Geri Dön

Ride quality evaluation methods for off-road vehicles

Yol dışı taşıtlar için sürüş kalitesinin değerlendirme yöntemleri

PDF İndir

  1. Tez No: 717834
  2. Yazar: HANDE TÜTÜNCÜ ÇALKAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGEN AKALIN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Mechanical Engineering, Defense and Defense Technologies
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 151

Özet

Yol parametrelerinin sürüş konforuna etkisini incelemek amacıyla ADAMS Car programı kullanılarak yol dışı taşıt olan FED-Alpha araç modeli ile analizler yapılmıştır. FED-Alpha aracı ön ve arka akslarında çift salıncaklı süspansiyon kolları bulunan 4 tekerlekli arazi aracıdır. Süspansiyon sisteminde yaylanma görevi için hava körükleri ile titanyum helisel yay beraber kullanılmış, sönümleme için düşük ve yüksek frekanslarda farklı tepkiler veren damper kullanılmıştır. Araç yakıt verimliliği yüksek arazi askeri aracı olarak geliştirilmiştir. Süspansiyon hava körükleri aracın sürüş yüksekliğinin korunmasında önemli role sahiptir. Damper özellikle zorlu arazi koşullarında aracın sürüş kalitesini iyileştirilmesi konusunda önemli role sahiptir. Araç sürüş kalitesi geliştirilmesi aşamasında tasarımcılar karşılaştırılabilir analizlere ihtiyaç duymaktadır. Bu analizler günümüzde tasarım aşamasında ADAMS Car gibi programlarla yapılabilmektedir. Tekrarlanabilir analizlerin yapılabilmesi tasarım optimizasyonunda hızlı sonuçlar elde edilmesine yaramaktadır. Tekrarlanan analizlerin karşılaştırılabilir olması için metotlarının yeterli kısıtlar ile kısıtlanmış olması gerekmektedir. Benzer araçlar ile performans kıyaslamasında yapılmasında yapılan analizlerin aynı tanımlanmış yollarda yapılması gerekmektedir. Bunu sağlayabilmek için standartlarda yol ile ilgili sürüş kalitesini değiştirecek parametrelerin kısıtlanması gerekmektedir. Etkisini incelemek istenen yol parametreleri olarak dalgalılık (waviness), faz açısı (phase angle), dalga sayısı (wavenumber), dalga boyu (wavelength) ve pürüzlülük (roughness) seçilmiştir. Sürüş kalitesi değerlendirmek amacıyla standartlarında bahsi geçen kısıtlar incelenmiş ve analiz çalışmaları bu kısıtlar çerçevesinde oluşturulmuştur ve bu kısıtların etkisi encilenmiştir. Bu kısıtlardan biri olan hız profili, standartta tarif edilen ortalama hızın değişimi değeri 0,1 limitlerinin dışarına çıkarılıp 0,15 değerinde analiz edilmiş ve sonuçları değerlendirilmiştir. Analizler aracın üç farklı konumunda üç eksende data toplanarak yapılmıştır. İncelenmek istenen yol parametresinin incelenmek istenen değeri değiştirilip diğer yol parametreleri sabit tutularak sentetik yollar oluşturulmuştur. Sentetik yollar ADAMS Car ile analiz yapılabilecek formata getirilmiştir. ADAMS Car modelinin düzgün çalıştığından emin olunabilmek için FED-Alpha aracının daha önce yapılmış test sonuçları incelenerek karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda sonuçların birbirine yeterince yakın olduğundan emin olunduğunda sentetik yol analizlerine geçilmiştir. Sürüş konforu değerlendirme metodu olarak absorbe edilen güç (absorbed power), titreşim doz değeri (vibration dose value) ve ağırlıklandırılmış frekans rms ivmelenme (frequency weighted rms acceleration) metodu kullanılmıştır. Absorbe edilen güç hem transfer fonksiyonu hem hızlı Fourier dönüşümü (FFT, Fast Fourier Transform) metodu ile hesaplanarak, iki metodun arasındaki korelasyon incelenmiştir. İnceleme sonucunda korelasyon üç eksen için yüksek çıktığı için transfer fonksiyonu ile hesaplama çalışmaları devam etmiştir. Değerlendirme metodu hesaplarında eş zamanlı olarak MATLAB ve SIMULINK yazılımları kullanılmıştır. Analizler ile aracın sürücü koltuğu bağlantı bölgesinden, ön yolcu koltuğu bağlantı bölgesinden ve arka yolcu koltuğu bağlantı bölgesi orta konumlarından toplanan ivme dataları tab dosyası şeklinde ADAMS Car analiz ortamından dışarıya çıkarılmıştır. MATLAB kodu yardımıyla tab dosyası SIMULINK'e aktarılarak ivme datası belli TARADCOM transfer fonksiyonlarından geçirilir. Üç eksen için elde edilen sonuçlar MATLAB yardımıyla grafiklere dönüştürülmektedir. Analiz sonuçlarının irdelenmesine yardımcı olması için eş zamanlı olarak ADAMS Car modelinden araç hızı, direksiyon açısı, aracın ağırlık merkezinin y ve z eksenindeki yer değiştirmesi, şasi yunuslama ve yuvarlanma açıları ve ivme dataları kayıt altına alınmıştır. ADAMS Car'dan toplanan zaman eksenindeki ivme değerleri her yöntemin tarif edildiği standarttaki ağırlıklandırma değerleri ile ağırlıklandırılmıştır. Bu değerlerin etkisi sentetik yolları analizlerinde değerlendirilmiştir. Absorbe edilen güç değerlendirme yöntemi standardında maksimum insan vücudunun dayanabileceği gücün 6-Watt olduğu tariflenmektedir. Aracın sentetik yollarda z ekseninde hangi hızda 6-Watta ulaştığını tespit etmek amacıyla 8,05 km/h ile 24 km/h hızları arasında analizler yapılmıştır. Bulunan sonuçlar hız eksenindeki grafiği çizilmiştir. Çizilen grafiğe ikinci dereceden polinom uydurularak 6-Watta geldiği hız değeri tespit edilmiştir. 6-Watt değeri ile diğer değerlendirme metotlarında tanımlanan konfor parametreleri arasındaki korelasyonu incelemek için aynı işlem titreşim doz değeri ve ağırlıklandırılmış frekans rms ivmelenme metoduna da uygulanmıştır. 6-Watt değerine karşıklık gelen titreşim doz değeri ve ağırlıklandırılmış frekans rms ivmelenme değerleri ilgili standartta tariflenen konfor limitleri ile değerlendirilmiştir. Değerlendirme sonucunda ağırlıklandırılmış frekans rms ivmelenme ile yüksek oranda titreşim doz değeri ile kısmen daha düşük oranda korelasyon tespit edilmiştir. Dört farklı rms pürüzlülük değerinde analizler yapılarak her eksen için grafikler oluşturulmuştur. Yolun rms pürüzlülük değerine arttıkça z ekseni için tüm değerlendirme metotlarının da değeri artmaktadır. Bu da sürüş konforunun z ekseninde bozulduğu anlamına gelmektedir. Grafiklerde artan hıza bağlı olarak sürüş konforunun azaldığı tüm değerlendirme metotlarında tespit edilmiştir. Hızın değişiminden en fazla etkilenen değerlendirme metodunun absorbe edilen güç olduğu görülmüştür. Yolun rms pürüzlülük değerinin artması ile x ve y eksenlerinde sürüş konforunun azaldığı tespit edilmiştir. Fakat hıza bağlı olarak değişim her zaman artış eğiliminde değildir. Dalgalılık değeri PSD grafiğinin ters eğimidir. Üç farklı dalgalılık değerlerinde analizler yapılarak her eksen için grafikler oluşturulmuştur. Dalgalılık değeri arttıkça z ekseninde tüm değerlendirme metotlarının da değeri azalmakta yani konfor artmaktadır. Hızın artışına bağlı olarak tüm konfor parametrelerinin değeri artmakta, konfor düşmektedir. Dalgalılık değişimine bağlı olarak y eksenindeki konforda bir değişiklik tespit edilememiştir. Dalgalılık değerinin azalması ile x eksenindeki tüm değerlendirme metotların değerinde artış gözlenmiştir fakat hıza bağlı değişimde korelasyon kurulamamıştır. Temel olarak dalgalılık değerinin değişikliği ile en fazla etkilenen eksenin z olması beklenmektedir. Analiz sonuçları bu öngörüyü doğrular niteliktedir. Dört farklı dalga sayısı bant genişliğine sahip yollarda analizler yapılmıştır. Dalga sayısı bant genişliği değiştikçe z eksenindeki konforun etkilendiği gözlemlenmektedir. Hız arttıkça z eksenindeki konfor düşmektedir fakat farklı dalga sayısı bant genişliğine sahip yollarda hıza bağlı artışların eğimi farklılık gösterdiği görülmüştür. x ve y eksenlerindeki konforu etkileyen parametrelerden birinin dalga boyu bant genişliği olduğu tespit edilmiş ancak korelasyon tespit edilememiştir. Dalga sayısı bant genişliğinin hız ekseninde incelenmesi çok kolay görülmemektedir. Z ekseninde yapılan analizler sonucunda düşük dalga sayısı bant bölgesinde konfor hissindeki etkisinin az olduğu tespit edilmiştir. Yüksek dalga sayısı bant bölgesindeki güç etkisinin konfor parametrelerine etkisinin yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Yolun PSD datası düşük dalga sayısı bant aralığındaki komponentleri kapsadığı durumda sürüş konforu değerlendirme metotları değerleri azalmaktadır. Bunun nedeninin düşük dalga sayısı bant aralığındaki komponentlerin yolun sertliğini azalması olarak değerlendirilebilir. Yolun PSD datası yüksek dalga boyu bant aralığındaki komponentleri kapsamadığı durumda düşük hızlarda sürüş konforu değerlendirme metotları değerleri düşüktür fakat aracın hızına karşı daha sürüş konforu değerlendirme metotları değerleri daha yüksek artış trendine sahiptir. Yüksek dalga sayısı bant bölgesinde güç etkisi az olan yolların hıza bağlı değişimden daha fazla etkilendiği gözlenmiştir. Aracın hızı arttıkça sürücüye gelen ivmelerin en yüksek tepe nokta değeri daha düşük frekans bandına kaymaktadır. Dört farklı faz açısına sahip yolda analizler yapılmıştır. Faz açısı değeri arttıkça z eksenindeki konfor parametrelerinin iyileştiği tespit edilmiştir. Hız arttıkça z eksenindeki konfor hissi azalmaktadır. Faz açısı arttıkça y eksenindeki değerlendirme metotlarının değeri artmakta konfor hissi kötüleşmektedir. Bunun sebebinin sürücünün aracı düz bir çizgide sürmeye çalışırken ortaya çıkan yanal kuvvetler olduğu değerlendirilmiştir. x yönündeki konfora faz açısı değişiminin çok etkisi olmadığı gözlemlenmiştir. Faz açısının etkisi aracın farklı bölgelerinden toplanan değerlerle incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Düşük faz açısına sahip sentetik yollarda aracın arka yolcu koltuğundaki konfor değerinin en düşük olduğu, en yüksek konforun ön yolcu koltuğundan olduğu tespit edilmiştir. Yolun faz farkı arttıkça arka yolcu koltuğunun konforu iyileşmektedir. Faz açısı 180° olan yani sağ ve sol tekerlerin birbiri ile zıt hareket ettiği yolda arka sürücü koltuğundaki konfor çok yüksektir. Bunun sebebinin ivme toplanan konumun arka koltuğun tam ortası olmasıdır. İki lastiğin birbirine zıt hareketi buraya gelen kuvveti ve yer değiştirmeyi azaltmaktadır. 5,08 cm rms pürüzlülüğe sahip yolda farklı hız profillerinde analizler yapılmıştır.Standartta belirtilen ortalama hızdan sapma faktörü aşıldığı durumda bile eğer ortalama hız korunur ve yaklaşık 300 metre sürülürse z eksenindeki absorbe edilen güç değerlerinin değişmeyeceği tespit edilmiştir. Fakat farklı araç modellerinde bu analizler yapılmalı sonuç doğrulanmalıdır. Bu durumda bile test şartlarını kolaylaştırılamayacağı düşünülmektedir. Metotlar birbiri ile karşılaştırıldığında absorbe edilen güç, aracın hız değişimine karşı en hassas sonuçları vereceği tespit edilmiştir. z ekseninde yapılacak sürüş dinamiği değerlendirilmesinde absorbe edilen güç, titreşim doz değeri ve ağırlıklandırılmış frekans rms ivmelenme metodunun yeterli olacağı değerlendirilmektedir. Ağırlıklandırma fonksiyonunun farklılığından dolayı sonuçların artış eğiminde farklılıklar görülmektedir. X ve y ekseni değerlendirilmelerinde süspansiyon ve tekerlek parametrelerini de dahil ederek frekans ekseninde değerlendirmeler yapılması gerektiği düşünülmektedir. X ve y eksenindeki konfor parametrelerin aracın süspansiyon ve tekerlek karakteri ile daha çok ilişkili olduğu öngörülmektedir. Yapılan çalışmaların sonucu olarak olarak dalgalılık, faz açısı, dalga sayısı, dalga boyu ve pürüzlülük değerlerinin sürüş kalitesi analizlerinde limitlenmesi ve raporlanması gerektiği tespit edilmiştir. Özellikle z ekseninde yapılacak olan değerlendirilmesinde yol parametrelerinin sürüş kalitesini direk etkilediği değerlendirilmektedir. Yolun PSD grafiğinin oluşturulması analiz sonuçlarının değerlendirilmesinde çok faydalı olmaktadır. Sürüş kalitesi değerlendirilmesinde PSD grafiğinin faydalı olacağı düşünülmektedir.

Özet (Çeviri)

Analyses were made on the FED-Alpha vehicle model using the ADAMS Car program to observe the effect of road characteristics on ride quality. The vehicle was developed by Ricardo Inc. as a fuel-efficient all-terrain military vehicle. The FED-Alpha is a 4x4 wheeled vehicle and the front and rear axles have an independent double-wishbone suspension system. The suspension system has air bellows and titanium helical springs and dampers. The dampers give different damping characteristics at low and high frequencies. In the ride quality evaluation standards, the constraints of analysis or test have been determined. The constraints mentioned were discussed and analysis studies were performed with these constraints. For example, speed deviation, which is one of the absorbed power method constraints, is examined and the effect of this value on ride quality is examined by exceeding the restricted value. Analyses were made by collecting data on three axes at three different vehicle locations. Waviness, phase angle, wavenumber, wavelength and roughness were chosen as the road parameters to examine ride quality effects. Synthetic roads were created by changing the road parameter to be examined. Synthetic roadways were modeled in a format that could be analyzed with ADAMS Car. Absorbed power, vibration dose value, and frequency weighted rms acceleration methods were used for ride quality evaluation in the scope of this thesis. Absorbed power was calculated with the transfer function and the FFT method, and the different results between the two methods were examined. Since the difference in results was negligible, the calculations continued with the transfer function. MATLAB and SIMULINK software were used simultaneously in the ride quality evaluation method calculations. The acceleration data was collected from the driver seat base, passenger seat base, and middle point of the rear passenger seat base. Acceleration data were exported from the ADAMS Car. With the help of MATLAB code, the tab files were imported to SIMULINK and the acceleration data was passed through transfer functions. Obtained results are converted into graphics with the help of MATLAB. Analyses were made between the speed of 8,05 km/h and 24 km/h to determine vehicle 6-Watt speed in the z-axis on synthetic roads. First, the found absorbed power values are plotted in the speed domain. Then, 6-Watt speed was determined by fitting a second-degree polynomial to the plotted graph in the speed domain. Finally, using the fitted second-degree polynomial, 6-Watt speed was calculated. Using the same second-degree polynomial calculation model, the vibration dose value and frequency weighted rms acceleration values corresponding to the 6-watt speed were calculated. The purpose of comparing these values is to determine how other methods evaluate the 6-watt ride quality limit defined in the absorbed power method. A higher correlation rate was detected with frequency weighted rms acceleration and a slightly lower correlation with vibration dose value. Ride quality result graphs were plotted in three axes by analyzing four rms roughness values. As the road rms roughness value increases, all vibration evaluation values in the z-axis increase. This result means that ride quality deteriorated in the z-axis due to roughness. It has been determined that the ride quality decreases depending on the increasing speed. It has been observed that the absorbed power values are most affected by the change of vehicle speed in the z-axis. It has been determined that with the increase of the road rms roughness, the ride quality decreases in the x and y axes. But the change is not continuously increasing depending on the speed. Analyses were made at three different waviness values and ride quality graphs were plotted for each axis. As the waviness increase, the ride quality increase in the z-axis. The ride quality decrease depending on the speed increase. No change was detected in the ride quality in the y-axis depending on the waviness change. The decrease in the waviness led to a decrease in the ride quality in the x-axis. Still, no correlation could be observed in the change depending on the speed in the x-axis. Analyses were made on roads with four different wavenumber bandwidths. It is observed that the ride quality change as the wavenumber bandwidth change in the z-axis. The ride quality increase on wider bandwidth at low wavenumber range. The ride quality increase on narrow bandwidth at high wavenumber range at low speed. The ride quality increase on narrow bandwidth at high wavenumber range at high speed. As the speed increases, the ride quality in the z-axis decrease, but it has been observed that the slope of the speed-related increases differs on the roads with different wavenumber bandwidths. It was determined that one of the parameters affecting the ride quality in the x and y axes is the wavenumber bandwidth, but no correlation could be detected. Analyzes were made on the road with four different phase angles. It has been determined that as the phase angle increases, the ride quality in the z-axis increase. As the speed increases, the ride quality values in the z-axis decrease. As the phase angle increases, the ride quality on the y-axis decrease. It is evaluated that the ride quality decrease is the roll motion caused by the opposite movement of the right and left wheel. It was observed that the phase angle change in the x-axis did not have much effect on the ride quality. Analyzes were made at different speed profiles on the 5,08 cm rms roughness road. As a result, it has been determined that even if the speed deviation factor specified in the standard is exceeded and the average speed is maintained and driven for approximately 300 meters, the absorbed power values in the z-axis will not change. However, this result needs to be supported by the results of the analysis to be made in different vehicles. When the ride quality evaluation methods are compared, it has been determined that the absorbed power will give the most sensitive results changing by vehicle speed. It is considered that the absorbed power, vibration dose value and frequency weighted rms acceleration methods will be sufficient for the evaluation of the ride quality in the z-axis. However, it is thought that it is necessary to include the suspension and wheel parameters in the x and y-axis evaluations.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    338291

    Design, control and optimization of vehicle suspensions with inerters

    İnerter içeren araç süspansiyonlarının tasarımı, kontrolü ve optimizasyonu

    OZAN GERGER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ENDER CİĞEROĞLU

    YRD. DOÇ. DR. SELAHATTİN ÇAĞLAR BAŞLAMIŞLI

  2. Tez No

    558694

    Seat backrest vibration improvement of a commercial vehicle

    Bir ticari araç koltuğunun sırt titreşimlerinin iyileştirilmesi

    AHMET AVŞAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALUK EROL

  3. Tez No

    302450

    Taşıt elemanlarının optimum tasarımı için bilgisayar destekli analiz ve simülasyon tabanlı bütünleşik bir algoritma geliştirilmesi

    Developing an integrated computer aided analyses and simulation based algorithm for optimum design of vehicle components

    İDRİS KAREN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Makine MühendisliğiUludağ Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FERRUH ÖZTÜRK

  4. Tez No

    643534

    Rüzgâr santrali bileşenlerinin analitik ağ süreci kullanarak yeni bir yaklaşımla çok ölçütlü seçimi

    Multi criteria selection of wind power plant components with a new approach using analytical network process

    FİKRİ BARIŞ UZUNLAR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖNDER GÜLER

    PROF. DR. ÖZCAN KALENDERLİ

  5. Tez No

    605821

    Design and implementation of ride comfort evaluation system with using crowdsensing technique

    Seyir konforunu değerlendiren kitle kaynaklı sistem mimarisinin tasarlanması ve gerçeklenmesi

    YASİN FIRAT PAYALAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET AMAÇ GÜVENSAN

Geri Dön