Taşıtlarda kullanılan zincirli bir sürekli değişken güç aktarma sisteminin dinamik davranışı ile kontrolünün teorik ve deneysel incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışması taşıtlarda kullanılan zincirli bir sürekli değişken aktarma (kısaca SDA, İngilizce CVT) sisteminin rejim hali ve özellikle geçici hal dinamiğinin teorik ve deneysel incelenmesi ile ilgilidir. Çalışmada önce rejim haline ilişkin literatürde mevcut mukayeseli teorik ve deneysel sonuçlar, deneyler hassas şekilde tekrarlanarak teyit edilmiştir. Daha sonra tezin asıl amacını oluşturan geçici hal dinamiği ele alınmış, bu çerçevede SDA'nın vites geçiş dinamiğini temsil eden birinci mertebeden diferansiyel denklem beş sistem parametresinin farklı değerleri altında sıkıştırma kuvvetinde birim basamak değişimler uygulanarak nümerik çözülmüş ve bulunan sonuçlar deneylerle doğrulanmıştır. Güvenilirliği deneysel olarak ispatlanan bu teorik model Matlab/Simulink ortamında bir PI denetleyici eklenerek genişletilmiş ve hız oranı kontrolünde kullanılmıştır. Deney düzeneği Labview programı kullanılarak yeni modele göre uyarlanmış ve bu suretle elde edilen deneysel sonuçların bu modeli de teyit ettiği gözlenmiştir. Bu genişletilmiş modelde aşım olmaksızın referans çevrim oranı değerine oturma zamanının en küçük ve vites değişim hızının sabit olması koşulları altında PI denetleyicinin kazanç katsayıları farklı giriş açısal hızları için tayin edilmiştir. Bu çalışmalara ek olarak zincirli SDA sistemi ile donatılmış elektrikli bir aracın dinamik modeli kurulmuştur. Bu model yardımıyla aracın standart bir hız profilini elektrik motorunun minimum enerji tüketim bölgesinde kalarak takip etmesini sağlamak için SDA çevrim oranı kontrol edilmiştir. Bu çalışmadan elde edilen sonuçların, zincirli SDA sisteminin geçici hal dinamiği için önerilen bir teorik modelin deneysel doğrulanması ve kontrol uygulamasında kullanılması açısından literatüre önemli bir katkıda bulunduğu düşünülmektedir.

This thesis is concerned with the theoretical and experimental investigation of the steady-state and especially the transient dynamics of a chain continuously variable transmission system in vehicles. The comparative theoretical and experimental results that existed in the related literature were confirmed by repeating the experiments carefully. Then, the transient dynamics of the system that is the main concern of this dissertation are studied and a first order differential equation that represents the shifting dynamics of CVT are numerically solved by applying the unit step changes in the clamping force ratio under the five different values of system parameters and the obtained results are verified by experiments. The theoretical model the reliability of which is verified by experiments is extended by adding a PI controller in Matlab/Simulink environment and used for speed ratio control. With the aid of the Labview software, the experimental setup is modified according to the new model, and experimental results obtained in this way validate this model, as well. In this extended model, the PI controller's gain coefficients are determined for different input angular velocities under the conditions that the settling time to the reference value of speed ratio is smallest and the shifting speed is constant without overshooting. In addition, a dynamic model of an electric vehicle equipped with a chain CVT system is developed. With this model, the CVT speed ratio is controlled to ensure that one stays within the minimum energy consumption zone of the electric motor as the vehicle tracks a standard speed profile. It is considered that the results obtained from this work make a significant contribution to the relevant literature regarding the experimental validation of an already existing theoretical model and its implementation in the control application, which is proposed for the transient dynamics of a chain CVT system.