Parallel hybrid electric truck design
Paralel hibrit elektrikli kamyon tasarımı
- Tez No: 730196
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN TAHA ŞEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Otomotiv Mühendisliği, Automotive Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Otomotiv Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 139
Özet
Otomotiv endüstrisi ilk otomobil patentinden beri geliştirilmeye devam edildi. Süre gelen yıllar içersinde otomotiv şirketleri bir çok farklı konu ile ilgilenmek durumunda kaldı. Otomobiller için bu konulardan biri ve en çok tartışılanı yakıt tüketimi ve CO2 emisyonları olmuştur. Günümüzde CO2 emisyonları zamanımızın en trend konularında biridir. CO2 insan vücuduna zararlı olması ile birlikte sera gazı etkisi yarttığından dolayı gezegenin ortalama sıcaklığının yükselmesine başka bir deyişle küresel ısınmanın artmasına sebebiyet verir. CO2 emisyonu ile motorun yakıt tüketimi arasında direkt bir ilişki vardır. Benzin veya diesel motorunun içerisinde gerçekleşen yanma tepkimeleri sonucunda yanma ürünü olarak CO2 ortaya çıkar. Bu çalışmada ilk olarak yanma ürünleri küresel ısınmadan ve CO2 salınımlarının yıllar içinde artışının altı çizilmiştir. Ayrıca birince bölümde diğer yanma ürünleri olarak karbon monoksit, azot oksitler ve yanmamış hidrokarbonlardan bahsedilmiştir. Bu tezin ana motivasyonlarından birini oluşturan ve çevrimleri kullanılan yeni Avrupa Birliği mevzuatı EU 2019/1242 yine bu bölümde değerlendirilmiştir. CO2 emisyonlarını düşürmek için ana unsurlardan biri yakıt sarfiyatının azaltılmasıdır. Yakıt sarfiyatının azaltılması için farklı methodlar kullanılabilir. Hibritleştirme bu metotlardan yalnızca biridir. İkinci bölümde hibritleştirme ve hibrit elekrikli araçlar detaylandırımıştır. Hibritleştirme belirli bir aracın içersinde iki farklı enerji kaynağı kullanılarak gerçekleştirilebilir. Süre gelmiş şekliyle günümüzde araçlar benzin veya diesel motoru ile donatılmışlardır. Bu tarz benzin/diesel motorla tahrik edilen araçların uygun hibritleştirme yöntemi araca bir elektrik kaynağı eklemek ile mümkün olabilir. Otomotiv tarihinde otomobil ilk patentinden beri aracın güç kaynağı mühendislerin uğraştığı bir konu olmuştur. 1899 Paris fuarında dahi hibrit araçları görmek mümkündü. Bu modeller Belçikalı Pieper patentini taşıyan bir paralel hibrit elektrikli araçtı. Diğeri ise Vedovelli ve Priestly Elektrikli Taşıyıcı firmasının seri hibirt bir modeliydi. Günümüze kadar farklı hibrit araç denemeleri olmuştur. Bunlardan en bilinenleri Toyota Prius ve Honda Insight olarak ele alınabilir. Ağır ticari araç tarafındaysa Volvo firmasının FE Hibrit modeli uzun yol ağır ticari hibrit araç örneğidir. Hibritleştirmenin farklı tipleri ve farklı seviyeleri vardır, tüm bu seviye ve tipleri kendi içerisinde avantaj ve dezavantajlara sahiptirler. Bu seviyeler sırasıyla: seri hibrit, paralel hibrit, seri-paralel hibrit ve kompleks hibrit olarak ele alınabilir. Yaygın şekilde kullanılan yöntemlerden biri paralel hibrittir. Ve bu tezde paralel hibrit elektirikli ağır ticari bir kamyon incelenmiştir. Üçüncü bölümde hibrit elektrikli aracın komponentleri ele alınmıştır. Hibrit bir araçta birden fazla güç kaynağı bulunur. Genellikle bu güç kaynaklarından bir tanesi petrol bazlı bir yakıt ile tahrik edilir. Yakıt olarak otomotivde genellikle benzin veya dizel tercih edilmektedir. Bu iki kimyasal yakıtın kimyevi enerjisi içten yanmalı motor aracılığı ile mekanik enerjiye çevrilir. Hibrit araçların ikincil güç çevrimi genellikle aracın üzerindeki bataryadan gelen elektriksel güçtür. Batarya teknolojileri üçüncü bölümde detaylandırılmıştır. Bunlardan bazıları lityum iyon, sodyum nikel klorür ve lityum metal olarak örneklendirilebilir. Hibrit aracın diğer önemli komponenti elektrik motorudur. Elektrik motoru bataryadan gelen elektriksel gücü mekanik enerjiye dönüştürür ve taşıtın tahrik edilmesini sağlar. Farklı tiplerdeki elektrik motorları taşıdın kullanım amacına ve sürücü ihtiyacına göre seçilmelidir. Hibrit bir araçta iki farklı güç kaynağı kullanıldığı için bu güç kaynaklarının yönetimi belli başlı bir mühendislik problemini doğurur. Güç yönetimi ve güç yönetimi metodları dördüncü bölümde incelenmiştir. Güç yöntemi metodları iki ana başlık içerisinde kural tabanlı ve optimizasyon tabanlı olarak ele alınabilir. Kural tabanlı güç yönetimine fuzzy kural tabanlı güç yönetimi örnek verilebilir. Optimizasyon tabanlı güç yönetimine dinamik programla örnek teşkil edebilir. Beşinci kısımda modellenecek olan ağır ticari araç ele alınmıştır. Bu çalışmada 18t 4x2 Mercedes – Benz Actros ağır ticari aracı konvansiyonel model olarak seçilmiştir. Bu ağır ticari araç 2020 Türkiye ağır ticari araç marketinde en çok satılan araç tipi ve markasından biridir. 18t 4x2 Mercedes-Benz Actros kamyonu ilk olarak konvansiyonel tipte modellenmiştir ve bu konvansiyonel modelin yakıt tüketim değerleri hesaplanmıştır. Yakıt tüketim değerlendirmesini yapabilmek için litaratürdeki çeşitli ağır ticari araç çevrimleri beşinci bölümde incelenmiştir. Bu çalışmanın motivasyonunu oluşturan yeni Avrupa Birliği mevzuatında yer alan VECTO çevrimleri kullanılmıştır. 4x2 18 tonluk bir ağır ticari araç için uzun yol ve bölgesel taşımacılık görevleri alınmıştır. Modelleme ve anazlier için farklı tipte programlar kullanılabilir. Litaratürde yer aln bazı programlar QSS, Advisor ve AVL Cruise olarak gösterilebilir. Bu çalışmada AVL Cruise kullanılarak araç kullanılarak araç modellenmiş ve modelin yakıt tüketim değerleri hesaplanmıştır. Altıncı bölümde ilk olarak konvansiyonel model tanıtılmıştır. Konvansiyonel model sırasıyla uzun yol ve bölgesel taşımacılık görevlerini boş, yarı dolu ve tam yüklü şekilde tamamlamıştır. Her bir çevrimin yakıt tüketim ve CO2 emisyon değerleri belirtilmiştir. Ardından konvansiyonel model hibritleştirilmiş ve şanzuman çıkışından aracı tahrik edebilecek bir elektrik motoru ile donatılmıştır. Bu model çalışmada Model B paralel hibrit elektrikli kamyon olarak geçmektedir. Model B, Model A'da olduğu gibi yeniden VECTO çevrimleri üzerinden yakıt tüketimi ve CO2 emisyon değerleri hesaplanmış ve birinci model ile karşılaştırılmıştır. Son modelde olan Model C, içten yanmalı motor boyutu küçültülmüştür. OM 471 12,8L olan konvansiyonel aracın motoru, OM 470 10,7 litreye çevrilmiştir. Model C, çalışmada paralel hibrit ve motor hacmi küçültme senaryosu olarak ele alınmıştır. Diğer modellerden farklı olarak Model C sadece tam yüklü durumdayken uzun yol ve bölgesel taşımacılık görevlerini tamamlamıştır. Altıncı bölümün sonunda Model A, Model B ve Model C'nin hesaplanmış sonuçları birbirleri arasında karşılaştırılmıştır. Tüm bu üç model de AVL Cruise sistemi içerinde oluşturulmuş olup hesaplamalar yine aynı program içersinde gerçekleştirilmiştir. Son bölümde konvansiyonel, hibrit ve hibrit + motor hacmi küçülmüş modelin sonuçları ele alınarak hibritleştirmenin ağır ticari araç tipleri içersindeki potansiyeli detaylandırılmıştır. İleriki çalışmalarda detaylandırılabilecek ve değerlendirlebilecek farklı senaryolar not edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Automotive industry has been developed since years by beginning of first patent of it. In those years automotive companies has been dealt with different type of issues. One of the biggest challenge is fuel consumption and CO2 emissions for the automobiles. Nowadays CO2 emissions are one of the trend topics in the era. CO2 is harmful for human body besides it creates green gases effect and due to that the average temperature of the planet increases which is called“global warming”in other terms. CO2 emissions have a direct relation with fuel consumption of the engine. After reactions in the engine gasoline or diesel create CO2 as a result. To decrease CO2 emissions of the vehicle one of the key element is to decrease fuel consumption. To decrease fuel consumption there are different methods. On of the common solution is hybridization. Hybridization can be done by including two different energy sources into the specific vehicle. In the common sense, modern-day vehicles are equipped with gasoline or diesel engines. The appropriate way to hybridize a gasoline/diesel engine can be done by adding an electrical source to the vehicle. Hybridization has different types and each type has its own advantage and disadvantage. One of the common hybrid electric vehicle type is parallel hybrid electric. In this thesis, a heavy-duty parallel hybrid electric truck has been investigated. The conventional model is selected as an 18t 4x2 heavy-duty commercial vehicle, Mercedes – Benz Actros. It is one of the most sold truck in 2020 Turkey truck market. 18t 4x2 Mercedes-Benz Actros truck is modelled in AVL Cruise system to compute conventional vehicle's fuel consumption. After that, conventional truck is hybridized by electric motor that is coupled to its transmission exit. Model B parallel hybrid truck is computed again on the same VECTO cycles and fuel consumptions and CO2 emission of the vehicles are compared. The last model is selected which is equipped with a downsized engine. Parallel hybrid+downsized, Model C, is computed and compared with other models. All these three models are created in AVL Cruise and simulations are done in the programme. At the end of the results, advantages and disadvantages are noted in the conclusion chapter.
Benzer Tezler
- Seri hibrit uçaklarda bulanık mantık tabanlı elektrik enerjisi yönetiminin incelenmesi
An investigation of fuzzy logic based electric energy management in series hybrid aircraft
MURAT KESKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAĞRIYANIK
- Generalized scattering matrix techniques for hybrid solutions of radiowave propagation problems
Radyodalgası yayılımı problemlerinin hibrit çözümlerine uygun genelleştirilmiş saçılma matrisi yöntemleri
ALİCAN UYSAL
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FUNDA AKLEMAN YAPAR
- Hatalı yerleştirilen araç sigortalarının şablon eşleştirme yöntemiyle tespiti
Detection of misplaced vehicle fuses using template matching method
MUSTAFA KARAKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET KÜÇÜKER
- Modeling and optimal power management of a parallel hybrid electric vehicle
Paralel hibrit elektrikli aracın modellenmesi ve optimal kontrolü
VOLKAN SEZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT GÜVENÇ
- Parallel hybrid karting vehicle modelling and control
Paralel hibrid karting aracı modellemesi ve kontrolü
GÜLNİHAL ÇEVİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUT FARUK AKŞİT