Theses supervised by Doç. Dr. Özgen Akalın
12 theses · İstanbul Technical University
Manual transmission synchronization simulation of a heavy duty commercial vehicle and correlation with objective shift quality measurements
Gear synchronization performance defines the required force to be applied on gear knob, shifting time and gear knob travel. Heavy commercial vehicles (HCV) can be equipped with manual or automated transmissions. During the operation of both manual and automated transmissions, several shiftings are required as more than 8 up to 16 gears available on geartrain. Since, smooth and easy shifting are the critical asserts for the transmissions, technical investigations and developments on this field frequently performed. The analytical methods performed to analyze the performance of the shifting and synchronizer systems with different approaches. Moreover, objective measurement methods both applied to synchronizer itself and total shifting system including the numerical findings are available. In this study, manual transmission and gear synchronization performance have been investigated. The system selected for the study contains a 16 speed servo supported manual transmission and a gear shift cable mechanism. The synchronization process has a specific charachteristic that the physical contacts and regimes change step by step. During a gear synchronization, there are 8 main steps which are first free fly, start of angular velocity synchronization, angular velocity synchronization, turning the synchronizer ring, second free fly, start of the double bump, gear clutch turning and final free fly. Therefore, a model created to analyze the performance of the synchronization by seperating the equations and approaching all phases as a singular model. The performed numerical analyze contains the general physical properties of the system elements which enables modelling the physical system with axial and angular moment and force equilibrium equations. A MATLAB script has been performed to apply the mathematical equations prepared for all 8 synchronization phases. The ODE's (Ordinary Differential Equations) derived for the model has been solved with MATLAB using ODE solvers then. The input parameters are defined according to system properties and boundary conditions. As a verification for the model, main synchronizer parameters of cone angle, ring coating material and shifting system parameters of total mechanical ratio and cable efficiency have been modified to confirm the model success. The GSQA (Gear Shift Quality Assesment) method and test equipment is widely used in industry to evaluate shifting system and synchronizer performance from the transmission vehicle applications. Therefore GSQA tests have been performed for numerical analyze setup to provide objective data for the study. Afterwards, analytical model has been validated with the support of these objective test results that model enabled to be used as a prediction tool. At the end, different properties of the synchronizers and shifting system evaluated with the model analyzes to understood the effects of the changes of these parameters to the performance. The main parameters of cone angle, applied shift effort and ambient oil temperature have been analyzed with the simulation that the results are as expected. The increase of the ambient temperature decreases the shifting time with a minor effect and the decrease of the cone angle improves the shifting time and finally by increasing the shift effort applied to the gear knob the shift time again decreases according to the simulation based on the mathematical model.
Investigation of the effects of inter-leaf friction on leaf spring damping characteristics via multi-body simulation
Leaf spring is one of the oldest components used in the suspension system of the ground vehicles due to its high load capacity and cost efficiency. Leaf springs still have wide usage in today's vehicles, mostly on the load carrying ones such as trucks, vans or pick-up trucks. Computer aided engineering methods are very common in automotive design engineering. The developing technology enables engineers to simulate accurate models instead of testing and improves the design process. The wide usage of the leaf spring in vehicles, makes this component a focus for computer aided engineering models. In order to create accurate models of the leaf spring, characteristics of the leaf spring in the desired study should be well-known. One of the characteristics of the multi-leaf springs is the friction between the leaves. Frictional contact on leaf springs has several effects on the system. One of the most obvious effect is the energy dissipation due to relative motion of the adjacent leaves. This directly acts as a damping on the vehicle suspension system. Friction also cause dynamic rate changes of the leaf spring. One of the disadvantages of the leaf spring inter-leaf friction is noise and surface wear. In previous studies, some methods are suggested to reduce the friction in leaf springs in order to eliminate the disadvantages. The advanced necessities in automotive industry and the developed technology also shows its effects in leaf spring designs. The newer leaf springs have more complex geometries and less leaves when compared to the older ones in order to optimize the durability and NVH behavior. However the inter-leaf friction in multi-leaf springs is still an issue that has to be considered. Friction in leaf-springs were studied in many aspects until now. This study focuses on to create and accurate multi-body simulation model of the leaf spring and the study of frictional effects on its vertical behavior. In order to obtain vertical behavior of the suspension with leaf spring, multi-body simulations are conducted on quarter-car and leaf only setups.
Plato honlanmış silindirlerin tribolojik özelliklerinin deneysel incelenmesi
Dünya üzerindeki fosil yakıt rezervlerinin azalması ve çevre kirliliği konusunda her geçen gün artan farkındalık otomotiv sektörünü oldukça ilgilendirmekte ve bu sektördeki çalışmaları şekillendirmektedir. Bu çalışmalar en genel ifadesi ile daha verimli ve çevreci motor üretimidir. Otomotiv ana ve yan sanayileri ile birlikte bağımsız araştırma gruplarının da son zamanlarda bu konu üzerine yoğunlaştığı görülmektedir. İçten yanmalı motorlarda üretilen enerjinin yaklaşık olarak %15'i sürtünme kayıplarını yenmek için harcanmaktadır. Bu yüzden yapılan verimlilik çalışmalarında sürtünme kayıplarını azaltma konusu ciddi bir öneme sahiptir. Sürtünme kayıpları detaylı bir şekilde incelendiğinde silindir ve segman paketindeki kayıpların, toplamın yaklaşık yarısını oluşturduğu göze çarpmaktadır. Ayrıca, bu sistem çevre açısından incelendiğinde de partikül emisyonlarının yaklaşık olarak beşte birinden sorumlu olduğu görülmektedir. Bu ciddi oranlar araştırmacıları bu konu üzerinde çalışma yapmaya sevk etmiş ve bugüne kadar çok sayıda araştırma yapılmıştır. Bu araştırma konularının bir bölümü de 1940'lı yıllarda motor üretim prosesine dahil olan honlamanın en genel ifadesiyle yüzey işleme işlemlerinin sürtünme ve emisyon performansına etkileri ve bu etkilerin iyileştirilmesidir. Bu konu kapsamında araştırmacılar honlama işlemi ile elde edilen yüzey pürüzlülüklerinin ve yüzey deseninin geometrik özelliklerinin sürtünme, aşınma ve yağ tüketimini kapsayan tribolojik performanslarını irdelemişlerdir. Bu araştırmalarda deneysel yöntemler ve matematiksel modellemeler oluşturulmuş, birbirinden farklı durumlar denenerek değişken motor çalışma parametrelerinde optimum performansı verecek honlama yüzeyi aranmıştır. Bu yapılan çalışmalar günümüzde de hız kesmeden devam etmekte, yüzey işlemelerinin nasıl tribolojik performansı etkiledikleri teorik olarak aydınlatılmaya ve her motor çalışma şartında en iyi performansı verecek yüzey işleme özellikleri saptanmaya çalışılmaktadır. Literatürde honlama işlemine alternatif yöntem arayışları da bulunmaktadır ve laboratuvar şartlarında denenmektedir. Bu çabalar iyi sonuç verse de honlamanın hızlı ve ekonomik bir yöntem olması motor üretim prosesindeki önemli konumunu önümüzdeki yıllarda da koruyacağını göstermektedir. Bu yüzden honlama araştırmaları önemini ve güncelliğini korumaktadır. Bu tez kapsamında plato honlanmış ağır hizmet dizel motoru gömlek numunesinin tribolojik performansı deneysel olarak değerlendirilmiştir. Deneylerde sürtünme ve yağ film kalınlıklarının devamlı ve eş zamanlı olarak ölçülebildiği motor strokuna sahip test düzeneği kullanılmıştır. Böylelikle farklı sıcaklık, hız ve yük şartları altında tüm strok boyunca sürtünme katsayısı ve yağ film kalınlıkları ölçülmüş numunenin tribolojik performansı bu bilgilere göre değerlendirilmiştir. Ayrıca, tez kapsamında 30, 45 ve 60° açılarında ve birbirlerine yakın yüzey pürüzlülüklerinde plato honlanmış olan gömlek numuneleri üretilmiştir. Bu numunelerin testleri bu tez çalışmasının devamı niteliğinde olacak olup farklı honlama açısının tribolojik performansa etkileri değerlendirilecektir.
Numerical investigation of power cylinder lubrication and frictional performance considering piston elastic deformations
This study aims to predict the behavior of an oil-lubricated piston reciprocating inside a cylinder in the context of its lateral motion, and to state its contribution to total piston assembly friction. For this purpose, a detailed model was constructed and a MATLAB code was written solving secondary motion of a piston in mixed lubrication and calculating friction losses arising from skirt-liner interaction. In regard to its effects on the operation of the piston, skirt lubrication was focused on. Effects of surface finish of skirt and liner were taken into account using the modified form of Reynolds equation with pressure and shear flow factors. An asperity contact model was introduced for the effect of solid-to-solid contact of surfaces. In addition, continuity of lubricant film between skirt and liner surfaces was investigated. Reynolds flow separation approach was used to determine film rupture boundary for the two-dimensional flow of lubricant. Thermal expansion of the piston was calculated to obtain the skirt profile under steady-state engine running conditions for a known cold profile. Change in the lubricated surface of skirt during operation was taken into account by calculating the piston's elastic deformation under the effect of lubricant pressure and contact loads at each time step. Simulation results for a number of cases were presented for effects of the skirt profile. Different cases are obtained by changing barrel form, the bulge location and ovality of piston. Setting the radius at the bulge location as the nominal skirt radius, radial reduction towards skirt top and bottom were increased and reduced for the effect of barrel form only. A second set was obtained by moving the bulge location up and down while the radial reduction due to barrel form was kept constant as moved away from the bulge. The third set contains two different oval profiles with increased and reduced radial drops in the circumferential direction while the barrel profile on the plane of symmetry which is perpendicular to pin axis was kept constant. Resulting friction losses were compared and used to suggest an alternative skirt profile for improved lubrication performance. Furthermore, oil viscosity which has transverse effects on hydrodynamic lubrication was selected as another focus design parameter. The model was tested to be used as a tool to predict an optimized viscosity for its effects on viscous shear and solid-to-solid contact behavior. These analyses were carried out with two different inlet oil supply conditions. 20 µm oil thickness available at the leading edge was assumed for partially-flooded inlet whereas 40 µm was taken for fully-flooded condition. Generally it was found that critical period in terms of frictional loss and solid contact started at around 40°CA after FTDC. Boundary friction was more dominant in partially-flooded inlet cases whereas hydrodynamic losses were higher for fully-flooded inlet ones, as expected. In partially-flooded inlet analysis, minimum and maximum frictional loss values were found for the change in oval form of the skirt. It was also seen that baseline oil type can be used since lower viscosities results in increased power loss and higher one offered negligible benefit. In the end, a skirt profile was suggested with the combination of three parameters. However, the friction mean effective pressure was found to be higher than the value obtained by only changing the oval form. Therefore, it was concluded that effects of changes in skirt profile parameters were not linear for the given engine operation condition with the partially-inlet. A reduction in oval form alone could be more beneficial in terms of frictional power loss. Fully-flooded inlet resulted in significantly less frictional power loss due to reduced solid contact. Barrel form had a transverse effect in this case compared to partially-flooded inlet. In addition, it was seen that reduction in power loss with increased oil viscosity was not negligible this time. Combined effect of skirt profile parameters and oil type were observed to give the best frictional performance for the suggested case with a fully-flooded inlet. In conclusion, this study presented a series of recommendations for selected design parameters defining skirt profile and lubricant viscosity in order to achieve an improved frictional performance of a medium-duty diesel engine piston. A comprehensive model for skirt lubrication and piston secondary dynamics were built and used for case studies. Keeping in mind that the design process of an ICE power cylinder requires an integrated analysis of any design parameter with its effects on the performance of other important components such as rings as well, the resulting model can be a base tool to be developed further for use in more advanced analysis.
Taşıt süspansiyon ve yorulma testleri için bir lastik düşey modelinin geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında lastiğin döner tambur üzerindeki bir engel üzerinden geçirilmesi ile elde edilmiş olan deneysel veriler MATLAB Sistem Tanımlama Modülü yardımı ile analiz edilmiş ve lastiğin bir düşey matemetiksel modeli elde edilmeye çalışılmıştır. Elde edilen lastik modeli sayesinde kullanılan lastiğin bir transfer fonksiyonunun elde edilmesi amaçlanmıştır. Farklı yük, şişirme basıncı ve hızın model parametreleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Elde edilen transfer fonksiyonu yardımıyla tanımlanmış standart yol pürüzlülüklerinin aks titreşimleri üzerine etkileri hesaplanmıştır. Elde edilen modelin yorulma ve süspansiyon testlerini kolaylaştırması beklenmektedir.
Lazer uyarmalı floresan tekniği ile silindir ve segman arası yağ film kalınlığının ölçülmesi
Son yıllarda teknolojinin büyük bir hızla gelişmesi sonucu otomotiv sektöründeki rekabet de hızlı bir şekilde artmaya başlamıştır. Dünyada petrol ve türevi yakıtların rezervlerinin azalması ve dolayısıyla birim fiyatlarının artmasıyla başta otomotiv sektöründe olmak üzere tüm sektörlerde özgül enerji harcamasının azaltılmasına yönelik çok sayıda araştırma ve çalışmalar yapılmaktadır. Ekonomik kaygıların yanı sıra teknoloji ilerledikçe yürürlüğe giren katı egzoz emisyon standartları motor üreticilerini egzoz emisyonlarını azaltma konusunda zorlamaktadır. Otomotiv sektöründe enerji tüketimini azaltmaya yönelik çalışmalar ağırlık azaltma, sürtünmeleri azaltma ve ısıl verimi arttırma gibi başlıklar altında incelenmektedir. Motor kilometre ömrünün gittikçe arttığı günümüzde dinamik motor komponentlerinin yağlanması ömür açısından da oldukça büyük önem taşımaktadır. Yağlamanın iyileşmesi ile aşınmaların minimuma inmesini sağlanacak, bu da motor ömrünü uzatacaktır. Motordaki yağlama performansının geliştirilmesi; yakıt tüketimi, motor gücü, yağ tüketimi, motorun ömrü, verim ve egzos emisyonları üzerinde önemli iyileşmeler sağlamaktadır. Bu durum yatırımcı ve araştırmacıları silindir ve segman arasındaki yağ film kalınlığının ölçümü ve iyileştirilmesi konusu üzerinde araştırma yapmaya yöneltmiştir. Bu proje kapsamında içten yanmalı motorlarda yağ film kalınlığı ölçüm yöntemleri incelenmiş ve bu kapsamda ölçüm yöntemlerinden biri olan lazer uyarmalı floresan tekniği araştırılmıştır. İncelenen silindir-segman profili arasındaki yağ film kalınlığı, lazerle honlanmış silindir gömleği ile kalibre edilerek 1 motor çevrimi boyunca yağ film kalınlığının değişimi gözlemlenmiştir. Çalışma başlangıcında deney düzeneğini kurmak için gerekli ekipmanlar tedarik edilmeye çalışılmış ve akabinde deney düzeneği çalışır hale getirilmiştir. Kurulan deney düzeneğindeki lazeri Labview Programı üzerinden kontrol etmek için RS232 portu üzerinden haberleşme yapılarak, kontrol algoritması geliştirilmiştir. Lazerin piston-segman arasındaki floresan boyalı yağdan yansıyan ışınları fotomultiplikatörde (PMT) gerilim sinyallerine çevirilip National Instruments veri toplama kartı vasıtası ile toplanarak Labview Programında grafik haline getirilip kaydedilmiştir. Bu çalışma sonucunda, yanmanın olmadığı bir deney düzeneği üzerinde yağ film kalınlığı krank açısının fonksiyonu olarak lazer uyarmalı floresan tekniği ile ölçülmüştür. Kurulan deney düzeneği ile motordaki yağ film kalınlığının değişimi yorumlanarak buradaki tribolojik olaylara ışık tutmasına katkı sağlanmış ve farklı piston gömleği, segman ve yağ tiplerine göre çalışmaların yapılmasına olanak tanıdığından çalışmanın bundan sonraki tribolojik çalışmalara da rehberlik etmesi amaçlanmıştır.
Taşıt ön bölge tasarım parametrelerinin yaya bacak koruma performansına etkileri
Araç güvenliği, günümüzdeki araç kullanım oranları düşünüldüğü zaman çok önemlidir. Kaza olmasını engelleyen sistemlere aktif güvenlik denir. Kaza olduktan sonra hasarı en aza indirmeye yarayan sistemler ve uygulamalara da pasif güvenlik denir. Pasif güvenlik konusunda araç üzerindeki çalışmalar uzun zaman önce başlamış olsa da, teknolojinin de gelişmesi ile birlikte aktif güvenlik sistemlerinde de büyük bir artış olmuştur. Yeni araçların satılabilmesi için geçmeleri gereken bir takım güvenlik testleri mevcuttur. Bunun yanında araç üreticilerinin, müşterilerine ürettikleri araçların ne kadar güvenli olduklarının göstermelerini sağlayan Euro NCAP gibi bağımsız kuruluşlar da vardır. Uzun zamandan beri araçların güvenlik sistem ve donanımları hep araç içindeki yolcuları korumaya yönelik olarak geliştirilmektedir. 2000 li yılların başından beri araç dışındaki özellikle yaya-araç kazalarında yayaların yaralanmalarını azaltmak için bir takım testler ve yönetmelikler oluşturuldu ve geliştirilmeye devam edilmektedir. Teknolojinin gelişmesi ile birlikte araçların, yaya güvenliği performansını ölçmek için yapılan testlerde kullanılan test çarpma aygıtlarında geliştirme ve değişikliler yapılmaktadır. Euro NCAP tarafından 2000'li yılların başından günümüze kadar, araç onayları için yönetmelik testlerinde de 2005 yılından buyana kullanılan TRL bacak çarpma aygıtı değiştirilmiştir. Euro NCAP 2014 yılından itibaren yeni çarpma aygıtını kullanılmaya başlamış ve yönetmelik testlerinde ise 2017 yılından itibaren kullanılacaktır. Bu çalışma yeni çarpma aygıtı ile yaya güvenliği testlerinde başarılı olmak için araç ön tasarım parametrelerinin nasıl olması gerektiğini anlamak için yapılmıştır. Bu amaçla Ford Courier aracının, fiziksel test ile korelasyonu yapılmış sonlu elemanlar bilgisayar modeli üzerinden basitleştirilmiş parametrik model oluşturulmuştur. Parametrik model üzerinden araç ön tasarım parametrelerini değiştirerek deney tasarım analizi yapılmıştır. Tasarım parametrelerini belirlerken diğer araç sınıflarının araç ön tasarımları incelenmiştir. 5 farklı tasarım parametresi seçilip, 3 tasarım parametresi için 3 seviye, diğer 2 tasarım parametresi içinse 2 seviye belirlenmiştir. Bu parametreler ile toplam 108 farklı deney tasarım durumu için Latin hypercube yöntemi kullanılarak 16'lık bir deney tasarım matrisi oluşturuldu. Bu 16 farklı deney tasarım durumu için parametrik model oluşturulup sonuçları incelenmiştir. Flex-PLI çarpma aygıtı üzerinden 3 tane diz çapraz bağ uzaması ve 4 farklı yerden kaval(tibia) kemiği eğilme momenti değeri okunmaktadır. 16 durumun sonuçları kullanılarak Modefrontier programında katkı analizi yapıldı. Her bir tasarım parametresinin sonuçlara etkisi incelendi. Deney tasarım sonuçlarının matematik modeli oluşturuldu. MCL diz bağ uzaması ve kaval kemiği moment değerini minimize etmek için tasarım parametrelerinin hangi seviyede olması gerektiği, matematik model yardımı ile bulundu. Matematik model tarafından bulunan tasarım parametre seviyeleri parametrik model ile koşturuldu. Parametrik model sonuçları matematik model ile aynı sonuçları verdi. Bu sayede matematik model doğrulandı. Bu çalışmanın en önemli yanlarından bir tanesi de tüm araç sonlu elemanlar modelinden, Flex-PLI çarpma aygıtı için basitleştirilmiş parametrik bilgisayar modeli oluşturma metodunun belirlenmiş olmasıdır. Bu metot sayesinde tüm araç modelinde yapılması zor tasarım değişiklikleri, parametrik model üzerinde yapılıp Flex-PLI üzerindeki etkileri kontrol edilebilmektedir. Bu sayede hem zaman hem de bilgisayar modeli oluşturup koşturma maliyetlerinde büyük oranda bir azalma olmuştur. Bir araç tasarımının erken fazlarında basitleştirilmiş model ile farklı tasarımlar yapılarak, Flex-PLI çarpma aygıtına uygun araç ön tasarım parametreleri belirlenebilmektedir.
İçten yanmalı motorlarda honlama açısının güç silindiri tribolojik performansı üzerine etkilerinin incelenmesi
İçten yanmalı motorlar, 1800'lü yılların ikinci yarısında icatlarından sonra, gelişen teknik ile beraber taşıt tahrikinde kullanıma geçmiştir. İmalat teknolojisindeki ilerlemeler ile beraber kara yolu taşıtları orta-alt ekonomik sınıfları da kapsayacak şekilde kendisine pazar payı edinmiş ve günümüzün en çok kullanılan gereçlerinden biri haline gelmiştir. Bu durum da artan çevre kirliliği ve petrol rezervlerinin azalmasıyla sonuçlanmıştır.Artan çevre kirliliği sonucunda belli regülasyonlar devreye konmuştur. Bu durum ilgili alanda çalışan bilim insanları ve mühendisleri çeşitli araştırmalar yapmaya itmiş ve çeşitli stratejiler ile yakıt sarfiyatı ve emisyonlar belli değerlere indirgenmiştir. Günümüzde daha dar bir banda sıkışan emisyon değerleri ve yakıt tüketim değerleri sebebiyle yanmaya yapılan müdahalelerin haricinde motor konstrüksiyonu ve yüzey özelliklerine de müdahale edilmeye başlanmıştır. Bu çalışma kapsamında silindir yüzey tekstürü üzerinde karakteristik özellik olan ve tribolojik özellikler üzerinde önemli bir rol oynayan silindir honlama açıları değiştirilerek, bu durumun silindir yağ film kalınlığı, sürtünme kayıpları ve yağ sarfiyatı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışma kapsamında Reynolds denklemine, yüzey pürüzlülüklerinin etkisinin eklenmiş formu olan, Patir ve Cheng tarafından geliştirilen ortalama Reynolds denkleminden faydalanılmıştır. 15o, 30o, 45o ve 60o silindir honlama açıları için basınç farkından kaynaklanan akış faktörleri olan ϕx, ϕy değerleri ve pürüzlü yüzeyin pürüz hacimlerinin ek yağlayıcı taşımasından kaynaklanan, kesme kaynaklı akış faktörü olan ϕs değerleri elde edilmiştir. Daha sonra bu sonuçlar ''AVL-Excite'' programının ''Piston-Ring'' modülünde; kurulan matematiksel modelden elde edilen akış faktörleri, temel motor büyüklükleri ve termodinamik dataları gibi karakteristik çalışma özellikleri girilerek simüle edilmiştir. Yukarıda bahsedilen sürecin ardından motor simülasyon değerleri incelenmiştir. İnceleme silindir yağ film kalınlıkları, toplam segman-silindir sürtünme kuvveti, toplam sürtünme gücü, sürtünme kaynaklı ortalama efektif basınç düşüşü, mekanizmasına göre yağlayıcı sarfiyatı başlıklarını kapsamaktadır.
Hidropnömatik süspansiyonlu bir arazi taşıtının yanal ve düşey dinamik analizi
Süspansiyon sistemleri askeri taşıtlarda ve arazi taşıtlarında, taşıtın kullanım performansını etkileyen en önemli alt sistemlerdendir. Taşıtların konfor özelliğinden yol tutuşuna birçok karakteristiğini belirleyen süspansiyon sistemlerinin modellenmesi ve simülasyonu konuları, otomotiv sanayii AR-GE ve ÜR-GE çalışmalarında önemli pay sahibidir. Bu çalışmanın temelini 10 ton sınıfı bir zırhlı askeri araç için HPS sistemi modellenmesi ve oluşturulan modelin çeşitli senaryolarla test edilmesi oluşturmaktadır. HPS sisteminin modellenmesine geçilmeden önce, konvansiyonel sistemli bir baz taşıtın süspansiyon parametreleri belirlenmiştir. Bundan sonra da, önce konvansiyonel sisteme ikame olacak temel bir bağımsız HPS sistemi, ardından bu HPS sistemini temel alan ileri HPS sistemi fonksiyonlarına sahip çapraz bağlantılı ve seviye ayarlı sistemlerin modellemeleri yapılmıştır. HPS sistemi modelleri MATLAB-Simulink araç kutusu ve "Simscape" alt araç kutusu blokları kullanılarak oluşturulmuştur. Bu sayede yalın ve görsel olarak kolay algılanabilen bir blok diyagram elde edilmiştir. Düşey dinamik testleri, koltuk dinamiğiyle doğrudan ilişkili olduğundan, daha gerçekçi sonuçlar elde edebilmek için konvansiyonel yay ve sönümlü bir koltuk modeli oluşturulup, IPG TruckMaker arayüzünde ve HPS modeli üzerinde gerekli ayarlamalar yapılarak sisteme entegre edilmiştir. Taşıt, yol, manevra ve sürücü modeli tarafı ise IPG TruckMaker yazılımı arayüzü ile sağlanmaktadır. Böylece test senaryoları IPG Truck Maker-Simulink eş- simülasyonu ile yapılmıştır. IPG TruckMaker – Simulink eş-simülasyonunda kullanıcı tanımlı süspansiyon modelinin kullanılabilmesi için CarMaker destek takımından Yüksek Müh. Zhou Huang'dan yardım alınmış ve kullanıcı arayüzünde gerekli başlangıç parametreleri ayarlanarak, hazırlanan HPS modeli çalışır hale getirilmiştir. Yapılan ilk simülasyonlarda, hem konvansiyonel süspansiyon, hem de HPS için gövde doğal frekansı ve sönüm oranı gibi süspansiyon sisteminin önceden belirlenmiş parametrelerinin doğruluğu test edilmiş ve bu iki sistemin ileri senaryolarda karşılaştırılabilir oldukları tespit edilmiştir. Düşey dinamik simülasyonlarında, NATO absorbe edilen güç tekniği testleri ile 2 adet yol profili üzerinde konvansiyonel ve HPS sistemli taşıtlar belirli hızlarda geçirilerek 6W kriterine göre performansları incelenmiştir. Yapılan testler sonucunda iki yol profili için de HPS sistemli taşıtın maksimum güvenli seyir hızı daha yüksek çıkmıştır. İkincil olarak; yarım silindir şeklindeki engel üzerinden geçme testlerinde, 4 inç yarıçaplı engelden geçirilen her iki taşıtın da bütün hızlarda 2.5 g maks koltuk ivmesi kriterini karşıladığı, 8 inç yarıçaplı engel testinde ise bazı hızlarda bu kriterin karşılanmadığı ortaya çıkmıştır. Yanal dinamik testlerinde ise konvansiyonel sistem ve bu sistemden türetilen stabilizatörlü bir konvansiyonel system ile HPS sistemi ile bu sistemden türetilen çapraz bağlantılı HPS sistemleri ISO çift şerit değiştirme manevrasına tabii tutulmuştur. Bu manevra için yörünge sınırları, taşıtın boyutlarını esas alan standartlara göre hesaplanarak IPG TruckMaker "Road" modülünde trafik konilerininxx konumlarının belirlenmesiyle ortaya çıkmıştır. Hazırlanan 4 süspansiyon modeli, 35 km/sa hızdan başlamak üzere 5 km/sa'lik artımlarla test edilmiş, bir hız adımında manevrayı başarıyla tamamlayamayan model, bir üst hız değerinde test edilmemiştir. Bu testlerde konvansiyonel ve stabilizatörlü konvansiyonel modeller manevrayı 50km/sa'lik hızlarda tamamlayabilirken, temel HPS modeli 40 km/sa hızda, çapraz bağlantılı HPS modeli ise ancak 35 km/sa hızda tamamlayabilmiştir. Seviye ayarı testlerinde taşıtın 10 cm seviye arttırma ve düşürme ile yükleme durumunda taşıtı tasarım konumuna geri getirme simülasyonları yapılmış ve bu durumlarda taşıtın yaylanma karakteristiğinin değişimi irdelenmiştir. Aynı zamanda taşıtın seviye ayarı hassasiyeti ve seviye ayarı için gereken sürenin kısaltılması için, seviye kontrolü parametreleri optimize edilmiştir. Son kısımda ise, oluşturulan süspansiyon modellerinin, yapılan testlere göre karşılaştırılması özetlenmiş ve ileride yapılabilecek çalışma konuları hakkında ilgili araştırmacılara tavsiyeler verilmiştir.
Bir ağır hizmet dizel motorunda piston segman takımı tasarımının segmanlar arası basınca etkisi
In today's circumstances, in order to meet the expectations of customers, OEMs are intended to produce engines with lower fuel consumptions without exceeding the legal emission limits but are pursued at the same time more powerful motors. In the purpose of this, any parameter that can lead to power loss in the produced engine is being examined in detailed and tried to be minimized. The primary objective of a piston ring system is to seal the combustion gases during the engine process while minimizing the lube oil transported to the combustion chamber and the pressure characteristics between the two piston rings are considered to have a significant impact in the oil consumption and blow by problems. For this purpose, it was decided to examine the effects of ring dynamics and behaviours on the second land pressure and friction for a heavy duty diesel engine by modelling the pressure between the two rings by using Orifice and Volume Method. To be able to understand the effects of the design parameters on the second land pressure, some of the geometrical and characteristic parameters of piston and ring have been changed and simulations have been run again. A DoE matrix has been created with Taguchi method to see the combined effect of the piston ring design parameters on the second land pressures. The study was terminated by investigating the influence of second land pressures on engine friction, oil film thickness and power loss.
Pnömatik lastikli bir aracın yol dışı çekiş performansının değerlendirilmesi
Toprak mekaniği (Terramechanics), arazi ortamında kullanılacak bir aracın toprakla etkileşimini, çekişin oluşumunu ve aracın hareket limitlerini inceleyen alandır. Arazi araçlarının arazi üzerindeki performanslarını etkileyen tasarım kriterlerini belirlemek adına anlaşılması gereken en önemli konu, toprağın lastik ile etkileşimi ve davranışıdır. Toprağın gerçek davranışını anlamak için elastik-plastik malzeme varsayımıyla yarı deneysel yöntemler geliştirilmiştir. Bu çalışmada, yarı deneysel toprak mekaniği denklemleri kullanarak deforme olabilen toprak üzerinde bir aracın hareket kabiliyetinin modellenmesi ve araç performansının tahmin edilmesini amaçlanmıştır. Toprağın basınç-batma ilişkisi ve kayma gerilmesi-deformasyon ilişkisi denklemleri, araç performans modeli ile birleştirilmiştir. Arazi araçlarının tasarım parametrelerinin, arazi performansına etkileri incelenmiştir. Oluşturulan matematik modeli ile belirli bir aracın belirli bir arazi üzerindeki hızlanma ve maksimum hız gibi performans karakteristikleri elde edilmiştir. Toprak mekaniği denklemleri ile araç performans modelinin birleştirilmesi ile oluşturulan algoritma ile aracın lastik boyutlarının, şişirme basıncının ve araç ağırlığının toprak çekişine etkileri değerlendirilmiştir.
Süreksiz deneysel verilerden taşıt lastik model parametrelerinin elde edilmesi
Lastik, taşıt yükünü desteklemesi, taşıtı süren, frenleyen ve rehberlik eden kuvvetleri aktarması, yol düzensizliklerinin etkilerini taşıt süspansiyonuna aktarmadan ikincil bir süspansiyon gibi sönümlemesi gibi birçok fonksiyona sahip olduğu için taşıtın en önemli bileşenlerinden biridir. Sentetik polimer katları, yüksek katsayılı kordonların esnek filamentleri, cam fiber ve benzeri materyalleri içeren lastik oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir. Yol yüzeyine temas eden tek komponent lastik olduğu için, neredeyse tüm kuvvet ve momentler lastik üzerinden aktarılır ve taşıt dinamiğini anlayabilmemiz için lastik temas bölgesindeki bu kuvvet ve momentleri bilmemiz gerekir. Taşıtın davranışını belirleyen esas unsur lastikte oluşan kuvvetlerdir. Taşıt tekerleğinin doğrultusu ile hareket yönü arasında oluşan açıya 'diyagonal hareket açısı' denir ve bu açının varlığından, diğer bir deyişle sıfırdan farklı bir yanal hızın varlığından ötürü bir 'yan kuvvet' doğar. 'Geri çevirme momenti' ise tekerleği düşey ekseni etrafında çevirmeye çalışan, lastik deformasyonları sonucu tepki kuvvetinin bir sapmayla etkimesinden dolayı oluşan bir momenttir. Lastiğin hızlı manevralarında, lastik davranışının düzgün durumda olduğu farzedilemez. Eğer diyagonal hareket açısı ani olarak değişirse, lastik karkasının uyumuna göre karkas tekerlek düzleminden uzaklaşırken, lastikle zemin arasındaki etkin diyagonal hareket açısı sıfırdan girdi değerine, sıfırdan farklı bir t süresi içinde değişmektedir. Bu etkin diyagonal açısı bir kayma gerilimine tekabül etmekte, yani lastiğin kayma kuvveti toparlanmak için zamana ihtiyaç duymaktadır. Bu gecikme etkisine 'süreksiz lastik davranışı' denir (Essentials of Vehicle Dynamics, 2014, Bölüm 3). Lastiğin taşıt üzerindeki etkilerini kaba olarak tasvir etmek için birkaç genel unsura göz atılmalıdır. Taşıt gücü, terminolojideki ismiyle tahrik açısından bakılırsa, motorun gücünden maksimum yararlanmak istenildiğinde tutunması kuvvetli lastikler seçilmelidir, aksi halde gücün bir kısmı kaymada kaybedilecek ve lastikler hızlıca aşınacaktır. Lastikler güvenlik açısından taşıt üreticilerinin isteklerine göre, iyi kararlaştırılmış ağırlığı taşıyacak, belirli bir maksimum hıza dayanabilecek ve minimum frenleme mesafesi sunacak şekilde tasarlanmaktadır. Konfor ise daha çok lastiğin rijitliğine ve lastik yanağının yüksekliğine bağlıdır bu yüzden üreticiler genellikle ideal ölçüler talep etmektedir. Örneğin genel yarıçap aynı kalacak şekilde büyük fakat kabak lastikler tercih edilebilir; fakat bu seçim tahrik ve manevra açısından avantaj kazandırırken konfor konusunda dezavantaj yaratmaktadır. Endüstrideki yüksek kalitede, tam zamanında ve minimum maliyetle ürün üretme isteğinden dolayı gerçek durumların modellemeleri ve simülasyonları son yıllarda popülarite kazanmıştır. Otomotiv endüstrisinde de taşıt davranışını anlayabilmek için detaylı taşıt modellemeleri çoklu gövde simülasyonları ile geniş çapta kullanılmaktadır. Otomotivde elektronik teknolojiler güvenlik ve konfor açısından gün geçtikçe gelişmektedir. ABS, ESC gibi birçok sürücü yardımcısı kontrol sistemleri bulunmakta ve sayıları günden güne artmaktadır. Taşıt kontrol algoritmaları taşıtların yol tutuş ve sürüşlerini ilerletmede büyük adımlar atılmasını sağlamıştır. Günümüzde hayat kurtarıcı bir teknoloji olan bu algoritmalar mevcut taşıt durum bilgileri ile kısıtlıdır. Boylamsal hız, ivmeler, yalpa oranı gibi pahalı olmayan ve uygulaması kolay ölçümlerle bu sistemler devam ederken taşıt güvenliğinde esas nokta olan lastik kuvvetlerin ölçümü, teknik ve ekonomik sebeplerle daha zordur. Oysa taşıtın yol tutuş, frenleme ve ivmelenme özelliklerinin üzerinde etkili başlıca elemanlardan olan ve kuvvet ve hareket iletiminde taşıtın yolla tek bağlantısı olan lastikler güvenlik açısından büyük öneme sahiptir ve zemin ile arasındaki bağın mümkün olduğunca doğru modellenmesi gerekmektedir. Tekerlek dinamik özelliklerinin araştırılması 1920'li yıllara dayanmaktadır. İlk olarak yalpa problemlerine çözüm arayışında lastikteki kuvvet ve momentlerin etkileri araştırılmaya başlanmıştır. Diyagonal hareket ve yan kuvvet ilişkisiyle ilgili çalışmalar yapılmış, yan kuvvet ve geri çevirme momentinin diyagonal hareket açısına bağımlılığı incelenmiştir. Tekerlek üzerine yapılan araştırmalar, tekerleğin doğrultusu sonucu oluşan kuvvet ve momentlerin incelenmesi için ölçümler yapılması, fren kuvveti ile kayma arası ilişki kurulmasıyla devam etmiştir. Lastik davranışını ve tekerlek yapısını tanımlamak için yapılmış dairesel fırça, gerilmiş tel ya da bu yaklaşımların birleştirilerek oluşturulduğu kirişe benzeyen Fiala modeli gibi benzetmelerle başlayan lastik modellemeleri günümüzdeki birçok gelişmiş lastik modelinin temelini oluşmuştur. 1980'lerde Hans B. Pacejka, Fiala'nın oluşturduğu modele benzer ama kiriş yerine gergin tel kullanarak bir model yaratmış, Bekker ve Nyborg ile birlikte yanal kuvvet, fren kuvveti ve geri çevirme momentinin hesaplanması ile ilgili çalışmalar yapmıştır. Pacejka'nın bu kuvvetlerin ve momentin hesaplamasını yapmak için oluşturduğu formülasyon 'Magic Formula' adında bilinmektedir ve yarı ampirik olan modelin ismi de 'Magic Formula Lastik Modeli'dir (Pacejka, 1987). Pacejka 'Magic Formula' lastik modelini oluşturduktan sonra ilerleyen yıllarda da bu modeli geliştirmeye devam etmiştir. Formülasyona bir gevşeme mesafesi tanımı ekleyerek taşıtın süreksiz durumdaki lastik karakteristiklerini de modellemiştir (Pacejka, 1997). Günümüzde çoklu gövde dinamiği simülasyonlarında sık kullanılan yazılımlarda diğer popüler ve etkili lastik modellerinin yanı sıra Pacejka lastik modeli de eski ve yeni sürümleriyle kullanılmaya devam etmektedir. Hangi modelin hangi durumlarda daha etkin sonuçlar vereceği, daha doğru bir tercih olacağı soruları gerek iç ortam gerek dış ortam testlerinde, çeşitli yol tutuş, frenleme, ivmelenme ve sürüş manevralarında deneyler yapılarak ve veriler toplanarak incelenmiştir ve incelenmeye de devam edilmektedir. Taşıt dinamiği araştırmalarında ve simülasyonlarda şüphesiz en çok kullanılan lastik modellerinden biri olan 'Magic Formula'nın denklemlerindeki ana ve alt katsayılarının elde edilmeye çalışılması yaygın bir araştırma konusudur. Katsayıların elde edimi çalışmalarında genetik algoritmalar, IMMa algoritmaları, Kalman filtreleri, en küçükkareler yöntemi gibi çeşitli metodlar denenmektedir. Bu tez çalışmasında , döner tamburlu bir test düzeneğinden LASSA GT 70 175/70 SR 13 tipi lastik kullanılarak elde edilmiş diyagonal hareket karakteristiklerinin Magic Formula Lastik Modeli'ne adapte edilmesi, taşıtın dinamik durumlardaki süreksiz davranışının frekans ve hıza bağlı olarak incelenmesi ve Matlab yazılımında yapılan kısıtlı doğrusal olmayan optimizasyonla lastik modeli katsayılarının yan kuvvet ve geri çevirme momenti karakteristikleri için elde edilmesi amaçlanmıştır.