Taşıtlar için aktif süspansiyon denetiminin geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada kara taşıtlarının seyir halinde karşılaştıkları en önemli problemlerden ikisi olan sürüş konforunun ve sürüş güvenliğinin sağlanması sorununu giderebilmek için çözümler araştırılmıştır. Mevcut olan yöntemler yeniden ele alınarak bunlar üzerinde yapılan düzenlemeler ve yeni eleman tasarımları ile belirtilen sorunların giderilmesinde olumlu gelişmeler sağlanmıştır. Çalışmada bir kara taşıtını analitik olarak temsil etmesi amacıyla çeyrek taşıt modeli kullanılmıştır. Çeyrek taşıt modelini içeren pasif süspansiyon sisteminde modeli oluşturan parametrelerin, sistem performansı üzerindeki etkileri istatistiksel ve nümerik analizler yardımıyla incelenmiştir. Her iki analiz sonucunda sistem performansı üzerinde en etkin olan parametrenin sönüm sabiti olduğu belirlenerek, çalışmada süspansiyon sisteminde yer alan sönümleyici elemanının geliştirilerek aktif bir yapı kazandırılması üzerine çalışılmıştır. Ele alınan çeyrek taşıt modelinin üzerinde skyhook denetim algoritması uygulanmıştır. Burada skyhook modeli geleneksel model üzerine ilave bir yapı olarak eklenmiştir. Taşıt modelinin üzerinde yapılan serbest titreşim analizleri ile süspansiyon sisteminin doğal frekans değerleri taşıt gövdesi için yaklaşık 1Hz, tekerlek grubu için yaklaşık 10 Hz bulunmuştur. Skyhook denetim algoritmasının kullanımıyla, özellikle taşıt gövdesi doğal frekans değerlerindeki titreşim geçirgenlik oranlarında geleneksel modele göre %25'lere varan azalma sağlandığı gözlenmiştir. Skyhook denetim algoritması mevcut sönümleyicilerin getirdiği kısıtlamalar yüzünden yarı aktif bir yapıya sahip olduğundan, denetimi aktif bir yapıya dönüştürebilmek için hareketinin her anında kuvvet üretebilen bir sönümleyiciye ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ihtiyacı gidermek amacıyla lineer bir elektrik motoru kullanılarak bir eyleyici tasarlanmıştır. Eyleyicinin yer aldığı süspansiyon sisteminin elektrikli bir araçta bulunduğu kabul edilerek böyle bir yapının sistemin ihtiyacını karşılamak için yeterli olduğu ve taşıt üzerindeki enerji kaynaklarının da bu eyleyiciyi besleyebileceği gösterilmiştir. Böylece skyhook denetimli tam aktif bir süspansiyon sistemi oluşturulmuştur. Yol üzerinde seyreden taşıtlar sürekli bir titreşime maruz kaldıklarından hâlihazırdaki bu istemsiz hareketten yararlanılarak enerji elde edilebilmektedir. Böylece kazanılan enerji ile süspansiyon sisteminde harcanan enerjinin bir kısmının geri kazanımı mümkün olmaktadır. Bu amaçla çalışmada; aktif süspansiyon sisteminde yer alan eyleyici ve ayrıca ilave olarak tasarlanan bazı elemanlar kullanılarak enerji geri kazanımının yolları araştırılmıştır.

In this work, solutions to ensuring driving comfort and driving security problems, which are two important problems of ground vehicles which they encounter on the road, are researched. The present methods are discussed and achieved some progresses on overcoming these problems by developing the methods and designing new elements. In this study, the quarter car model is used in order to represent a ground vehicle analytically. The system performance effects of the parameters of the passive suspension system model which constructs the quarter car model are explored by using the statistical and numerical analyses. The results of these two analyses showed that the damping coefficient is the most effective parameter on the system performance. In this study, it is aimed to develop a damping element in the suspension system in order to provide an active structure. The skyhook control algorithm is experienced on the quarter car model. The skyhook model is applied to conventional model additionally. By using the free vibration analyses, the natural frequency of the suspension system is found approximately 1 Hz for vehicle body and 10 Hz for the wheel group. The skyhook control algorithm is reduced the vibration transmissibility ratio nearly %25 compared to conventional model at the vehicle body natural frequency. Because of the skyhook control algorithm has a semi-active structure owing to present dampers capacities; a damper is needed in order to convert the structure to an active structure which can generate damping force in every time of its movement. For this purpose; an actuator is designed by using a linear electrical motor which meets the necessity. It is showed that such an actuator is adequate for supplying the required damping force. At the same time, it is showed that, the vehicle's energy resources are capable of supplying the actuator. Thus, a fully active suspension system with skyhook control to be formed. It is proved that energy can be recovered from the vibrations which are occurred because of the road irregularities. By using this regenerated energy, a small part of energy which consumed by the actuator can be recovered. On this purpose, an energy regeneration structure is designed, and furthermore a method is investigated for generating energy from actuator by treating as if it's a generator in its unemployed times.