OTOMOBİLLER İÇİN NEURO-FUZZY KONTROLLÜ TORK DAĞILIMLI DÖRT TEKERLEKTEN TAHRİK VE ÇEKİŞ KONTROL SİSTEMİ. Kutluk Bilge ARIKAN ve Y.

Transkript

1 . ULUSAL MAKİNE EORİSİ SEMPOZYUMU Selçuk Üniveitei, Konya, Eylül OOMOBİLLER İÇİN NEUROFUZZY KONROLLÜ ORK DAĞILIMLI DÖR EKERLEKEN AHRİK VE ÇEKİŞ KONROL SİSEMİ Kutluk Bilge ARIKAN ve Y. Sai ÜNLÜSOY Makina Müendiliği Bölüü Ota Doğu eknik Üniveitei, 63 Ankaa ÖZE Günüüzde elektonik kontol iteleinin otolu taşıtlada kullanıı egün daa da yaygınlaşaktadı. Paif eniyet iteleine ek olaak, aktif eniyet iteleine yöneliş, bu atışı ağlayan teel unuladandı. Döt tekelekten çekiş itelei, patinajı engelleyen çekiş kontol itelei, oto gücünü ayalaa itelei gibi itele kontollü fen uygulaalaı ile beabe aacın pefoanını ve tabiliteini geliştiekte en etkin uygulaaladı. Bu çalışada döt tekelekten taikli aaç dinaiğinin iulayonunda kullanılak üzee ayıntılı bi aaç odeli azılanıştı. He düz yolda e de viajlada aacın pefoanını attıacak ve tabiliteini ağlayacak kontol iteleinin taaıı yapılıştı. Geçekleştiilen iulayonlaın değelendiilei yapılaak, kullanılan yöntelein etkinliği incelenişti. ABSRAC In ecent yea, tee a been a idepead ue of electonic contol yte in oto veicle. e intoduction of active afety yte in addition to te paive yte a been aong te baic tep in te populaity of uc yte. Integated it te bake contol yte, foueel diving yte, taction contol yte, engine anageent yte, etc. ave been effective in te ipoveent of te pefoance and tability of te veicle duing diving. In ti tudy, a detailed nonlinea veicle odel to analyze te dynaic of a foueel dive veicle a been pepaed. Contol yte to povide fo inceaed pefoance and tabiliy bot on taigt and cuved oad ave been deigned. e eult fo iulation caied out ave been evaluated to ae te efficacy of te deign.

2 . GİRİŞ Aaç dinaiği öneli ölçüde latikle ve yol aaında üetilen kuvvetlee bağlıdı. Latiklein kuvvet üetebile potaniyelleini ta olaak kullanabilek için döt tekeleğe giden toku tekil olaak kontol etek geekektedi. ekeleklee giden tok, oto üzeindeki kontol itelei ile azaltılabili, fazlaı ie kontol edilen fen uygulaalaı ile acanabili. Önaka tok dağılıı düz yol pefoanını belili şatlada ideal akiu ive ale getiebilektedi. Ancak ietik olayan yol şatlaı ve yükle oluşaı duuunda, ivenin akiu olaı ile doğultu kaalılığı beabe düşünülelidi. Bu duuda, önaka tok dağılıına ek olaak, ağol tok dağılıının kontolü de pefoan ve tabilite için geekli ale gelektedi. Viajlada önaka tok dağılıı dolaylı olaak döne etkii oluştuuken, ağol tok dağılıı ile doğudan döneyi ağlayacak oentle oluştuulaktadı. Döt tekelekten doğultu kontollü 4S veya adece önaka tok kontolüne aip aaçlaın, kitik duulada döne ya oenti oluştuada yeteiz kalalaı olaıdı [] Diğe taaftan, aacın davanışının, üücü taafından tain edileeeinden kaynaklanan telikeli duulaı otadan kaldıak ve dönüş pefoanını itenen ale getiek aacıyla da ağol tok dağılıı kullanılabili. Aynı diekiyon koutu için dai, dönüş enaında fen ya da ivelenek için tok uygulanaı, latik ile yol aaındaki ütüne katayıı ve dönüş ızı, aaçtan alınan cevaplaın değişeine neden olabili [67]. Yukada açıklanan duulaın iülayonu ve analizi ile kontol iteinin taaıı için kullanılacak bi aaç odeli azılanıştı.. ARAÇ MODELİ Aaç odelinde, ileigei foeaft, yanal kaya idelip, döne ya ve yalpa oll aeketlei gözönüne alınıştı. Süpaniyon dinaiği aaç odeline katılaıştı. ekelekle üzeindeki noal yükle tatik tekelek yüklei ve dinaik olaak aktaılan yükleden oluşaktadı. Başvua pitc ve yalpa aeketleinin etkiiyle aktaılan yükle, anki tatik quaitatic olaak eaplanıştı. Döt tekeleğin yuvalana aeketi de odele dail edilişti, Şekil.. F R Şekil. ekelek Modeli

3 Haeket denklelei yazılıken kullanılan efean ekeni Şekil. de göteilişti. Şekil. Refean Ekeni ve Hızla Latiklein oluştuduklaı kuvvetle tekelek ekenine dik ve eken boyunca olak üzee iki bileşende uygulanıştı, Şekil.3. Şekil.3 Latiklein Üzeleindeki Kuvvetle, Aacın Kaya Açıı ve Sabit Refean Ekeni. Latik Modeli Latiklein üeteceği kuvvetlei bulak için Dugoff vd. nin [8] doğual olayan analitik odeli kullanılıştı. Bu odelde, latik üzeindeki noal yük, kaya açıı, doğual kaya oanı ve yollatik aaındaki ütüne katayıı latiğin üeteceği kuvvetlei etkileyen teel unuladı.. o Fz E u S tan S z Ci S C tan. z z if z f z if z 3

4 Fc C tan S f z Ft Ci S S f z j : f, k :, Bu odelin tü latik yüklei için aynı yan kuvvet katayıı veen oijinal fou,. eşitliğinin de kullanılaı ile geliştiileek daa geçekci bi latik odeli oluştuuluştu, Şekil.4. C C S Fz. 4 C S =9.9 /ad, u= / o = Fc [N] N 3 N 4 N N [deg] Şekil.4 Latik Yan Kuvvetinin Noal Yük ve Kaya Açıına Göe Değişii. Yük Aktaılaı Aaç odeli yalpa ve başvua aeketleinden kaynaklanan yük aktaılaını da içeektedi. ekelekle üzeindeki tatik düşey kuvvete dinaik kuvvetlein ekleneiyle tekelek üzeindeki topla düşey kuvvet eaplanaktadı. Başvua aeketi ile ön tekelekle ve aka tekelekle aaında oluşan yük aktaıı.3 ifadeiyle veilektedi: F F pf p F F pf p cg cg Ax L Ax L.3 4

5 Yalpa aeketi ile içteki tekelekleden dıştaki tekeleklee aktaılan yükle de.4 eşitliklei ile ifade edilişledi: Bu eşitliklede kullanılan tanılaala öyledi: L b L a g g L a L b g g L a L b K K K u v Ay uf f u u u uf uf v v f v f f oll f,,,,..3 Haeket Denklelei Aacın aeketi doğual olayan difeaniyel denkle ile odellenişti. Bu denklele aacın duuunu beliten değişkenlein zaana göe değişileini içeektedi,.6..6 in co co in in co b Fc Fc Ft Ft a a I d u Fc Fc dv v R R R Ft Ft du f f z g ai u oll f uf f f f f oll f f Ay Ay in g co Ay K K F.4 Ay Ay in g co Ay K K F

6 d d I d d d d f f a I a I a I a I f g in f b b Ft b Ft b d dx u co v in dy u in v co.4 Kontol Sitei v u f f bc bc bc f bc f co B oll K Bu çalışada taalanan kontol itei üç teel bölüden oluşaktadı.he kıı faklı bi pefoan ölçütüne göe taalanıştı..4. Ön Aka ok Dağılıını Belileyen Kontol Sitei Bu alt kontol itei aacın en üt düzeyde doğual iveye aip olaını ağlaak için taalanıştı. Motodan tekeleklee gelen tok ön ve aka tekeleklee dağıtılı. Aka latiklein doğual kaya oanlaı bu kontol itei ile ideal ite kuvvetini oluştuduklaı değede tutulu. İdeal ite kuvvetini veen doğual kaya oanlaını ideal kaya oanlaını yapay ini ağlaından oluştuuluş odel belileektedi, Şekil. [9]. Bu odel analitik latik odelinden alınan ayıal bilgile ile eğitilişti. Deneyel latik bilgilei de yapay ini ağlaından oluşan odelin eğitileinde kullanılabili []. oll f Fzf uf of Çı k ı ş Katanı S f ax Giiş Katanı Biinci Gizli abaka İ kinci Gizli Katan Şekil. İdeal Çekiş Kuvvetindeki Doğual Kaya Oanını Belileyen Yapay Sini Ağı 6

7 Aka latikle için ideal kaya oanlaı ile geçek kaya oanlaı aaındaki fak eaplanı. Hata değeini ve atanın değişiini ıfılaak aacıyla pulu fuzzy PD kontol itei taalanıştı [,]. Önaka tok dağılı oanındaki değişi kontol itei taafından atayı ve atanın değişiini ıfılayacak şekilde belilenişti [3]. Bu kontol iteinin yapıı Şekil.6 da veilişti. Fz u NEURO LASİ K MODELİ S ax o S Kaa Bloğ u E + S ax SUBC q Fz u NEURO LASİ K MODELİ S ax E o Şekil.6 ÖnAka ok Dağılıı Değişiini Belileyen Kontol Siteinin Yapıı.4. Fen okunu Belileyen Kontol Sitei Önaka tok dağılıı ideal kaya oanlaını ağlaak için kontol edilişti. İdeal kaya oanlaına aip latikle, akiu iveleneyi ağlayacak kuvvetlei üetile. Bu dağılıı yapan kontol itei aka latiklein üzeinde ideal kaya oanından fazlaını oluştuacak toku ön latiklee aktaı. Ön latikledeki fazla toku ideal kaya oanından fazlaını oluştuan toku da uygulanacak fen toku gideektedi. Aka latikle için taalanan kontol itei ön latiklee göe daa az fen toku oluştuulaını ağlayacak özelliktedi. İdeal kaya oanı ile geçek kaya oanı aaındaki fak ve bu fakın değişiini ıfılaak aacıyla pulu PD tüünde kontol itei taalanıştı, Şekil.7 [3]. Fen tokundaki değişi kontol itei taafından atayı ve atanın değişiini ıfılayacak şekilde belileni. S Fz u o NEURO LASİ K MODELİ S ax + E E SUBC bc Şekil.7 Fen oku Değişiini Belileyen Kontol Siteinin Yapıı.4.3 SağSol ok Dağılıını Belileyen Kontol Sitei Sağol tok dağılıı iki faklı aaç için kontol edilektedi. Bu nedenle kontol itei de iki faklı pefoan ölçütü için iki ayı pulu ite olaak taalanıştı: 7

8 Biinci ite düz yol üüşleinde iteneyen şekillede oluşan döne ızını ve değişiini ıfılaak için taalanıştı yol yüzeyi ve latikle aaındaki ütüne katayıının aacın ağı ve olu için faklılık göteei, ani yanal üzga oluşaı, v.b. duula öz konuu. İkinci ite diekiyon açıına bağlı olaak itenen döne kaakteitiğini ve kaalılığını ağlaak için taalanıştı. Aacın dönüş kaakteitiği az döne, çok döne veya taafız olaı aacın paaeteleine, dönüş ızına, ütüne katayıına, dönüş ıaında latiklee uygulanan toka ve diekiyon açıına bağlıdı. Aacın dönüş ıaında kaaız duua geçeini engelleek, dönüş pefoanını iyileştiek ve dönüş kaakteitiğini adece diekiyon açıına bağlı ale getiek aacıyla bu kontol itei taalanıştı. Aacın dönüş pefoanı ile çekiş pefoanı bibileini etkilele..4. de açıklanan kontol itei aacın çekiş pefoanını üekli olaak ideal ale getieye çalışı [3]. Viajda da geekli kontol inyalleini üeti. Viaj pefoanı için taalanan ite de üekli olaak diekiyon açıına bağlı ideal döne pefoanını takip etek için ağol tok dağılıı değişiini kontol ede. Bu iki kontol itei ve fen toku kontol iteinin beabe çalışaı ile aacın evcut potaniyelinin ta olaak kullanılaı edeflenişti. Aacın viajda izleyeceği eğilik yaı çapının itenen değei şöyledi: R itenen K L.8 Viajda çekiş pefoanının da attıılaı, itenen eğilik yaı çapının K oanı K< ile çapılaını geektiektedi. Aacın özellikleine göe itenen ya da ideal eğilik çapı değeinde değişiklik yapılabili. Geçek eğilik ile ideal eğilik aaındaki atayı ve atanın değişiini ıfılaak aacıyla pulu PD kontol itei taalanıştı [3]. Düz yol üüşleinde iteneyen dönüş ızı oluşulaını engelleek aacıyla taalanan kıı ie pulu PID tüünde kontol itei içeektedi. Sağol tok dağılıının değişiini belileyen kontol iteinin yapıı aşağıdaki gibidi: R itenen R g eç ek E E SUBC q Şekil.8 SağSol ok Dağılıı Değişiini Belileyen Kontol Siteinin Yapıı 8

9 .. Pefoan Analizi Aaç pefoanı, düz ve viajlı olak üzee iki yolda incelenişti. Model üzeinde değişik yol şatlaında, değişik tok değeleinde tetle uygulanıştı. Düz yolda ilk ız /, topla tekelek toku 8 N baaak gidii ve ütüne katayıı. olduğunda onuçla Şekil.9 da veilişti..4 doğ ual ive [/^].. 4D RD FD zaan [] ön latikle için doğ ual kaya ideal. geçek za an [].3. aka latikle için doğ ual kaya..... ideal geçek zaan[] önaka tok dağ ı l ı oanı za an[] Şekil.9 Doğual ivenin, doğual kaya oanlaının ve önaka tok dağılıının zaana göe değişii aalanan kontol iteine aip aaç ile önaka tok dağılıının abit oanda tutulduğu döt tekelekten çekiş iteine aip aacın pefoanı da belitilen şatla için Şekil. da kaşılaştıılıştı.. doğ ual ive [/^]. abit kontollü za an [] Şekil. Kontollü aaç ile abit tok dağılıına aip aacın kaşılaştıılaı 9

10 Sabit tok dağılılı aacın doğual ivei, ütüne katayıının atan ız ile azalaı nedeniyle zaan içinde düşüş göteektedi. Kontollü aacın iveindeki düşüş ie diğeine göe oldukca azdı, Şekil.. İlk ız /, tekeleklee giden topla tok 8 N baaak gidii ve ütüne katayıı önce.3 daa ona.7 ılak zeinden kuu zeine geçiş olduğunda alınan onuçla ie Şekil. de unuluştu. doğ ual ive [/^] za an [] ön latikle için fen toku [N] za an [] aka latikle için fen toku [N] aka latikle için doğ ul kaya ideal geçek zaan [] za an [] ön latikle için doğ ual kaya ideal geçek za an [] Şekil. Doğual ivenin, kontol aaçlı ön ve aka fen tokunun ve doğual kaya oanlaının zaana göe değişii İlk ız /, tekeleklee giden topla tok 7 N baaak gidii ve ütüne katayıı ağ latiklede.3, ol latiklede.8 olduğunda dönüş açıının ve dönüş ızının zaana göe değişii Şekil. de veilişti.

11 x 3. döne açı ş ı ndaki değ i ş i [ad] zaan [] döne ı z ı [ad/] za an[ ] Şekil. Dönüş açıının ve dönüş ızının zaana göe değişii aalanan kontol itei, eşit ütüneye aip olayan yüzeyde aacın oluştuacağı döne açıını ve döne ızını yok edeek tabiliteyi ağlaaktadı. Kontollü aacın viajdaki pefoanını inceleek için yapılan iülayonlada kullanılan diekiyon açıı şekil.3 de göteilişti. Ön tekelek açı ı [deg] za an [] Şekil.3 Ön tekeleklein açıal değişii İlk ız 4 /, tekeleklee giden topla tok N baaak gidii, ütüne katayıı. olduğunda alınan onuçla Şekil.4 te unulaktadı. Kontol itei, aacın ağılık ekezinin itenen eğilik yaıçapına aip yöüngede döeini ağlaaktadı.

12 önaka tok dağ ı l ı oanı za an [] ağ ol tok dağ ı l ı oanı za an [] 3. 6 doğ ual ive [/^] 3... yanal ive [/^] zaan [] za an [] Şekil.4 Önaka ve ağol tok dağılı oanlaının, doğual ve yanal ivelein zaana göe değişilei 3. SONUÇ Aacın aip olduğu tü potaniyeli kullanak aacıyla pefoan kitelei belileniş ve düz yol ve dönüş pefoanını iyileştiek için kontol itelei taalanıştı. Düz yol üüşleinde bu potaniyel, en üt düzeyde doğual ive elde edebilek için kullanılıştı. Viajlada ie doğual ivenin yanında dönüş pefoanı da iyileştiilişti. Dönüş ıaında aacın ağılık ekezinin takip edeceği yöüngenin eğilik yaıçapının ız, ive, ütüne katayıı, vb. unuladan bağıız ale getiilip adece diekiyon açıına bağlı olaı ağlanıştı. Bu da üücünün aacın davanışını önceden tain edebileini, aacın tabiliteini ve itenen pefoanın elde edileini ağlaıştı. aalanan üç ana kontol itei üekli olaak bibileiyle bütünleşeek çalışaktadı. Böylece kitik duulada aacın davanışını düzeltek yeine, kitik duu oluşadan aaca üdaele edilei ükün olaktadı. aalanan ite aynı zaanda tok idae iteleine yadıcı ve göevleini paylaşan bi özellik göteektedi.

13 4. SİMGELER a : Ön ak ile ağılık ekezi aaındaki eafe a : Ön ak ile yaylanan pung kütlenin ağılık ekezi aaındaki eafe b : Aka ak ile ağılık ekezi aaındaki eafe b : Aka ak ile yaylanan kütlenin ağılık ekezi aaındaki eafe Ci : Latiğin doğual longitudinal yay katayıı C : Latiğin yan kuvvet katayııdüşey yük oanı C : Latiğin yan kuvvet viaatayıı E : Yollatik aaındaki yapışanın adeion ızla azala faktöü Fc : Latik yan viauvveti Ft : Latik çekiş kuvveti g : Yeçekii ivei cg : Aacın ağılık ekezinin yeden yükekliği f : Ön yalpa oll ekezinin yeden yükekliği : Ön yalpa oll ekezinin yeden yükekliği I : Yalpa oll ekenine göe atalet oenti Iz : Döne ya ekenine göe atalet oenti Kf : Ön yalpa oll diengenliği K : Aka yalpa oll diengenliği L : Dingil aalığı : Aacın topla kütlei : Aacın yaylanan pung kütlei f : Ön yaylanan pung kütle : Aka yaylanan pung kütle uf : Ön yaylanayan unpung kütle u : Aka yaylanayan unpung kütle q : Önaka tok dağılı oanı q : Sağol tok dağılı oanı : Aacın döne ya ızı : Latiğin yuvalana yaıçapı Rai : Hava dienci Rg : Eği dienci R : Yuvalana dienci S : Doğual longitudinal kaya t : Zaan a : ekelek taik toku b : ekelek fen toku f : Ön ak iz açıklığı : Aka ak iz açıklığı : Latiklein yanal kaya açıı : ekeleklein döne açıı : Yalpa oll açıı o : Statik ütüne katayıı : ekeleklein açıal yuvalana ızı 3

14 . KAYNAKLAR [] Motoyaa, S., Uki, H., Ioda, K., Yuaa, H., Effect of action Foce Ditibution Contol on Veicle Dynaic, Veicle Syte Dynaic, Vol., pp. 4464, 993 [] Peng, H., Hu, J., action / Baking Foce Ditibution fo Optial Longitudinal Motion Duing Cuve Folloing, Veicle Syte Dynaic, Vol. 6, pp. 33, 996 [3] Abe,., Holzat, R., K., May, K., A., Hybid action Contol Syte Utilizing an Engine Inetia Bake, SAE Pape 969, pp., 996 [4] Matinu, G., Battitini, E., e Influence of LiitedSlip Diffeential on te Stability of ReaeelDive Autoobile Running on Even Road it Dy Suface, Intenational Jounal of Veicle Deign, Vol. 4, pp. 6683, 993 [] Hiano, Y., Haada, H., Ono, E., akanai, K., Developent of an Integated Syte of 4S and 4D by H Contol, SAE Pape 9367, 993 [6] Naito, G., Yaguci, E., Matuda,., Aai, M., Nakata,., Inokuci, I., Ne Electonically Contolled oque Split 4D Syte fo Ipoving Coneing Pefoance, SAE Pape 96, 99 [7] oii, S., Yaguci, E., Ozaki, K., Jindo,., Oada, M., Naito, G., Electonically Contolled oque Split Syte fo 4D Veicle, SAE Pape 86349, 986 [8] Dugoff, H., Fance, P., S., Segel, L., An Analyi of ie action popetie and ei Influence on Veicle Dynaic Pefoance, SAE Pape 7377, pp , 97 [9] oukala, L., H., Uig, R., E., Fuzzy and Neual Appoace in Engineeing, Jon iley and Son Inc., 997 [] Deut, H., Beale, M., Neual Netok oolbox fo Ue it MALAB Ue Guide Veion 3, e Matok Inc., 997 [] Cai, Z., Intelligent Contol: Pinciple, ecnique and Application, old Scientific Publiing Co. Pte. Ltd., 997 [] Ro, ioty J., Fuzzy Logic it Engineeing Application, McGaHill, Inc, 99 [3] Aıkan, K., B., Developent of NeuoFuzzy Contolled oque Split Fou eel Dive and action Contol Syte fo Autoobile, M.S. ei, Makina Müendiliği Bölüü, ODÜ, 4