TİCARİ ARAÇ GELİŞTİRME PROJESİ KAPSAMINDA DİNAMİK MODELİN TESTLER İLE DOĞRULANMASI Baki Orçun ORGÜL, Mustafa Latif KOYUNCU, Sertaç DİLEROĞLU, Harun GÖKÇE Hexagon Studio Araç Mühendisliği Bölümü OTEKON 2010 5. Otomotiv Teknolojileri Kongresi 07 08 Haziran 2010, BURSA
Giriş Ticari araç geliştirme projesi kapsamında mevcut bir ticari aracın yük taşıma kapasitesinin arttırılması doğrultusunda aşağıdaki çalışmalar gerçekleştirilmiştir: ADAMS/CAR modelinin oluşturulması, Modelin doğrulanması amacıyla gerekli testlerin kurgulanması, Testlerin gerçekleştirilmesi, İlgili simülasyonların koşturulması ve sonuçların test sonuçlarıyla kıyaslanması, Testler kapsamında ölçülen büyüklükler referans alınarak ADAMS/CAR modelinin güncellenmesi, Ağırlık artışına paralel olarak doğrulanan ADAMS/CAR modeli ile yay ve gövde iyileştirme çalışmalarının gerçekleştirilmesi, ilgili parça/sistem değişikliklerinin belirlenmesi.
ADAMS/CAR Modelinin Oluşturulması Aracın katı modeli, yay amortisör ve diğer elastik eleman özellikleri, ön arka ağırlık dağılımları temel alınarak ADAMS/CAR modeli oluşturulmuştur. Ön süspansiyon Fö s ol L T Fa s ol Ağırlık merkezi hesabı F KA Yay sabitinin belirlenmesi
ADAMS/CAR Modelinin Oluşturulması Aracın katı modeli, yay amortisör ve diğer elastik eleman özellikleri, ön arka ağırlık dağılımları temel alınarak ADAMS/CAR modeli oluşturulmuştur. Araç ADAMS/CAR modeli - Boş Araç ADAMS/CAR modeli - Dolu Arka süspansiyon Ön süspansiyon Ön süspansiyon ve direksiyon sistemi
Test ve Doğrulama Aşaması Direksiyon simidi açısının ölçümü Direksiyon (steer angle) açısının kalibrasyonu Direksiyon açısının ölçümü Ön süspansiyon deplasmanlarının ölçümü Arka süspansiyon deplasmanlarının ölçümü İvme ve açısal hareketlerin ölçümü
Test ve Doğrulama Aşaması Veri toplayıcı Algılayıcı Adı Marka / Model Bağlantı Kanalı Alg. Seri Numarası Arka sağ ivme ölçer Entran HLSS / 2 / 8 Z02843 Arka sol ivme ölçer Entran HLSS / 2 / 7 Z02841 Ön sağ ivme ölçer Entran HLSS / 2 / 9 N02064 Ön sol ivme ölçer Entran HLSS / 2 / 10 N02099 Ön sağ ivme ölçer Dytran HLSS / 2 / 12 4034 Ön sol ivme ölçer Dytran HLSS / 2 / 11 4037 Arka sağ ivme ölçer Dytran HLSS / 2 / 13 4038 Arka sol ivme ölçer Dytran HLSS / 2 / 14 4035 Ön direksiyon alg. Waycon HLSS / 2 / 1 061705 Arka direksiyon alg. Waycon HLSS / 2 / 2 061701 Ön sol süspansiyon Penny & Giles HLSS / 2 / 3 KX69904 Ön sağ süspansiyon Penny & Giles HLSS / 1 / 3 KP42650 Arka sol süspansiyon Penny & Giles HLSS / 2 / 5 KX69904 Arka sağ süspansiyon Penny & Giles HLSS / 2 / 6 KX69904 Direksiyon sim. alg. Penny & Giles HLSS / 2 / 15 KX69904 Gövde ivme ölçer (x) Crossbow HLSS / 2 / 16 - Gövde ivme ölçer (y) Crossbow HLSS / 1 / 1 - Gövde ivme ölçer (z) Crossbow HLSS / 1 / 2 - GPS - Serial bus - Kullanılan test ekipmanları Yolcu ağırlığını simüle eden yükler
Test ve Doğrulama Aşaması Tamamlanan enstrümantasyon ve kalibrasyon çalışmalarını takiben, Adams/Car modelinin doğrulanması amacıyla gerekli test çalışmalarına geçilmiştir. Modelin doğrulanması için, 3 farklı tip testin gerçekleştirilmesine karar verilmiştir: 1. Paralel tekerlek gezinmesi 2. Sabit yarıçap ile dönüş 3. Değişken direksiyon (sinüs) girdisi
Test ve Doğrulama Aşaması Paralel Tekerlek Gezinmesi a b Boş / Ar. Tek. Mer. Yer Tek. Mer. Dav. Sol (b) (a) Ağırlık (kg) Dep. Öl. 1 360 500 0 2 2 355 480 60 3 353 448 165 4 350 435 312 5 345 420 412 6 343 405 560 7* 335 376 858 57,2 Arka aks yay ve lastik katılık hesabı Arka aks deplasman ölçümü Sol Ar. Alg. Dep. (mm) Akson Açısı ( ) Sağ Ar. Alg. Dep. (mm) Akson Açısı ( ) 1 6,398 5,8 11,123 9,5 6,239 18,3 11,33 18 5,946 265 8,88 27,6 5,637 31,4 9,246 36,3 4,568 41,7 8,77 42,4 4,724 44,9 8,241 57,4 4,901 57,5 6,553 Arka aks deplasman ölçümü Arka lastik katılık grafiği
Test ve Doğrulama Aşaması Sabit Yarıçap ile Dönüş Sabit yarıçap ile dönüş testi gerçekleştirebilmek için gerekli en büyük yarıçapa sahip düz, eğimsiz ve engebesiz bir alan kullanılmıştır. Test, hem boş hem de dolu araçlar için sağa ve sola dönüş durumlarında, 5 km/h hız ile 50 km/h hızdeğerleri arasında, 5 km/h değerinde hız artışları göz önünde bulundurularak gerçekleştirilmiştir. Test # Dönüş Yönü Hedef Hız (km/h) GPS Hızı (m/s) Gyro Hızı (m/s) Hesaplanan Yanal İvme (m/s²) Ölçülen Yanal İvme (m/s²) Dönme (Yaw) Hızı (deg/s) Yalpalama Açısı (deg) Ön Sol (mm) Ön Sağ (mm) Arka Sol (mm) Arka Sağ (mm) Direksiyon Simidi (deg) Tekerlek (deg) Ön Yalpalama Açısı (deg) 10 sol 50-11,97 4,78-5,05-22,75 4 49-41,2-38,55 23,47-243 -7,66-3,181991936 9 sol 45-11,12 4,12-5,16-24,27 4,08 47,7-42,3-42 24,36-256 -8,144-3,174929284 8 sol 40-11,28 4,24-4,75-22,74 3,736 43-39,4-37,35 24,58-258 -8,14-2,906583268 7 sol 35-10,4 3,61-3,67-19,07 3,05 34,2-31,9-29,47 19,12-219 -7,07-2,331259206 6 sol 30-9,83 3,22-3,46-18,65 2,68 31,8-32,8-27,53 16,99-224 -7,41-2,278327972 5 sol 25-9,74 3,16-3,11-18,17 2,553 30,4-29,6-25,49 15,4-225 -7,44-2,116017459 4 sol 20-9,76 3,18-3,2-18,18 2,826 27,2-27,4-25,25 17,07-216 -7,08-1,92550061 3 sol 15-6,88 1,58-1,83-12,94 1,82 10,57 9,7 - - - - -0,03067528 2 sol 10-5,38 0,96-1,14-10,48 0,97 10,82-11,4-9,3 6,03-204 -7,06-0,783478091 1 sol 5-4,22 0,59-0,49-7,39-3,89-3,8-3,7 1,43-198 -6,98-0,27114227 1 sağ 5 3,76 3,85 0,49 0,05 7,7 - -3,1 2,49 4,28-2,1 188,6 7,244 0,19709787 2 sağ 10 4,99 4,57 0,70 0,93 9,26-0,87-7,4 7,69 7,3-4,057 195 7,21 0,53206507 3 sağ 15 6,22 5,4 0,97 1,53 12,27-1,48-12,04 12,56 11-7,74 244,4 9,1 0,867403088 4 sağ 20 7,77-0,00 2,35 16,24-1,85-18 20,15 16,77-12,49 224 8,06 1,345252204 5 sağ 25 8,85 8,56 2,44 3,26 18,9-2,78-26,26 30,08 22,74-17,63 236 8,12 1,986886945 6 sağ 30 9,26 9,4 2,95 4,25 21,65-3,28-26,97 30,08 22,46-17,15 236 8 2,011936044 7 sağ 35 10,55 10,4 3,61 4,07 21,14-3,57-31,92 40,83 28,77-22,3 248 8,38 2,56594561 8 sağ 40 11,21 10,48 3,66 4,46 22,63-3,76-36,13 43 29,88-24,98 239,8 8,2 2,791143841 9 sağ 45 10,39 10,3 3,54 4,51 22,35-4 -35,35 44,32 30,31-23,68 244,4 7,97 2,810206439 10 sağ 50 - - 0,00 - - - - - - - - - - 11 sağ 50 13,38 13,17 5,78 5,9 24,6-5,1-42,18 62,11 38,54-33,3 264 8,16 3,679683962 Sabit yarıçapta dönüş testi sonuçları
Test ve Doğrulama Aşaması
Test ve Doğrulama Aşaması Değişken Direksiyon Girdisi Düzveuzunbiryolda,sabithız ile ilerleme esnasında ani direksiyon girdileri uygulanmıştır(1sve90 gibi). Test, 20 km/h 30 km/h 40 km/h 50 km/h hız değerleri için tekrarlanmış, düzgün yarıçap ile dönüş testinde olduğu gibi gerekli durumlarda vites değiştirilmiştir. Yanal İvme (m/s2) 1 0-1 -2 Yanal İvme - Zaman 0 2000 4000 6000 8000 10000 Zaman (s) Yalpalama açısı (deg) 2 0-2 -4-6 -8 Gövde yalpalama açısı - Zaman 0 2000 4000 6000 8000 10000 Zaman (s)
ADAMS/CAR Modelinin Güncellenmesi Dir. Sim. Açısı ( ) Ön Alg. Arka Alg. Tekerlek Açısı ( ) Çevrim Oranı -630 9,9456 9,388 - - -540-9,3804 - - -360 8,0346 8,0259-15 24-180 - 6,652-7,5 24 0 5,266 5,2863 0 27 180-4,0163 6 30 360 2,413 2,7258 12,3 29,3 540-1,5454 - - 675 0,746 0,753 - - Direksiyon açısı kalibrasyonu ve çevrim oranının belirlenmesi Direksiyon simidi açısı tekerlek dönüş açısı arası ilişkisi temel alınarak doğrusal olmayan direksiyon çevrim oranının hesaplanması Süspansiyon katılık değerleri Arka yay katılık değerleri
Simülasyon Aşaması ve Sonuçların Kıyaslanması Yanal ivme ve direksiyon açısı değişim değerlerinin kıyaslanması Yanal ivme ve tekerlek açısı değişim değerlerinin kıyaslanması Yanal ivme ve yalpalama açısı değişim değerlerinin kıyaslanması Ön aks katılık değeri, test ile simülasyon sonuçlarının kıyaslanması
Simülasyon Aşaması ve Sonuçların Kıyaslanması Paralel tekerlek gezinmesi, toe açısı dikey tekerlek deplasmanı Sabit yarıçap ile dönüş analizi, yalpalama açısı yanal ivme değişimi Sabit yarıçap ile dönüş, Ön tekerlek dikey deplasmanı yanal ivme değişimi Sabit yarıçap ile dönüş analizi, Yalpalama açısı yanal ivme değişimi
Analiz Aşaması Yay Katsayısının Hesaplanması Taşıt çökme değerlerinin optimizasyonu, 2850 kg 4250 kg 5550 kg Ön arka aks doğal frekans değerleri optimizasyonu, Mevcut Ser. Mevcut Ser. Mevcut Ser. Viraj kabiliyetinin optimizasyonu, Ön Süs. 1,25 1,9 1,3 1,44 1,40 1,55 Ar. Süs. 1,6 1,78 1,5 1,59 1,70 1,89 Ön Sol 11,3 11,59 12,1 12,31 11,90 12,44 Ön Sağ 13,11 13,30 13,5 14,31 15,74 15,84 Ağırlık (kg) Ön/Arka Yay Katsayıları Dönüş Yönü Maksimum Yanal İvme (g) Kayıp (0,25 g üzerinden) Arka Sol 13,60 13,40 16,6 14,90 13,76 14,62 Arka Sağ 15,40 15,25 17,1 17,60 22,65 20,97 2850 Mevcut Sol 0,7-2850 Mevcut Sağ 0,7-2850 %18 Sert. Sol 0,7-2850 %18 Sert. Sağ 0,7-4250 Mevcut Sol 0,5 %9,5 azalma 4250 Mevcut Sağ 0,4 %20azalma 4250 %18 Sert. Sol 0,7-4250 %18 Sert. Sağ 0,7-5550 Mevcut Sol 0,4 %35 azalma 5550 Mevcut Sağ 0,45 %20azalma 5550 %18 Sert. Sol 0,3 %18 azalma 5550 %18 Sert. Sağ 0,35 %12 azalma Taşıt viraj durumu tablosu Doğal frekans tablosu (Hz) Mevcut 2850 kg 4250 kg 5550 kg Ser. Mevcut Ser. Mevcut Ser. Ar. Sol T-D 396 401 323 344 321 332 Ar. Sağ T-D 397 405 345 361 319 333 Ön Sol T-D 409 389 373 363 367 353 Ön Sağ T-D 410 392 399 388 355 356 Çökme değerleri tablosu (mm)
Analiz Aşaması Aks Yüklerinin Hesaplanması Gövde Yüklerinin Hesaplanması 30 31 32 33 Aks bağlantı bölgeleri Gövde / süspansiyon bağlantı bölgeleri
Analiz Aşaması Rotil Kuvvetlerinin Hesaplanması Alt salıncak / akson bağlantı rotili kuvvet değişim eğrisi Rotil bağlantı detayları
Analiz Aşaması Rotil Kuvvetlerinin Hesaplanması
Sonuç Yapılan çalışmalar sonucunda testler ile doğrulanan dinamik model, taşıt geliştirme sürecinde güvenilir olarak kullanılabilir hale gelmiştir. Doğrulanan dinamik model ile gövde ve şasi yükleri hesaplanmış ve bu yükler ile gövde ve şasi parçalarının statik ve dinamik mukavemet analizleri gerçekleştirilmiştir. Taşıtın dinamik karakteristiği incelenmiş, konfor ve yol tutuş kriterleri göz önünde bulundurularak yay ve sönüm elemanlarının optimizasyonu gerçekleştirilmiştir.
Teşekkürler www.hexagonstudio.com.tr