Ride quality and handling characteristics of an off-road vehicle with active anti-roll bar suspension
Aktif viraj demiri süspansiyonu olan arazi aracında sürüş kalitesi ve yol tutuşu özellikleri
- Tez No: 856682
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGEN AKALIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Otomotiv Mühendisliği, Mechanical Engineering, Engineering Sciences, Automotive Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- 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: 137
Özet
Bir aracın süspansiyon sistemi, aracı yol titreşimlerinden izole ederek konforlu bir sürüş sağlar. Ayrıca, araçta yeterli yol tutuşunu sağlamasının yanı sıra aracın dengeli ve güvenilir bir şekilde sürülmesine yardımcı olur. Viraj denge çubuğu sistemi, viraj alma sırasında gövde yalpalamasını azaltarak güvenliğe önemli ölçüde katkıda bulunur. Ancak pasif olarak kullanıldığında bu sistem aracın sürüş kalitesini olumsuz etkileyebilmektedir. Aktif viraj denge çubuğu sistemleri, sertliği sürücünün girdisine veya yol koşullarına göre ayarlayabilir. Mevcut çalışmaların çoğu, aracın dengesini ve yol tutuşunu iyileştirmek için bu özelliğe odaklanmıştır. Ancak, askeri araçlarda sürüş kalitesi birçok nedenden dolayı önemlidir. Sürücü, kötü yol koşullarına maruz kaldığında dikkat kaybı, rahatsızlık ve sağlık sorunları gibi sorunların ortaya çıkması mümkündür. Bu çalışmada viraj denge çubuğunun sistem üzerindeki etkisi incelenmek istenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre daha iyi sürüş kalitesine sahip bir araç için kontrolcü geliştirilmesi hedeflenmektedir. Bu kapsamda, her bir sonucun net bir şekilde karşılaştırılabilmesi için aynı dalgalılık ve pürüzlülük değerlerine sahip yollarda analizler yapılmıştır. Ayrıca, aracın çeşitli koşullara verdiği tepkiyi gözlemlemek için farklı faz açılarına sahip yollarda analizler yapılmıştır. Arazi aracı üzerinde analizler gerçekleştirirken sürüş kalitesini artırmanın yanı sıra yol tutuşu ve denge gibi temel parametreleri kontrol etmek önemli olacaktır. Sonuç olarak viraj alma ve şerit değiştirme gibi araç dinamikleri için elzem olan bu süspansiyon sistemlerinin analizleri de yapılmalıdır. Amaç, sürüş kalitesinin iyileştirilmesine katkı sağlarken yol tutuşunu ve dengesini olumsuz etkilemeyecek bir sistem oluşturmaktır. Farklı viraj denge çubuğu kalınlıkları ile sürüş kalitesini incelemek için analizlerde dört farklı süspansiyon sistemi kurulmuştur. Bunlardan biri daha kalın bir viraj denge çubuğudur. Ön süspansiyon bu durumda daha yüksek burulma sertliği ve yük transferi üretir. İkincisi, araçta aktif olarak kullanılan viraj denge çubuğudur. Üçüncüsü ise daha düşük kalınlıkta bir viraj denge çubuğudur. Böylece viraj denge çubuğunun etkisinin azaltıldığı durumdaki sonuçlar incelenmek istenmiştir. Son olarak viraj denge çubuğu süspansiyon sisteminden çıkarılmıştır. Kullanılan viraj denge çubuğu modeli karmaşık bir yapıya sahip değildir. Bu nedenle burulma sertliği hesaplanırken SAE (Society of Automotive Engineers) tarafından oluşturulan hesaplama yöntemi kullanılmıştır. Sürüş kalitesini değerlendirmek için ISO 2631, BS 6841, absorbe edilen güç ve VDI 2057 gibi standartlar ve yöntemler bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında sürüş kalitesini değerlendirmek için absorbe edilen güç yöntemi, frekans ağırlıklı RMS ve titreşim doz değeri (VDV) kullanılmıştır. Absorbe edilen güç, rahatsızlık seviyesini ölçmek için insan vücudunun ne kadar güç emdiğini temsil etmek üzere Watt cinsinden ifade edilir. Matematiksel olarak bir sayıyı gösteren bu yöntemde yüksek değerler rahatsızlığın arttığını gösterirken sınır değer 6 Watt olarak belirlenmiştir. Konfor seviyesinin hesaplanmasında sürücü veya yolcu konumlarından veri alınması daha doğru olmaktadır. Bu nedenle hesaplamalar için sürücü konumundaki ivme verileri alınmıştır. İvme değerlerinin çıkarılması için öncelikle çoklu cisimler dinamiği programında analizler yapılmalıdır. Daha sonra buradan elde edilen ivme değerleri ile absorbe edilen güç değeri TARADCOM tarafından belirtilen transfer fonksiyonları ile dönüştürülebilir. Bu dönüşüm için grafik programlama ve nümerik hesaplama programı eş zamanlı olarak kullanılmış ve sağlanan transfer fonksiyonları analiz edilmiştir. Her üç global eksende absorbe edilen güç değerleri elde edilmiş, sonuçlar tablo ve grafiklere aktarılmıştır. Bir diğer değerlendirme kriteri ise ISO 2631'dir. Frekans ağırlıklı RMS ve titreşim doz değeri (VDV) sonuçları incelenerek sürüş kalitesi hakkında yorumlara yer verilmiştir. Bu değerleri belirlemek için sinyal işleme uygulaması ile her üç eksendeki ivme verileri incelenmiştir. Sürüş kalitesi analiz edilirken değerlendirmenin doğru yapılabilmesi için araç her bir analizde 300 metre yol kat etmektedir. Ayrıca, farklı hız koşullarını gözlemlemek için 12.87 km/sa ile 32.19 km/sa arasındaki hız değerleri incelenmiştir. Farklı faz koşullarını incelemek için 0, 45, 90 ve 180 derecelik faz açılarındaki yollar üzerinde analizler yapılmış ve etkileri incelenmiştir. Farklı burulma sertliği değerlerine sahip viraj denge çubuklarının sürüş kalitesi üzerindeki etkisi gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, viraj denge çubuğunun sistem üzerindeki etkisinin düşük olması nedeniyle kalınlıktaki değişimin 0 derecelik faz açısında sürüş kalitesi üzerinde çok fazla etkisi olmamıştır. Ayrıca aracın bu faz açısında daha dengeli kalmasını sağlamaktadır. Faz açısının artmasıyla birlikte yanal eksenin absorbe edilen güç değerlerinde önemli artışlar gözlemlenmiştir. Özellikle 180 derecelik faz açısında bu farkın daha da açıldığı tespit edilmiştir. Viraj denge çubuğunun varlığı yanal eksendeki sürücü rahatsızlığını önemli ölçüde artırmaktadır. Ayrıca en yüksek absorbe edilen güç değerlerinin dikey eksende olduğu tespit edilmiştir. Viraj denge çubuğunun 180 derecelik faz açısında dikey eksende olumsuz bir etkiye sahip olduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, viraj denge çubuğunun özellikle faz açısının artmasıyla birlikte sürüş kalitesini olumsuz etkilediği çıkarımına varılmıştır. Sonuçlara göre, en düşük absorbe edilen güç değerleri aracın boylamasına ekseninde (x ekseni) elde edilmiştir. Frekans ağırlıklı RMS ve titreşim doz değeri (VDV) değerleri de incelendiğinde absorbe edilen güç metodu ile benzer sonuçların olduğu tespit edilmiştir. Viraj alma ve çift şerit değiştirme gibi araç dinamiği analizlerinde, ön süspansiyonunda viraj denge çubuğu bulunan araçların daha düşük yuvarlanma açısı değerlerine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca ISO 3888-2 standardı ile viraj denge çubuğu olan ve olmayan araçlar şerit değiştirme analizine tabi tutulmuştur. Bu analiz bir engelden kaçınma parkurundan oluşmakta ve çift şerit değişimine dayanmaktadır. ISO 3888-2 sonuçlarına göre viraj denge çubuğuna sahip aracın parkuru daha yüksek hızlarda tamamlayabildiği görülmüştür. Belirlenen algoritmaya göre çalışan aktif viraj denge çubuğuna sahip modelin sonuçları incelendiğinde araçların sürüş kalitesi değerlerinin özellikle yüksek faz açılarında oldukça iyileştiği gözlemlenmiştir. Yol tutuşun değerlendirildiği analizlerde ise aktif viraj denge çubuğu sistemine sahip araçların standart araçla benzer sonuçlar ürettiği ve viraj denge çubuğu olmayan araçlardan daha iyi performans sergilediği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, aktif sisteme sahip aracın sürüş kalitesi daha iyi olurken, yol tutuş özelliklerinde herhangi bir değişim yaşanmamıştır.
Özet (Çeviri)
A vehicle's suspension system isolates the car from road vibrations, resulting in a comfortable ride. In addition, it provides sufficient handling in the vehicle and helps the vehicle to drive stably and reliably. The anti-roll bar system contributes significantly to safety by reducing body roll during cornering. However, when used passively, this system negatively affects the vehicle's ride quality. Active anti-roll bar systems can adjust stiffness according to the driver's input or road conditions. Most current studies have focused on this feature to improve the stability and handling of the vehicle. However, ride quality is essential for many reasons in military vehicles. It is possible to observe effects such as loss of attention and discomfort and the emergence of health problems when the driver is exposed to poor road conditions. In this study, it is desired to examine the effect of the anti-roll bar on the system. According to the results, the goal is to develop a controller for a vehicle with better ride quality. In this context, analyses were made on roads with the same waviness and roughness values to compare each result clearly. In addition, analyses were made on roads with different phase angles to observe the vehicle's response to various conditions. It would need to be important to check essential parameters such as road holding and stability by increasing the ride quality while performing analyses on the off-road vehicle. As a result, analyses of these suspension systems, which are essential for vehicle dynamics such as cornering and lane change, should also be made. The aim is to create a system that will not adversely affect road holding and stability while contributing to the improvement of ride quality. Four different suspension systems were installed in the analyses to examine the ride quality with different anti-roll bar thicknesses. One of them is a thicker anti-roll bar. A front suspension produces higher torsional stiffness and load transfer in this case. The second is the anti-roll bar, which is actively used in the vehicle. The third one is a lower-thickness anti-roll bar. Thus, the results in the case where the effect of the anti-roll bar is reduced wanted to be examined. Finally, the anti-roll bar has been removed from the suspension system. The anti-roll bar model used does not have a complex structure. For this reason, the calculation method created by the SAE (Society of Automotive Engineers) was used while calculating the torsional stiffness. There are standards and methods such as ISO 2631, BS 6841, absorbed power, and VDI 2057 to evaluate ride quality. Within the scope of this study, the absorbed power method, frequency-weighted RMS, and vibration dose value (VDV) have been used to evaluate ride quality. The absorbed power is expressed in Watts to represent how much power the human body absorbs to measure the level of discomfort. In this method, which shows a number mathematically, high values indicate an increase in discomfort, while the limit value is determined as 6 Watts. In calculating the comfort level, getting data from the driver or passenger locations is more accurate. Therefore, acceleration data at the driver's location were taken for calculations. In order to extract acceleration values, first of all, analyses should be made in the multibody dynamics program. Then, with the acceleration values obtained from here, the absorbed power value can be transformed with the transfer functions specified by TARADCOM. Graphical programming and numeric computing environments were used simultaneously for this transformation, and the transfer functions provided are analyzed. Absorbed power values in all three global axes were obtained, and the results were transferred to tables and graphics. Another assessment criterion was ISO 2631. Examining the frequency-weighted RMS and vibration dose value (VDV) results, comments on ride quality were given. To determine these values, the signal processing application examined the acceleration data in all three axes. While analyzing the ride quality, the vehicle travels 300 meters to make the assessment correctly. In addition, the speed values between 12.87 km/h and 32.19 km/h were examined to observe different speed conditions. In order to examine different phase conditions, analyses were made on the paths at 0, 45, 90, and 180-degree phase angles, and their effects were examined. Anti-roll bars with different torsional stiffness values have been investigated for their impact on ride quality. According to the results obtained, the change in thickness did not have much effect on ride quality at a 0-degree phase angle due to the low effect of the anti-roll bar on the system. It also allows the vehicle to remain more stable at this phase angle. With the increase of the phase angle, significant increases were observed in the absorbed power values of the lateral axis. It has been determined that this difference widens even more, especially in the 180-degree phase angle. The presence of an anti-roll bar significantly increases the discomfort in the lateral axis. In addition, it was determined that the highest absorbed power values were on the vertical axis. It has been observed that the anti-roll bar has a negative effect on the vertical axis at the 180-degree phase angle. As a result, it has been deduced that the anti-roll bar has negatively affected ride quality, especially with the increase in the phase angle. According to the results, the lowest absorbed power values were achieved in the vehicle's longitudinal axis (x-axis). When frequency-weighted RMS and vibration dose value (VDV) values were also analyzed, it was found that similar results were obtained with the absorbed power method. In vehicle dynamics analyses such as cornering and double-lane change, it has been observed that vehicles with anti-roll bars in the front suspension have lower roll angle values. In addition, vehicles with and without an anti-roll bar were subjected to lane change analyses by the ISO 3888-2 standard. This analysis consists of an obstacle avoidance course and is based on double-lane change. According to ISO 3888-2 results, it has been observed that the vehicle with an anti-roll bar can complete the track at higher speeds. When the results of the model with active anti-roll bars operating according to the specified algorithm are analyzed, it is observed that the ride quality values of the vehicles have improved considerably, especially at high phase angles. In the analyses where the handling is evaluated, it is observed that the vehicles with the active anti-roll bar system produced similar results to the standard vehicle and performed better than the vehicles without an anti-roll bar. As a result, while the ride quality of the vehicle with the active system is better, there is no change in handling characteristics.
Benzer Tezler
- Hidropnömatik süspansiyonlu bir arazi taşıtının yanal ve düşey dinamik analizi
Lateral and longitudinal dynamics of an off road vehicle with hydropneumatic suspension system
HALİL YAHYA YEŞİLYURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGEN AKALIN
- İnsansız hava aracı için bir borda bilgisayarının mimarisi ve tasarımı
Başlık çevirisi yok
SAİT N. YURT
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiY.DOÇ.DR. T. BERAT KARYOT
- An improved fuzzy logic control strategy for coach bus suspension systems
Coach otobüs süspansiyon sistemleri için geliştirilmiş fuzzy logic kontrol stratejisi
ÖZGÜR ÜNSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mühendislik BilimleriÇukurova ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN YAVUZ
- Hidrolik asansörlerin bilgisayar yardımıyla analizi
Computer aided analysis of hydraulic elevators
ABDÜLHAMİT ADSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERPİL KURT HABİBOĞLU
- 4 wheel steering electronic control unit design
4 tekerlek direksiyon elektronik kontrol kart tasarımı
AYNUR TUBA ÇAKMAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGUN ERÇELEBİ