Design of a clutchless automated gear control system for electric tractors
Elektrikli traktörler için debriyajsız otomatize vites kontrol sistemi tasarımı
- Tez No: 947834
- Danışmanlar: PROF. DR. ECE OLCAY GÜNEŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Tarım makinelerinin elektrifikasyonu, artan fosil yakıt fiyatları ve emisyonların azaltılmasına yönelik sıkı çevresel düzenlemeler nedeniyle giderek daha önemli hale gelmektedir. Gelişmekte olan ülkelerde tarımsal faaliyetler, toplam emisyonların yaklaşık %35'ini oluşturmaktadır ve bu da sektördeki dönüşümü kaçınılmaz kılmaktadır. İçten yanmalı motorlarla karşılaştırıldığında, elektrikli tarım makineleri daha yüksek enerji verimliliği, daha düşük işletme maliyetleri ve artan sürdürülebilirlik gibi önemli avantajlar sunmaktadır. Ayrıca elektrifikasyon, yalnızca enerji verimliliğini artırmakla kalmayıp, araç mimarisi içerisindeki çeşitli alt sistemlerin daha etkin ve güvenilir hale gelmesine de olanak sağlamaktadır. Bu dönüşüm sürecinde, geleneksel mekanik bileşenler, ileri düzey elektronik ve yazılım tabanlı kontrol stratejileri ile yer değiştirmektedir. Bu çalışma, otomatik ve debriyajsız vites değişimini mümkün kılan bir köpek kavrama mekanizmasının kontrolüne odaklanmakta olup, daha verimli ve güvenilir bir vites geçiş yöntemi geliştirmeyi amaçlamaktadır. Geleneksel senkronizasyon yöntemleri mekanik bileşenlere dayanırken, yazılım tabanlı kontrol stratejileri motor hızlarının daha hassas şekilde senkronize edilmesine imkân tanıyarak daha yumuşak ve verimli vites geçişlerini mümkün kılmaktadır. Çalışmada optimize edilmiş dişli oranları kullanılmakta ve vites geçişi, literatürde görece az incelenmiş bir yöntem olan hidrolik aktüatörler aracılığıyla gerçekleştirilmektedir. Mevcut çalışmaların büyük çoğunluğu dişli senkronizasyonu için elektrik motorlarını kullanmaya odaklanırken, bu araştırma, aracın mevcut hidrolik sisteminden yararlanarak hidrolik aktüatörleri önceliklendirmektedir. Bu yaklaşım, mevcut hidrolik altyapının etkin kullanımını sağlarken, hidrolik sistemlerin anlık güç aktarımı ve yüksek güç kapasitesi gibi avantajlarını da ortaya koymaktadır. Bu araştırmanın temel amacı, hareket halindeki bir araçta köpek kavrama mekanizmasının elektronik kontrolünü sağlayan optimize bir vites kontrol algoritması geliştirmektir. Bu doğrultuda, vites geçiş hassasiyetini artırmak ve sistemin tepki süresini iyileştirmek amacıyla araç yönetim birimi üzerinden gerçek zamanlı geri besleme mekanizmaları geliştirilmiştir. Aktif hız senkronizasyonu içeren ve içermeyen iki farklı yazılım algoritması, gerçek bir araç üzerinde test edilerek performansları değerlendirilmiş ve avantajları karşılaştırılmıştır. Geliştirilen yazılım, mekanik bileşenlere olan bağımlılığı azaltarak sistem dayanıklılığını ve uzun vadeli operasyonel kararlılığı artırmayı hedeflemektedir. Bu tez, elektrikli tarım makinelerinde yazılım tabanlı vites kontrolünün gelişimine katkı sağlamayı amaçlamakta olup, geleneksel sistemlerin verimsizliklerini ortadan kaldırmayı hedeflemektedir. Geliştirilen algoritmaların performansı saha koşullarında değerlendirilmiş ve geleneksel sistemlere kıyasla sağladıkları avantajlar ortaya konulmuştur. Nihai olarak, önerilen yaklaşım ile içten yanmalı motorla çalışan tarım araçlarında 32'ye kadar çıkabilen vites sayısının yalnızca 2'ye düşürülmesi hedeflenmekte, böylece bakım gereksinimleri azaltılmakta, sistem karmaşıklığı en aza indirilmekte ve boyutsal verimlilik optimize edilmektedir.
Özet (Çeviri)
The electrification of agricultural machinery is becoming increasingly important due to rising fossil fuel prices and stringent environmental regulations aimed at reducing emissions. In developing countries, agricultural activities account for approximately 35% of total emissions, making the transition in this sector inevitable. Compared to internal combustion engines, electric agricultural machinery offers significant advantages in terms of higher energy efficiency, lower operational costs, and improved sustainability. Moreover, electrification not only enhances energy efficiency but also enables various subsystems within the vehicle architecture to become more effective and reliable. During this transformation process, traditional mechanical components are being replaced by advanced electronic and software-based control strategies. This study focuses on the control of a dog clutch mechanism that enables automated and clutchless gear shifting, with the objective of developing a more efficient and reliable gear transition method. While conventional synchronization methods rely on mechanical components, software-based control strategies allow for more precise synchronization of motor speeds, leading to smoother and more efficient gear transitions. The study utilizes optimized gear ratios and implements gear shifting through hydraulic actuators, which have been relatively less explored in the literature. While most existing studies focus on using electric motors for gear synchronization, this research prioritizes hydraulic actuators, leveraging the vehicle's existing hydraulic system. This approach not only makes efficient use of the available hydraulic infrastructure but also highlights the advantages of hydraulic systems over electrical ones, particularly in terms of instantaneous power transfer and high-power capacity. The primary objective of this research is to develop an optimized gear control algorithm for agricultural machinery, enabling the electronic control of a dog clutch mechanism in a moving vehicle. To achieve this, real-time feedback mechanisms have been developed through the vehicle management unit to enhance gear shift accuracy and improve system response time. Two different software algorithms—one incorporating active speed synchronization and the other without it—were tested on an actual vehicle to evaluate their performance and compare their benefits. The developed software aims to reduce reliance on mechanical components, thereby enhancing system durability and long-term operational stability. This thesis contributes to the advancement of software-based gear control in electric agricultural machinery, aiming to eliminate the inefficiencies of traditional systems. The performance of the developed algorithms has been evaluated under field conditions, demonstrating their advantages over conventional systems. Ultimately, the proposed approach seeks to reduce the number of gears in equivalent internal combustion engine-powered agricultural vehicles from up to 32 to just 2, thereby minimizing maintenance requirements, reducing system complexity, and optimizing dimensional efficiency.
Benzer Tezler
- Fuzzy logic based clutch torque curve detection algorithm for heavy duty vehicles
Ağır hizmet araçları için bulanık mantık tabanlı debriyaj tork eğrisi belirleme algoritması
OGÜN CANTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER ÜSTOĞLU
- Thermal modeling and simulation of dry friction clutches in heavy duty trucks
Ağır vasıtalarda kullanılan kuru sürtünmeli debriyajların termal olarak modellenmesi ve simulasyonu
FATİN EMRE GÜNEŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
ÖĞR. GÖR. ORHAN ATABAY
- Controlling of automatic transmission gear shift by using model predictive control
Model öngörülü kontrol ile otomatik şanzımanın vites değişimi kontrolü
NEŞE TOPUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ FUAT ERGENÇ
- Binek otomobillerde otomatik şanzıman konstrüksiyonu
Automatic transmission design for passenger cars
OĞUZHAN AVDAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAİT YÜCENUR
- Paletli araçlar için otomatik transmisyonun dinamik modeli, kavrama parametre adaptasyonu ve kontrolü
Dynamic model, clutch parameter adaptation, and control of automatic transmission for tracked vehicles
ALİ ARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAPRAK YALÇIN