elbet. Farklı kutupların ise birbirlerini hızlıca çektiklerini bu bilimsel gerçekliği tanırken öğrenmiş olduğumuzu varsayıyoruz.
Peki insanoğlu, doğal mıknatısların bu N ve S kutuplarını oluşturacak kadar fizikte ve bilimde ilerlememişmidir? Elbetteki bu durumda karşımızda manyetik alandan faydalanan elektrik enerjisi ile beslenerek, yapay olarak doğal bir mıknatısın davranışlarını gösteren yapay mıknatıslar yani elektromıknatıslar devreye giriyor.
Elektromıknatıs ve Mıknatıslar
İçinden akım geçen bir tel, yani elektrik enerjisini iletmekle meşgale edinmiş bir tel manyetik alan oluşturur. İşte içinden akım geçecek bu teli, bir nüve ( çekirdek ) ve genellikle demir – çelik saç paketlerinden yapılmış bir nüve etrafına sarıp, elektrik enerjisi ile yüklersek, bu durumda doğal bir mıknatısın N ve S kutupları etrafında oluşan manyetik akıma benzer bir akım nüve etrafında da oluşur.
Bu durumda tellerin içinden ne kadar akım geçerse o kadar güçlü bir mıknatıs ortaya çıkarmış olmaz mıyız?
Konu ile ilgili detaylı bilgi almak için; Elektromıknatıs nedir? Nasıl oluşturulurlar? Örnekleri nelerdir?
Bu İtme ve Çekme Kuvvetlerini Kontrol Edebilirsek
Doğal bir mıknatısın “manyetik alanını” ve manyetik alan gücünü kontrol etmemiz pek mümkün gözükmüyor fakat elektromıknatıslarda durum biraz daha farklı.
Elektromıknatıslarda, örnekte de görüldüğü gibi bakır telin güç kaynağı ile bağlantısını kesen bir devre yaptığımızda mıknatıs özelliği yok olur. Güç kaynağının elektrik akım şiddetini değiştirdiğimizde ise mıknatısın manyetik alan enerjisini güçlendirmiş oluruz. Peki biz, bir süspansiyon sistemi parçası olan amortisör yani sok emici pistonda da yolda oluşabilecek farklı büyüklükteki darbelere karşı bir tepki kuvveti göstermesini istemiyor muyuz?
İşte bu fikri ilk defa kabul eden ve bu konuda akademik çalışma yürüten kişiler Massachusetts’te bir üniversite olan Tufts Universitesi mensupları Ronald B. Goldner, Peter Zerigian’dir. US6952060B2 numaralı patent ile bu çalışmalarını taçlandırmışlardır. Aynı zamanda BOSE firması da bu teknolojiyi ticari bir kazanca çevirmek maksadıyla “Aktif Süspansiyon” adı altında bu teknolojiyi kullanmaktadır.
Elektromanyetik Süspansiyon Sistemi Nasıl Çalışır?
Ronald B. Goldner, Peter Zerigian’ın 2005 yılındaki patenti almalarına kadar bu teknoloji birkaç arge ünitesi bulunan firma tarafından test ediliyor, ticari, pazarlanabilir yönleri değerlendiriliyordu. Bose firmasının 2004 yılında bu teknolojinin en kullanılabilir, en kabul edilebilir halini Lexus LS400 model binek araç üzerinde test ettiğini yukarıdaki görsel üzerinden ve öncesinde aktardığımız süspansiyon test video içeriğinden de görebilirsiniz.
Bose’nin Aktif Süspansiyon sistemi üzerinden gidersek, bir eksen boyunca üzerinde sarımlar olan bir lineer motor, içerisinde harekete zorlanan bir mili, elektromanyetik dalgalar ( mıknatısların aynı kutuplarının birbirini itmesi, farklı kutuplarının çekmesi ) prensibi ile yoldaki değişikliklere göre iter veya çeker.
Bu itme ve çekme faaliyeti çok kısıtlı bir zaman içerisinde ve çeşitli parametreler de göz önüne alınarak yapılır. İşte bu parametrelerin ve sürüş dinamiği ile mevcut elektromanyetik motorların bağlandığı, güçlü, kısa süre içerisinde sonuçlar üretebilecek ve bu motorları uygun güç ile besleyecek bir Süspansiyon Kontrol Ünitesi yani ECU dediğimiz elektronik kontrol ünitesine ihtiyacımız vardır.
Süspansiyon Kontrol Ünitesi – Shock Absorber ECU
Yukarıdaki görsel üzerinde sol köşede bulunan süspansiyon test düzeneğinde bir radyal hareket yapan çark, üzerine konumlandırılmış bir mil vasıtası ile üzerinde mesnetlenmiş tablayı aşağı ve yukarı hareketlendirir. Bu sayede araç sanki bir tümseğe girmiş veya yoldaki bir engelden geçiyormuş simülasyonuna sokulur.
2 numaralı aşamada elektromanyetik süspansiyon üzerindeki yoldaki bu değişimi kısa süre içerisinde algılayacak bir pilot sistem, sensör sistemi ile süspansiyon kontrol ünitesi uyarılır. Süspansiyon kontrol ünitesi ise 4 numaralı aşamada, elektromanyetik süspansiyona, aracın mevcut ağırlığına, eğimine, hızına ve mağruz kalacağı yer değiştirme derecesine göre bir elektrik akımı yollayarak, yoldaki değişime en uygun tepkiyi gösterir. Bunu çok kısa süre içerisinde hesaplar ve tepki verir.
Neden uygulanabilir değil? Avantaj ve Dezavantajları
Hayatta her güzel şeyin kabul edilebilir veya kabullenilemez dezavantajları, kötü yönleri, iyileştirilmesi gereken yanları bulunabilir. Elektromanyetik süspansiyon sistemleri de halen bu potada denilebilir. Çünkü bu sistemin, dezavantajlarını sıralamak gerekirse;
- Aracın ağırlığını %10 oranında arttırması dezavantajı bulunmaktadır. Her bir süspansiyon ağırlığı ortalama 22 – 25 kg arasında değişmektedir. 4 süspansiyon ile araca 88 – 100 kilogram ek ağırlık yüklemek zorunda kalınması, elektromanyetik süspansiyon sistemlerinin en büyük dezavantajlarından biridir.
- Yüksek güç tüketimi gerektirmektedir. Elektromanyetik sistemler yüksek akım ile beslenen sistemler olması sebebi ile aracımızın herhangi bir noktasında yüksek akım üreticiler, ek güç kaynakları konumlandırılmak zorundadır. Bu hem ek ağırlık hem de yüksek bir maliyet olarak karşımıza çıkmaktadır.
- Arıza keşfi zor, arıza onarım maliyetleri standart amortisör sistemlerine oranla fazladır.
- Halen daha çok lüks bir teknolojidir.
Avantajlı yönlerinden bahsetmek gerekirse;
- Yüksek ve sürekli süspansiyon ile karşımıza adeta süspansiyon için yaratılmış bir teknoloji olarak çıkmaktadır. Çünkü 4 ayrı süspansiyon farklı tümsekler, engeller ile baş edebilecek şekilde ayrı ayrı hesaplara tabi tutulur, yolun eğimine, viraj dönüşlerine, tekerlek hızlarına kadar farklı bir şekilde süspansiyon beyni tarafından yapılan hesaplara göre sürekli olarak elektrik akımı ile beslenir. Gerektiğinde bu akım artar veya ters yönde indükleme gerçekleşir.
- Ayarlanabilir bir süspansiyon sistemini beraberinde getirir. Sürücünün sürüş isteğine, yol dinamiğine göre süspansiyonlar saniyeler içerisinde sert, orta, yumuşak derecelerinde ayarlanabilir. Sadece süspansiyon beyninin hesaplarına müdahale ile bu işlem tek tuşla gerçekleşebilir.
- Viraj tarafındaki tekerlek üzerindeki basınç daha iyi algılanıp, süspansiyonun o bölgede güçlü tutulması hem sürüş deneyimini daha iyi kılar hem de lastik aşınmalarının daha düzenli olmasını sağlar.
- Frenleme esnasında fren sistemi ile koordineli olarak çalışabilir. Frenlemede sarsılma, kayma, sürüş kontrolünü kaybetme ihtimalini en aza indirir.