FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Konu "Aktarma Organları Modellemesi" ile FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeModel Bazlı Optimal Doğrusal Araç Kontrolü(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-12-16) Ötkür, Murat ; Ereke, İsmail Murat ; 10131538 ; Makina Mühendisliği ; Mechanical EngineeringOtomotiv sektöründeki zorlu rekabet ortamı göz önüne alındığında, otomotiv üreticileri müşterilerine daha çekici ve fonksiyonel araçlar sunabilmak için birbirleri ile sürekli bir yarış halindelerdir. Maliyet, emisyon, yakıt ekonomisi, gürültü ve titreşim, dayanıklılık, performans ve araç sürüş özellikleri gibi kriterlerde yapılan iyileştirmeler sayesinde üreticiler rakip firmaların araçlarına göre daha avantajlı bir yere gelmeyi hedeflerler. Bu özelliklerin her biri müşterilerin kullandığı / kullacağı araç için olumlu bir algı oluşturulmasında önemli katkısı vardır. Bilişim ve elektronik sektöründeki araştırma ve gelişmeler faaliyetleri sonucunda elde edilen yeni teknolojiler ışığında otomobil mimarisindeki elektro-mekanik istemlerin kullanımı oldukça artmıştır. Buna ek olarak malzeme bilimi ve üretim teknolojisinde gelişmeler ışığında dizel yakıtlı içten yanmalı motorlarun tork ve güç eğrileri 20 yıl önce üretilen motorlardaki tork ve güç seviyelerine göre neredeyse 2 katına çıkmıştır. Ayrıca araçların ivmelenme manevralarındaki hızlanma tepki seviyeleri de özellikle hava yolu kontrolündeki yenilik ve gelişmeler doğrultusunda oldukça artmıştır ve araçları çok daha çevik ve sürücülerin gaz pedalı hareketine bağlı isteklerine çok daha fazla duyarlı hale getirmiştir. Motor tork ve güç kapasitelerindeki gelişmeler doğrultusunda araçların gaz pedalı tepkileri ciddi oranda değişmiş ve iyi bir araç sürüş özellikleri kalibrasyonuna ihtiyaç doğmuştur. Tüm gelişmelerin neticesinde araç sürüş özellikleri, müşteri memnuiyeti kriterleri arasında önemli bir paya sahip olmuştur. Bu tez çalışması araç sürüş üzellikleri simulasyon programları ve model bazlı kontrol algoritmaları kullanarak iyileştirmeyi amaçlamaktadır. Aracın güç ünitesi olan motorlardan tekerlekler vasıtasıyla yola olan tork ve kuvvet iletimi son derece karmaşık bir yapıya sahiptir ve araç sürüş özellikleri düşünüldüğünde dikkatli bir şekilde ele alınmalıdır. Aracın gaz pedalı hareketine olan tepkisi gecikme içermemeli, yeteri kadar hızlı ve seri olmalı aynı zamanda vurma, sarsıntı, salınım ve yığılma gibi hata modları içermemelidir. Bununla birlikte araç aktarma organları bileşenlerindeki doğrusal olmayan sistemler düşünüldüğünde, yukarıda bahsedilen araç sürüş özellikleri beklentilerini karşılamak son derece zorlu bir hal almaktadır. Eski araçlardaki gaz pedalı ve kelebeği arasındaki bağlantı teli vasıtasıyla sağlanan mekanik araç doğrusal ekseni kontrolünden farklı olarak, günümüzün modern araçları elektromekanik sistemler ile donatılmıştır. Motor kontrol üniteleri araç dorusal ekseni hareketini regülatif ve müşteri beklentileri ile uyumlu şekilde sağlamak için onlarca sensör sinyalini algıladıkdan sonra milisaniyeler içersinde işleyerek, motor ve araç aktüatörlerinin kontrolü için uygun sinyalleri üretirler. Araç sürüş özellikleri algoritmları düşünüldüğünde otomobil üreticileri gaz pedalı deplasmanına bağlı sürücü tork isteğini yumuşatan veya filtreleyen algorithmalar kullanırlar. Bu algoritmalar genellikle harita bazlıdırlar ve ana misyonları özellikle araç aktarma organlarındaki dişli mekanizmalarındaki boşluklardan geçerken geçerken tork artış ve azalma hızlarını limitleyerek araç sürüş özelliklerini iyileştirmektir. Sistem herhangi bir kapalı döngü içermediği için, bu algoritmalar subjectif kalibrasyon yöntemleri olarak tanımlanabilirler ve sistemin doğru çalışması, bu haritaları kalibre edem kalibrasyon mühendisinin hislerine ve yeteneğine bağlıdır. Ayrıca bu haritalardaki araç hızı, pedal pozisyonu ve vitese bağlı kombinasyonlar içerirler ve tüm olası koşulları içeren bir kalibrasyon yapılması oldukça zaman almaktadır. Mevcut kalibrasyon yapısının yukarıda bahsedilen kusurları göz önüne alındığında; araç sürüş özelliklerinin iyileştirilmesi için performans ve konfor gibi birbirleriye çelişen isteklerin optimizasyonunu barındıran gelişmiş tork kontrolü, otomobil üreticileri ve akademik dünyada son derece ilgi çeken bir konu haline gelmiştir. Araç doğrusal ekseni hareket kontrolü algoritmalarının başarılı bir şekilde kullanılabilmesi için motorun anlık olarak ürettiği torkun bilinmesi oldukça önemlidir. Günümüz araçlarının yanma kontrolü incelendiğinde, mevcut yapının harita bazlı olduğu görülür ve bu yapıda üretilen torkun doğrulaması yapılmamaktadır. Bu haritalar motor test dinamometrelerinde normal hava koşulları için (25 derece sıcaklık ve deniz seviyesi irtifa) doldurulurlar. Genellikle bu haritaların eksenleri motor hızı ve istenilen indike tork şeklinde olup, haritanın içeriğini ise istenilen yanma parametresinin belirtilen motor hızı ve indike torktaki değeri oluşturur. Bu yapı araçlarda kullanılırken bazı sıkıntılar yaratabilir. Motorlarda yanmayı oluşturan yakıt yolu parametreleri kontrolü çok daha hassas bir şekilde yapılırken (istenilen yakıt özellikleri: basınç, zamanlama ve miktar), gecici rejim manevraları düşünüldüğünde hava yolu parametreleri özellikle turbo şarj içeren dizel motor motorlarda istenilen değerden sapma gösterebilir. Bu durum “turbo gecikmesi” olarak adlandırılır ve üretilen torku ciddi şekilde etkiler. Aşırı sıcak yada soğuk ve yüksek irtifa koşulları düşünüldüğünde üretilen torktaki sapmalar çok daha fazla olur. Literature incelendiğinde araç eksenel doğrultusu için geliştirilen motor tork kontrol algoritmaları bakımından istenilen anlık torkun motor tarafından verildiği düşünülür. Fakat yukarıda belirtilen nedenlerden dolayı bu durum gerçekleşemez. Bu yüzden literaturde belirtilen araç doğrulsal ekseni için geliştirilen motor tork kontrolü algoritmalarında motor tork karakteristiği ya hiç düşünülmemiştir yada bazı temel gecikme ve filtrele fonksiyonları ile modellenmiştir. Tüm bu anlatılanlar düşünüldüğünde bu tez çalışmasının temelini oluşturan motor tork modeli içeren araç doğrusal ekseni kontrol algoritması literatürdeki diğer çalışmaşlarda ayrışır. Önerilen “Silindir için basınç öngörümlü motor tork kontrol modeli algoritması” araç sürüş özellikleri kontrol yapısı ile uyumlu bir şekilde çalışarak araç tepki karakterini iyileştirir. Bu çalışma kapsamında MATLAB/Similink modelle ortamında, 4 atalet kütlesi, 2 set yay ve sönüm elemanı ve lastik karakteristiği içeren, 4 serbbestlik dereceli bir aktarma organları modeli oluşturulmuştur. Sadece araç doğrusal ekseni araç dinamiğini içeren model validasyonu, gaz basma ve gazdan çekme gibi yük değişimi manevralarını içeren araç seviyesi tesler ile yürütülmüştür. Test ölçüm sonuçları ve model çıktıları karşılaştırıldığında geliştirilen aktarma organları modelinin araç doğrusal ekseni hızlanma profili için karşılaşılan hata modlarını da içerecek şekilde yansıttığı görülmüştür. Son olarak araç aktarma organları uygulaması düşünüldüğünde, araç sürüş özelliklerini iyileştirme için sürücü talebi doğrultusunda oluşan tork isteğini araç doğrulsal ekseni hareketinde oluşabilecek salınımları engelleyen model bazlı öngörümlü tork kontrol algoritması geliştirilmiştir. Bu algoritmada 4 serbestlik dereceli model, içerdiği doğrusal olmama durumu yüzünden kullanılamamıştır. Bu yüzden basitleştirilmiş 2 ve 3 serbestlik dereceli araç aktarma organları modelleri oluşturulmuştur. Yapılan çalışmalar doğrultusunda hem 2 hem de 3 serbestlik dereceli modellerin, model bazlı öngörümlü tork kontrol algoritmasını düzgün şekilde çalıştırabilmek için yeterli doğruluk ve çözünürlükde olduğu görülmüştür. Bu çalışmanın amacı kapalı devre bir araç sürüş özellikleri algoritması ortaya çıkarmak olduğu için ve geliştirilen algoritma teknik nedenler dolayısıyla araçta denenemediği için, 4 serbestlik dereceli motor aktarma organları modeli, 2 ve 3 serbestlik dereceli motor aktarma organları modelli içeren model bazlı öngörümlü tork kontrol algoritmalarını çalıştırmak üzere kullanılmıştır. Geliştirilen 2 ve 3 serbestlik dereceli modellerin araç sürüş özellikleri önemli derecede iyileştirdiği görülmüştür. Özellkile ivmelenme profilinin düzgünlüğü ve neden olusan sistem gecikmesi düşünüldüğünde 2 serbestlik dereceli aktarma organları modeli bazlı kontrol algoritmasnın daha iyi sonuç verdiği görülmüştür. Geliştirilen tork kontrol modelli aktarma organları bazlı araç salınımları ciddi oranda azaltsada, tamamen ortadan kaldırmadığı görülmüştür. Bu doğrultuda araç ivmelenme karakteristiğinden minimum seviyede ödün vererek, oluşan salınımları daha da azaltmak ve ivmelenme profilini daha düzgün hale getirmek için temel olarak motor ve araç hızı farkını elimine etme prensibine dayanan bir doğrulsal (P) kontrolcü, model bazlı öngürümlü tork kontrol algoritmasına eklenmiştir. Literatürde bu konuda yapılan çalışmalar incelendiğinde tüm araçtırmacıların model bazlı öngürümlü algoritmayı tek başına kullandıkları görükmektedir ve bu çalışmada önerilen doğrusal kontrolcü eklenmiş model bazlı öngörümlü tork kontrol algoritması bir yenilik olarak mevcut literatür içeriğine eklenmiştir.