OTEKON 2014
7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi
26 – 27 Mayıs 2014, BURSA
OTOBÜS KOLTUĞU GELİŞTİRİLMESİ
Mükremin Eraslan*, Nihat Cibelek*, Erhan Polat*, Cengiz Konak*,
Kağan Aydoğdu*,Tufan Gürkan Yılmaz**
Seda Özmutlu***
Major SKT A.Ş Ar-Ge Merkezi., Bursa
**Uludağ Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü., Bursa
*** Uludağ Üniversitesi, Endüstri Mühendisliği Bölümü., Bursa
*
ÖZET
Bu çalışma, kısa mesafe olarak tanımlanan 80-100 km. aralığındaki şehirlerarası yolcu taşımacılığında kullanılan
otobüsler için sabit ve katlanabilen yolcu koltuğu tasarlayıp imal edilmesi ile ilgilidir. İlgili ürünler Major SKT için yeni
bir ürün grubu olup, çalışma sonunda elde edilmesi beklenen kazanımlar ile otobüs firmalarının taleplerinin
karşılanması hedeflenmektedir. Proje faaliyetleri doğrultusunda; otobüs içinde kullanılacak koltuk tipleri standart (sabit)
tip ikili yolcu koltuğu, öne doğru katlanan ikili yolcu koltuğu, minderi katlanabilen hostes koltuğu ve arka beşli yolcu
koltuğudur.
Çalışma kapsamında ürünlerin ön tasarım çalışmaları CATIA programında yapılmış olup, ardından fizibilite çalışması
ve finansal analiz yapılarak ürünün firma bünyesinde müşteri ve yasal gerekliliklere uygun olarak üretilebileceğine
karar verilmiştir. Komple koltuğun ve metal karkasın tasarımında CATIA; kılıf tasarımında ise Acumark tasarım
programları kullanılmıştır. Tasarım ve tasarım doğrulama çalışmalarının ardından prototip ürün imalatı yapılarak
prototip ürünlere ilgili testler uygulanacaktır. Prototip ürünlerin gerekli testlerden hedef değerleri almasının ardından
Ar-Ge aşamaları sonlandırılarak, seri imalat çalışmalarına başlanacaktır.
Anahtar kelimeler: Otomotiv koltuk üretimi, otobüs koltuğu, tasarım, prototip imalat
BUS SEAT DEVELOPMENT
ABSTRACT
This study is about developing non-adjustable and folding seats for short distance busses, which are aimed to travel
within the 80-100 km. range. These products represent a new product range for Major SKT, and at the end of the study
the demand of the bus manufacturers are expected to be covered. The products considered in the study are nonadjustable double passenger seat, folding forward double passenger seat, co-driver seat and rear bench.
Pre-design studies are performed with CATIA, followed by feasibility studies and financial analysis. The products are
found to be feasible for production. The design of the entire seat and the metal construction is performed with CATIA,
and the seat cover with Acumark. After design and design verification stages, prototypes are developed and held subject
to proper tests. The study is finalized, and the products are conveyed to serial manufacturing, after receiving ideal
results from the prototype tests.
Keywords: Automative seat production, bus seats, design, prototype production
1. GİRİŞ
Günümüz dünyasında otomotiv sektörü, gelişmiş ve
hatta gelişmekte olan ülkeler için anahtar sektör
rolündedir. Otomotiv sektöründe söz sahibi olan ülkelerin
pazar paylarını genişletebilmek için teknolojik gelişmeye
verdikleri önemi her geçen gün arttırmaları da bu durumu
kanıtlar niteliktedir. Güçlü bir otomotiv sektörü,
sanayileşmiş ülkelerin ortak özelliklerinden biri olarak
gözümüze çarpmaktadır. Ülkemizde de otomotiv sektörü
en güçlü sektörlerdendir. Bu sektörün üçünün devam
ettirilebilmesi için devamlı olarak yeni ve katma değeri
daha yüksek ürünleri üretmeye devam edebilmek
gereklidir. Bu durum yeni ürünler geliştirilmesi nedeniyle
Ar-Ge faaliyetlerinin yapılmasını gerektirmektedir. Bu
sebeple sektörde Ar-Ge faaliyetlerinin devamlılığını
sağlamak esastır.
Bir otomobilde 4000 civarı parça bulunmaktadır.
Araçlardaki önemli komponentlerden biri de koltuklardır.
Araç koltukları arasında otomobil koltukları sıklıkla
üretilmekle beraber, otobüs koltuklarının üretimi daha
azdır.
Otobüs üreticilerinin ise ürün çeşitlilik ve
geribildirim hızı beklentileri yüksektir.
Bu çalışma da yeni bir ürün olarak otobüs koltuğu
ürünün geliştirilmesi ile ilgilidir. Daha spesifik olarak ise
çalışma, kısa mesafe olarak tanımlanan 80-100 km.
aralığındaki, şehirlerarası yolcu taşımacılığında kullanılan
otobüsler için sabit ve katlanabilen yolcu koltuğu
tasarlayıp imal edilmesi ile ilgilidir. Major SKT’de genel
anlamda otomobiller ve hafif ticari araçlar için koltuk
imalatı yapılmaktadır; bu yeni tip koltuk ile Major
SKT’nin ürün yelpazesine farklı bir çalışma dahil
edilmesi amaçlanmaktadır. Proje sonunda elde edilmesi
beklenen kazanımlar ile otobüs firmalarının taleplerinin
de karşılanması hedeflenmektedir.
Proje faaliyetleri doğrultusunda; otobüs içinde
kullanılacak koltuk tipleri;
• Standart (sabit) tip ikili yolcu koltuğu
• Öne katlanan ikili yolcu koltuğu
• Minderi katlanabilen hostes koltuğu
• Arka beşli yolcu koltuğudur.
Çalışmada tasarıma büyük önem verilmiştir. Tasarım
bilindiği üzere otomotiv sektöründeki en önemli
unsurlardandır. Koltuk ise güvenlik anlamında en önemli
komponentlerden biridir. Bu nedenle tasarımda emniyet
unsurları özellikle göz önüne alınmaktadır. Örneğin
koltuklarda emniyet kemerinin tasarımı aracın takla
atması halinde yolcu üzerinde en büyük etkiyi
yapmaktadır [1]. Ayrıca koltuğun emniyet kemerinin yanı
sıra genel olarak tasarımı ve geometrisinin doğru olması
da son derece önemlidir. [1]. Bunun yanı sıra koltukların
konforu da önem arz etmektedir. Kullanıcının araç içinde
tamamıyla koltuk ile temas halinde olduğu düşünülürse
konforun önemi daha iyi anlaşılabilir. Konforsuzluk uzun
vadede, omurgada kıvrılmaya ve bel ağrısına yol açar [2].
Oturum konforu koltuk sisteminin statik ve dinamik
özellikleri tarafından belirlenir [2]. Koltuk konforu
üzerinde bir çok modeller mevcuttur. Örneğin Ebe [3]
öncelikli olarak koltuğun konfor seviyesinin yastık
sertliğine bağlı olduğunu tespit etmiştir. Akabinde Ebe ve
Griffin [4] koltuk konforunu tanımlayan, titreşim ve
köpük sertliğine bağlayan bir çoklu regresyon modeli
geliştirmişlerdir. Jang ve Griffin [5] koltuk konforunun
ayakların titreşiminden de etkilenebileceğini göstermiştir.
Tüm bu unsurların tasarımdan etkilendiği de
bilindiğinden, koltuk üretiminde tasarım son derece
önemlidir.
2. YÖNTEM
Çalışma iş akışı kapsamında ön tasarım çalışmaları
CATIA programında yapılmış olup, malzeme/ekipman
gereklilikleri ve üretim koşulları tüm bölümlerin
katılımıyla değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmenin
ardından fizibilite çalışması ve finansal analiz yapılarak
ürünün firma bünyesinde müşteri ve yasal gerekliliklere
uygun olarak üretilebileceğine karar verilmiştir.
Türkiye’deki potansiyel müşteriler; MAN, Mercedes,
Temsa, Otokar gibi otobüs üretici firmalardır.
Komple koltuğun ve metal karkasın tasarımında
CATIA; kılıf tasarımında ise Acumark tasarım
programları kullanılmaktadır. Tasarım ve tasarım
doğrulama çalışmalarının ardından prototip ürün imalatı
yapılarak prototip ürünlere ilgili testler uygulanacaktır.
Prototip ürünlerin gerekli testlerden hedef değerleri
almasının ardından proje sonlandırılarak seri imalat
çalışmalarına başlanacaktır.
3. TASARIM
Çalışmada üretilmesi söz konusu olunan koltuk
tipleri ile ilgili tasarım çalışmaları aşağıdaki gibidir:
-
Standart sabit tip ikili yolcu koltuğu:
Koltuğun sac karkası komple kaynaklı parçalardan
oluşmaktadır. Bu koltuğun ön tasarım görüntüleri Şekil
1’de görülmektedir. Koltuk, sırt ve oturma grubu toplam
yedi adet ana parçanın alüminyum profil üzerine
montajlanmasından ve alt tarafta yer alan ayak kısmından
oluşmaktadır. Sırt bölümünde, 0,6 mm.lik ince bir sac
kısım bel desteği olarak yine bu bölgede yer alan
inceltilmiş sırt süngeri R107 standartları doğrultusunda iki
koltuk arası mesafe dikkate alınarak tasarlanmıştır.
Tasarımın bu yönünde daha fazla koltuğun otobüs
içerisine sığdırılması amaçlanmaktadır. Atkı profili, sırt
bölgesinde yer alan borunun mukavemetinin arttırılması
ve ileride istenirse tutamak montajı için kullanılmak üzere
tasarıma eklenmiştir. Kılıf ve sünger tasarımında koltuğun
oturma bölümüne oturak destek plastiği tasarlanmıştır.
Tasarımdaki oturak plastiği, sac parçalara göre daha hafif
olduğu ve daha az sünger kullanımı sağladığı için tercih
edilmiştir. Bu tasarım proje için özel olarak firmamızca
geliştirilen bir tasarımdır. Parça üzerinde özel boşluklar
ve mukavemet federleri eklenerek ağırlığı ilk tasarıma
oranla %20 oranında azaltılmıştır. Sünger tasarımında bu
federlere uygun boşluklar yaratılarak minderin tam
oturması ve tutunması sağlanmıştır.
Şekil 1a. Standart (sabit) Tip ikili Yolcu Koltuğu
ISO görünümü
Şekil 2. y0 konfor kesiti
Bir koltuğun değişik
kuvvetler altındaki
reaksiyonunu ölçmek için en iyi metodlardan bir tanesi
simülasyondur [1]. Bu nedenle bu çalışmada da, koltukta
kullanılan emniyet kemeri bağlantıları için ANSYS
programında simülasyon analizi yaptırılarak öne doğru
11.000 Newton yük altındaki gerilmeler ve kritik noktalar
belirlenmiştir. (Şekil 3) Tasarımda asıl yükün yanak
saclarına ve arka alüminyum profile bindiği gözlenmiştir.
Bu sebeple güvenliği arttırmak ve gerilmeyi azaltmak
amacıyla yüksek mukavemetli yeni alüminyum profil
tasarlanması kararlaştırılmıştır. Ayrıca seyir esnasında
yoldaki titreşim ve sesin önlenmesi için konfor amaçlı
plastik bir parça kullanılmıştır.
Şekil 1b. Yan görüntü
Şekil 1c. Ön görüntü
Şekil 1d. Arka görüntü
Tasarım esnasında gövde-metal teması tasarımına özel
önem gösterilmiştir. Şekil 2’de gövde metal tasarımının
en kötü görüntüsünü veren y0 kesiti görülmektedir.
Şekil 3. Sabit ikili tip yolcu koltuğu simülasyon analizi
Bu koltukta ön tasarım fiiliyata geçirilmeden önce
yapılan testlerden bir tanesi de ECE R14 FEA testidir. Bu
test koltuk üzerinde gerçekleştirilmiş ve problem olmadığı
görüldükten sonra prototip üretimine geçiş yapılmıştır.
Sanal ortamdaki test görüntüleri Şekil 4’de görülmektedir.
Test öncesi
İki noktalı emniyet
kemeri yükü
Test sonrası
Şekil 4. ECE R14 FEA testi görüntüleri
Şekil 6. ECE R14 testi prototip uygulaması
Prototip üretimi gerçekleştikten sonra gerçek ürün
üzerinde de ECE R14 testi gerçekleştirilmiştir. Bu testte
koltuk ağırlığı 29 kg. olarak belirlenmiştir. Test kuvveti
ise 12422N dir. Bu test kuvvetinde en az 0,2 sn. boyunca
uygulama yapılmıştır. Kaynak, kemer, bağlantı
noktalarında kopma, çatlama, deformasyon gelişmemiştir.
Test başarılı olmuştur. Test sonuçları ile ilgili grafik Şekil
5’de görülmektedir. Test ile ilgili görseller Şekil 6’da
verilmektedir.
Şekil 5. ECE R14 testi prototip üzerindeki sonuçlar.
-
Öne katlanan ikili yolcu koltuğu:
Bu yolcu koltuğu prensipleri itibarı ile sabit ikili
koltuğa benzemekle beraber, katlanabilir olduğu için
ek özellikler mevcuttur. Koltuğun ön tasarım
görselleri Şekil 7’de verilmiştir.
Bu koltukta tabandan tüm koltuğun öne doğru 30
derece katlanmasını sağlayan bir mekanizma tasarımı
kullanılmıştır. Buradaki amaç, kısa mesafe
taşımacılığında sık kullanılmayan ama engelli
taşımacılığı için yapılmış orta çift kapılı otobüs
grubunda, kapı boşluğu için bırakılan boşluğun
kazanımı, çift kapı karşılığındaki giriş alanının aktif
kullanımı ve kullanılmadığı durumlarda da
işletmecinin
iki
kişilik
oturma
alanını
kaybetmemesidir. Burada kullanılan amortisörler
standart koltuk arkalığının geriye doğru yatmasını
sağlayanlardan daha yüksek strok değerlerine sahiptir.
Koltuk mekanizması öne katlandığında tekrar geri
gelmemesi için güvenlik kilit sistemi tasarlamıştır. Bu
sayede araç hareket halindeyken koltuğun konumunu
değiştirerek herhangi bir yolcuya çarpması
önlenmiştir. Bu mekanizma tasarımında gerek sabit tip
gerekse sırtı öne katlanabilen koltuk kullanılabilir.
Koltuğun katlanma mekanizmasının kinematik
görüntüsü Şekil 8’de görülmektedir.
-
Şekil 7a.Önen katlanan
İkili Yolcu Koltuğu
ISO Görünümü
Şekil 7c. Ön görüntü
Şekil 7b.Yan görünüm
Şekil 7d. Arka görüntü
Şekil 8. Katlanabilen ikili yolcu koltuğu kinematik
görünüm
Bu koltuk tipi için de ECE R14 FEA testi sanal
ortamda ve prototip üzerinde geliştirilmiştir. Sonuçlar
sabit ikili tip koltuktaki gibi olmuştur. Tasarım ve prototip
başarılı bulunmuştur.
Minderi katlanabilen hostes koltuğu
Projede tasarlanan ikili koltuğa göre oturak kısmı yer
tasarrufu amacıyla daha ince tasarlanmıştır. Bu tasarımda
yukarıya katlama yerine katlanırken aynı zamanda
arkalığın altına doğru girebilen minderli katlama sistemi
ve güvenlik gereği üç noktadan emniyet kemeri
kullanılmıştır. Arkalığın altına girmesiyle koltuk
kapandığında daha geniş bir geçiş alanı sağlamaktadır.
Koltuğun oturak kısmı sac profilden tasarlanmıştır.
Koltuğun sırt kısmında diğer koltuklardan farklı olarak
boru profil yerine kutu profil kullanılmıştır. Bu sayede
olası bir kazaya karşı koltuğun dayanım gücü arttırılarak
hostesin can güvenliği üst düzeyde tutulmuştur.
İstendiğinde
koltuk
üzerine
iki
adet
kolçak
montajlanabilecektir. Bu koltuk otobüse sırt kısmındaki
karkas sacından montajlanacaktır. Koltuğun ön tasarım
görüntüleri Şekil 9’da verilmektedir. Koltuğun katlanması
ile ilgili kinematik görünüm Şekil 10dadır.
Şekil9a.Minderi Katlanabilen hostes Koltuğu
ISO görünümü
Şekil 9b. Yan görünüm
Şekil 9c. Ön görüntü
Şekil 9d. Arka görüntü
Şekil 11b. Yan görünüm
Şekil 11c. Ön görünüm
Şekil 10. Hostes koltuğu kinematik görünüm
-
Arka beşli yolcu koltuğu:
Katlanma mekanizması firmaya özgü olarak
tasarlanmıştır. Bu mekanizma sayesinde koltuk; hem
bagaj açılarak katlama milinden hem de otobüs içinden
oturağın yan tarafında bulunan kol çekilerek öne doğru
katlanabilmektedir. Ortadaki koltuk koridor boşluğu
sebebiyle güvenlik riski oluşturmaması sebebiyle üç nokta
emniyet kemerli olarak tasarlanmıştır. Ayrıca bu koltuğun
katlanması daha fazla bagaj alanı ve olası bir tehlikede
aracın arka tarafından rahatça tahliye olanağını
sağlanması açısından önemlidir. Koltuğun ön tasarım
görüntüleri Şekil 11’de verilmektedir. Koltuğun
katlanması ile ilgili kinematik görünüm Şekil 12’dedir.
Şekil 11d. Arka görünüm
Şekil 12. Arka beşli yolcu koltuğu kinematik görünüm
4. TESTLER
Tamamlanan tüm prototip ürünler için aşağıda
belirtilen testlerin yapılması planlanmaktadır. Şu ana
kadar sadece ECE R14 FEA testi sanal ortamda ve
prototip üzerinde gerçekleştirilmiş olup, sonuçlar başarılı
olmuştur. Prototip üzerinde yapılacak testler şu şekildedir:
Şekil11a.Arka beşli Yolcu Koltuğu ISO görünümü
- ECE R80 Dinamik Emniyet Kemeri Yük Testi
(DYNAMIC anchorage testing): ECE R14 §6.5
uyarınca emniyet kemeri ve bağlantıları üzerinde herhangi
bir aşınma/deformasyon olmamalıdır.
- ECE R80 ; Statik Emniyet Kemeri Yük Testi
(STATIC anchorage testing): ECE R14 §6.3.5 ve §6.3.6
uyarınca kemer sistemi uygulanan yüke
(koltuk
ağırlığının en az 10 katı) en az 0.2 sn karşı koymalıdır.
Kemer ve bağlantı elemanları zarar görmemelidir.
Yolcuya(manken kullanılır) zarar vermemelidir
- ECE R80; Başlık Arkası Enerji Emilimi (Energy
absorption backside of backrest): ECE R17 uyarınca
sırt karkasında kırılma ve keskin köşe olmamalıdır. Kaza
anında yolcuya zarar vermemesi için tasarlanmış testtir.
- ECE R80; Boyutsal Ölçüm (H-point + Torso angle
measurements): Koltuğun araç konumuna göre ölçüleri
ve duruş açıları tasarlanan (müşteri tarafından temin
edilen, hem fikir olunan) dataya uygun olmalıdır.
- FMVSS 302/ECE R118; İç Giydirme Malzemelerinin
Yanma Testi (Flammability of Interior Materials):
Sünger, kumaş, halı gibi malzemelerin yanma odası
kullanılarak yapılan testinde belli bir zamanda belli bir
yanma miktarının altında olması beklenmektedir. Yaygın
olarak; Yanma Hızı <= 100mm/dk dır. İlgili testlerin
yapılmasında OTAM ve BİLTİR laboratuvarlarından
destek alınması planlanmaktadır.
ve finansal analiz yapılarak ürünün üretilebileceğine karar
verilmiştir. Komple koltuğun ve metal karkasın
tasarımında CATIA; kılıf tasarımında ise Acumark
tasarım programları kullanılmıştır.
Ön tasarım
çalışmalarının ardından ECE R14 FEA testleri sanal
ortamda uygulanmış olup, tasarımların doğruluğu teyid
edilmiştir. Daha sonra prototip ürün imalatı yapılarak
prototip ürünlere daha kapsamlı testler uygulanacaktır.
KAYNAKLAR
1.
2.
3.
5. SONUÇ
Bu çalışmada, kısa mesafe olarak tanımlanan 80-100
km. aralığındaki şehirlerarası yolcu taşımacılığında
kullanılan otobüsler için sabit ve katlanabilen koltuklar
tasarlanmıştır. Çalışma doğrultusunda; otobüs içinde
kullanılacak koltuk tipleri standart (sabit) tip ikili yolcu
koltuğu, sırt ve minderi katlanıp küçülen ikili yolcu
koltuğu, minderi katlanabilen hostes koltuğu ve arka beşli
yolcu koltuğudur.
Çalışma kapsamında ön tasarım çalışmaları CATIA
programında yapılmış olup, ardından fizibilite çalışması
4.
5.
Arndt, M.W, 1998, “Testing of Seats and Seat
Belts for Rollover Protection Systems in Motor
Vehicles”, Proceedings of the IBEC ’98 Safety,
Environmental and Automative Interior Systems,
Vol 6, pp. 335.
Dhingra, A., Tewari, V, Singh S., 2003.
“Discomfort, Pressure Distribution and Safety in
Operator’s
Seat—A
Critical
Review”,
Agricultural Engineering International: the CIGR
Journal of Scientific Research and Development,
Invited Overview Paper. Vol. 5.
Ebe, K. 1998, “Predicting overall seat discomfort
from static and dynamic Characteristics of
seats”. PhD thesis, Institute of Sound and Vibration
Research, Faculty of Engineering and Applied
Science, University of Southampton, UK.
Ebe, K. and Griffin, M.J. 2000, “Qualitative
methods of seat discomfort including static and
dynamic factors”, Ergonomics, Vol. 43, pp. 771790
Jang, H.K. and Griffin, M.J. 1999, “The effect of
phase of differential vertical vibration at the seat
and feet on discomfort”, Journal of Sound and
Vibration, Vol. 223, pp. 785-79
Download

OTOBÜS KOLTUĞU GELİŞTİRİLMESİ