A series elastic brake pedal for improving driving performance under regenerative braking
Faydalı frenleme altında sürüş performansını artırmak için seri elastik fren pedalı
- Tez No: 608243
- Danışmanlar: PROF. DR. VOLKAN PATOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 75
Özet
Karbon ayak izini azaltmak için elektrikli ve hibrid araçlar tercih edilmektedir. Bu araçlardaki elektrik motoru iki amaca hizmet eder. Yavaşlama için elektrik motorunun kullanılması sırasında, aracın kinetik enerjisinin aküde depolanıp elektrik enerjisine dönüştürülmesine rejeneratif frenleme denir. Rejeneratif frenleme, enerji verimliliğini önemli ölçüde arttırmak ve emisyon standartlarını karşılamaya yardımcı olmak için elektrikli araçlar tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır. Rejeneratif ve sürtünme frenleri, fren pedalıyla etkileşime giren sürücü tarafından aynı anda etkinleştirildiğinde, rejeneratif frenleme nedeniyle fren pedalı hissi bozulmaktadır. Özellikle, fren pedalı ile geleneksel sürtünme frenleri arasında fiziksel bir bağlantı olsa da, rejeneratif frenleme için böyle bir fiziksel bağlantı yoktur. Bu sebepten ötürü fren pedalına geri kuvvet beslenmez, bu da sürücü ile araç arasında tek taraflı bir güç akışı sağlar. Sonuç olarak, fren pedalı kuvveti ile aracın yavaşlaması arasındaki doğrusal olmayan ilişki ortaya çıkar. Bu bilinmeyen pedal hissiyatı, sürücünün performansını olumsuz yönde etkilemesi sürüş güvenliğini tehlikeye atmaktadır. Rejeneratif frenlemeden kaynaklanan reaksiyon kuvvetleri, alıştığımız pedal hissini geri kazanmak için ikili güç akışını yeniden kuran tahrikli pedallarla fren pedalına geri beslenebilir. Rejeneratif frenleme sırasında geleneksel fren pedalı hissini korumak için seri elastik tahrikli, kuvvet geri beslemeli bir fren pedalı öneriyoruz. Önerilen tasarımın yeniliği, etkileşim kuvvetlerini tahmin etmek ve kapalı döngü kuvvet kontrolü yapmasıdır. Kapalı döngü kuvvet kontrolü, tahrik elemanı ile fren pedalı arasına yerleştirilen yaprak yayların deplasmanı ölçülmesiyle sağlanır. Yayların esnekliği sayesinde, kuvvet geri beslemeli fren pedalında, yüksek doğrulukta kuvvet kontrolü elde etmek için yüksek kazançlar kullanılır. Seri elastik tahrikli fren pedalı, tüm frekans spektrumunda uygun çıkış empedans özelliklerine sahiptir ve düşük maliyetli bileşenler kullanılarak kompakt bir dizayn şeklinde araçlara konulabilir. Fren pedalındaki eksik rejeneratif fren kuvvetlerini geri kazanmak için pedal hissiyatı telafi algoritmaları sunuyoruz. Önerilen algoritmalar, hem iki pedallı kooperatif frenleme hem de tek pedallı sürüş için uygulanmıştır. Bu sürüş koşulları için, rejeneratif fren kuvvetlerine bağlı eksik pedal kuvvetinin geri verilmesi, telafi edilmiş rejeneratif fren kuvvetleri ve telafi edilmemiş fren kuvvetleri olarak incelenir. İki pedallı kooperatif frenlemede, rejeneratif frenleme fren pedalına basılarak etkinleştirilirken, tek pedallı sürüşte, gaz pedalı bırakıldığında aktivasyon gerçekleşir. Önerilen seri elastik fren pedalı ve haptik pedal hissi algoritmalarının, sürüş güvenliği ve performansı açısından etkinliği insanlı deneyler ile araştırılmıştır. Deneyler, seri elastik tahrikli fren pedalı, tork kontrollü bir dinamometre ve bir gaz pedalından oluşan haptik pedal hissetme platformu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sürtünme freninden kaynaklanan pedal kuvvetleri dinamometre tarafından benzetilir. Seri elastik tahrikli fren pedalı rejeneratif frenleme nedeniyle eksik pedal kuvvetlerini insan ayağına geri besler. Gaz pedalı, tek pedallı sürüşte rejeneratif frenlemenin etkinleştirilmesi için kullanılır. Simülatör, CAMP protokolüne benzer bir araç takip görevi yürütür ve katılımcıya görsel geri bildirim sağlar. İnsanlı deneylerin sonucunda, pedal hissi telafisinin sert frenleme sayısını önemli ölçüde azalttığı ve hem iki pedallı kooperatif frenleme hem de tek pedallı sürüş güvenliğini arttırdığı gözlemlenmiştir. Yapılan anketlerin sonucuna göre, hem iki pedallı hem de tek pedallı sürüş koşullarını eşit şekilde tercih edilmiştir. Gönüllüler pedal hissi telafisini güçlü bir şekilde tercih etmişlerdir. Haptik pedal hissi telafisinin güvenlik üzerindeki yararlı etkilerinin, iki pedallı kooperatif frenleme koşulu için daha büyük olduğu görülmüştür, çünkü bu durumda telafi eksikliği, pedalın sertleşme / yumuşama hissiyatı daha büyük olur.
Özet (Çeviri)
Electric and hybrid vehicles are favored to decrease the carbon footprint on the planet. The electric motor in these vehicles serves a dual purpose. The use of electric motor for deceleration, by converting the kinetic energy of the vehicle into electrical energy to be stored in the battery is called regenerative braking. Regenerative braking is commonly employed by electrical vehicles to significantly improve energy efficiency and to help to meet emission standards. When the regenerative and friction brakes are simultaneously activated by the driver interacting with the brake pedal, the conventional haptic brake pedal feel is disturbed due to the regenerative braking. In particular, while there exists a physical coupling between the brake pedal and the conventional friction brakes, no such physical coupling exists for the regenerative braking. As a result, no reaction forces are fed back to the brake pedal, resulting in a unilateral power flow between the driver and the vehicle. Consequently, the relationship between the brake pedal force and the vehicle deceleration is strongly influenced by the regenerative braking. This results in a unfamiliar response of the brake pedal, negatively impacting the driver's performance and posing a safety concern. The reaction forces due to regenerative braking can be fed back to the brake pedal, through actuated pedals that re-establish the bilateral power flow to recover the natural haptic pedal feel. We propose a force-feedback brake pedal with series elastic actuation to preserve the conventional brake pedal feel during regenerative braking. The novelty of the proposed design is due to the deliberate introduction of a compliant element between the actuator and the brake pedal whose deflections are measured to estimate interaction forces and to perform closed-loop force control. Thanks to its series elasticity, the force-feedback brake pedal can utilize robust controllers to achieve high fidelity force control, possesses favorable output impedance characteristics over the entire frequency spectrum, and can be implemented in a compact package using low-cost components. We introduce pedal feel compensation algorithms to recover the missing regenerative brake forces on the brake pedal. The proposed algorithms are implemented for both two-pedal cooperative braking and one-pedal driving conditions. For those driving conditions, the missing pedal feedback due to the regenerative brake forces are rendered through the active pedal to recover the conventional pedal force mapping. In two-pedal cooperative braking, the regenerative braking is activated by pressing the brake pedal, while in one-pedal driving the activation takes place as soon as the throttle pedal is released. The applicability and effectiveness of the proposed series elastic brake pedal and haptic pedal feel compensation algorithms in terms of driving safety and performance have been investigated through human subject experiments. The experiments have been conducted using a haptic pedal feel platform that consists of a SEA brake pedal, a torque-controlled dynamometer, and a throttle pedal. The dynamometer renders the pedal forces due to friction braking, while the SEA brake pedal renders the missing pedal forces due to the regenerative braking. The throttle pedal is utilized for the activation of regenerative braking in one-pedal driving. The simulator implements a vehicle pursuit task similar to the CAMP protocol and provides visual feedback to the participant. The effectiveness of the preservation of the natural brake pedal feel has been studied under two-pedal cooperative braking and one-pedal driving scenarios. The experimental results indicate that pedal feel compensation can significantly decrease the number of hard braking instances, improving safety for both two-pedal cooperative braking and one-pedal driving. Volunteers also strongly prefer compensation, while they equally prefer and can effectively utilize both two-pedal and one-pedal driving conditions. The beneficial effects of haptic pedal feel compensation on safety is evaluated to be larger for the two-pedal cooperative braking condition, as lack of compensation results in stiffening/softening pedal feel characteristics in this case.
Benzer Tezler
- Deprem etkisindeki yapılarda aktif ve pasif kontrol sistemlerinin uygulanması
Başlık çevirisi yok
BARIŞ SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. NECMETTİN GÜNDÜZ
- Alüminyum/fiber tabakalı kompozit malzemelerin v bükme davranışlarının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of v-bending behavior of aluminum/fiber layered composite materials
AHMED OZAN ÖRNEKCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Tasarım ve İmalat Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEÇİL EKŞİ
- Döküm en AC 43300 alüminyum alaşımının kısa ömürlü yorulma davranışı modelinin incelenmesi ve modelin parça tasarımında kullanılması
Investigating low cycle fatigue properties of casting en AC 43300 aluminum alloy and using on a bracket design
AYKUT TURNA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN DİKİCİOĞLU
- Desteklenmiş derin kazılarda oluşan hareketlerin incelenmesi
An Investigation on deformation behavior of supported deep excavations
BÜLENT HATİPOĞLU
- Design and development of torsion spring based series elastic actuator with nested encoders for wearable exoskeleton robot
Esnek giyilebilir dış iskelet için burulma yaylı dönel okuyucu yataklamalı seri elastik eyleyici tasarımı ve geliştirilmesi
ALİHAN KURU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZKAN BEBEK