Bir kamyonun numerik metotlarla gerçek zamanlı olarak yorulma tahmini için, taşıt ve yük durumlarının tahmini

Gün geçtikçe endüstride teknolojik gelişmeler büyük bir hızla ilerlemektedir. Bu gelişmeler sanayinin ve toplumun ihtiyaçlarına çözümler getirirken diğer yandan da kendinden kaynaklı yeni problemler ortaya koymaktadır. Bu problemlerin çözümleri genellikle üniversitelerle beraber gerçekleştirilen ortak projeler sonucundaki teknoloji atılımları ile gelmektedir. Son kullanıcının daha fazla konfor talep etmesi, güvenlik algısının ve kalite beklentisinin artışı, sanayinin ürünlerini tüm parametreleri daha detaylı inceler pozisyona getirmiştir. Özellikle otomotiv sektöründe, taşıt hareket halindeyken tüm parametreler ölçülmeye ve ileriye dönük düşük maliyetli gerçekçi tahminler hedeflenmektedir. İlk otomobillerin en üst hızları nispeten düşük olduğu için, başlangıçta araçların dinamik davranışları ile ilgili çok az endişe vardı. Bununla birlikte, otomobiller hızla daha yüksek hızlara erişebildiğinde, araç dinamikleri otomotiv mühendisleri için önemli bir problem haline geldi. Bir emniyet açısından birinci derecede önemli olanın, araçların dönme ve frenleme gibi manevralar üzerindeki davranış dikkate alınmalıdır. Taşıt dinamiği teorisine göre, yuvarlanma, kafa vurma ve yalpalama hareketleri dikkate alınmalıdır. Taşıt seyrettiği yolun eğim, viraj ve yüzey özelliklerine göre farklı tepkiler göstermektedir. Yönlendirme sistemi, süspansiyon sistemi taşıtın konfor ve sağlığını belirler. Ciddi manevralar sırasında araç kararlılığını korumak için gelişmiş kontrol sistemleri, ayrıca doğru lastik kuvvet modelleri ve geri besleme için durum tahminleri de gerektirir. Bu tez akıllı taşıtlar için altyapı sağlayacak olup, bir ARDEB projesinde taşıtların ilgili parçaları üzerinde ki yorulma miktarlarını tespit edecek bir yazılıma kütle ve taşıt parametreleri bilgilerini vermek üzere çalışılmıştır.. Sanayinin durumu itibariyle akıllı taşıtlar genellikle binek araçlar için çalışılmaktadır. Taşıt ve yük kestirimleri, bu çalışmada 6 tekerlekli ağır vasıta kamyonlar için çalışılmıştır. Ayrıca gerçek zamanlı taşıt parametrelernin tahmini için enstrümantasyon maliyetleri yüksek iken, bu çalışmada deneysel şartlar için düşük maliyetli tahmin sistemi oluşturabilecektir. Bu çalışmada ele alacağımız araç 3 akslı, 6 tekerlekli, 4 çeker ve makas süspansiyonlara sahip ağır vasıta kamyon olacaktır. Bahsi geçen ARDEB projesinde diğer aşamalara katkı sunmak üzere 6 tekerlek için genel şasi hareketleri ve de toplam taşıt kütlesi hesaplanacaktır. Tüm bunlar hesaplanırken hareket noktamız taşıt dinamiğinin ve titreşim bilgisinin temelleri olacaktır. Biliniyor ki taşıt hareket halindeyken tüm aks-tekerleklerde bir salınım gerçekleşecektir. Taşıtın 6 noktasında ki salınım bilgisinin elde edilmesi durumunda taşıtın genel durumu hakkında ciddi veriler sağlanır. Bu salınımlar taşıtın genel rijitliğine karşı gerçekleşecektir. Söz konusu salınımlar süspansiyonların yerdeğiştirme miktarlarıdır. Bu yerdeğiştirme miktarlarını belirlemek üzere, 3 aksın her bir ucuna olmak üzere toplamda 6 adet ivmeölçer yerleştirilecektir. Birinci aks ön makas süspansiyonun orta noktasına bağlanırken, ikinci ve üçüncü akslar arka makas süspansiyonun uç noktalarına bağlanmaktadır. Aks başlarından gelen ivme verileri projenin diğer kısmında elde edilen ivme verileriyle ilişkilendirilerek, zaman tabanında iki integrasyon ile süspansiyon yerdeğiştirme bilgileri sağlanacaktır. Literatürde sıklıkla kullanılan tam taşıt modeli kurulur. Bu modelde tekerlek serbestlikleri temsil edilmez. Modelin ivme tahrikleri tekerlek aks bağlantısındaki hublardan uygulanır. Tam taşıt modelinin ağırlık merkezinin düşey yerdeğiştirmesi, yuvarlanma ve kafa vurma açıları olmak üzere üç serbestlik derecelidir. Taşıt özelliğinden dolayı birinci aks yay-damper olarak şasiye bağımsız bağlanır olup, ikinci ve üçüncü akslar bir noktadan bağlantıları yay-damper olarak sağlanır. Taşıt yaprak yaylı süspansiyonlara sahiptir. Birinci aks tek süspansiyona sahip olduğundan lineer yay kabulu yapılır. Arka iki aksa bir yaprak yaylı süspansiyona bağlı olduğundan, bu yaylar iki bağımsız lineer doğrusal yay kabulu yapılır. Ön ve arka süspansiyonların bağlantı noktaları, ağırlık merkezinin bahsi geçen üç hareketi aracılığıyla temsil edilecek bağıntılar yazılır. Süspansiyonların şasi üzerinde ivmeölçerler kullanılmadan bu bağıntılar sayesinde süspansiyon yerdeğiştirmeleri hesaplanabilir. Bu veri, süspansiyon rijitliklerinin kullanılmasıyla kütlenin hesaplanmasına olanak sağlar. Her tekerlek için elde ettiğimiz süspansiyon yerdeğiştirmeleri taşıtın yuvarlanma ve kafa vurma açılarını, ağırlık merkezinin düşey eksende yerdeğiştirmesini verir. Aracın salınır kütlesinin salınım ivmesiyle çarpımı yay ve sönüm kuvvetlerine eşit olur. Bu eşitlik doğrultusunda taşıtın salınır kütlesini altı tekerleğin yay ve sönüm kuvvetlerinin toplamının ağırlık merkezinin düşey eksendeki hareketinin ivmesine bölümü kütle ifadesini sunar. Lagrange enerji metodu kullanılarak, kinetik enerji, potansiyel enerji, sönüm enerjileri ifadeleri yazılır. Bu enerji ifadeleri ile hareket denklemleri elde edilir ve matris formunda temsil edilirler. Üç serbestlik derecesini temsil eden üç hareket denklemine ek olarak kütle için elde edilen bağıntı ile hareket denklemleri kütlede dolaylı olarak bağımsızlaştırılmıştır. Çözüm yöntemi olarak Newmark metotu ve Matlab-Simulink modeli kullanılır. Newmark metodu hareket denklemlerinin çözümü için kullanılan önemli metotlardandır. Elimizdeki matris formundaki hareket denklemleri Newmark parametreleri belirlenerek, ilk uygun öngörüler yapılarak çözüm sağlanır. Simulink modeli, belirlenen bağımsız değişkenlerin ivme ifadelerini fonksiyon bloklarına yazarak, integrasyon işlemi ile hız ve yerdeğiştirme bilgileri elde edilerek toplama bloğuna aktarılır. Bu blok tekerlek yerdeğiştirmeleriyle de beslenerek, sistemin çözümünü sağlar. Elimizde deneysel bir data olmadığından ve deney koşullarına sahip olmadığımızdan algoritmanın doğrulama sürecini ADAMS/CAR ticari yazılımı kullanılarak sağlanır. Gerçekte sahip olunan tüm özellikler önce alt-sistemler oluşturularak, ardından şablonlar(templates) ve en sonunda montaj modeli haline getirilerek model oluşturulacaktır. Bu model yazılımın sunmuş olduğu sanal yollarda dinamik analizleri koşacaktır. Yol şartlarında 50 Hz'lik bozucu etkilerin geldiği bilindiğin 200 Hz örnekleme frekansı ile 10 saniyelik datalar toplanır. Bu analizlerden ilgili tekerlekler-aks bağlantı noktalarının merkezlerinden elde edilen ivme-yerdeğiştirme bilgileri kullanılmak üzere üretilir. Toplanan veriler bahsedilen metotlarda kullanılarak, kütle verilerinin tahmini amaçlanır. Newmark metodu ile elde edilen kütle, yuvarlanma açısı, kafa vurma açısı ve ağırlık merkezinin düşey eksen yerdeğiştirme bilgileri değerlendirilir. Ardından kütle değerinin zamana bağlı olan değişkenliği ihmal edilerek, ADAMS/CAR modelinin ağırlık değeri sabit kabul edilerek Newmark metodu ve Simulink modelleri çalıştırılır. Newmark ve Simulink modellerinin sonuçları birbiriyle ve ADAMS/CAR analiz sonuçları ile karşılaştırılır. Time Discritization ve Numerik integrasyon metotları ile Kalman Filtresi kullanılarak kurulan algoritmanın da sonuçları ele alınacaktır. Elde edilen tüm sonuçlar birbirleriyle karşılaştırılarak, çalışmanın genel değerlendirmesi, ana amaca yakınlığı tartışılır.