Sürüş indeksinin hesaplanması, tam-taşıt modelinin simülasyonu ve parametrelerin

Araç geliştirme sürecinde sürüş konfor çalışmaları için kullanılacak hesapsal açıdan en uygun modelin belirlenmesi için çeşitli matematiksel modeller geliştirilmiştir.

Bunlardan ilki mevcut aracı 4 parçaya bölen ve sadece bir tekerlek sistemini veya süspansiyon sistemini modellemede kullanan çeyrek araç modelleridir. Çeyrek araç modelleri bir, iki veya üç serbestlik derecesine sahip olmalarına göre 3 şekilde ele alınabilmektedir (Şekil 4.7).

Şekil 4.7. (a) Bir, (b) iki ve (c) üç serbestlik derecesine sahip çeyrek-araç modelleri (Genta ve Morello 2009)

Şekil 4.7a`da gösterilen birinci model sadece bir serbestlik derecesine sahiptir ve tekerlek lastiği rijit olarak ele alınmıştır. Ayrıca burada kütle sadece m kütlesi olup süspansiyon sisteminin kütlesi ihmal edilmektedir. İkinci model iki serbestlik

m

h c k

m

z

h c k

ms ct kt

z

m

z

h c k

ms

ct kt

a) b)

c)

mt

ks

cs

155

derecesine sahip olup tekerlek lastiği kütlesiz bir yay-damper sistemi şeklinde ele alınmıştır ve süspansiyon sisteminin kütlesi burada göz ardı edilmeyerek modelde hesaba katılmıştır. Üç serbestlik derecesine sahip olan üçüncü modelde tekerlek lastiği, dinamik karakteristikleri uygun şekilde yansıtan belirli bir kütleye sahip yay-damper sistemi şeklinde modellenmiştir (mt) ve yine burada süspansiyon sisteminin kütlesi (ms) ihmal edilmeyerek modele eklenmiştir (Genta ve Morello 2009). Bu çalışmada süspansiyonun kütlesi ihmal edilmeyerek tek serbestlik derecesine sahip model temel alınmıştır. Ancak süspansiyon kütlesi de (ms) dahil edilerek iki serbestlik derecesine sahip yeni bir model oluşturulup bu çalışmada uygun bir şekilde kullanılmıştır.

Sürüş indeksini hesaplayabilmek için bir Simulink (MATLAB 2009) modeli oluşturulmuştur (Şekil 4.8).

Şekil 4.8. Sürüş indeksini hesaplamak için oluşturulan Simulink modelinin temel üç bölümü (koltuk-oturma, sırt ve ayak bölgesi)

Fiziksel testlerden elde edilen ivme değerlerinin modelde kullanılabilmesi ve 0 - 100 Hz frekans aralığında bu ivme değerlerinin hızlı Fourier dönüşümü (FFT) ile frekans alanına dönüşümü için MATLAB fonksiyon bloğu yardımıyla gerekli kodları içeren bir fonksiyon yazılmıştır (Şekil 4.9). FFT analizinden sonra dönüşen ivme değerlerinin grafiği Şekil 4.10`da gösterilmiştir.

156

Şekil 4.9. İvme değerlerinin modele alınması ve FFT analizi için yazılan fonksiyon kodları

Şekil 4.10. FFT analizi ile ivme değerlerinin frekans alanına dönüşümü

Makinelerin rijit parçalarının hareketlerinin tasarımı ve simülasyonunda faydalanılan ve blok diyagram kullanımını sağlayan, ayrıca tork ile kuvvetlerin standart Newtonsal dinamiklerinin kullanıldığı bir yazılım olan SimMechanics (MATLAB 2009) ile yukarıda bahsi geçen çeyrek taşıt modelinden faydalanılarak oluşturulan ve temelde kütle-yay-damper sistemini kullanan tam taşıt matematiksel modelinin simülasyonu için

function axs=function_axs(~)

veriler=importdata(Hafif_Ticari_B.mat' );

Fs = 1000;

Ts = 1/Fs;

t =

veriler.Data1_time_DEWE501A_koltuk_X;

n = length(t);

a = veriler.Data1_DEWE501A_koltuk_X;

freqRange = 0:0.1:100;

freqzData =

freqz(a,1,freqRange,Fs)/length(a);

genlik=abs(freqzData);

frekans=freqRange;

fft_matris=[frekans;genlik];

axs=double(genlik');

157

bir model geliştirilmiştir. Lastik modeli sistem içinde tanımlanmamıştır. Fiziksel testlerde lastiğin etkisini dikkate almamak için ivmeölçerler aksona monte edilmiştir.

Simülasyon-tabanlı bu modelin daha rahat kontrolü ve kullanımı için bir kullanıcı arayüzü (GUI) oluşturulmuştur (Şekil 4.11).

Şekil 4.11. Geliştirilen simülasyon-tabanlı modelin kullanıcı arayüzü (GUI)

Bu arayüzde 18 farklı parametre değeri (taşıtın, sürücünün, motorun, koltuk oturma ve sırt bölümlerinin kütleleri, ön ve arka süspansiyonların, koltuk oturma ve sırt bölgelerinin ve motorda bulunan üç takozun yay ve sönümleme katsayıları, vb.) modelde sürüş indeksini hesaplayabilmek için girilebilmektedir. Bu arayüz hesaplamaya Şekil 4.12`de verilen simülasyon-tabanlı tam-taşıt modeli ile başlamaktadır.

158

Şekil 4.12. Tam-taşıt modeli için geliştirilen simülasyon-tabanlı model (a) Gövde, ayak ve koltuk bölümleri, (b) ön sağ süspansiyon sistemi (A: ön-sağ, B: ön-sol, C:

arka-sağ, D: arka-sol), (c) üç takoz ile birlikte motor bölümü

159

Bu modelde tasarımcının süspansiyon, koltuk ve motor etkilerini daha iyi analiz edebilmesi ve tasarım sürecinin başlangıcında sadece süspansiyon sisteminin sürüş konforu üzerine etkilerini incelemek açısından lastik modeli eklenmemiştir. Simülasyon esnasında doğrusal olmayan lastik modelleri kullanılarak alınan sonuçların büyük değişiklikler göstermesi ve hassasiyetinin iyi olmaması da lastik modellerinin simülasyona eklenmeme nedenleri arasındadır. Bunun yerine her yol için belirlenen ve bu yolları karakterize eden aksondan alınan ivme değerleri kullanılmıştır. Bu sayede ilk tasarım aşamasında özellikle sadece süspansiyon parametrelerinin sürüş konforu üzerine olan etkileri incelenmek istendiğinde bu hesaplama rahatlıkla yapılabilecektir (Karen ve ark. 2011).

Modelde yol testleri ile elde edilen ve mevcut yolu karakterize eden ivme değerleri her bir aksona “Lookup Table” aracılığıyla gerekli işlemlerden geçerek “Joint Actuator” ile prizmatik mafsalları uygun bir şekilde harekete geçirmektedirler. Her bir prizmatik mafsala değerleri kullanıcı arayüzünde girilen ve kendi yay-damper özelliğine sahip kütle-yay-sistemleri eklenmiştir ve dönme hareketlerine izin veren bir küresel mafsal ile gövdeye bağlantısı sağlanmıştır. Süspansiyon sistemlerinin kütle değerleri arayüzde girilerek modelde hesaplamaya katılmaktadır. Böylece dört süspansiyon sisteminden gelen ivme değerleri her bir süspansiyonun kendi karakteristiğine göre değişikliğe uğrayarak ana gövdeye etki etmektedir (Şekil 4.12`de A, B, C, D).

Simülasyondaki ayak alt sistemi gövdeye her üç eksende (x, y ve z) doğrusal harekete izin verecek şekilde özel olarak tanımlanmış bir mafsal ile bağlanmaktadır. Koltuk alt sistemi izafi harekete izin vermeyen ve gövdeye rijit bir şekilde bağlanmaya olanak tanıyan kaynak mafsalı ile bağlanmıştır. Koltuk bölümü modelde iki parça şeklinde ele alınmıştır. Birinci bölüm koltuk oturma yüzeyini ikinci bölüm ise koltuk sırt kısmını oluşturmaktadır. Her biri özellikleri kullanıcı arayüzünden girilen kendi yay-damper özelliklerine sahiptir ve her iki koltuk bölümü birbirlerine kaynaklı mafsal ile bağlanarak rijit bağlantı sağlanmıştır.

Sürücü ile koltuk arasındaki temas her üç eksendeki doğrusal harekete izin verecek şekilde özel olarak tanımlanmış bir mafsal ile modellenmiştir. Sürücü kütlesi, biri koltuğun oturma bölgesine diğeri sırt bölgesine ve sonuncusu da ayak bölgesine etki edecek şekilde üçe ayrılarak modellenmiştir (Şekil 4.12a). Sürüş indeksi

160

hesaplamasında veri olarak kullanılacak ivme değerleri modelde bu bölgelerde oluşturulan mafsallara bağlanan üç ayrı sensör ile toplanmaktadır.

Motor sistemi gövdeye özel olarak tanımlanmış üç adet mafsal ile bağlanmıştır; birincisi motor takozuna, ikincisi transmisyon takozuna, üçüncüsü diferansiyel takozuna ait olmaktadır (Şekil 4.12c). Her üç mafsalın yay-damper özellikleri ve kütlesi kullanıcı arayüzünden girilmektedir (Şekil 4.11).

Mevcut modelin kararlı duruma gelmesi için taşıt 10 saniye boyunca bekletilmekte yolu karakterize eden ivme değerleri 10 saniye sonra etki ettirilmektedir. Bunun nedeni uzayda asılı duran sistem çalıştırıldığında yerçekiminin etkisi ile taşıt modelinin salınıma geçmesi ve yaklaşık 7-8 saniyede kararlı duruma gelmesidir. Bunun için mevcut zaman bir “Clock” bloğu yardımıyla tanımlanmaktadır.

Mevcut kullanıcı arayüzüne daha kullanışlı olması açısından aşağıda belirtilen noktalarda geliştirmeler yapılmıştır:

 Diğer test yolları için de sürüş indeksi hesaplaması yapılabilmesi için gerekli kodların ve yapının oluşturulması,

 Hesaplanan sürüş indeksi değerinin bir sütun grafiği üzerinde gösterilerek kullanıcıya görsel açıdan fikir sağlaması,

 Daha sonradan yeni yolların eklenebilmesi için “import” seçeneğinin menüye eklenmesi,

 Menü seçeneklerinin eklenerek optimizasyon modülüne geçişin bu yolla gerçekleştirilebilmesi,

 Analiz ve simülasyon süresince ilerleyişin küçük bir bilgi kutucuğunda verilmesi.

Son güncelleştirmelerle arayüzün mevcut durumu Şekil 4.13`te verilmiştir.

161

Şekil 4.13. Son hali ile sürüş konforu için geliştirilen arayüz

4.1.4. Fiziksel test sonuçları ile simülasyon-tabanlı model sonuçları arasındaki