İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNDE HATA TESPİTİ VE ANALİZİ YÜKSEK LİSANS TEZİ Elk. Müh. Nadiye Gülkan TÜRKDOĞRU 544 Tein Entitüye Verildiği Tarih : 5 Nian 8 Tein Savunulduğu Tarih : 9 Mayı 8 Te Danışanı : Diğer Jüri Üyeleri Prof. Dr. Metin GÖKAŞAN Prof.Dr. Hakan TEMELTAŞ Prof.Dr. Cingi HACIYEV HAZİRAN 8
ÖNSÖZ Aktif üpaniyon itei, ilk olarak ekenli yıllarda otoobilin önde gelen arkalarından olan Lotu arkaı tarafından geliştirilen ve daha onra, 99 yılında Willia tarafından ükeelleştirilen, bilgiayar aracılığı ile pitteki engelleri önceden aptayan ve ürücüye bildiren bir elektronik itedir. Günüüde ie, yükek fiyata ve donanıa ahip birçok arabada tandart olarak bulunur. Bu ite ayeinde tüek, engebe v gördüğünde heen kendini ayarlayarak, araba içindeki inanların hiç bir arıntıya aru kaladan yolculuk eteini ağlanır. Aktif üpaniyon iteinin diğer araç kontrol itelerine naaran daha genç bir teknoloji olaı ve bu yöndeki gelişilerin kıa üre içeriinde çok yol alaı bu te çalışaında aktif üpaniyon itelerinin eçileinde büyük etkendir. Ayrıca üpaniyon iteinin araçların güvenliğindeki en öneli unurlardan biri olaı bu itein gerekliliğini de bir ke daha vurgular. Haırlık ürei boyunca, bana yol göteren tü hocalarıa, beni yetiştiren, tü öğreni yaşaı boyunca abır, evgi ve içtenliklerini benden eirgeeyen anne ve babaa, kaynak konuunda bana yardıcı olan Ahu Ece KARCI ve evgili abla Nurkan TÜRKDOĞRU ya teşekkürü bir borç biliri. 5.5.8 Nadiye Gülkan TÜRKDOĞRU ii
İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ İÇİNDEKİLER TABLO LİSTESİ ŞEKİL LİSTESİ ii iii v vi. GİRİŞ 9.. Süpaniyon Siteleri... Süpaniyonun Anatoii... Araç Süpaniyon Siteleri ve Yaylar 3... Süpaniyon ve Latikler Araındaki İlişki 3... Aortiör 4... Aortiörlerin Rolü 4... Aortiörlerin Yapıı ve Tipleri 5..3. Direkiyon Sitei 5..4. Aktif Süpaniyon Sitelerinin Tanıı 6. ARAÇ SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNİN MODELLENMESİ 8.. -Serbetlik Dereceine Sahip Süpaniyon Sitei 8.. 4-Serbetlik Dereceine Sahip Süpaniyon Sitei-PITCH 3. AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNDE LQR KONTROLÜ 4 3.. Aktif Süpaniyon Sitelerinin Mateatikel Modeli 4 3.. Kontrol Edilebilirlik ve Gölelenebilirlik 8 3.3. Geri Belee Duru Kontrolü için LQR Kontrolörü 39 3.4. Siulayon Sonuçları 33 3.5. Site Sonuçları 35 4. AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNDE H SONSUZ KONTROLÜ 36 4.. Aktif Süpaniyon Sitelerinin Mateatikel Modeli 36 4.. Aktif Süpaniyon Kontrolü 4 4.3. Aktif Süpaniyon Sitelerinde H onu Kontrolü 4 5. AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNDE HATA TESPİTİ VE TEŞHİSİ 47 5.. Giriş 47 5.. Hata Tepit ve Teşhii 47 iii
6. BULANIK MANTIK KONTROLLÜ AKTİF VE PASİF SÜSPANSİYON SİSTEM SİMÜLASYONU 43 7. SONUÇ 6 KAYNAKLAR 6 EKLER 63 ÖZGEÇMİŞ 7 iv
TABLO LİSTESİ Tablo 5.. Senör Hataları...49 v
ŞEKİL LİSTESİ Şekil.. -Serbetlik Dereceine Sahip Araç Modeli...8 Şekil.. 4-Serbetlik Dereceine Sahip Araç Modeli-Pitch... Şekil.3. Aracın Ön ve Arka Tekerleklerine Etkiyen Kuvvetler... Şekil.4. Akıdaki Kütle Üerine Etkiyen Kuvvetler... Şekil 3.. -Serbetlik Dereceine Sahip Çeyrek Taşıt Modeli...4 Şekil 3.. Açık ve Kapalı Sitein Karşılaştırılaı...3 Şekil 3.3. Aktif Süpaniyon Siulink Modeli...33 Şekil 3.4. Yol ve Gövde Yükü Konuu...34 Şekil 3.5. Gövde yükü Hıı...35 Şekil 4.. -Serbetlik Dereceine Sahip Çeyrek Taşıt Modeli...37 Şekil 4.. Çeyrek Taşıt Modeli Kontrol Şeaı...43 Şekil 4.3. Süpaniyon Sapaına Ait Bode Genlik Diyagraı...44 Şekil 4.4. Araç Gövde Hıına Bağlı Tranfer Fonkiyonuna Ait Bode Genlik Diyagraı...45 Şekil 4.5. Farklı Paraetre Değerleri ile Kontrol Ediliş Aktif Süpaniyon Sitei ve Paif üpaniyon Siteine Ait Süpaniyon Sapaı Bode Genlik Diyagraı...46 Şekil 5.. Site Hata Tepit ve Teşhii...48 Şekil 6.. Çeyrek Taşıt Modeli için Yarı Aktif Süpaniyon Sitei Siulayon Modeli...5 Şekil 6.. Beya Gürültü Sinyali...5 Şekil 6.3. Bulanık Mantık Kontrol Diyagraı...5 Şekil 6.6. Paif Süpaniyon Modeli İve Grafiği...53 Şekil 6.7. Yarı Aktif Süpaniyon Modeli İve Grafiği...54 Şekil 6.8. Paif Süpaniyon Modeli Teker Yükü Grafiği...55 Şekil 6.9. Yarı Aktif Süpaniyon Modeli Teker Yükü Grafiği...56 Şekil 6.. Paif Süpaniyon Modeli Süpaniyon Değişii...57 Şekil 6.. Yarı Aktif Süpaniyon Modeli Süpaniyon Değişii...58 Şekil 6.. Araç Gövde İvelene Grafiği...59 vi
AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNDE HATA TESPİTİ VE ANALİZİ ÖZET Ekonoik ve teknolojik gelişiin bir onucu olarak, araç iteleri aan içeriinde değişie uğraış ve işleteler ile tüketicilerin ürekli değişen ihtiyaçlarını daha iyi karşılayabilek üere gelişi göteriştir. Otoobil üreticileri üşteri enuniyetini en üt eviyede tutabilek aacıyla otoobile ait parçaların geliştirilei için büyük iktarlarda aan ve para harcaaktadırlar. Burada aaç akul eviyede bir perforan unakla birlikte öellikle konforlu ekipanlar üretek ve bunu gerçekleştirirken de aliyetleri iniua indirektir. Son yıllarda otoobillerin geliştirileinde en çok üerinde durulan nokta elektronik iteler oluştur. Öyle ki ürücülerin en or şartlar altında bile orlanadan ve konforu kaybeteden yoluna deva edibilei için üretilen ESP (elektronik avrula önleyici ite), ABS (fren anında tekerlerin kilitleneini önleyici ite), GPS (uydu yardıı ile aracın yerini ve poiyonunu bulan ite) gibi birçok teknolojik ite, artık neredeye otoobillerin olaa olaı haline geliştir. En yeni teknolojilerden biri olan Aktif Süpaniyon Sitei, otoobillerde konfor ve perforanı bir arada unayı hedefleektedir. Bu ite üerine çalışaların çok ekilere dayanaına rağen on yıllara kadar üerinde durulaıştır. Birkaç yıldır ie otootiv ektörünün önde gelen firaları bu itei hayata geçiriş ve üt ınıf otoobillerinde kullanaya başlaıştır. Aktif üpaniyon iteini tanıtarak, hata tepitlerinin ve teşhilerinin yapılaını aaçlayan bu te çalışaında, itenilen onuçlara ulaşada farklı yönteler kullanılış ve bu yöntelerin hepi ayrı bölüler halinde anlatılıştır. Son olarak ie iülayon onuçları veriliştir. vii
AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNDE HATA TESPİTİ VE ANALİZİ ABSTRACT The era we live i technology era. So autootive indutry i developing continiouly to anwer the cutoer quetion. Autootive copanie pend a lot of tie and oney to produce new technology for cutoer. Here, the ai i to ake the perforance car with axiu cofort and iniu cot. In autootive the objective wa electronica yte for lat few year. For exaple, ESP, ABS, GPS. You can ee thee yte in a lot car. One of the newet technology for vehicle i Active Supenion Syte. Thi yte i give ore perforance and cofort to autoobile. Too any year ago people began to tudy about ti yte but for lat few year autootive copanie began to ue the yte in luxury car. In thı tudy you can find exaple and olution about Active upenion Syte. There are o any different ethod for analiing Active Supenion Syte. A few of thee ethod are explained in thi tudy. In the end you can find oe iulation for yte. viii
ix
. GİRİŞ Otootiv ektöründe geçişten günüüe kadar, ürekli değişi göteren piyaa ve talep yapıına uyu ağlayabilek aacıyla çeşitli üreti iteleri geliştiriliş ve yeni teknolojilere ia atılıştır. Önceleri bait iteler kullanılan otoobillerde, tüketici itek ve gerekinilerindeki farklılaşalar ile teknolojilerindeki gelişelerin bir onucu olarak, karaşık yapıda ürün ve hietlerin üretilebildiği tüketici odaklı geniş elektronik iteler üretiliştir. Rekabetin yoğun olarak yaşandığı günüüde, işletelerin başarılı olabileleri için farklı gruplara ayrılış tüketici taleplerini en iyi şekilde yöneteleri gerekektedir. Bu aaçla işleteler, üreti itelerini bilgiayar ve bilişi teknolojileri ile bütünleştirerek, ürün gruplarını bireyel talepler doğrultuunda çeşitlendirektedirler. Otoobillerde konforun ve perforanın en öneli ürüş paraetreleri olduğu günüüde, geliştirilen yeni teknolojiler ürücüye aheti bir ürüş deneyii kaandırayı aaçlaaktadır. Otootiv firalarının tüketicilerin ihtiyaçlarını karşılaak için geliştirdiği on teknolojilerden biri olan aktif üpaniyon itei otoobillerde ürüş konforu ve perforanı bir arada unayı planlaaktadır. Otoobilin yere yakınlığı, aortiörlerin duruu ve yayların ertliği gibi unurlar otoobillerde güvenliğin ve perforanın vageçile öğeleridir. İşte bu noktada aktif üpaniyon iteleri devreye girer. Aktif üpaniyon itei, ilk olarak ekenli yıllarda otoobilin önde gelen arkalarından olan Lotu arkaı tarafından geliştirilen ve daha onra, 99 yılında Willia tarafından ükeelleştirilen, bilgiayar aracılığı ile pitteki engelleri önceden aptayan ve ürücüye bildiren bir elektronik itedir. Bu iteler tüek, engebe, v ile karşılaştığı aan araç içindekilerin hiçbir arıntıya aru kaladan yolculuk eteini ağlar. Günüüde, yükek fiyata ve donanıa ahip birçok arabada tandart olarak aktif üpaniyon iteini bulak ükündür. Bu çalışanın teel aacı, aktif üpaniyon iteleri ile ilgili teel kavraları ve itein çalışaını açıklayarak, araç itelerindeki öneini ortaya koyaktır. Ayrıca 9
yapılan uygulaalar ile itein nekadar hata ile çalıştığının ve naıl daha iyiye gidebileceğinin düşünülei de ağlanıştır. Çalışa altı bölüden oluşaktadır. Birinci bölüde, genel olarak üpaniyon iteleri, üpaniyon itelerinin ana parçaları ve aktif üpaniyon iteinin kıa bir tanıı üerinde duruluştur. İkinci bölüde -erbetlik dereceine ve 4-erbetlik dereceine ahip araç odellerine ait denkleler çöüleniştir. Üçüncü bölüde aktif üpaniyon itelerin kontrol yöntelerinden biri olan LQR ile çeyrek odeli üerinde çalışılıştır. Dördüncü bölüde aktif üpaniyon itelerin kontrol yöntelerinden biri olan H onu kontrol yöntei ile çeyrek taşıt odeli üerinde çalışılıştır. Beşinci bölüde ie aktif üpaniyon itelerin kontrol yöntelerinden biri olan bulanık antık kontrolü ile hata tepiti yapılıştır. Son bölü olan altıncı bölüde ie bulanık antık kontolörü ile kontrol ediliş aktif üpaniyon itei ve paif üpaniyon iteleri araındaki farka ait bir iülayon örneği veriliştir.
..Süpaniyon Siteleri... Süpaniyonun Anatoii Bağıı üpaniyon itei artık birçok otoobilde kullanılıyor. Yol yüeyi, çukurlar ve tüekler nedeniyle hiçbir aan taaen dü değildir. Otoobil ein yüeyi naıl olura olun, ürüş enaında konfor açıından yoldaki bouklukları ükün olduğunca a hiettirelidir. Sürücülerin iyi bildiği; ancak ne kadar öneli olduğunun farkında oladıkları heleon yay ürüş konforunda öneli bir göreve ahiptir. Heleon yay konforu ağlaak için yolu okuak duruundadır. Bu yay bir tüek aşılırken şokun enerjiini eek için eilir, engel aşıldıktan onra tekrar açılır. Burada ağlanaya çalışılan yayın eildiği kadar çabuk açılaıdır. Eileinde otoobilin ağırlığı etken olduğundan üre kıadır, açılaındaya orijinal uunluğunu bulana dek birkaç ke açılır kapanır. Bağıı üpaniyon itei artık birçok otoobilde kullanılıyor. Ta ertlikte yani hiç eneeyen bir heleon yayla tüeğin üerindeki etkiyi hayal edereni, otoobil adece ıplar ve tekrar yol üerinde kontrol ağlaak neredeye ikanı hale gelir. Dolayııyla konforun yanı ıra yol tutuş için de yayın hareketlerini yuuşatak gerekir. Heleon yayın ertlik derecei üreticinin hedeflediği onuca göre ayarlanır. Seçilen yay ertliği otoobilin konfor eviyeini belirleyen faktörlerin başında gelir. Yayın hareketleri karoerin hareketlerini de etkilediğinden aracın yol tutuşuna öneli etki eder. Aortiör telekopik bir tüpün içinde hareket eden bir piton ve upaptan oluşur. Aortiör, içindeki yağ ya da gaın ıkıştırılaı yardııyla tekerleği yere doğru ittirerek yola teaının üreini ağlaaya çalışır. Otoobilin konforu büyük ölçüde üpaniyonun yuuşaklığına bağlıdır. Örneğin aile tipi bir edanda konfor hedeflenerek yuuşak üpaniyon kullanılır. Bu tip üpaniyonlarda aortiörler yol üerindeki bouklukları iyi eecek baınca ve açıla duruunda ükün olduğunca a oynaa ağlayan bir ertliğe ahiptir. Modern otoobillerin çoğunda dört tekerlekte bağıı üpaniyon itei kullanılır. Bir tekerleğin yukarı doğru hareketi yandaki tekerleği etkilee. Süpaniyonun ve tekerleklerin çalışaı için en iyi koşulların ağlanaı hedefleniştir. Bu da ürekli dü bir atıh üerinde hareket ediyoruş ilenii verir. Süpaniyonlar karoere abitleniş ve üpaniyon kollarına bağlanıştır. Bu kollar da bağlantı çubuklarıyla aka yakın bir yere yerleştiriliştir. Süpaniyon kolları hareketlerini teel üç açı üerinde yapar: uunlaaına, yana ve yukarıya. Bu açılan üpaniyonun hareketleri ve tekerleğin yere baış şekli belirler. Her otoobilin üpaniyon geoetrii taarı aşaaında belirlenir. Bu geoetrinin teelinde üpaniyon parçalarının (rotlar, rotiller, alıncak kolları, aortiörler, arkadan itişli araçlarda diferaniyel kovanı gibi) birbirleriyle yaptıkları açılar yatar.
Bu açıların boulaı duruunda ürüş konforu ve güvenliği boulur. Bu açılar dört başlıkta toplanır: Kater, kaber, toe ve kingpin. Kater açışı, araca yandan bakıldığında dingilin tekerlek düşey ekeniyle yaptığı açıdır. Bu açının noralden farklı olaı aracın yolda geineine, düeni ve çabuk aşınalara ebep olur. Kaber açıı latiklerin dik ekende içe ya da dışa doğru yaptıkları açıdır. Daha farklı bir anlatıla aynı dingilde; latiklerin tabanlarının birbirine yakın ya da uak olaı kaber açışı adını alır. Latik tabanlarının birbirlerine yakın olaı (poitif kaber) latik tabanını dış kenarlarının çabuk aşınaına ve virajlarda latiğin aracın altına doğru katlanaına ve aracın kayaına ebep olur. Tabanların birbirinden uak olaı (negatif kaber) yani üt kııların birbirine yakın olaıya latik tabanının iç kıının aşınaına ebep olur. Toe açışı paralel ekende latiklerin ön ya da arka kıılarının birbirlerine yakın olaıdır. Eğer latiklerin ön kııları birbirine yakına buna toe-in denir ve latik tabanının iç kıında aşınalara ebep olur. Latiklerin arka kıılannın birbirine yakın olaına toe-out adı verilir ve bu duruda latik tabanının dış kıının aşırı aşına problei yaşanır. Kingpin açııya ön akın alt ve üt bağlantı noktalarının birbiriyle yaptığı açıdır. Kingpin açışı ak ya da aortiör kovanı ve kuleinin eğrileiyle boulur ve aracın yol tutuşu oluu etkilenir. Açı değişiklikleri arka takı için de geçerlidir; fakat burada tekerleklerin önler gibi ağa-ola dönei ö konuu değildir. Buna rağen arka tekerleklerde güvenliği ve konforu arttıra açıından a da ola dönerler. Bu hareketlerin ağlanabilei için ağla olduğu kadar belli bir oynaa hareketi göteren kauçuk takodan üretiliş alee kullanılır. Arka takılarda genellikle otoatik yön alan bir iteden bahedilebilir. Bu şekilde otoobiliniin dengei ükeel şekilde ağlanır. Viraj içinde otoobilin kaaı virajın yönüne doğru eğilir. Bunu önleek için aortiörler ükün olduğunca ertleştirilerek açıla hareketi iniua indirilir. Bu işle yapıldığında şüphei konfordan da fedakarlık etek gerekir. Bunun yanında aynı dingil üerinde hareket eden tekerlekler araındaki eafe de arttırılabilir. Bir diğer çöü de viraj çubuğudur. Bu çubuk dingilin üerine onte edilerek kullanılır. Bu abit çubuk taaen paif bir işlev görür; şaiye abitlenerk tekerleklere ontajı yapılır. Çalışa prenibi toriyon çubuğuyla aynı olup, çapına göre a yada daha kuvvetli olarak bir direnç göterir. Buradaki en öneli işlevi de viraj içinde karoerin yataını önleeidir.
... Araç Süpaniyon Siteleri ve Yaylar Yayların araç üpaniyon itelerinde kullanılaları geçen yüyıla kadar dayanır. İlk kullanılan yaylar kalın çelik yaylardır. Bunların yoldan gelen darbeleri bir ölçüde yutaları, daha hılı ve rahat yolculuk yapa ikanını ortaya çıkarıştı. Daha onraları halk araında aka olarak bilinen yaprak yayların büyükten küçüğe doğru yerleştirilei ile eydana gelen yaylar, geniş kullanı alanı buluştur. Bu yayların ön ve arka dingil ile şai araında kullanılaıyla araç gövdei dolaylı olarak dingillere oturtuluş olur. Böylece yoldan gelen arıntılar kadar, aracın kalka ve fren ıraındaki arılaları da yuuşatılış oluyordu. İlk defa 98'de otoobil ialatındaki bir uygulaayla üpaniyon itei her bir tekerleğe bağıı olarak uygulanış, yani dingil kullanılaından va geçilerek her tekerlek ayrı olarak yataklanıştır. Böylece bir tekerlek tarafından alınan darbe diğerine iletilediğinden eyahat rahatlığı artırılıştır. Bugün heleon yaylar, burula çubukları, yaprak yaylar gibi kullanılan birçok yay tipi vardır. Genellikle ön tekerlekler için heleon yaylar kullanılırken, arka dingil yaprak yaylardan yapılan akalar üerine oturtulur. Yaylar enerji depolaa kabiliyetleri yükek olan elatik eleanlardır. Bu öellikleri, dolayııyla yol athından alınan darbeleri, boyut değiştirerek ve enerji depolayarak şaiye ileteden alırlar. Fakat yalnı başlarına kullanıldıklarında ilk anda depoladıkları enerjiyi onra geri verirler ve bir alını hareketine ebeb olurlar. Bu alınıın adece bir kıı yayın rijitliği, yani iç oleküller ürtünei dolayııyla ııya çevrilerek yutulur ve alınıın duraı aan alır. Eğer bu alınıların deva eteine üaade edilire araçta da allanalar görülür. Bilhaa İkinci Dünya Savaşı ıraında etalurji ahaındaki on ilerleeler yayların enerji depolaa kabiliyetlerini, yani elatikiyetlerini arttırış ve araç üpaniyon itelerinde yaylar yanında enerji yuta kabiliyetleri yükek aortiörlerin kullanılaı bir ihtiyaç halini alıştır. Bugün aortiörler, araç üpaniyon itelerinde geniş bir şekilde kullanılaktadır.... Süpaniyon ve Latikler Araındaki İlişki Otoobilleriiin yerle bağlantıını ağlayan üpaniyon itei, aracın yol tutuşunu garanti altına aldığı gibi konforunu da ağlar. Süpaniyon iteini oluşturan aortiör ve heleon yaylarının yanı ıra latik ve jant ölçüleriyle oynayarak otoobilin yol tutuş ve konfor karakterini değiştirebilirini. 3
Otoobilin yol tutuş yetenekleri ürüş güvenliğinin ağlanaındaki en öneli faktördür. Otoobilin yerle bağlantıı ve yol tutuşu birçok parçanın birlikte çalışaıyla ağlanır. Bunlar; yürüyen aka, direkiyon, üpaniyon, fren, tekerlekler ve latiklerdir. Tü bu parçalar karoere bağlıdır. Süpaniyon itei otoobilin ağırlığına dayanabildiği gibi latiklerin yere ağla baaını da ağlaalıdır. Otoobilin yere ağla baaı hayati öne taşır; çünkü aracın aktif güvenliği, dengei ve konforu bu parçaların ağlıklı çalışaına bağlıdır.... Aortiör Aortiör akinalarda çalışa ıraında eydana gelen arıntı ve titreşilerin şiddetini ve etkiini aaltak için kullanılan eleanlar. Aortiörler hareket yönüne ter, hı ile orantılı bir direnç göterirler. Böylece arıntı ve titreşi doğuran enerjiyi ııya çevirerek yutarlar. Her türlü darbeli çalışan akinalarda (tektil akinaları, preler, iş akinaları, kaldıra akinaları, otoobiller...) kullanılalarına rağen, en yaygın kullana alanı araçlardır.... Aortiörlerin Rolü Aortiörler, araç üpaniyon itelerinde yaylarla birlikte kullanılarak yoldan tekerleklere gelen arıntı ve titreşilerin araba şaiine iletileden eileini ağlarlar. Burada aortiörlerin rolü yaylardan daha değişik bir karakter göterir. Bu itelerde yay tarafından depolanan enerji, alınılar halinde şaiye iletileden aortiörler tarafından eilir. İşte bu prenibe dayanarak yolun düeniliklerinden dolayı eydana gelen darbe ve alınıları, yaylar, araç gövdeine ileteyerek depolarlar. Aortiörler ie hareket yönüne ter doğrultuda göterdikleri direnç ile gerek ilk anda tekerlekten gelen enerjiyi ve gereke yayda depolanan enerjiyi yutarak ııya çevirirler. Böylece arıntıları yok ederler. Aortiörler, adece aracın konforu için gerekli eleanlar değillerdir. Aynı aanda tekerleklerin yolu iyi kavraaları gibi öneli bir fonkiyonu da yerine getirirler. İyi bir aortiör virajda avrulayı önler. Tekerleklerin yere iyi baalarını ve ıplaaalarını ağlayarak he çekişi artırır, he de fren yapıldığında duruş eafeini kıaltır.... Aortiörlerin Yapıı ve Tipleri Genel olarak aortiörlerin çalışa prenibi ürtüne yoluyla harekete karşı bir direnç götererek, hareket enerjiinin ııya dönüştürülüp, yutulaı eaına dayanır. Aortiörler kuru ve akışkan ealı tipler olak üere iki ana bölüe ayrılırlar. 4
Kuru tipler, yaylar ve latiklerde olduğu gibi ciilerin iç oleküler ürtüneine dayanarak veya doğrudan birbirine ürtünen ciilerde olduğu gibi dış ürtüne eaına dayanarak arıntı ve titreşi doğuran hareket enerjiini ııya çevirerek yutarlar. Akışkan tipleri ie ıvı veya ga ealı olabilirler. Sıvı tiplerde daha çok yağ kullanılır. Yağların iç oleküler ürtünei olan yükek vikoite (kıvalılık) öelliğine dayanılarak baınç altındaki yağın dar kanallardan geçeye orlanaıyla ıkışan oleküllerin araındaki ürtüne yardııyla ııya çevrilen enerji yutulur. Ga ealı tipler de aynı prenibe göre çalışırlar. Ga olarak daha çok hava kullanılır. Aortiörlerin bu iki ana eaa bağlı, anayi ve araçlarda kullanılan birçok tipleri vardır. Araçlarda geniş bir kullanıla alanı bulaı dolayııyla en çok tanınan telekopik tipdir...3. Direkiyon Sitei Otoobilin döne işlei direkiyon itei ile ağlanır. Direkiyon iidinden elle verilen döne hareketi, bir dişli yolu ile ön tekerleklere intikal eder. Ön tekerlekler dönülecek yöne göre paralel olarak kollar yardıı ile çevrilir. Elle fala güç tatbik edilediği halde dişli yardıı ile dönüş tein edilir...4. Aktif Süpaniyon Sitelerinin Tanıı Otoobilin yol tutuşunda en öneli görevi ütlenen parçalardan biri üpaniyon iteidir. Otoobilin gücüne ve büyüklüğüne göre ayarlanan bu ite yol tutuşu güçlendirirken, ürücünün de konforlu bir eyahat yapaını ağlaaktadır. Satın alınan bir otoobilde üpaniyon itei tandarttır. Ancak, otoobilin yol tutuşunu ve güvenliğini artırak için üpaniyon itei odifiye edilebilir. Otoobilin yerden yükekliği ya da alçaklığı ürüş ıraında çok önelidir. Ayrıca üpaniyon iteinin yuuşaklığı, latiklerin geniş tabanlı olaı, konforu arttırır. Ancak, otoobilin yere yakın olaı, üpaniyonların belirli oranlarda ertliği ve latiklerin dar tabanlı olaı, yol tutuşu ve fren öelliklerini aynı derecede arttırır. Günüüde, hıla gelişen teknoloji ile birlikte taşıt üpaniyon itelerinin kontrolleri için değişik kontrol etodları geliştirilektedir. Aaç taşıtlarda daha konforlu, aynı aanda da daha güvenli bir ürüş ağlayabilektir. Ancak bu duru çoğu aan ciddi ühendilik analilerinin yapılaını kaçınıla kılaktadır. Küçük yay katayıları ürüş konforunu arttırakta ancak aracın yola tutunaına engel teşkil etektedir. Diğer yandan büyük yay katayıları aracın yola tutunaını arttırakta ancak ürüş konforunu düşürektedir. Bu proble uun aandan beri bir ühendilik problei olarak çıkageliş ve araştıra konuu oluştur. 5
Yol girişlerinin araç üerine etkii karşııa iteneyen ekanik titreşiler olarak çıkarır. Bu titreşiler konforu bir ürüş oluşturakla beraber çoğu ekanik parçanın da yıpranaına(etal yorgunluğu) ve deforayonuna ebep teşkil eder. Bu titreşiler, kontrolcüler vaıtaıyla kontrol edilebilir böylelikle de iteneyen ve gürültüye neden olan titreşiler gideriliş olur; taşıt için de daha konforlu aynı aanda da güvenli bir ürüş gerçekleştiriliş olunur. Aktif üpaniyon iteleri yol anoralliklerini yanıtlaada her bir tekerleği aşağı yukarı hareket ettirerek vücut hareketlerini kontrol eder. Çoğu aktif üpaniyon iteleri, taşıta göre tekerleklerin poiyonunu ağlaak için her tekerlekte hidrolik ilindirler ile yükek baınçlı popalar kullanır. Tekerleğin yukarı-aşağı hareketi elektronik kontrol valfleri tarafından başlatılır. Aktif üpaniyon itelerinde güce etki eden diğer alternatifler, elektrik otorları ya da elektroıknatılardır. Her itede, her tekerleğe tekerleğin poiyonuna göre dik yerleştiriliş ve tekere etkiyen yolun kuvvetini belirleyen enörler bulunur. Bilgi enörlere ulaşadan önce baı iteler yol anorallikleri hakkında bilgi ağlaak için yol göteri enörleri (radar veya laer) kullanarak yol hakkında bilgi verir. Hıı ölçen enörleri de taşıtın hılandığı, fren yaptığı ve diğer anevralarında ki hılarını ölçerek bilgiayara gönderir. Bilgiayar karaşık bir algorita ile ürekli bilgi işleyerek her tekerleğin poiyonuna ne olaı gerektiğine karar verir. Heliel yaylar itein yeteri kaldığı anda, her tekerlek üpaniyonun alt kıının arar göreine engel olur. Böylelikle pürülü yollarda bile rahat ürüş ağlanış olunur. Aktif üpaniyon itelerinde iki farklı itee ratlaak ükündür. Bunlardan birincii yarı aktif üpaniyon iteleri iken diğeri ie ta-aktif üpaniyon iteleridir. Yarı aktif üpaniyon itelerinde bulunan aortior diye de bilinen oilayon öndürücü eleanlar vardır. Bunlarin bir optiu frekan aralığı vardır, yani bu frekanlarki alınıları en etkili biçide öndürürler. Yarı aktif üpaniyon bu eleanın ayarlarını ilianiyelerle ölçülen ürelerde değiştirerek her frekantaki alınıda optiu perforan götereini ağlar. Ta aktif üpaniyon ie, ciddi güç harcayan birşeydir ve aracın girdigi alinia karşı yönde ve eşit frekanta alını üretecek şekilde kuvvet uygular üpaniyon iteine. Böylece arıntı kala. Aktif üpaniyon iteinin kontrolünde birçok değişik kontrol yönteini kullanak ükündür. Bunlar LQR, PID, adaptive, odel predictive,fuy, robut (Hinf and H) and the hybrid of the olabilir. 6
Bu tede yarı aktif üpaniyon iteleri anlatılış, hata tepitleri ve analileri tanılanış olan çeyrek bir taşıt odeli üerinde yapılıştır. Ayrıca bu te çalışaında aktif üpaniyon iteinin kontrolü için LQR ve H onu kontrol yönteleri kullanılıştır. Hata tepiti ve analiinde ie reidüleri yakalayabilek için göleciler kullanılıştır. Hatanın anlaşılaından onra reidüler ayeinde hatalı enör iteden eliine edilir. Anlaşılacağı gibi burada üerinde durulan hata enör hataıdır. 7
. ARAÇ SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNİN MODELLENMESİ Bu bölüde aktif üpaniyon iteine ait çeyrek taşıt odeli ve denkleleri anlatılıştır. Çeyrek taşıt odeli olarak belirtilen şekil bir aracın tek bir tekerleğini kontrol eden üpaniyon ite odelidir. Burada.. -Serbetlik Dereceine Sahip Süpaniyon Sitei Bu kııda -erbetlik derceine ahip bir çeyrek araba odeli ve denkleleri anlatılıştır. Şekil. -Serbetlik dereceine ahip çeyrek taşıt odeli 8
Yukarıdaki şekle göre aşağıda denkleler heaplanabilir. b k F ac u ac u a b k b k F u u t u r t u r ac u ac u a (.) Ta doğrulukta bir kontrol ağlaak için, iyi bir duru uay odeli gereklidir. Duru uay değişkenlerini eçenin bir çok yolu vardır. Giriş inyali F a ve çıkıştan elde edilen ölçü değerleri üpaniyon apaını ve gövde iveleneini göterir. F a değerini bira daha açıklayacak olurak; aktif itede paif itaden farklı olarak yaydaki önüleneye yardı ettiğini öyleyebiliri. Yapılan kontrol türüne bağlı olarak birçok duru uay denklei gerçekleştirek ükündür. Sitede bulunan gürültü girişi yol duruu veya yol duruunun türevi şeklindedir. Gürültü inyalinin genel foru aşağıdaki gibidir. x Ax BFa Wn (.) y Cx DF a (.3) Burada A, ite atrii B, giriş atrii W, boucu atrii iken n, yoldan gelen boucu etkilerdir. 9
.. 4-Serbetlik Dereceine Sahip Süpaniyon Sitei-Pitch Dört erbetlik dereceine ahip yarı araba üpaniyon odeli aşağıdaki şekilde veriliştir. Şekil.. 4-Serbetlik dereceine ahip üpaniyon odeli Pitch Bu odelde q ve q aracın tekerleğinin yere dokunduğundu yüeyinin hareketini, ve tekerleklerin ağırlık erkelerinin hareketini, 3 aracın ağırlık erkeinin çigiel hareketini, ve üpaniyon iteini araca bağlayan kulelerin hareketini, ve aracın tekerleklerinin kütlelerini, 3 aracin kütleinin yarıını, k ve k tekerleklerin eneeini odelleyen yayların yay abitlerini, k ve k üpaniyon iteindeki heleon yayların yay abitlerini, c ve c üpaniyon iteinde yer alan aortiörlerin abitlerini, f d ve f d üpaniyon iteindeki aktif hareketlendiricinin uyguladigi kuvveti, J aracin y ekeni etrafındaki ataletini, φ aracin ekeni ile olan açıını (pitch angle), l f ön üpaniyon kulei ile ağirlik erkeinin araındaki uunluğu, l r arka üpaniyon kulei ile ağirlik erkeinin araındaki uunluğu, F rf ve F rr ön ve arka üpaniyonlardaki ürtüne kuvvetini teil eder.
Sitein dinaik denkleleri şekildeki odel kullanılarak çıkarılabilinir. Şekil ön ve arka tekerleklerin ütüne etkiyen kuvvetleri göterir. Tekerleklerin ağırlıklarından kaynaklanan kuvvetler, itedeki yayların ıfır konularındaki kuvvetleriyle dengelendiklerinden şekilde göterileiştir. fd F rf fd Frr k ( ) c ) ( k ( ) c ) ( k ( ) q k ( ) q Şekil.3 Aracın ön ve arka tekerleklerine etkiyen kuvvetler Tekerleklere ait dinaik denkleler aşağıdaki gibi verilebilir. q k c F r f k (.3) f d q k c F r f k (.4) r d Burada φ açıının küçük olduğu varayılıra 3 3 l l f r Şekil akıdaki kütlenin ekeni ütündeki kuvvetleri göterektedir. (.5) fd Frf fd Frr 3 k ( ) c ) ( k ( ) c ) ( 3 Şekil.4 Akıdaki kütle ütüne etkiyen kuvvetler
Akıdaki kütle için ekenindeki çigiel ve y ekenin etrafındaki daireel harekete ait dinaik denkleler Şekil.3 ve Şekil.4 ten faydalanılarak şu şekilde yaılabilir. r f r r d d F F f f c c k k 3 3 (.6) f r r r d r r f d f r f F l f l F l f l l c k l c k J (.7) Duru uay denkleleri : FU DQ CX Y EU BQ AX X (.8) Burada, r f r r d d F F q q Q f f U q q Y q q X 3 3 J l c l c J l c l c J l c J l c J l k J l k c l c l c c c c k k l c c c k k l c c c k k l l A r f r f r f r f r f r f r f 3 3 3 3 3 3
3 J l J l E D l l B r f r f 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 F c l c l c c c c k k C r f
3. AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNDE LQR KONTROLÜ Bu bölüde de daha önce bölü de tanılanış olan noral bir araca ait çeyrek taşıt odeli kullanılıştır. Bu bölüde taşıt kontrolü için LQR kontrol yöntei kullanılacaktır. 3.. Aktif Süpaniyon Sitei Mateatikel Modeli Şekil 3. -Serbetlik dereceine ahip çeyrek taşıt odeli 4
Yukarıdaki şekle göre aşağıda denkleler heaplanabilir. b k F ac u ac u a b k b k F u u t u r t u r ac u ac u a (3.) Ta doğrulukta bir kontrol ağlaak için, iyi bir duru uay odeli gereklidir. Duru uay değişkenlerini eçenin bir çok yolu vardır. Giriş inyali F a ve çıkıştan elde edilen ölçü değerleri üpaniyon apaını ve gövde iveleneini göterir. Yapılan kontrol türüne bağlı olarak birçok duru uay denklei gerçekleştirek ükündür. Sitede bulunan gürültü girişi yol duruu veya yol duruunun türevi şeklindedir. Gürültü inyalinin genel foru aşağıdaki gibidir. x Ax BFa Wn (3.) y Cx DF a (3.3) Burada A, ite atrii B, giriş atrii W, boucu atrii iken n, yoldan gelen boucu etkilerdir. 3 farklı duru uay uay değişken küei kullanılarak hangi itein daha iyi çalıştığı aşağıda göleleniştir. Duru uay değişkenleri aşağıda göterildiği gibidir. u u r u Burada u üpaniyon apaıdır. T, gövde ağırlığının utlak hııdır. u, teker apaıdır. r u, teker ağırlığının utlak hııdır. 5
6 t t u u u u u t u k b b A b b k b k B W b (3.4) C k b b (3.5) D (3.6)
Duru değişkenleri gibidir. u u T için duru uay denkleleri aşağıdaki u u d k r t k k b t b b Fa kt bt dt u u u u u u u r u u k k b b u y k k b b F a u (3.7) Duru değişkenleri u u T için duru uay denleleri ie aşağıdaki gibidir. u u d k b r Fa kt bt dt u r u u k b u u u u u y k b F u (3.8) 7
3.. Kontrol Edilebilirlik ve Gölelenebilirlik Bir itein kontrol edilebilir ve gölelenebilir olabilei için bu itein kontrol ve gole atrilerinin ta ranka ahip olaı gerekektedir. Her bir duru uay odelini tet edebilek için bir duru paraetre küeine ihtiyacıı vardır. Bu duruda paraetre değerleri MATLAB ROBUST CONTROL TOOLBOX yardı klaörlerinden alınıştır. Ek de veriliş olan kod itein kontrol ve göle edilebilirliğini tet etek aacı ile yaılıştır. Aşağıda MATLAB den alınış olan paraetre değerleri veriliştir. = 9 kg u = 59 kg b = N// k = 68 N/ kt = 9 N/ bt = N// Ek de veriliş olan kodlar itein ranklarını heaplaak aacı ile yaılıştır. Bu odlardan elde edilen değerler aşağıdaki gibidir. cont = 4 ober = 4 cont = 4 ober = 4 cont3 = 4 ober3 = Yukarıdan görülebileceği gibi ite 3 üncü duru için göleleneeken diğer iki duru için gölelenebilirdir. 3. duru için rank dir. Bu şu deektirki 4-= adet göleleneeyen od vardır. 8
3.3. Geri Belee Duru Kontrolü için LQR Kontrolü LQR tekniği bir duru geribelee kontrolüdür. Elde edilen duruların tüü K kontrolörüne verilir ve buradan tekrar itee aktarılır. Aktif üpaniyon iteinin kontrolü bir denge probleidir. Site daha iyi bir yol tutuş veya daha iyi bir ürüş konforu veya her ikii için odifiye edilebilir. Dolayıı ile en iyi yol optial kontroldür. Bu kontrol yöntei tutar fonkiyonunu iniie edecek şekilde yapılır. Genellikle tutar fonkiyonu itein forülü şeklindedir. Tutar her denge için nekadar perforan gerektiğini tanılar. Bu bölüde ite için LQR tekniği kullanılıştır. LQR tekniğinin kullanıı ile ilgili ilk tahin olarak, duru geribelee kaanç atriinin (K) heaplanaı için ite ta duru çıkışına ahip olalıdır. Sonraında, göleciye itein tü durularına ulaşa ikanı verilecektir. LQR kontrolü için ikinci duru değişkenler küei eçiliştir. Aşağıdaki tutar fonkiyonu iniie etek için eçiliştir. J q q q q dt (3.9) u 3 u 4 Buradaki tutar fonkiyonu referan 7 de veriliş olan kitaptaki farklı duru değişkenleri küeleriyle beneşektedir. Heaplaalar ikinci duru değişkenleri küeine ulaşa aacı ile odifiye ediliştir. F a F k u k b u b a k u ku k b u b u kb u u kb u kb u kb u b u LQR kontrolünde aşağıdaki tandart tutar fonkiyonu ba alınıştır. (3.) T T T J x Qx x Nu u Ru dt (3.) MATLAB prograı yürüte ıraında Q, N ve R atrilerine ihtiyaç duyar. Bu yüden Q, N ve R atrileri karşılaştırılıp eşleştirildiğinde aşağıdaki gibi elde edilebilirler: 9
k q k k b k b k k q kb kb 3 kb kb b b q4 Q k b k b b q b (3.) N k k b b (3.3) R (3.4) Kontrolör kaancı aşağıda göterilen kod ile heaplanaktadır. [3] Sitei optiie etek aıl aaç olduğundan, q ve q4 değerleri diğer değerlerinden daha büyük eçiliştir. q=.3; q=; q3=.3; q4=; Ek de veriliş olan kod, K kaanç atriini heaplarken, E kapalı çevri ite atrii Q, R ve N atrilerine ödeğerlerini verektedir. Seçilen Q değeri için kodun onucu aşağıda veriliştir : K = -.554755485435e+4.35e+4-8.63666448983e+ -3.74463395e+ 3
E = -.595454753e+ +5.9696735845e+i -.595454753e+ -5.9696735845e+i -.7386548473e+ +.584459789e+i -.7386548473e+ -.584459789e+i Kapalı ve açık çevri ite davranışlarını karşılaştıra aacı ile üpaniyon gövde yükü şekil deki Bode diyagraında göteriliştir. Şekil 3. Açık ve Kapalı itein karşılaştırılaı Yukarıdan rahatlıkla görülebilir ki, eğer optiiayon üreci, konfor üerine odaklanıra, üpaniyon apa hareketi açık itedekinden daha kötü olacaktır. q değerini değiştirerek denge kontrol ihtiyaçlarına göre değiştirilebilir. Ayrıca bu kontrol yönteini H onu kontrol yöntei ile de karşılaştıracak olurak H onu kontrolünden elde edilen değerlerin daha iyi olduklarını göleleyebiliri. 3
3.4. Göleci Taarıı LQR taarıında itein ta duru çıkışına ahip olduğu öngörülür. Fakat itein adece bir çıktıı vardır ve bu itein bir duruu değildir. Kontrol ıraında itein duruunu görek için bir göleci bulunalıdır. Göleci için dinaik denkle aşağıdaki gibi veriliştir. xˆ Axˆ Bu L( y yˆ ) (3.5) yˆ Cxˆ Du Yukarıdaki denklelerde u, kontrolör girişini göterir. Sitee uygulanan aynı kontrol göleciye de uygulanaktadır. y, elde edilen ölçü değerleridir. ŷ ie beklenen duruları göterir. L, gölecinin dinaik davranışını göteren göleci kaanç atriidir. L atrii SISO kutup yerleştirei Ackerann forülü yardıı ile heaplanabilir. Gölecinin kutupları kapalı çevri iteinin dinaik davranışını etkileeyecek kadar uağa yerleştirilelidir (5 - kat büyük). Aşağıda göteriliş olan kod göleci kutuplarını kapalı çevri kutuplarının kat uağına yerleştirek aacı ile yaılıştır. P=E*; L=tranpoe(acker(A',C',P)) Burada P olarak adlandırılan teri elde edilirken kutup yerleri ile çarpılıştır. L ie parante içindeki terilerin tranpoeinin alınaı ile eydana geliştir. L = -.379895956549e+.944645497e+ -9.9776953389766e+ -.56499999999996e+3 Kutuplar dülei üerinde herhangi bir yere yerleştirilebilirler, fakat köklerin değeri onua gittiği aan L atriinin eleanlarının değeri çok büyük olacaktır. Bu duru itein band genişliğini arttırır ancak aynı aanda itein gürültülere olan duyarlılığı da artar. Dolayıı ile kutup yerleştirei de optiiayona ihtiyaç duyan bir denge problei haline gelir. 3
3.5. Siülayon Sonuçları Sitein davranışını görebilek için itein Siulink Modelleei yapılıştır. K*u road W Contant K*u B A K*u C Scope K*u K*u D K K*u K*u A B K*u L Add3 K*u K*u C K*u D Şekil 3.3 Aktif üpaniyon iulink odeli Yukarıdaki şekil MATLAB den bir ite odelidir. Road olarak göterilen blok gürültü bloğudur ve yoldan gelen boucu etkileri belirtir. A, B, C ve D itee ait iken A, B, C ve D göleciye ait değerlerdir. Göleciye gelen inyaller ayeinde yeni durular tahin edilir ve ite kontrol bloğuna gönderilir. K olarak belirtilen blok ie kontrolör bloğudur. Site referanı ıfırdır, bu deektir ki kontrol kuralı (u=-kx) e eşittir. Yolu iule etek için band liitli bir gürültü kullanılıştır. Gölecinin etkilerini görek aacı ile ilk koşullar. değerine ayarlanıştır. Sitein onuçları Şekil 3.4 te veriliştir. 33
Şekil 3.4 Yol ve Gövde yükü konuu (4 ) Kontrolör araç gövde ağırlığı konuunu başarıyla ıfırda kopane etektedir. 34
Şekil 3.5 Gövde yükü hıı 3.5 Site Sonuçları LQR kontrolör taarıından görüldüğü gibi q değerlerinin doğru eçilei ile dengeli bir onuca ulaşak ükündür. 35
4. AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNDE H SONSUZ KONTROLÜ 4.. GİRİŞ Araç üpaniyon ite diaynları genellikle 3 adet taalayıcı kriterin birleşei ile yapılır. Bunlar; yol duruu, yük taşıa kapaitei ve yolcu konforudur. Süpaniyon itei arcı detekleyen bir ite olalıdır, bunun yanında direkiyondan gelen anevra etkilerine karşı aracta yon kontrolü ağlaalı ve yoldan gelen boucu etkilere karşı da yolcu ve araç gövdeini korua altına alalıdır. Önceki bölülerede de bahedildiği gibi iyi bir ürüş konforu için yuuşak üpaniyon gereklidir, iyi bir yol tutuş için ie ert üpaniyon tercih edilelidir. İyi bir yol tutuş için bu ikiinin araında bir üpaniyon ayarı gerekektedir. Aktif üpaniyonlar, yük taşıa, yol tutuş ve ürüş kalitei eçenekleri araında yapılacak eçideki ögürlüğü arttırak aaçlıdır. Paif üpaniyon itei ie enerjiyi yay ile depolaa ve aortiör ile dağıta beceriine ahiptir. Paif üpaniyonun paraetreleri genellikle belli bir derece yol tutuş, yük taşıa ya da konfor düeyi için abitleniştir. Bir aktif üpaniyon itei enerjiyi depolaa, dağıta ve itee una beceriine ahiptir. Paif itein akine, aktif ite paraetrelerini çalışa koşullarına göre ayarlayabilir. Enerji unuu elektroekanik ya da hidrolik harekete geçiriciler tarafından yapılaktadır. 36
4.. Aktif Süpaniyon Siteinin Mateatikel Modeli: Daha önce ikinci ve üçüncü bölüde tanıları yapılış olan noral bir binek aracına ait çeyrek taşıt odeli ve ateatikel denkleleri aşağıdaki gibidir. Şekil 4. -Serbetlik dereceine ahip çeyrek taşıt odeli Yukarıdaki şekle göre aşağıda denkleler heaplanabilir. b k F ac u ac u a b k b k F u u t u r t u r ac u ac u a (4.) Ta doğrulukta bir kontrol ağlaak için, iyi bir duru uay odeli gereklidir. Duru uay değişkenlerini eçenin bir çok yolu vardır. Giriş inyali F a ve çıkıştan elde edilen ölçü değerleri üpaniyon apaını ve gövde iveleneini göterir. Yapılan kontrol türüne bağlı olarak birçok duru uay denklei 37
gerçekleştirek ükündür. Sitede bulunan gürültü girişi yol duruu veya yol duruunun türevi şeklindedir. Gürültü inyalinin genel foru aşağıdaki gibidir. x Ax BFa Wn (4.) y Cx DF a (4.3) Burada A, ite atrii B, giriş atrii W, boucu atrii iken n, yoldan gelen boucu etkilerdir. 3 farklı duru uay uay değişken küei kullanılarak hangi itein daha iyi çalıştığı aşağıda göleleniştir. Duru uay değişkenleri aşağıda göterildiği gibidir. u u r u Burada u üpaniyon apaıdır. T, gövde ağırlığının utlak hııdır. u, teker apaıdır. r u, teker ağırlığının utlak hııdır. 38
39 t t u u u u u t u k b b A b b k b k B W b (4.4) C k b b (4.5) D (4.6)
Duru değişkenleri gibidir. u u T için duru uay denkleleri aşağıdaki u u d k r t k k b t b b Fa kt bt dt u u u u u u u r u u k k b b u y k k b b F a u (4.7) Duru değişkenleri u u aşağıdaki gibidir. T için duru uay denleleri ie u u d k b r Fa kt bt dt u r u u k b u u u u u y k b F u (4.8) 4
4.3. Aktif Süpaniyon Kontrolü: Aktif üpaniyon iteinin kontrolündeki aaç konforu ağlaak ve yoltutuşunu arttırak için yoldan govde hıına ve teker hıına etkiyen boucu etkileri aataktır. Aşağıdaki denkleler incelenecek olura kolaylıkla görülebilir ki doğal frekan değerleri kontrol için öne arederler. k k t (4.9) u Bu frekanlar için bode diyagraında tranfer fonkiyonundan gelen tepe değerler vardır. Bu değerler gövde hıına etkiyen yoldan gelen boucu etkilerden ve teker apaından kaynaklanırlar. Bu tranfer fonkiyonu iöin gerekli olan iki adet diferaniyel denle toplanacak ve çöülenecek olura kolaylıkla görülebir ki frekanındaki kaanç kontrol girişinden taaen bağııdır. Bu koşullarda denebilir ki bu değer itein değişe bir değeridir. 4.4. Aktif Süpaniyon Siteinde H onu Kontrolü Bu kontrol yönteindeki öneli nokta itei en kötü haliyle ele alaktır. Kontrol şeaı çevri biçiinden elde edilir. Çevri biçii aşağıda belirtildiği gibi bir kurala ahiptir. için S (4.) w p Burada S, duyarlılık fonkiyonu olarak adlandırılırken w p, S için derecelendire değeridir. Yukarıda tanılanan eşitilik aşağıdaki gibi yaılabilir. Swp (4.) Sitein kararlılığı için yukarıda veriliş olan perforan kriteri eşitiliğinin ağlanaı şarttır. Daha iyi bir perforan elde etek aacı ile aşağıda göterilen yeni fonkiyonlar da itee eklenebilir. 4
N wps wu KS wt t (4.) Yukarıda veriliş olan atrite K elaanı kontrolörü tanılarken, T olarak verilen değer kapalı çevri tranfer fonkiyonunu göterir. Dolayıı ile N olarak tanılanan H onu forunun nor atriinin den küçük bütün eleanları alınaı, H onu kontrol probleine yol göterecektir. Başlangıç için duru uay forları inşa edilelidir. Aşağıda belirtilen paraetreleri kullanarak bu foraları elde erek ükündür. = 9 u= 59 b = k = 68 kt = 9 bt = Bu proble için de u u T değerleri, duru uay değişkenleri olarak eçiliştir. Dolayıı ile ek de veriliş olan MATLAB kodları kullanılabilir. Yukarıda tanılanan odel için girişler ıraı ile yolun boucu etkileri, harekete geçirici güçtür. Çıkışlar ie araç gövde apaı, ive değerleri ve üpaniyon apaıdır. Bu duru için w değişe frekanının değeri aşağıdaki gibi tanılanabilir. w=qrt(kt/u) w = 56.748 Sitei iniie etek için bir ağırlık fonkiyonun tanılanalıdır. 4
Şekil 4. Çeyrek taşıt odeli kontrol şeaı Yukarıdaki şekilde d boucu giriş i göterir (bu itede yol profilidir). d ie gürültü ölçüüdür. x ler duru değişkenleridir. w gürültü ölçüündeki derecedir ve bu değer. etre olarak eçiliştir. Bu tranfer fonkiyonu frekanı bağlı n olarak yaılabilir. w ref yol profilini derecelendirek için kullanılabilir. Eğer yol profilinin 7 c ile -7 c değerleri araında değiştiği varayılır ie yol profili derecei.7 olacaktır. w act harekete geçirici gücün fonkiyonu olarak eçilebilir. Ağırlığın genliği, kapalı çevriin band aralığı liitleek aacı ile yaklaşık 5 rad/ den doğru artalıdır. Dolayıı ile w act değeri aşağıdaki gibi tanılanabilir. w act 5 3 5 (4.3) Yukarıdan da görüldüğü gibi w act değeri için bir tranfer fonkiyonu tanılanabilir. Bu tranfer fonkiyonunda veriliş olan değerler varayı değerleridir ve bant genişliğini etkileeyecek şekilde eçilişlerdir. Buradaki öneli ağırlık fonkiyonları w x ve wx x3 dür. Çünkü bu fonkiyonlar itein aru edilen perforanını belirlerler. x i liitleyerek ve x-x3 ü erbet bırakarak itei konfor açıından odife edebiliri, bunun yanında yol tutuşundaki odifiye için de bu değerler yardıcı olacaktır. 43
Öncelikle x için cea fonkiyonunu aşağıdaki gibi yaabiliri. w x 5 8 5 (4.4) Yukarıda belirtiliş olan fonkiyondan yaklaşık olarak 3.459 rad/ değeri elde edilir. Genel itei kurak için ek 4 te veriliş olan kodlar kullanılır. Ek 4 te veriliş olan kodlarda bulunan CL kapalı çevri fonkiyonunu göterektedir. CL in noru den küçük bir değer olan.6 olarak alınıştır. Yol boukluklarından kaynaklanan üpaniyon apaına ait Bode genlik diyagraı aşağıdaki gibi veriliştir. Şekil 4.3 Yol boukluklarından kaynaklanan üpaniyon apaına ait Bode genlik diyagraı Yukarıdaki şekilde keikli çigiler paif üpaniyon iteine ait iken kırıı ile göteriliş olan devalı çigiler aktif üpaniyon iteine aittir. Paif üpaniyon iteinde görüldüğü üere iki adet tepe noktaı vardır. Bu noktalar daha önce belirtiliş olan doğal frekan değerlerindeki noktalardır. Aktif itede ie birinci frekantaki genliğin aaldığını ve önülendirenin iyi çalıştıını 44
görebiliri. Ancak ikinci frekanta aynı etki görüleektedir, bu ebeple ikinci frekanın bağıı olarak çalıştığını öyleyebiliri. Sıfır değerinin üerindeki önülendirelere ahip yerlerde araç tarafından hiedilen boucu etkiler artar konfor ve yol tutuş aalır. Burada atlanaaı gereken bir diğer nokta ie frekan değerlerinin bie aniyede yolda kaç çukura girildiğini götereidir. Yol boukluklarından kaynaklanan araç göde hıına bağlı tranfer fonkiyonuna ait Bode genlik diyagraı aşağıdaki gibi veriliştir. Şekil 4.4 Yol boukluklarından kaynaklanan araç göde hıına bağlı tranfer fonkiyonuna ait Bode genlik diyagraı Aktif üpaniyon itei için her iki kontrolör için de tanılanış olan ve ayrıca paif üpaniyon iteini de kapayan, yol boukluklarından kaynaklanan üpaniyon apaının Bode genlik diyagraı aşağıdaki gibidir. 45
Şekil 4.5 Aktif üpaniyon itei için her iki kontrolör için de tanılanış olan ve paif üpaniyon iteini de kapayan, yol boukluklarından kaynaklanan üpaniyon apaının Bode genlik diyagraı Buradaki grafikte de keikli çigiler paif üpaniyona ait iken ürekli kırıı çigi aktif üpaniyonda H onu paraetrelerinin kullanılaı ile ortaya çıkıştır. Paraetre değerlerini değiştirecek olur iek avi keikli çigileri elde ederi. Kırıı ve avi çigiler araındaki farka baktığıı aan avi eğrinin yol tutuşta daha iyi ola da konforda bira daha kötü olduğunu öyleyebiliri. 46
5. BULANIK MANTIK YÖNTEMİ İLE SİSTEM KONTROLÜ VE HATA ANALİZİ 5.. Giriş Bir çok otoatik ite gibi aktif üpaniyon iteinin davranışı da enörlerden gelen bilgiye dayanır. Dolayıı ile hatalı bir enörden gelecek olan hatalı bilgi onucu ite tehlikeli bir davranışa yeltenebilir. Süpaniyon itei hata problei üerine yaılış olan birkaç akalede enör hatalarını göleleyebilek için kur etodu kullanılıştır [4]. Bu te de ie hatayı tepit etek için odel tabanlı bir ethod kullnılacaktır. Senör hatalarını belirleek aacı ile reidüleri anlaak üere ite odeli ve göleciler taarlanıştır. 5.. Hata Tepit ve Teşhii Site odeli olarak daha önceki bölülerde de kullanılış olan çeyrek taşıt odeli gö önüne alınıştır. Bu itein araçta bulunan ağ ön tekere ait olduğunu düşünebiliri. Site iülayonu için MATLAB SIMULINK prograını kullanak ükündür. Göleci olarak daha önceki bölüde taarlanış olan göleci kullanılabilir. Site kontrolörünün geri beleei için gerekli olan en öneli bilgileri enör ölçüleri verir. Kapalı çevri iteinin davranışı itein ve çevre koşullarının konuunu göleleyen enörler tarafından ağlanan bilgiye bağlıdır. Dolayıı ile hatalı bir enör itede yanlış bir davranışa ebep olabilir. Senörlerin yanlış bilgi vereinin ebebi genelde kaançtan, gürültülerden, offet değerlerinden ve enör boulalarından kaynaklanır. Bu te de adece enör boulalarından kaynaklanan hatalı bilgiler üerinde duruluştur. Senör hataının belirlenei ve eliine edilei için odel tabanlı bir ethod kullanılıştır. 47
Senör hataının belirlenei ve itein çalışaı aşağıdaki şeada olduğu gibi göterilebilir. Yol Bouklukları Çeyrek Taşıt Süpaniyon Modeli Senör Bilgii Senör Bilgii HATA TESPİTİ (Beklenen cevaplar ile elde edilen verilerin karşılaştırılaı) HATA TEŞHİSİ SİSTEM YENİDEN YAPILANDIRMA Şekil 5. Site hata belirlee çalışa şeaı Yukarıdaki şekilden de anlaşılacağı gibi itedeki enörlerden alınan bilgiler ile göleciler yoluyla elde ediliş olan beklenen cevap verileri karşılaştırılır. Bu bilgiler araında büyük farklar olaı itein hataya düştüğünü göterir. Sonuç olarak ie ite hatanın giderilei ile yeniden yapılandırılır ve çalışaına deva eder. Site beklenen cevaplar ile elde verileri karşılaştırır ve arada fark olduğu anda işle başlar. Elde edilen itede enör ıfır bilgiini verdiği anda, bu bilgiyi veren enörde hata var denilebilir. Bu duruda yapılaı gerekn hangi enörde hata olduğunun tepit edilei ve hatalı enörün iteden çıkarılaıdır. Hatalı enör iteden çıkarıldığı aan ite elde edilen hatalı veriyi yok edecek ve noral çalışaına geri dönecektir. 48
Aşağıdaki tablo enör hatalarına bir örnek olarak verilebilir. Tablo 5. Senör Hataları Senör Konuu Senör Sayıı Teker Araç Gövdei adet Yukarıdaki tabloda ağ taraftaki iki ütun enörlerin hangi konulara yerleştirildiklerini göterektedir. En oldaki ütun ie belirtilen konulara kaçar adet enör yerleştirildiğini anlataktadır. Tablodan da görüldüğü üere tekere adet araç gövdeine de adet enör yerleştiriliştir. Tekere yerleştirilen enör tekerdeki yük iktarını ölçek aaçlıdır. Araç gövdeinde bulunan enör ie araç gövdeinin iveini ölçek üere ayarlanıştır. Tekerdeki enör i göterektedir. Bu deek oluyor ki tekerde bulunan enör ağlıklı çalışaktadır, tekerden alınan verilen beklenen verilerle uyu göterektedir. Ancak araç gövdeine yerleştirilen enör ı göterektedir. Bunun anlaı ie bu enörde bir arıa olaıdır. Aldığıı veri hatalıdır ve beklenen değerler ile uyu götereektedir. Bu duruda yapılaı gereken işle daha önce de anlatıldığı gibi bu enörü iteden çıkaraktır. Yukarıdaki tablo çeyrek taşıt odeline göre taarlanıştır. Dolayıı ile tekere ve araç gövdeine yerleştirilen iki adet enör yarı aktif üpaniyon iteini kontrol etek üere yeterlidir. Eğer taşıt odelini geliştirecek olur ve yarı taşıt ya da ta taşıt odellerini kullanacak olurak enör ayıını arttıralı her tekerlek için ayrı enörler kullanalıyı. Unutaalıyı ki günüüde kullanılan üpaniyon itelerinde her tekerlek birbirinden bağıı olarak çalışakta ve yerleştirilen enörlerin gönderdikleri veriler birbirlerinden farklı olaktadır. Ayrıca itei bira daha geliştirerek adece teker yükü ve araç iveini ölçekle kalayıp araç hıını, direkiyon hareketlerini, fren durularını ölçen enörlerin de araç üerinde gerekli bölgelere yerleştirilei ükündür. Bunun yanında elektronik ite yerine hidrolik itele çalışan yarı aktif üpaniyon itelerinin kontrolünde hidrolik valfe yerleştirilecek olan enörün elde edilen onuçlara büyük etkii olacaktır. 49
6. BULANIK MANTIK KONTROLLÜ AKTİF VE PASİF SÜSPANSİYON SİSTEM SİMÜLASYONU Bulanık antık yöntei günüüde artık bir çok itede kullanılaktadır. Bu bölüde ie bulanık antık yöntei ile kontrol ediliş olan bir yarı aktif üpaniyon itei ve paif üpaniyon itei araındaki karşılaştıra MATLAB SIMULINK prograı üerinde göteriliştir. Kontrol için daha önce veriliş olan çeyrek taşıt odeli kullanılıştır. Yönte olarak kullanılan bulanık antık kontrolü ie üyelik fonkiyonlerı ve bir dii bulanık kuraldan eydana getiriliştir. Site taarıı direkiyon hareketleri ve araç dinaiklerine bağlı olarak taarlanıştır. Site elektronik olarak kontrol edilektedir. Başlıca kontrol eleanları ayarlanabilen şok eiciler, elektronik kontrol ünitei ve enörlerdir. Genel olarak aktif üpaniyonlarda enörler tekere ve gövdeye yerleştirilirler. Bu bölü adece iki ite araındaki karşılaştırayı göterek aacı ile veriliştir. Bulanık Mantık Kontrolörü Yol Gürültüü (Boucu) Çeyrek Taşıt Yarı Aktif Süpaniyon Site Bloğu Çeyrek Taşıt Paif Süpaniyon Site Bloğu Çıkış (ivelene) Şekil 6. Çeyrek Taşıt odeli için yarı aktif üpaniyon itei iülayon odeli Yukarıdaki şekilde ütte göteriliş olan avi blok yarı aktif üpaniyon iteine ait bloğu göterir iken alt kııda bulunan avi blok üpaniyon iteine aittir. Her iki ite de daha önce belirtildiği gibi bulanık antık kontrolörü ile kontrol ediliştir. 5
Sitede giriş olarak veriliş olan gürültü bloğu görülektedir. Çıkışlar ie gövde ive değerleri, teker yükü ve üpaniyon apaıdır. Yukarıdaki şekilde beya gürültü olarak tanılanan blok yoldan gelen boucu etkileri göterek aacı ile kullanılıştır. Sitedeki gürültü değerleri belli liitler araında ınırlandırılıştır..3. yol yol yerdegitirei bouklukları. konu () -. -. -.3 -.4 -.5 3 4 5 6 aan () Şekil 6. Beya Gürültü Sinyali Yukarıda şekilde ie gürültü inyali görülektedir. 5
Şekil 6.3 Bulanık Mantık Kontrol Diyagraı Yukarıdaki grafik bulanık antık kontrolörüne aittir. Eken takıları olan Fd itee uygulanan kuvveti, e hatayı, ec ie hatadaki değişii göterir. 5