Elektrikli şehiriçi otobüslerin direksiyon sistemi enerji tüketim optimizasyonu

Abstract

Bu günlerde, karbon emisyonlarını azaltmak adına dünya üzerindeki hemen hemen tüm endüstriler bir değişim içerisine girmiştir. Bu değişimden en çok etkilenen sektörlerden biri de otomotiv sektörüdür. Hem üretim teknolojileri hem de daha verimli bir ürün elde etmek adına, teknolojinin de yardımıyla, otomotiv sektöründe birçok dönüşüm gerçekleşmektedir. Bu dönüşümün belki de en önemli parçası, taşıtların elektrifikasyonudur. Günümüzde fosil yakıtla çalışan taşıtlar, yavaş yavaş yerini elektrik enerjisi ile çalışan taşıtlara bırakmaktadır. Bu dönüşüm sadece araç seviyesinde değil aynı zamanda elektrik enerjisinin üretilmesi, aktarılması, depolanması ve mümkün olan en verimli şekilde harcanması adına tüm ekosistemi kapsayacak şekilde gerçekleşmektedir. Elektrifikasyon tanımını tam olarak bu şekilde yapabilmek mümkündür. Elektrifikasyon dönüşümü, taşıt mimarisi üzerinde de pek çok değişikliği beraberinde getirmiştir. Araçlar üzerindeki içten yanmalı motorlar, yerini elektrik motorlarına bırakırken; araç üzerindeki elektrik motoruna gerekli elektrik enerjisini sağlayabilmek adına araçlara batarya eklenmesi ihtiyacı oluşmuştur. Güç paketi üzerindeki bu temel değişim, enerjisini içten yanmalı motordan sağlayan tüm sistemlerin tekrardan tasarlanmasını gerektirmiştir. Bu ilave sistemlerden belki de en önemlisi direksiyon sistemidir. Direksiyon sistemleri genellikle taşıt dinamiğinden kaynaklı kuvvetleri sürücülerin aracı en rahat şekilde yönetebilmesi adına desteklenmiştir. Bu kuvvet yardımı hidrolik enerji ile sağlanabildiği gibi elektrik enerjisi ile de sağlanabilmektedir. Bu tez kapsamında ele alacağımız araç tipinin direksiyon sistemi, içten yanmalı versiyonlarında, hidrolik olarak desteklemektir. Yolcu otobüsü olarak kullanılan bu aracın elektrifiye edilmesi ile, direksiyon sisteminin desteklenmesinin elektrik enerjisi ile sağlanması ve bu enerji tüketiminin optimize edilmesi ihtiyacı doğmuştur. Tez çalışması kapsamında; konu taşıtın içten yanmalı versiyonun direksiyon sistemi enerji tüketimi hesaplanmış, bu enerji tüketiminin bağlı olduğu parametreler üzerinden data toplama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Daha sonra elektrifiye olmuş versiyonu üzerine, aracın elektrifiye olmasından kaynaklı değişen parametreleri de göz önünde bulundurularak (ağırlık dağılımı vs.) yapılan hesaplama çalışmaları ve toplanan datalar ile oluşturulmuş algoritma, araca uygulanmış ve sonuçlar test edilmiştir. Çalışmanın sonucunda, elektrikli yolcu otobüsünün direksiyon sistemi enerji tüketimi, elektrikli araç için ilk geliştirilen algoritmaya göre %25 azalmıştır. Anahtar Kelimeler: Elektrifikasyon, Direksiyon Sistemi, Destek Kuvveti, Enerji TüketimiThese days, almost all industries in the world have undergone a change in order to reduce carbon emissions. One of the industries most affected by this change is the automotive industry. In order to obtain more efficiency on production and the products, many transformations are taking place in the automotive industry with the help of technology. Perhaps the most important part of this transformation is the electrification of vehicles. Today, fossil fuel-powered vehicles are gradually being replaced by electric-powered vehicles. This transformation takes place not only at the vehicle level; but also take place in a way that covers the entire ecosystem in order to generate, transfer, store and spend electrical energy in the most efficient way possible. It is possible to define electrification exactly in this way. The electrification transformation has brought along many changes in vehicle architecture. While the internal combustion engines on the vehicles are replaced by electric motors; In order to provide the necessary electrical energy to the electric motor on the vehicle, batteries have been added to the vehicles. Due to this fundamental change on the power package, all systems that provide their energy from the internal combustion engine have been redesigned. Perhaps the most important of these additional systems is the steering system. Steering systems are generally supported by the assisted forces in order to the drivers can manage the vehicle in the most comfortable way. This power assistance can be provided by hydraulic energy as well as electrical energy. The steering system of the vehicle type we will discuss in this thesis is hydraulically assisted in the internal combustion versions. With the electrification of this vehicle, which is used as a passenger bus, the need to assist the steering system with electrical energy and to optimize this energy consumption has arisen. Within the scope of the thesis; The energy consumption of the steering system of the internal combustion version of the vehicle was calculated, and data collection studies were carried out on the parameters that this energy consumption depends on. Then, taking into account the changing parameters (weight distribution, etc.) due to the electrification of the electrified vehicle, the calculation studies and the algorithm created with the collected data were applied and the results were tested. As a result of the study, the energy consumption of the steering system of the electric passenger bus decreased by 25% compared to the algorithm first developed for the electric vehicle. Keywords: Electrification, Steering System, Assist Forces, Algorithm, Energy Consumption