TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Transkript

1 ISSN: Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2005 (3) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR Teknik Not Seyir Kontrol Sistemlerinin (CC ACC) Frenleme Performansına Olan Etkilerinin İncelenmesi Ali ÇAVDAR, Abdullah DEMİR Kocaeli Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü, Kocaeli ÖZET Seyir kontrol sistemi [Cruise Control System] [CC], gaz kelebeğini açma / kapamayla taşıtın hızının kontrolünü sağlar. Bunu, bir akcuatıra bağlı olan kablo vasıtasıyla normalde sürücünün gaz pedalı hareketiyle sağladığı- yapar. Gaz kelebeği motora alınacak havanın miktarını sınırlamayla motorun gücünü ve hızını kontrol eder. Bir çok otomobilde gaz kelebeğinin kontrolü için motor vakumuyla çalışan akcuatırlar kullanılır. Bu sistemler bir diyaframdaki vakumu ayarlamak için elektronik kontrollü bir valf kullanır[1]. Adaptif seyir kontrolünde [Adaptive Cruise Control] [ACC]; sistem otomatik olarak, taşıtın ön tamponunda bulunan bir radar vasıtasıyla elde edilen bilgilere dayalı olarak taşıtı hızlandırmak ve yavaşlatmak için frenleri ve gaz kelebeğini kullanır. Bu çalışmada, seyir kontrol sistemleri incelenerek frenleme üzerindeki etkileri irdelenmiştir. Anahtar kelimeler : Seyir kontrol, Frenleme performansı 1. GİRİŞ CC sistemi, özellikle şehirlerarası trafikte, aracın sabit bir hızda seyrini mümkün kılan bir yardımcı sistemdir. Trafiğin yoğun olmadığı otoyol vb. yollarda sürücü, izin verilen azami hızı geçmemek için bir miktar dikkatini hız göstergesine vermekte, sürekli olarak araç hızını sabit tutmaya çalışmaktadır. Özellikle yol eğiminin değişmesiyle hızı düzeltmek için gaz pedalına müdahale ihtiyacı duymaktadır. Seyir kontrol sistemi sürücüyü bu zahmetten kurtarmak amacıyla tasarlanmıştır. Bu sistem sayesinde sürücü, hem hız göstergesini sürekli kontrol etmekten kurtularak yola daha fazla konsantre olabilmekte, hem de ayağını gaz pedalından tamamen çekerek daha rahat bir sürüş imkanına kavuşmaktadır. 2. SEYİR KONTROL SİSTEMLERİ 2.1 Sabit Seyir Kontrol Sistemi [Cruise Control Sytem] [CC] CC, taşıtın ayarlanan bir hızda hareket etmesine olanak sağlayan bir sistemdir. CC sistemleri gaz kelebeği kontrolüyle taşıtın hızının kontrolünü sağlar. Bunu, bir akcuatıra 1 bağlı olan kablo vasıtasıyla yapar. Gaz kelebeği motora alınacak havanın miktarını sınırlamayla motorun gücünü ve hızını kontrol eder. Bir çok otomobilde gaz kelebeğinin kontrolü için motor vakumuyla çalışan akcuatırlar kullanılır. 1 Akcuatır: Orjinal ifadesi actuator dır. Nihai kontrol elemanlarıdır. [1]Bir parametre sinyaline [ya elektrik yada hidrolik] karşılık mekanik bir hareket icra eden bir mekanizmadır. [2]Veri yolu ile gerçek işlem [mekanik hareket] arasındaki bağlantıyı oluşturur.bu kelimenin kuşatıcı manasını karşılayan türkçe bir kelime olmadığından orjinal yazılışını türçeleştirdik.

2 Teknolojik Araştırmalar : MTED 2005 (3) Seyir Kontrol Sistemlerinin (CC ACC) Frenleme Performansına Olan Bu sistemler bir diyaframdaki vakumu ayarlamak için elektronik kontrollü bir valf kullanır. Şekil 1[a] da Gaz pedalına vakum akcuatırına bağlı kablo ve 1[b] de ise gaz kelebeğini kontrol eden elektronik kontrollü akcuatır gösterilmiştir. Sabit seyir kontrol sistemi için donanım blok diyagramı Şekil 2 [A] ve akış diyagramı 1 [B] deki gibi oluşturulabilir. Şekil 1[A] Gaz Pedalına ve Vakum Actuatorı Kablo Bağlantıları [2] Şekil 1[B] Gaz Kelebeği Kontrol Eden Elektronik Kontrollü Vakum.Actuatorı. B Gaz Kelebeği Pozisyon Throttle Valf 1-Direksiyon Kontrolü 2-Taşıt Hız Sinyali 3-Kavrama Pedalı Şalteri 4-Fren Pedal Şalteri 5-Vakum Valf Sinyal Kontrolü 6-Vakum Actuatorı Şekil 2[A] Sabit Hız Kontrol Sistemi için Donanım Blok Diyagramı [3]. Şekil 2[B] CC Sisteminin Hız Kontrolü Akış Şeması [2]. 34

3 Çavdar, A., Demir, A. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (3) İstenen hız, direksiyon altındaki butonlarla ayarlanabilmektedir. Şekil 3 de gösterildiği gibi sistem ON, OFF, RESUME, SET ACCEL ve COAST butonlarından oluşmaktadır. Ayrıca sistemin altıncı kontrolörü frenlerdir. Fren pedalına yada debriyaj pedalına basmayla CC yi devreden çıkaran bir butona / şaltere sahiptir Adaptif Seyir Kontrol Sistemi [ACC] ACC sistemleri, yukarıda açıklanan CC sistemine ek olarak, önünde seyreden diğer araçları algılayan ve aracın hızını buna göre ayarlayan bir sistemdir. ACC nin hedefi, öndeki araçla arada emniyetli bir mesafenin bırakılmasıdır. Bu amaçla öndeki aracın göreceli hızı ve aradaki mesafe sürekli ölçülür. Şekil 3. Seyir Kontrol Butonları / Düğmeleri [2]. Gerekli emniyet mesafesi araç hızı ile doğru orantılıdır; araç hızlı giderken mesafe fazla, yavaş giderken ise az olmalıdır. Şeridin boş olduğu veya önde giden aracın daha hızlı seyrettiği durumlarda sistem CC ile aynı şekilde çalışarak aracın hedef hızda sabit hareketini sağlar; ancak önde daha yavaş giden bir araç algılandığında araç hızı da otomatik olarak düşürülür. Bu sistem, uzun yol sürücülerinin işini çok kolaylaştırması ve yorgunluğunu azaltmasının ötesinde, sollayan bir aracın aniden taşıtın önüne geçmesi, kedi-köpek gibi hayvanların yola fırlamaları, sisli-puslu havalarda öndeki aracın emniyetli takibi gibi ani tepki verilmesi gereken durumlarda da aktif güvenliği artırıcı bir donanım olarak görülmektedir. Yolcu otomobilleri haricinde özellikle kamyon, otobüs gibi uzun yol araçlarında da yaygın olarak kullanılması hedeflenmektedir yılından itibaren yüksek markalı araçlarda opsiyonel olarak uygulanmaya konmuştur. ACC sistemi ile şehir dışı trafikte gaz ve fren pedallarını kullanmadan araç sürmek mümkün olmaktadır. Araç, şerit boş olduğu sürece ayarladığınız azami hızda seyretmekte, önde araç olduğunda ise onunla aynı hızda ve emniyetli bir mesafede devam etmektedir. Şerit değiştirip solladığınızda ise, otomatik olarak hızlanmaktadır. Sistem araç hızını kontrol ederken, elektronik gaz kelebeği kumandası ve vites değiştirme gibi tekniklerin dışında, belli bir şiddette frenleme de uygulayabilmektedir. Bu özellik ACC sistemini standart CC sistemlerinden ayıkmaktadır. 35

4 Teknolojik Araştırmalar : MTED 2005 (3) Seyir Kontrol Sistemlerinin (CC ACC) Frenleme Performansına Olan Şekil 4 ACC Sisteminin Temel Çalışma Şeması [4]. ACC sistemi, lazer radar, sapma [rotadan çıkma], yanal ivmelenme, tekerlek hızı ve yönlendirme açıları için kullanılan sensörlerden algılanan bilgileri kullanır. Şekil 4 de ACC sisteminin temel çalışma şeması gösterilmiştir. Radar sensörü tampona yerleştirilmiştir ve öndeki şeritte bulunan taşıtı tanımlamada kullanılır. Motor gücü, emniyetli bir mesafeyi korumak için sistem tarafından kontrol edilir. Eğer iki taşıt birbirine çok yaklaşacak olursa sürücü ya ikaz ışıkları ya da sesli olarak uyarılır. 1- Lazer Radar 2- Kumanda / İşletme Butonları 3- Kontrolör 4- Motor ve Vites Kutusu Şekil 5 Lazer Radar Sensörünün Öndeki Taşıtı Algılaması [5]. ACC sistemlerinde önceleri özellikle Japon firmaları tarafından lazer algılayıcılar kullanılmışsa da, bunlarda görülen sorunlar nedeniyle sonradan radar sensörlerine geçilmiştir [Şekil 5]. Standart radar algılayıcıları, GHz frekansta 3 mw çıkış gücüne ve 150 metrelik menzile sahiptir. 30 ila 180 km/h arası hızlarda çalışabilen bu tür radarlar, aynı anda 30 nesneyi algılayabilmektedir. Sinyal işlemci, radardan gelen yansımaları değerlendirerek tüm nesnelerin hız ve mesafelerini sürekli izler. Öncelik en yakındaki nesneye verilir. Eğer nesne yaklaşmaktaysa araç hızı, bu nesnenin hızına düşünceye kadar azaltılır. Daha sonra ise aradaki mesafe sabit kalacak şekilde hız ayarlanır. Son zamanlarda giderek yaygınlaşan diğer bir metot ise Frekans Modülasyonlu Sürekli Dalga [FMCW] yöntemidir. Burada taşıyıcı dalga sürekli olup, frekansı testere dişi sinyali ile modüle edilir. Giden ve 36

5 Çavdar, A., Demir, A. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (3) yansıyan sinyaller arasındaki frekans farkı zamana, dolayısıyla mesafeye bağlı olacaktır. Böylece her iki sinyalin belli ölçüde karıştırılması ile elde edilecek fark sinyalinin frekansı araçlar arasındaki mesafeye, frekans değişimi ise bağıl hıza karşılık gelmektedir. Sensör üretiminde MMIC 2 teknolojisinden faydalanılması üretim kalitesini artırırken, boyut ve maliyetlerde azalma sunmaktadır. Radarın, sadece kendi şeridinde giden araçları izlemesi gereklidir. Bu gereksinimi, dar ışın açılı [8º] sensörler ile düz yolda sağlamak kolaydır. Ancak sistemin virajlarda da etkin çalışabilmesi için nesnelere kilitlenerek onların hareketlerini izlemesi gereklidir. Bunun için ise nesnenin açı bilgisine ihtiyaç duyulur. Açının ölçümü için iki yöntem yaygındır. 1. Taramalı radarda anten yöntemi: Bu yöntemde; anten, titreşimli bir motora bağlıdır ve saniyede on kez belli bir açıyı tarar. Algılanan nesne, o anki anten açısıyla eşleştirilir[6]. 2. Stereoskopik yöntem: Bu yöntemde ise iki anten kullanılır. Tam karşıdaki nesnelerin yansıması her iki antene aynı gecikmeyle gelirken, açılı nesnelerde antenlere ulaşacak ekoların gecikmesi farklı olacaktır. Sayısal sinyal işleme [DSP] birimi, direksiyon konum algılayıcısından gelen direksiyon açısı bilgisi ile, algılanan nesnenin uzaklık ve açı bilgilerini karşılaştırarak nesnenin bulunduğu şeride karar verir[7]. Günümüz teknolojisi, ancak otoyollar ve keskin olmayan virajlar için doğru şerit seçimine imkan vermektedir.araç çevresini gözleyen sensörlerdeki gelişmeler sonucunda, kendi çevresini tanıyabilen ve buna göre tepki veren araçların tasarlanması fikri ağırlık kazanmıştır. Akıllı Dur-Kalk Hız Sabitleyici, işlevini çok düşük hızlarda da sürdürebilmektedir. Yakın mesafenin algılanması için geniş açılı [100º] 24 GHz kısa menzil [20 m] radar veya kızılötesi [IR] dedektör kullanılmaktadır[8]. Yeni geliştirilen araçta; çevresini algılama sisteminde, orta mesafenin algılanması için video kamera [CCD] ve görüntü işlem birimi kullanılmıştır. Video kamera kullanımı nesnelerin tanımlanmasını ve radar sensörlerinden gelen bilgiyle de karşılaştırarak doğru karar vermeyi kolaylaştırmaktadır. Bu sistemle aracın şehir içi dur-kalk trafiğinde kendi kendine hareket etmesi mümkün hale gelmektedir. Ancak otomatik vitesle birlikte kullanılabilen bu sistemle öndeki aracın hareketi, arada belli bir mesafe bırakarak korunabilmektedir. Böylece sürücüye, pedallardan kurtularak, can sıkıcı şehir trafiğinde etrafını seyredebilme imkanı sağlamaktadır[9] ACC Sisteminin Motora Müdahalesi Hız kontrolü, bir elektronik motor güç yönetim sistemi gerektirir. Böyle bir sistem; taşıtın arzulanan hıza ivmelenmesine olanak verir yada eğer bir engel algılanırsa, otomatik olarak gaz kelebeğini kapamayla taşıtın hızını keser [10] ACC Sisteminin Aktif Fren Müdahalesi Yapılan denemeler / deneyler; gaz kelebeği müdahalesinin, tek başına taşıtın yavaşlamasını yeterince sağlayamadığını göstermiştir. ACC sistemi sadece yumuşak fren müdahalesine izin verir. Bundan dolayı, önünde yavaş hareket etmekte olan bir taşıtın ani olarak şerit değiştirmesi gibi engellerin anlık vuku bulmasından dolayı acil frenleme mümkün olamamaktadır. Şekil 4 de ACC nin müdahale aşamaları gösterilmiştir. 2 MMIC [Monolithic Microwave Integrated Circuit], GHz seviyesindeki sinyallerde kullanılan tümleşik bir yapıdır. 37

6 Teknolojik Araştırmalar : MTED 2005 (3) Seyir Kontrol Sistemlerinin (CC ACC) Frenleme Performansına Olan Sistem; frenlerin bloke olmasını önleyici sistem [anti-lock brake system] [ABS], çekiş kontrol sistemi [Traction control system] [TCS] ve taşıt stabilitesini iyileştirme sistemiyle [vehicle stability enhancement] [VSE] koordineli olarak ideal bir kontrollü frenleme sistemini oluşturur. Sürücünün fren pedalı üzerinde etkisi olmaksızın otomatik frenleme temin eder. ABS kontrolörü, modülatördeki motorun merkez silindirinden fren hidroliğini selenoid valfler vasıtasıyla tekerlek frenleme hatlarına pompalaması sinyalini gönderir. Neticede düzgün ve sessiz bir şekilde taşıtın hızı kesilir. ACC li otomatik frenleme; tekerlek fren merkezleri ve izolasyon valfleri arasındaki hidrolik akışkanı ayarlamakta, değişken izolasyonlu valflerden [variable insulation valve] [VIV] faydalanır[11]. VIV teknolojisi, aşırı derecede düşük basınç atımlı selenoid valfin delikleri arasından frenleme akışkanını kısma karakteristiğine temin eder. VIV, akışkan akışına orantılı olarak uygulanan voltajla cazip bir alternatif sağlar. Ayrıca VIV teknolojisi bugünkü endüstriyel pazarlarda mevcut olan geleneksel ON / OFF tarzı selenoid valflerin sınırlamalarının üstesinden gelir. ACC li sistem, taşıtın ayarlanan hızda seyrine izin veren gaz kelebeğinin kontrolünü yapar. Taşıttaki ACC sistemi üç durumda devre dışı kalır. Bunlar; Sürücü frene bastığında: ACC devre dışı kalır. Sürücü hızı arttırır: ACC aktif kalır fakat sistem, eğer yeni bir seyir hızı ayarlanmazsa sürücü gazı keser kesmez taşıt daha önce ayarlanan hıza dönecektir. Öndeki engeli algılama / saptama sistemi [Forward Obstacle detection system]: Sistem, önündeki şeritte daha yavaş seyreden bir taşıtı algıladığında devreden çıkar. ACC nin taşıtı frenlemesi için hız kesme kontrolü; ABS modülatörü, akcuatırlı frenleme uygulaması [brake-by wire] yada akıllı basınç arttırıcıyla [smart booster] yapılır[12]. Akıllı basınç arttırıcı kullanmayla hız kesme kontrolü; basınç arttırıcı içindeki vakumun regülasyonuyla basınç arttırıcının hava akış valfini kontrol etmesiyle yapılır. Akcuatırlı bir frenleme uygulaması kullanmayla hız kesme kontrolü; tekerleklere frenleme uygulayan her bir tekerlekteki akcuatıra frenleme sinyali göndermeyle yapılır. ABS modülatörü kullanmayla hız kesme kontrolünde ise; modülatör içindeki selenoid valfler vasıtasıyla, tekerlek basıncının regülasyonu tarafından yapılır. Hız kesme kontrolüne dayanan modülatör VIV teknolojisinden dolayı seçilecektir. Çünkü düzgün ve sessiz bir yavaşlama sağlamaktadır. Bu teknoloji taşıtın negatif ivmelenmesine bağlı olarak direksiyonda ve taşıtın gövdesinde oluşan titreşimleri minimize etmektedir. 3. SONUÇ Seyir kontrol sistemleri, trafiğin akışıyla seyir davranışlarını koordine ederek sürücünün yorgunluk ve stresini azaltmakta, dolayısıyla sürüş ve yol emniyeti sağlamaktadır. Ayrıca, yeterli frenleme etkinliğiyle oldukça pratik / kullanışlı bir sistemdir. ACC sistemi hem gaz kelebeğini hem de frenleri kontrol edebilir. Üstüne üstlük; frenleme kontrolü, sürücüsü tarafından yavaşlatılan bir taşıtla kıyaslanabilecek kadar düzgün yavaşlama temin etmektedir. Hassas dalgalı radarların [milimeter-wave radar] kullanılmasıyla; sistem, değişik hava koşullarına rağmen öndeki trafik durumu algılayabilmektedir[13]. Seyir kontrol sistemleri, taşıtı tamamıyla kontrol edebilir. Bunun bir neticesi olarak; taşıtın emniyetsiz bir duruma düşmesini engellemektedir. Seyir kontrol sistemini doğru kullanabilmek için sürücünün sisteme adaptasyonu maksadıyla herhangi bir geçmiş deneyime sahip olmasına gerek olmamaktadır. Sistemin anında cevap verilebilme özelliği ile taşıtın kontrol parametrelerine hızlı cevap verilebilmektir. 38

7 Çavdar, A., Demir, A. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (3) KAYNAKLAR 1. RONALD K. JURGEN., Automotive Electronics Handbook, , ISBN , McGraw Hill, LARRY C., Motor Vehicle Intelligent System Project: ASV-Advanced Safety Vehicle, Fifteenth International Techni-cal Conference on the Enhanced Safety of Vehicles, Melbourne, Australia, G.R.WİDMANN, W.A.BAUSON, S.W.ALLAND. Development of Collision Avoidance Systems at Delphi Automotive Systems. IEEE International Conference on Intelligent Vehicles CHERYL, LİTTLE., The Intelligent Vehicle Initiative: Advancing "Human-Centered" Smart Vehicle,. February J.P. PAUWELUSSEN, H.B. PACEJKA. Smart Vehicles. Swets&Zeitlinger, Intelligent Transport Systems, Handbook , Japan. March 10, ANONYMOUS., DELPHI Automotive Systems Integrated Safety System, S.BECKER, D.VON RADOW, J.FELGES. Driver Assistance Systems industrial, psychological and legal aspects. IEEE International Conference on Intelligent Vehicles, SEIFFERT, U. and WALZER, P. "Automotive Technology of the Future". SAE Pub., BAUER, H., Automotive Handbook, 5 th Edition, Translation:GIRLING, P., Warrendale, SIMBURGER, W. "Oto Radar Sistemi ve Emniyetli Bir Mesafenin Korunması", Teknolojik Güvenlik, Sayı 2, RILEY, B., KUO, G., SCHWARTZ, B., ZUMBERGE, J., Development of a Controlled Braking Strategy for Vehicle Adaptive Cruise Control, SAE, ÇAVDAR, A., "Otomobilerdeki Aktif ve Pasif Güvenlik Sistemlerinin Taşıt Tasarımı ve Taşıt Güvenliği Bakımından İncelenmesi", Master Thesis, KOCAELİ, Ağustos