Development of trailer truck engine duty cycle for Turkey usage profile
Çekici araç motorları için Türkiye kullanım koşullarını temsil eden seyir çevrimi oluşturulması
- Tez No: 356022
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM SORUŞBAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Otomotiv Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Günümüzde, ağır ticari araç motorları geliştirme çalışmalarında, güvenilirliği yüksek ve maliyeti düşük motorlar geliştirmek üretici firmaların rekabet edebilmesi açısından önemli bir hedef konumuna ulaşmıştır. Ağır ticari araç üreticileri yüksek güvenilirlik ve düşük maliyet hedeflerini gerçekleştirebilmek için, motorların ana pazarlardaki kullanım koşullarını dikkate alarak, ilgili pazarlar için özel motor tasarım ve motor tasarım doğrulama çalışmaları gerçekleştirmektedir. Bu kapsamda hedef pazarlar için kullanım koşulu verilerinin toplanması ve verilerin yüksek doğrulukta analiz edilerek seyir çevrimleri oluşturulması yüksek bir önem kazanmıştır. Genişleyen Türkiye ağır ticari çekici sınıfı araç pazarı, ağır ticari araç üreticilerinin çekici araç motorları için Türkiye kullanım koşullarını temsil eden seyir çevrimi ihtiyacını ön plana çıkarmaktadır. Motor seyir çevrimi, motor hızı ve motor yüzde yükünün temsili sürüş için yüzde dağılımını veren üç boyutlu bir histogramdan oluşmaktadır. Motor seyir çevrimlerine, motor teknoloji geliştirme çalışmaları, hedef pazar kullanım koşullarını temsil eden motor test prosedürlerinin oluşturulması, motor tasarım fazı esnasında, motor sistem ve alt sistemlerine ait parçaların ömür hesaplarının yapılması ve kalibrasyon geliştirme alanlarında ihtiyaç duyulmaktadır. Motor geliştirme aşamalarında, seyir çevrimlerinin vereceği bilgiler ışığında motor parçalarının malzeme ve geometri değerleri değiştirilmekte ve en iyileme işlemi gerçekleşmektedir. Motor tasarım çalışmalarına ek olarak, motor test geliştirme çalışmalarını da seyir çevrimleri beslemektedir. Prototip aşamada olan bir motorun tasarım doğrulama test planı oluşturulma safhasında, saha kullanımı dikkate alınarak korelasyon çalışmaları gerçekleştirilmekte, test süreleri ve çevrimleri belirlenmektedir. Tasarım ve tasarım doğrulama çalışmalarına ek olarak, motor seyir çevrimleri motor kalibrasyon çalışmalarının en iyileme işlemlerini gerçekleştirmek için kullanılmaktadır. Kalibrasyon en iyileme işlemlerinde, motor çevrimlerinde yoğun olarak kullanılan bölgeler baz alınmakta ve çalışmalar bu bölgelerde odaklanmaktadır. Konvansiyonel motor seyir çevrimi geliştirme yöntemlerinden biri, sahada bulunan, seri üretimi gerçekleşmiş araçlara, veri kaydedici cihazlar yerleştirilerek kullanım profillerinin kaydedilmesidir. Bu yöntemde gerçek araç sürücüleri veya profesyonel araç sürücüleri kullanılmaktadır. Veri cihazları yerleştirilmiş araçlar günlük rutinlerini gerçekleştirdikleri sırada, motor seyir çevrimi için gereken verilerin kaydedilme işlemi yapılmaktadır. Araçlar üzerinde direk kontrol imkanı olmadığından, düzenli olarak veri aktarımı yapmak bu yöntemde mümkün olmamaktadır. Bu sebeple araçlara yerleştirilen veri kaydetme cihazları gerçek zamanlı verileri kaydetmek yerine veri gruplama işlemini gerçekleştirmedir. Veri gruplama işlemi kaydedilen kanallardaki değerlerin sıra bilgilerini içermemektedir. Motor parametrelerinin belirli değerlere kaç defa ulaştığının sayımı bu süreçte mümkün olamamaktadır. Bu bilgi parça yorulma hesaplarında önemli bir yer teşkil etmektedir. Veri kaydetme cihazlarına periyodik olarak erişim imkanı olmadığından, cihazda sorun meydana gelmesi halinde veri kayıpları oluşmakta ve çalışma sonucunda veri elde edilmeyebilmektedir. Yöntemin diğer bir dezavantajı ise prototip motorlar kullanılarak seyir çevrim çalışması yapılamamasıdır. Motor seyir çevrimi doğruluğunun arttırılması için seri üretimde mevcut olan en yakın güç-ağırlık oranına sahip araçlar kullanılmakta ve çalışmalar bu araç ile yürültülmektedir. Yeni teknolojilerin uygulandığı motorlarda, seri üretimde bulunan motorlar ile seyir çevrim çalışması yapmak, sonucun temsil etmedeki başarısını ve doğruluğunu dramatik olarak azaltmaktadır. Sahada bulunan araçlar üzerinden veri toplama işleminin avantajı ise öngörülemeyen kullanım koşullarını tespit etmek, iklim ve çevre koşullarını seyir çevrimine dahil etmek ve farklı sürücülerden kaynaklanan varyasonların etkisini de seyir çevrimi içerisine katmaktır. Prototip safhadaki motorlarda seyir çevrimi bilgisi oluşturmak için konvensiyonel yöntemler etkili sonuçlar vermemektedir. Bu çalışmada ayrık sürüş yöntemi kullanılarak 10.3L 420 PS ve 10.3L 460 PS motorlara sahip 40 ton yüklü çekici araçlar için Türkiye kullanım koşullarında motor seyir çevrimi belirleme çalışması yapılmıştır. Ayrık sürüş yöntemi, kullanıcıların temsili sürüş tiplerini ve yol tiplerini istatiktiksel yöntemler kullanarak belirlemek ve belirlenen yol ve sürüş tiplerinde profesyonel bir sürücü ile saha kullanımını temsil edecek şekilde aracı kullanmayı kapsamaktadır. Ayrık sürüşler gerçekleştirilip, belirlenen motor parametrelerinin kaydı tamamlandıktan sonra, ilgili sürüşler istatiksel yöntemler kullanılarak ağırlıklandırılmakta ve Türkiye koşullarını temsil eden seyir çevrimi oluşturulmaktadır. Seyir çevrim çalışması Türkiye koşulları için kullanım istatistiklerinin oluşturulması ile başlamıştır. Türkiye'nin çeşitli illerinde bulunan 486 çekici sınıfı ağır ticari araç kullanıcısına hangi yol çeşitlerinde, hangi kullanım çeşitlerinde, hangi sıklıkla araçlarını kullandıklarına dair sorular sorulmuştur. İstatiktiksel çalışmanın doğruluğu, seyir çevriminin kullanım koşullarını temsil etme oranını yüksek şekilde etkilemektedir. Kullanıcı istatistiğinin doğruluğunu arttırmak amacıyla anketler yüksek maliyetli ve zaman alan bir metod olan yüz-yüze anket metodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yapılan yüz-yüze anketler sonucunda, yol tipleri, sürüş tipleri ve ağırlıkları oluşturulmuş ve sınıflandırma matrisi olarak adlandırılmıştır. İstatistiksel sonuçlara bakıldığında çekici tipi araçlar için Türkiye koşullarında; şehirler arası otoyol, şehirler arası bölünmüş devlet yolu ve köy yolu olarak üç farklı sınıflandırma yapılmıştır. Kullanım çeşidi olarak ise agresif, ortalama kullanım ve hafif kullanım belirlenmiştir. Gerçekleştirilen anketler sonucunda yol tipleri ve sürüş tipleri için her bir sürücünün yüzde sürüş oranı elde edilmiştir. Anketlerin doğruluğunu arttırmak amacıyla çapraz sorular eklenerek sonuçlar kontrol edilmiştir. Cevapların doğruluğunu arttırmak amacıyla sorular sürücülere yazılı olarak dağıtılmasına rağmen sözlü olarak da her bir soru hakkında açıklamalar yapılmıştır. Yol ve sürüş tiplerinin toplam sürüşe olan ağırlıklarının belirlenmesinden sonra yol tiplerini temsil edecek rotaların bulunması aşamasına geçilmiştir. Bu aşamada karayollarının ağır ticari araçlar yoğunluk haritası ve anket sonuçları kullanılmış, ayrıca deneyimli ağır ticari araç kullanılcılarından da bilgiler alınmıştır. Rota belirleme çalışmaları için sürücü konaklama kısıtı bulunmaktadır. Aracın her 16 saatte bir test kontrol noktası olan Gölcük Kocaeli'ye uğrayarak sürücü değişimi yapılması gerekmektedir. Bu sebeple rota belirleme çalışma Marmara bölgesinde gerçekleştirilmiştir. Karayolları yoğunluk haritası incelendiğinde Türkiye ağır ticari araç yoğunluğunun büyük bir bölümünün Marmara bölgesinde olduğu gözlemlenmektedir. Yol ve sürüş tipleri, rotalar ve herbirinin toplam sürüşteki ağırlığı belirlendikten sonra iki farklı araç ile yollarda veri toplamayı içeren ilk faz çalışması başlatılmıştır. İlk aşamada sürücülere yol tipleri, sürüş tipleri ve rotalar hakkında eğitimler verilerek deneme sürüşleri gerçekleştirilmiştir. Araçlar haftanın yedi günü, günde yirmidört saat koşacak şekilde sürüş planı hazırlanmıştır. Sürücüden sürücüye varyasonu da sonuçlara dahil etmek amacıyla, sürücüler sürüşlere dağıtılmıştır. Veri toplama çalışması için 256 MB hafızaya sahip araç CAN hattından veri kaydetme özelliğinde, tek başına (bilgisayar gereksinimi olmaksızın) çalışabilen veri kaydetme cihazı kullanılmıştır. Veri kaydetme cihazına, zaman bazlı kayıt yapması için motor ve araçla ilgili 14 kanal tanıtılmıştır. Sıcaklık kanalları haricinde diğer kanallardan 10 Hz ile kayıt alınmıştır. Motor veya araç üzerine ek olarak herhangi bir enstrümantasyon yapılmamıştır, kaydedilen tüm değerler motor sensörlerinin ölçtüğü veya motorun hesaplayıp CAN hattına dağıttığı verilerden oluşmaktadır. Kaydedilen veriler günlük bazda incelenerek, verilen sağlığı ve doğruluğu kontrol edilmiş ve veri kayıpları en aza indirgenmiştir. Veri analizi ve kontrolü için MATLAB programı kullanılarak veri analiz kodları oluşturulmuştur. Veri sağlığı ve veri düzeltme yöntemleri veri analiz kodları yoluyla gerçekleştirilmiştir. Kodlar herhangi bir olumsuzluğu kullanıcıya bildirmiş ve ilgili düzeltme kullanıcının insiyatifine bırakılmıştır. Veri düzeltmede insan kontrolüne dayanmayan otomatik yaklaşım hataya mahal verebileceğinden tercih edilmemiştir. 10.3L 420 PS ve 10.3L 460 PS araçlardan toplamda 18 GB veri elde edilmiş, tüm veriler MATLAB programı ile yapılandırılarak analiz edilmiştir. Veri toplama ve analiz süreçlerinin ardından dokuz farklı kullanım şeklinin motor hızı ve motor yüzde yük kullanım haritaları oluşturulmuştur. Motor seyir çevrimi oluşturmak için sınıflandırma matrisinde bulunan ağırlıklar ve her bir sürüş tipinin haritası kullanılarak iki farklı çekici tipi araç için Türkiye kullanım koşullarını temsil edecek motor seyir çevrimleri oluşturulmuştur. Motor seyir çevriminde kullanılan haritalardan aynı sürüş için birden fazla olması durumunda ortalamaları alınmıştır. Çalışma sonucunda elde edilen seyir çevrimleri incelendiğinde, düşük yük bölgesinin çekici sınıfı araçlar için önemli bir kullanım alanı teşkil ettiği sonucuna varılmıştır. Düşük yükte çalışma oranı 29.6 % ile 35 % arasında değiştiği gözlemlenmiştir. Ek olarak motorun rölantide geçen zamanın 6.42 % ile 7.74 % arasında olduğu tespit edilmiştir. Motor yüzde yükünün 95 % ile 100 % arasında bir tepe yaptığı her iki araçta da görülmüştür. Türkiye koşullarını temsil eden motor seyir çevrimini WHTC ile karşılaştırmak amacıyla 10.3L 420 PS aracın WHTC çevrimi oluşturulmuştur. 10.3L aracın Türkiye kullanım çevrimi ile WHTC çevrimi arasındaki kullanımda büyük farklılıklar gözlemlenmiştir. WTHC çevriminin düşük hızlarda ve düşük yüklerde daha fazla zaman geçirdiği sonucuna varılmıştır. Türkiye çekici tipi araç motor seyir çevrimleri için WHTC'nin yakınsama değerinin düşük olduğu tespit edilmiştir. Emisyon regülasyonları dışında, motor ve motor tasarım doğrulama çalışmalarında ayrık seyir çevrimi geliştirme yöntemi ile oluşturulan seyir çevriminin kullanılmasının sonuç doğruluğunu arttıracağı belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Today at the heavy-duty engine development studies, to achieve reliable and low cost products are the key elements. To meet both challenging targets, tailor based engine design and engine validation studies for major markets are applied in the industry. Conducting tailor based design and validation requires the real world usage information of the engine to be developed for the targeted market. There is an increasing demand in the industry to understand the Turkey trailer truck duty cycle to support technology evaluation efforts, create customer correlated engine test procedures and calculate lifetime of the engine components to support engine design studies. The conventional method to develop engine duty cycle is to collect data from real world users in the field with serial production vehicles. In product development studies, especially in brand new designs, the conventional method is not effective. For the engines in the design or validation phase, to collect data from the real world users is not applicable, because in the field, it is not possible to find a vehicle equipped with the prototype engine which is under development. The approach is to collect the closest power rating engine data and develop engine duty cycle. This method reduces the accuracy of the results and the representativeness of the duty cycle. In this study, discrete drive duty cycle methodology is used. This methodology predicts the engine duty cycle collecting data from a vehicle with prototype engine that run at the public routes with pre-determined routes and driving types with various professional drivers. The type of driving behaviors and routes are determined conducting driver questionnaire and using the public road heavy-duty usage statistics. Engine duty cycle is developed for 10.3L 420PS and 10.3L 460PS trailer truck vehicles for Turkey conditions combining the discrete drives collected from public routes and their weights that is obtained from driver survey and statistical operations.
Benzer Tezler
- Dizel hibrit güç aktarma sistemi optimizasyonu
Optimization of diesel hybrid powertrains
YÜCEL KARACA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Otomotiv MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ORKUN ÖZENER
- Improving the aerodynamic characteristics of the gap between the cabin and trailer of heavy-duty commercial vehicles
Ağır ticari araçların kabin-treyler arasındaki boşluğun aerodinamik açıdan iyileştirilmesi
UTKU ÇİL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
- Ağır vasıta ticari bir treylerin tam elektrik tahrikli tasarımı, modellenmesi ve uygulaması
Full electric drive design, modeling and implementation of a heavy duty commercial trailer
GİZEM BACAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN PEHLİVAN
- Elektrikli bir karavan tasarımı ve elektronik itki kontrol sisteminin geliştirilmesi
Design of an electric caravan and development of an electronic thrust control system
ADEM ADATEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mekatronik MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMekatronik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ GÖKÇE
- Ağır ticari bir araçta kabin yapısının aerodinamik direnç üzerindeki etkisi
Aerodynamic drag effect of cabin structure in a heavy commercial vehicle
CEMAL DİNÇER AKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU