5. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME
5.4. Değerlendirme
Bu tez çalışmasında bir hafif ticari araç sürücü koltuğunun farklı sönümleme elemanları kullanılarak dinamik konforunun incelenmesi çalışmaları yapılmıştır. Bu kapsamda öncelikle sürücü koltuğunun fiziksel ve matematiksel modelleri oluşturulmuştur. İki serbestlik dereceli bir sistem olarak modellenen koltuğun hareket denklemleri Lagrange yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Sistem modellenirken koltuk süspansiyonunun pasif ve yarı aktif olması durumları ayrı ayrı ele alınmıştır. Her iki durum için elde edilen denklemler hem MATLAB hem de Simulink ortamında çözülerek analiz edilmiştir.
Teorik analizlerden sonra pasif süspansiyonlu bir sürücü koltuğu tasarımı yapılarak bunun hızlı prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Tasarım aşamasında, kullanılacak olan MR Damper sistemi de göz önünde bulundurulmuş, hem pasif hem de yarı aktif süspansiyon sisteminin bağlanabileceği ortak bir yapı tasarlanmıştır.
70
Üretimi tamamlanan prototip koltuğun titreşim davranışının gözlemlenmesi maksadıyla bir deney tesisatı hazırlanmış, burada kullanılan ivmeölçerler ve xPC target yazılımı aracılığıyla koltuğun titreşim hareketine ait veriler ve grafikler elde edilmiştir. Sonuçlar kısmında verilen bu grafiklere bakıldığında özellikle koltuğun şase ve oturak kısımlarına ait eğrilerin birbirlerine çok yakın, minder üzerinden alınan verilere ait eğrilerin ise bunlara göre daha düşük genlikli oldukları dikkat çekmektedir. Koltuk süspansiyon sistemi şase ve oturak arasında yerleştirilmiş olduğundan şaseden verilen giriş sinyalinin oturak kısmına sönümlenerek geçmesi beklenirken grafiklerde bu durum ortaya çıkmamıştır. Bunun başlıca nedeninin prototip koltuğun özellikle yükseklik ayar mekanizmasının tasarımından kaynaklanan hatalar olduğu düşünülmektedir. Özellikle yükseltme mekanizmasındaki kızak sisteminde belirlenen mekanik zorlanmalar tasarım ve imalat hatalarının varlığını doğrular niteliktedir. Ancak proje zaman planının kısıtlı olması nedeniyle, tasarım/imalat kaynaklı araştırma-geliştirme çalışmalarına imkan olmamıştır.
Bu nedenle imalatı yapılan prototip koltuk üzerinden testler yapılarak, değişken sönüm katsayılı süspansiyon sistemlerinin davranışı incelenmiştir. Bu çalışmada manuel olarak akım değerinin değiştirmesiyle kullanılan MR damperin sönüm karakteristiğinin değiştiği dolayısıyla dinamik konfor şartlarının iyileştirilebildiği gözlemlenmiştir.
Mevcut tasarımın ve imalatın gözden geçirilip iyileştirilmesi, ayrıca yoldan gelecek sinyallere karşı sönüm katsayının ayarlanabildiği bir kontrol döngüsüne sahip yarı aktif süspansiyon sisteminin oluşturulması bundan sonraki çalışmalara bırakılmıştır.
71
KAYNAKLAR
Akyüz,O. 2009. Manyeto reolojik damperli süspansiyon sisteminin sky-hook kontrollü simülasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Ünv.Fen Bilimleri Enst. Makine Müh.
Anabilim Dalı, Sakarya.
Alpak, E.İ. 2014. Araç konfor ve yol tutuş özelliklerinin iyileştirilmesi için süspansiyon parametrelerinin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Uludağ Ünv. Fen Bilimleri Enst., Otomotiv Müh. Anabilim Dalı, Bursa.
Bilgiç, B. 2007. Taşıt süspansiyon sistemlerinin MR sönümleyici kullanarak kontrolü.
Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Ünv. Fen Bilimleri Enst. Makine Müh. Anabilim Dalı, İstanbul.
Brogioli,M. Gobbi,M., Mastinu, G., Pennati,M. 2011. Parameter Sensitivity Analysis of a Passenger/Seat Model for Ride Comfort Assessment. Experimental Mechanics, 51:1237-1249.
Choi, S.B., Choi, J.H., Y. S. Lee, Y.S., Han, M.S. 2003. Vibration control of an ER seat suspension for a commercial vehicle, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 125:60-68.
Çakır, Ç. 2006. Pasif ve yarı aktif kamyon kabini süspansiyon sistemleri tasarımı ve optimizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Ünv., Fen Bilimleri Enst. İstanbul.
Çay, İ.C. 2006. Tarım traktörleri sürücü koltukları titreşim sönümleme elemanları üzerine bir araştırma. Doktora Tezi, Ankara Ünv. Fen Bilimleri Enst. Tarım Makinaları Anabilim Dalı, Ankara.
Düven, E. 2007. Taşıtlar için aktif süspansiyon denetiminin geliştirilmesi. Doktora Tezi, Uludağ Ünv. Fen Bilimleri Enst. Elektronik Müh.Anabilim Dalı, Bursa.
Els, P.S. 2005. The applicability of ride comfort standards to off-road vehicles. Journal of Terramechanics,42:47–64.
Engin,T., Öz, R., Morgül, Ö.K., Soydan, Y. 2008. Yeni Nesil Yarı Aktif Bir Süspansiyon Sisteminin Tasarımı, İmalatı ve Optimizasyonu. TÜBİTAK-MAG-104 M 157 nolu Proje Kesin Raporu, Sakarya.
Esim, E. 2010. Süspansiyon sistemlerinin PID ile kontrolü. Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Ünv. Fen Bilimleri Enst. Mekatronik Müh. Anabilim Dalı, Kayseri.
Fischer, D., Isermann,R. 2004. Mechatronic semi-active and active vehicle suspensions. Control Engineering Practice, 12:1353–1367
Giacomin,J., Hacaambwa,T.M. 2001. Performance of ISO2631 and BS6841 comfort criteria for evaluating automobile road vibrations. Department of Mechanical Engineering. The University of Sheffield.
72
Hacıoğlu, Y. 2009. Mekanik sistemlerin geri adımlamalı (backstepping) kontrolü.
Doktora Tezi, İstanbul Ünv., Fen Bilimleri Enst., Makine Müh. Anabilim Dalı, İstanbul.
Karen, İ., Kaya,N., Öztürk, F., Korkmaz, İ., Yıldızhan, M., Yurttaş,A. 2012. A design tool to evaluate the vehicle ride comfort characteristics: modeling, physical testing, and analysis. Int J Adv Manuf Technol , 60:755–763
Kawana,M., Shimogo, T. 1998. Active suspension of truck seat. Shock and Vibration, 5: 35–41
Lewis, C.H., Griffin, M.J., 2002. Evaluating the vibration isolation of soft seat cushions using an active anthropodynamic dummy. Journal of Sound and Vibration, 253(1), 295:311.
Malowicki, M., Leo, D.J. 2001. Active vibration isolation using an induced strain actuator with application to automotive seat suspensions. Shock and Vibration,8:271-285.
McManus, S.J., Clair, K.A.S. 2002. Evaluation of vibration and shock attenuation performance of a suspension seat with a semi-active magnetorheological fluid damper.
Journal of Sound and Vibration, 253(1): 313-327
Niekerka,J.L., Pielemeierb,W.J., Greenberg, J.A. 2003. The use of seat effective amplitude transmissibility (SEAT) values to predict dynamic seat comfort. Journal of Sound and Vibration 260: 867–888.
Phulé, P.P. 2001. Magnetorheological (MR) fluids: Principles and applications. Smart Materials Bulletin, 2001(2):7-10.
Qiu,Y., Griffin,M.J. 2004. Transmission of vibration to the backrest of a car seat evaluated with multi-input models. Journal of Sound and Vibration, 274 :297–321.
Spencer,J.B.F., Dyke,S.J., Sain,M.K., Carlson,J.D. 1997. Model for magneto-rheological dampers. Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 123(3):230- 238.
Şahin, İ., Öz,H.R., Engin, T., İlhan, A., Akpolat,A. 2005. Manyetik sıvılı damperlerin yapısal analizi. Mühendis ve Makine, 46(551):41-50.
Tuncel, O. 2008. Kamyon kabin süspansiyonunun incelenmesi ve konfor optimizasyonu.
Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Ünv., Fen Bilimleri Enst. Makine Müh.Anabilim Dalı, İstanbul.
Türkkan, Y.A. 20014. Sürüş konforu için taşıt koltuk titreşimlerinin modellenmesi ve analizi. Yüksek Lisan Tezi, Uludağ Ünv. Fen Bilimleri Enst. Makine Müh. Anabilim Dalı, Bursa.
73
Wu, X., Griffin, M.J. 1997. A semi-active control policy to reduce the occurrence and severity of end-stop impacts in a suspension seat with an electrorheological fluid damper.
Journal of Sound and Vibration 203(5): 781-793.
Yazıcı, İ., Özdemir, A., Şahin, İ., Engin, T. 2008. Yarı aktif koltuk süspansiyon sisteminin bilgisayar tabanlı gerçek zaman uygulaması. TOK'08 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, 13-15 Kasım 2008, İstanbul Teknik Üniversitesi, Maslak, İstanbul.
74
EKLER
EK.1: Prototip Koltuk Parça Listesi
75
EK.2: MR Damperin Tanıtım Kartı
76
EK.3: Pasif Süspansiyonlu Koltuk Modelinin MATLAB Kodları Sistemin Transfer Fonksiyonu Yaklaşımı ile MATLAB Çözümü
m=[15 8.8];
b=[830 200];
k=[31000 18000];
[y,t]=step(koltukpasifmodel(m,k,b),1);
[y1,t1]=impulse(koltukpasifmodel(m,k,b),20);
subplot(2,1,1);
plot(t,y(:,1)) grid
ylabel('y_1(t)')
title('m_1''in Birim Darbe Cevabı') subplot(2,1,2);
plot(t,y(:,2)) grid
xlabel('Zaman, t [s]') ylabel('y_2(t)')
title('m_2''in Birim Darbe Cevabı')
Yerdeğiştirme Yerdeğiştirme
77
Sistemin Frekans Cevabı Yaklaşımı ile MATLAB Çözümü m=[15 8.8];
b=[830 200];
k=[31000 18000];
omega=1:.005:100;
for i=1:2 if i==1
sys=tf(1,[m(1) b(1) k(1)]);
bode(sys,omega);grid else
figure
sys=koltukpasifmodel(m,k,b);
[mag phas]=bode(sys,omega);
semilogx(omega,mag(1,:),'r');
hold on
semilogx(omega,mag(2,:),'b');
legend('m_1 kütlesinin frekans cevabı','m_2 kütlesinin frekans cevabı','Location','SouthWest')
end end grid
xlabel('Uyarma frekansı [rad/s]');
ylabel('|y_1|')
Yerdeğiştirme
78
Sistemin Simulink Modeli Yaklaşımı ile MATLAB Çözümü
Sistemin 10.34 Hz veya 65 rad/s frekanslık sinüzoidal giriş için cevabı.
Yerdeğiştirme
Zaman [s]
79
Sistemin 2.07 Hz veya 13 rad/s frekanslık darbe fonksiyonu giriş için cevabı.
Sistemin 0.1-15 Hz aralığında 10 s’lik değişken frekanslı Chirp giriş sinyaline karşılık cevabı
Zaman
Yerdeğiştirme
Zaman [s]
Yerdeğiştirme
80
EK.4: Pasif Süspansiyonlu Koltuk İçin Fonksiyon Dosyası function dydt=koltukpasifmodel(t,y)
m1=15;m2=8.8;b1=830;b2=200;k1=31000;k2=18000;
z=1;
%
dydt=[y(2);
1/m1*(-b2*(y(2)-y(4))-k2*(y(1)-y(3))-b1*(y(2))-k1*(y(1)-z));
y(4);
1/m2*(-b2*(y(4)-y(2))-k2*(y(3)-y(1)))];
Basamak cevap için hazırlanan çalıştırma programı;
m=[15 8.8];b=[830 200];k=[31000 18000];
[y,t]=step(koltukpasifmodel(m,k,b),2);
[y1,t1]=impulse(koltukpasifmodel(m,k,b),20);
subplot(2,1,1);
plot(t,y(:,1)) grid
ylabel('y_1(t)')
title('m_1''in Birim Darbe Cevabı') subplot(2,1,2);
plot(t,y(:,2)) grid
xlabel('Zaman, t [s]') ylabel('y_2(t)')
title('m_2''in Birim Darbe Cevabı')
81
EK.5: MR Damperin Düzeltilmiş Bouc-Wen Modeline Ait Analiz Sonuçları
Kullanılan Parametreler: b0a=21; b0b=3.5; b1a=283; b1b=2.95; αa=140; αb=695; γ=363;
β=363; A=301; n=2; η=190; k0=46,9; k1=5; x0=14,3;
MR damperin farklı sönüm elemanı için konum-kuvvet karakteristiği
MR damperin farklı sönüm elemanı için hız-kuvvet karakteristiği
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500
Kuvvet
Hız
-1 -0.5 0 0.5 1
-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500
Kuvvet
Konum
82
ÖZGEÇMİŞ
Adı Soyadı : Cenk ÇETİN
Eğitim Durumu
Lise : Avcılar Süleyman Nazif Anadolu Lisesi- Lisans : Cumhuriyet Üniversitesi, Makine Müh. Böl.
Çalıştığı Kurumlar ve Yıl : Üstünberk Holding, 2010-Halen Panoto Radyatör, 2008-2009
Mercedes Benz Yetkili Servisi, 2005-2007
İletişim (e-posta) : cenkctn@yahoo.com