Aktif ve Pasif Güvenlik Sistemleri

Gazi Üniverstesi Obitet dokümanıdır.

AKTİF GÜVENLİK

Aktif güvenlik, sürücünün kazadan kaçınması için, taşıtın kumanda ve frenleme yetenekleriyle, bilgilendirme sistemleri ve ergonomik olarak yerleştirilmiş kumandalarını kapsar. Kaza ihtimalinin azaltılması ya da araçların kaza oluşumuna daha az yol açacak biçimde yapılandırılması, araca daha çok aktif güvenlik elemanlarının ilavesiyle mümkündür. Aktif güvenlik elemanları, herhangi bir kaza ihtimali öncesinde, kazadan korunmak için devreye giren veya devrede olan güvenlik elemanlarıdır.

Sürüş güvenliği:

Sürüş güvenliği, tekerlek süspansiyonu, yaylanma, yönlendirme ve frenleme yetenekleri bakımından, uyumlu süspansiyon tasarımının sonucudur ve en avantajlı dinamik taşıt davranışını yansıtmaktadır.

Günümüzün modern taşıtlarının direksiyon sistemleri, beklenmeyen yönlendirme düzeltmeleri olmaksızın taşıtın kolay ve güvenli olarak yönlendirilmesini, direksiyon serbest bırakıldığında da tekerleklerin tekrar düz duruma gelmesini sağlayabilmektedir.

Yönlendirme kararlılığı konusunda yapılan bir başka çalışma ise, dört tekerlekten yönlendirmedir. Arka tekerleklerin, yüksek hızlardaki ani yön değişikliklerinde ve virajlardaki aşırı yönlendirilmesini önlemek üzere, 1 - 2 derece kadar yönlendirilmesi gerekmektedir. Bu küçük dengeleme, tutunma sınırına doğru önemli bir güvenlik rezervi sağlamaktadır.

Normal kullanımda taşıtı güvenli ve düzgün bir şekilde yavaşlatmak veya durdurmak üzere kullanılan servis frenleri, kaza riski olan durumlardaki acil frenleme (panik frenlemesi) durumlarında, taşıtı en kısa mesafede, doğrultu ve yönlendirme kararlılığı kaybolmadan durdurabilmelidir. Günümüzün modern taşıtlarında, kaygan satıhlardaki acil frenleme dahil, frenlemenin mümkün olan en kısa mesafede, doğrultu ve yönlendirme kararlılığı kaybolmadan başarılması için, tekerlek kilitlenmesini önleyici sistemler (örneğin, ABS) kullanılmaktadır. Bu sistemlere, sistemin daha da geliştirilmesiyle, çekiş kontrol yeteneği (anti-spin) de kazandırılabilmekte ve herhangi bir veya bir çift tekerleğin (ön veya arka) çekiş sırasında kayması halinde, kayan tekerlek veya tekerleklerin frenlenerek, kaymalarının en aza indirilmesi sağlanabilmektedir

Şartlara bağlı güvenlik:

Şartlara bağlı güvenlik, titreşim, gürültü ve iklim koşullarına bağlı olarak, araçtakilerin streslerini azaltmak yoluyla, trafikteki yanlış manevra ihtimalini azaltmada önemli bir faktördür.

Tekerlekler ve tahrik elemanları tarafından üretilen ve 1 den 25 Hz 'e kadar olan titreşimler (titretme, sallama, vb.), araçtakilere, gövde, koltuklar ve direksiyon yoluyla ulaşmaktadır. Bu titreşimler, yön, genlik ve sürelerine bağlı olarak az veya çok etkilidir.

Koltuklar, sürüş yorgunluğunu olabildiğince hissettirmeyecek biçimde tasarlanmalıdır.

Taşıtın içindeki veya çevresindeki rahatsızlık verici gürültüler, iç kaynaklardan (motor, transmisyon, tahrik şaftları, akslar) veya dış kaynaklardan (tekerlek/yol gürültüleri, rüzgar gürültüleri) kaynaklanabilir ve hava ya da taşıtın gövdesi yoluyla iletilirler. Taşıtlardaki gürültünün azaltılması çalışmaları, bir yandan daha sessiz çalışan elemanların geliştirilmesi ve gürültü kaynaklarının izolasyonunu (örneğin motorun ses yalıtıcı kılıf içine alınması), diğer yandan da gürültünün yalıtkan veya ses önleyici malzemelerle sönümlenmesi konularında olmaktadır.

Taşıtın içindeki hava koşulları ise, esas olarak, dış havanın sıcaklığı ve nemi ile yolcu mahallinden geçen havanın debisi ve basıncı tarafından etkilenmektedir. Günümüzün modern taşıtlarında, iklimlendirme (air conditioning) sistemleri kullanılarak, sürücü ve araçtaki yolcuların bu koşullardan olumsuz yönde etkilenmeleri önemli ölçüde giderilmiştir.

Duyulara bağlı güvenlik:

Sürücü, kendisine çevreden sürekli ve kararlı bir biçimde ve genellikle görsel yolla gelen bilgi akışı içerisinde ilerlemek durumundadır. Duyulara bağlı güvenliği iyileştirmek üzere, taşıt üzerinde yapılan çalışmalar özellikle şu unsurlar üzerinde yoğunlaşmıştır:

1. Aydınlatma ve ışıklı uyarı ekipmanları,
2. Ses uyarı elemanları,
3. Doğrudan veya dolaylı görüş.

Aydınlatma ve ışıklı uyarı ekipmanlarından olan farlar, sinyaller, fren lambaları, sis farları, park lambaları, cam ve far silecekleri, vb. ile ses uyarı elemanları, güvenlik standardlarına uygun olmalıdır. Cadillac'ın uyguladığı ultrasonik park yardımcısı, taşıt geriye giderken karşılaştığı, arka tampondan 150 cm uzaklığa kadar ve 25 cm den yüksek oan sabit objelere karşı sürücüyü uyarmakta ve muhtemel kazaların önlenmesine yardım etmektedir.

Görüşle ilgili daha fazla güvenlik için, gösterge panosundaki bilgilerin doğrudan görüş alanına getirilmesi amacıyla, HUD (Head-Up-Display) görüntü yansıtma sistemleri geliştirilmekte, böylelikle göz yükseltisinin, yol ile gösterge panosu arasında aşağı yukarı değiştirilmesi, gözün uzak ve yakın mesafelere odaklanması gerekmemektedir. Taşıtın arkasındaki trafiğin izlenmesi için kullanılan iç ve dış dikiz aynalarının yerine, bu izlemenin daha verimli yapılabilmesi için, kamera ve monitör kullanımı konusunda çalışmalar da yapılmaktadır. Cadillac'ın uyguladığı infrared teknolojisi, taşıtın farlarının aydınlatma alanının ilerisinde veya karşıdan gelen taşıtların farlarının aydınlatma alanının arkasında kalarak görünmeyen nesnelerin ısıl enerjilerini algılayarak video görüntüsüne dönüştürmekte ve erken görüş sayesinde muhtemel kazaların önlenmesine yardım etmektedir. Gösterge panosuna, önümüzdeki yıllarda, mesafe uyarı göstergesi, önemli trafik yönlendirme haber göstergesi, uydu iletişim sistemleri, vb. eklenmesi de gündemdedir.

Kullanım güvenliği:

Sürücünün daha az strese girmesi ve buna bağlı olarak yüksek dereceli sürüş güvenliğinin sağlanması, sürücü mahallinde yer alan kontrol elemanlarının en uygun biçim ve konumda tasarlanması ve bunun sonucu olarak taşıtın kolay kumanda edilmesiyle mümkündür.

Sürüş güvenliğinin sağlanması konusunda yapılan yeni bir çalışma, güvenli takip mesafesinin korunmasıyla ilgili, "oto radar sistemi" dir (8). Bununla, uzun yolculukların daha az yorucu olması, sürücüleri yoran ve kaza riskinin yüksek olduğu alacakaranlık ve yağışlı havalardaki araç kullanımı da kolaylaşmaktadır. Radar sistemi, aracın önünde 8° genişliğinde ve 150 m boyundaki koni biçimli bir alanın içerisinde bulunabilecek 30 kadar nesneyi algılayabilmekte ve önceliği en yakındaki nesneye vererek, hız ve mesafe bilgilerini kaydetmektedir. Daha hızlı taşıtlar sorun oluşturmadığından (sollayan araçlar da hızlıdır), sadece aynı hızdaki ve daha yavaş taşıtlar dikkate alınmaktadır.

Oto radar sistemini kullanan taşıt, sollama şeridine çıkıncaya kadar hızlanamamaktadır. Sistemde otoyol için belirlenmiş olan güvenli takip mesafesi, 100 km/h hızla seyreden taşıtlar için 50 m dir. Benzer bir sistem Mercedes tarafından da uygulanmaktadır. Mecedes'in yakınlık kontrol (Proximity Control) sisteminde, taşıtın ön ızgarasının içine yerleştirilen küçük bir radar sensörü, yaklaşık 120 m mesafe içerisinde ilerleyen taşıtları algılayarak, iki taşıt arasındaki mesafeyi ve taşıtların bağıl hızlarını saniyenin kesirlerinde hesaplamaktadır. Sistem 35 ... 150 km/h hızlar arasında çalışmaktadır. Radar ışınları çok kısa bir sürede gidip geldiğinden, sistem öndeki taşıtın hızındaki ani değişikliği algılayabilmekte ve frenleme ile buna uygun yavaşlama sağlamaktadır. Koşullar bilgisayarın başa çıkamayacağı kadar çok riskli hale geldiğinde ise, sürücüyü frenleme yapması için uyarmaktadır.

PASİF GÜVENLİK

Pasif güvenlik, bir kaza ile karşılaşılması durumunda, kazanın olumsuz sonuçlarını olabildiğince azaltmak amacıyla yapılan bütün yapısal ve tasarım özelliklerini kapsamaktadır.

Dış güvenlik:

"Dış güvenlik" terimi, taşıt tarafından çarpılan yayalar, bisiklet ve motosiklet sürücülerinin yaralanmalarını en aza indirmek için taşıta kazandırılması gereken tüm tasarım özelliklerini kapsar. Dış güvenliği belirleyen başlıca faktörler;

- Taşıt gövdesinin deformasyon davranışı ve
- Taşıtın dış biçimidir.

Buradaki temel amaç, taşıtın dış kısmının birinci dereceden çarpışmayı (taşıtın dışındaki kişileri ve taşıtın kendisini içeren çarpışma) en aza indirecek biçimde tasarlanmasıdır. Taşıt tarafından çarpılan yayalardaki en ciddi yaralanmalar, taşıtın ön tarafının çarptığı kişilerde görülmektedir. İki tekerlekli taşıtlar ve binek otomobillerini içeren kazaların sonuçları, binek otomobillerinin tasarımında dikkate değer doğal enerji bileşenleri kullanılması, yüksek koltuk pozisyonu ve temas noktalarının genişletilmesiyle çok az da olsa iyileştirilebilmektedir. Binek otomobillerine uygulanan bu tür tasarım özelliklerinden bazıları şunlardır:

- Hareket edebilir ön farlar,
- Gizlenmiş, durabilir cam silecekleri,
- Gizlenmiş yağmur olukları,
- Gizlenmiş kapı kolları,
- Katlanabilir yan dikiz aynaları,
- Esnek tamponlar.

Trafikte çok çeşitli boyut ve özellikteki taşıtlar bir arada seyretmek durumunda olduğundan, hafif ve ağır taşıtlar arasında kazaların olması da kaçınılmazdır. Bu taşıtlar arasındaki kütle, boyutlar ve yapısal katılık farklılıkları nedeniyle küçük taşıtların aleyhine olan dengesizliğin sonucu olarak, hafif taşıtların hasar riski daha yüksek olmaktadır.

Tasarımla ilişkili dış güvenliği geliştirmek amacıyla ticari taşıtlara, ön ve arkadakilere ilave olarak, yanal koruyucu saptırma elemanları yerleştirilerek küçük taşıtların, motosiklet, bisiklet sürücülerin ve yayaların bu taşıtların altına girmeleri önlenmeye çalışılmaktadır.

İç güvenlik:

"İç güvenlik" terimi, bir kaza durumunda, taşıtın içerisindeki kişilere etki eden ivme ve kuvvetleri en aza indirecek, onlara yeterince hayati hacim sağlayacak ve kazadan sonra onları taşıtın dışına çıkarmada kritik öneme sahip elemanların çalışmasını garanti edecek önlemleri kapsar. Taşıtın içerisindeki kişilerin güvenliğini etkileyen önemli faktörler şunlardır:

- Taşıt gövdesinin deformasyon davranışı,
- Yolcu kabininin dayanımı, çarpışma sırasında ve sonrasındaki hayati hacmin büyüklüğü,
- Engelleme sistemi,
-Çarpma alanları (taşıtın iç kısmı),
- Direksiyon sistemi,
- Taşıtın içindekilerin kurtarılması,
- Yangından korunma

Sürücü ve yolcu sınırlama sitemlerinin amacı, çarpışma anında sürücü ve yolcunun araç iç parçalarına çarpmasını engellemek ve herhangi bir dış ve iç yaralanmaya sebebiyet vermemek üzere hareketlerini sınırlamaktır. Bu amaçla, özellikle elastiki ve plastik uzama kapasiteli modern emniyet kemerleri ve bunlarla birlikte kinematik hava yastıkları kullanılmaktadır.

Emniyet kemerlerinin güvenlilik ve verimlilikleri gerçek kazalarda kanıtlanmış olmakla birlikte, geliştirilmeleri henüz tamamlanmamıştır. Çarpışma anında kemerlerin gerilmesi ile optimum koruma elde edilmektedir. Gevşek emniyet kemerlerinde, kemer gerilene kadar kullananların hareketleri engellenememektedir. Klasik emniyet kemerlerinin, yapılarından kaynaklanan ve etkinliklerini sınırlayan şu eksiklikleri bulunmaktadır:

Emniyet kemerine bir çekme bırakma hareketi uygulandığında, bu hareket, kayışın bobin üzerine yığılmasına neden olabilir. Ciddi darbe anında kayış kilitlense de, sürücü kayış sıkışana kadar öne doğru hareket eder. Dolayısıyla gereksiz yere sürücünün kafasının direksiyon ve gösterge paneline yaklaşmasına izin verir.

Belirli bir rahatlığı sağlamak amacıyla, vücut ve kayış arasında bir miktar boşluk bırakmak kaçınılmazdır. Bu boşluğun etkisi, 1 no'lu maddeyle aynıdır.

Klasik emniyet kemeri sistemleri kullanıcılar tarafından çalıştırılırken, Şekil 3 'te görülen ön gergili otomatik sistemler, yolcu müdahalesi olmaksızın birkaç milisaniyede fonksiyonel hale gelirler. Yeterli düzeyde bir ön darbe sırasında, genellikle orta konsol içine yerleştirilmiş olan elektronik beyin, ön koltukların emniyet kemerini sıkıştıran ön gerdirme mekanizmasını (Şekil 4) harekete geçirir ve üç noktadan sınırlayan sistem otomatik olarak geri çekilerek optimum koruma sağlanır.


Şekil 3: ön gergili emniyet kemeri


Şekil 4:kemer gerdirme sistemi

Şekil 4 deki sistemde darbe anında beyin sensöre sinyal gönderip fünyeyi tetikler ve silidire hızla basınçlı gaz boşalır buda pistonu ileri hareket ettirir. Böylece kemer gerilmiş olur.

Günümüzde kullanılmakta olan gerilmesi sınırlandırılmış emniyet kemerleri, çarpışma sırasında araç hızının aniden sıfıra düşmesi sonucunda, ön koltuklarda oturanların göğüs ve kalçalarının emniyet kemerlerinin sıkmasından çok fazla etkilenmemeleri için, oluşan kuvveti sınırlayan ve kısa bir zaman aralığına yayan sarma/kilitleme sistemiyle donatılmaktadır.

Hava yastıkları, emniyet kemerlerini tamamlayıcı olarak geliştirilen pasif güvenlik elemanlarıdır, Şekil 6. Sistem, aracın yavaşlama ivmesini hesaplayan kendi elektronik beyni tarafından yönetilir. Elektronik beyin, yeterli düzeyde bir ön darbe olduğunda, sürücü için direksiyon simidi içine, sürücünün yanında oturan yolcu için de torpido gözüne yerleştirilmiş olan ve her ikisinin kafalarını koruyacak biçimde şişen hava yastıklarını harekete geçirir. 60 litrelik bir hava yastığının dolma süresi yaklaşık 40 ms dir.


Şekil 6: Sürücü ve yolcu hava yastıkları.

Hava yastığındaki olumsuzlukları gidermek üzere sisteme eklenen koltuk ağırlık algılayıcı (sensör), çocukların ve minyon yapılı yetişkinlerin korunması için, belirli ağırlığın (örneğin 30 kg) altındaki yolcu ağırlıklarında hava yastığını işlemez duruma getirmektedir. Zayıf bayanların ve ağır gençlerin koltukta ne biçimde oturduklarının algılanması, halen zorlukları oluşturmaktadır. Ayrıca, hava yastığının etkin kontrolü için, kemerin bağlanıp bağlanmadığının ve çarpışmanın şiddetinin dikkate alınması da düşünülmektedir. Temel fikir, günümüzde kullanılmakta olan iki kademeli şişiricilerin basınç artışının daha olumlu kontrolüdür.

Yolcu sınırlama sitemlerinin önemli bir parçası da, çarpışma sırasında vücudun alt kısımlarının enerjisinin absorbe edilmesi için kullanılan diz yastığıdır. Ayrı diz yastığı, sistemin karmaşıklaşmasına ve fiyat artışına yol açtığından, daha ucuz ve basit bir çözüm, Şekil 7 'de görüldüğü gibi, aşağıya monte edilen yolcu hava yastığı (LMPAB) sistemine bir diz yastığı eklenerek elde edilmiştir


Şekil 7: diz yastığı eklenerek geliştirilmiş yolcu hava yastığı

Hava yastığı ve emniyet kemerinin tek başına ve birlikte kullanılmaları durumundaki yaralanma riskleri, hava yastığıyla % 18, emniyet kemeriyle % 42, ikisinin birlikte kullanılmaları durumunda ise, % 46 kadar azalmaktadır.

Yeni model taşıtlarda, yanal çarpmalara karşı koruma sağlayan yanal hava yastıkları veya Şekil 8 'de görüldüğü gibi, şişirilebilen koruyucu yan hava perdeleri de kullanılmaya başlamıştır. Yanal hava yastıkları, sürücü ve yolcunun kolunun yastıkla kapı arasında sıkışma riskini de önleyecek biçimde düzenlenmektedir.



Volvo, arkadan çarpmalarda görev yapan bir koruma sistemini (WHIPS - whiplash protection system) Mayıs 1999'dan itibaren uygulamaya almıştır. Arkadan çarpmalarda sistemin koltuğu gövdenin geriye doğru hareketini izlemektedir. Böylelikle, gövdenin üst kısmı ile kafa birlikte ve paralel olarak hafifçe ve dengeli bir biçimde geriye doğru gideceğinden, gövdedeki gerilmeler azaltılmaktadır. Koltuğun arkası daha sonra geriye/aşağıya doğru alçaltılarak, geriye fırlamaya ve tehlikeli kırbaçlama hareketinin riskine karşı gelmektedir.

Taşıt gövdesinin deformasyon davranışı:

Amerika'da 1966 yılında yürürlüğe giren Motorlu Taşıtlar Güvenlik Kanunu'ndan sonra, bir dizi yasal kısıtlamalar getirilmiştir. Bunlardan en iyi bilineni, bir otomobilin sabit bir bariyere 48.3 km/h (30 mil/h) hızla önden çarpması durumunda, yolcuların hayati tehlike oluşturacak boyutta yaralanmamaları şartıdır. Model onayının alınması yapılan çarpma testleri ve diğer testlerde karşılanması zorunlu olan şartlar aşağıda açıklanmıştır:

Baş yaralanma kriteri (HIC - Head Injury Criterion); Baş yaralanma kriterinin belirlenmesinde baş ivme değerleri kullanılmaktadır ve müsaade edilebilir maksimum ivme değeri HIC < 1000 m/s2 değeriyle sınırlandırılmıştır.

Göğüs yaralanma kriteri; göğüs kafesinin müsaade edilebilir maksimum ivmesi, 60 g/3ms olarak sınırlandırılmıştır.

Bacak yaralanma kriteri; kalçaya etki eden kuvveti 10 kN olarak sınırlandırılmıştır.

Diğer genel şartlar şunlardır:

- Yakıt deposunda sınırlı sızıntı olabilir,
- Çarpma sırasında kapılar açılmamalıdır,
- Çarpmadan sonra kapılar yeterince açılabilmelidir,
- Ön camın koruduğu bölgeye taşıt parçaları girmemelidir,
- Direksiyon simidinin yatay kayma miktarı, < 10 cm olmalıdır,
- Yolcu mahallindeki kapaklar açılmamalıdır,
- Hayati hacim boyutları küçülmemelidir.

Bu şartların tamamlayıcısı olarak, darbe durumunda enerji absorbe edebilme özelliği bulunan ön yapı, belirli ve olabildiğince düzgün bir yavaşlama ivmesine sebep olmalıdır. Yolcu bölümü ise, mümkün olabildiğince sağlam ve şekil değişimine karşı dirençli olmalıdır. Eskinin ağır gövdeleri yerine, günümüzde uzay kafes (SF-space frame) sistemine göre üretilmekte olan yüksek dayanımlı profillerden yapılan hafif gövdeler ve çarpışma anındaki darbe kuvvetinin yolcu kafesine ulaşmadan sönümlenmesi için eklenen ön deformasyon kuşakları, Şekil 10'da da açıklandığı gibi, çarpışma anındaki kuvvetleri önemli ölçüde absorbe ederek hayat kurtarıcı bir fonksiyon üstlenmektedir.


Çok sayıda eşitliğin çözülmesini gerektirdiğinden, taşıt gövdesinin deformasyon ve enerji absorbe etme davranışı bilgisayar sümülasyonları ile analiz edilmektedir. Bunun için, şasi ve tüm gerekli elemanları dahil, taşıt gövdesinin binlerce elemana bölündüğü sonlu elemanlar yöntemi kullanılır. Öncelikle önemli elemanlar incelenir.

Direksiyon sütununun üst ucunun arkaya doğru maksimum yer değiştirme miktarı yasal olarak sınırlandırılmıştır. Uzunlamasına ve yanal çarpmalarda deforme olabilmesi için, direksiyon millerinin alt kısımları katlanabilir üniversal mafsallı, muhafazaları yarıklı veya körüklü vb. yapılmaktadır.

Karşıdan çarpmalarda sürücünün ayağındaki baskıyı ve muhtemel bacak hasarlarını azaltmak üzere pedal serbest bırakma sistemleri (PRS) kullanılmaktadır. Yolcu tutucu sistemler de ergonomik olarak tasarlanmalıdır.

Kaza sonrasında taşıtın yanma riskini azaltmak için yakıt deposunu korumak üzere ön deformasyon sacı kullanılmakta, yakıt boruları deformasyon bölgesi dışına alınmakta, ayrıca, yolcu bölümündeki yangın tehlikesini azaltmak üzere, yanmaya karşı dirençli malzemeler kullanılmalıdır.

Çarpışmalarda güvenlik artırıcı sistemlere çok ihtiyaç vardır. Ancak, taşıtların yapısal tasarımları sadece güvenlik temeline dayandırılmamaktadır ve ayrıca, birçok tasarım amacı birbirleriyle çatışabilmektedir. Örneğin özellikle aracın ön darbelere karşı mukavemetli olması için, ön kısmı ile yolcu bölümü arasında deforme olabilen fakat sağlam bir bağlantı olması istenmektedir. Bu bağlantının ses geçirgenliği ise istenmeyen bir durumdur. Çünkü, motor sesi bu ses köprüsü vasıtası ile yolcu bölümüne iletilmekte ve şartlara bağlı güvenliği olumsuz yönde etkilemektedir. Günümüzde, amaçlanan bu tasarım karmaşalarının çözümü, bilgisayar simülasyonları yardımıyla olmaktadır.