Hibrit tahrikli bir şehir içi otobüs şanzımanının termal optimizasyonu
Thermal optimization of a hybrid drive city bus transmission
- Tez No: 965380
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GAMZE GEDİZ İLİŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Otomotiv Mühendisliği, Mechanical Engineering, Automotive Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 74
Özet
Sera gazı emisyonlarının küresel ısınmaya yol açması ve Türkiye'nin fosil yakıtlara olan yüksek dışa bağımlılığı (petrol için %92,9), düşük emisyonlu ve yakıt verimli alternatif tahrik sistemlerinin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Özellikle şehir içi kullanımda sık dur-kalk yapan otobüsler için hibrit tahrik sistemleri, frenleme enerjisinin geri kazanımı sayesinde yakıt tüketimini önemli ölçüde azaltma potansiyeli sunmaktadır. Ancak, bu araçlarda kullanılan güç aktarım sistemleri genellikle kamyonlardan türetildiği için şehir içi hibrit uygulamaları için optimize edilmemiştir. Bu durum, hibrit mimariye geçişi kolaylaştıracak, yerli olarak geliştirilmiş ve optimize edilmiş yeni nesil aktarma organlarına olan ihtiyacı ortaya koymaktadır. Bu tez çalışması, seri hibrit mimariye sahip bir şehir içi otobüs için tasarlanacak yeni nesil bir şanzıman sisteminin (dişli kutusu) termal optimizasyonunu amaçlamaktadır. Seri hibrit mimarinin seçilmesindeki temel stratejik nedenlerden biri, içten yanmalı motor grubunun (jeneratör seti) çıkarılmasıyla sistemin kolayca tamamen elektrikli bir yapıya dönüştürülebilmesi ve böylece elektrikli araca geçiş için bir kolaylık sunmasıdır. Çalışmanın temel hedefi, dişli kutusunun doğal taşınım yoluyla optimum sıcaklık aralığında çalışmasını sağlayarak harici bir yağ soğutucusuna olan ihtiyacı ortadan kaldırmak ve böylece sistem maliyeti ile araç ağırlığı üzerindeki olumsuz etkileri minimize etmektir. Çalışma kapsamında, dişli kutusunun tasarımı konsept aşamasından başlatılarak temel yaklaşımlar belirlenmiştir. Termal analiz ve optimizasyon süreci için, fiziksel modellemeye dayalı hızlı ve güvenilir sonuçlar sunan KISSsys yazılımının termal hesaplama modülü kullanılmıştır. Kurgusal bir şehir içi otobüsü için belirlenen performans gereksinimleri dikkate alınarak, araca etki eden direnç kuvvetleri hesaplanmış; bu kuvvetlere bağlı olarak gerekli çekiş torku ve tekerlek devir sayıları belirlenmiştir. Bu performans koşullarını sağlayacak en küçük boyutlu elektrik motoru ile çalışabilmek amacıyla en uygun aktarma oranı seçimi yapılarak çift kademeli bir dişli kutusu tasarlanmıştır. Termal analizde güç kayıpları ve ısı atımı, aracın en yüksek hızda seyrettiği kritik durum göz önünde bulundurularak detaylı bir şekilde incelenmiştir. Optimizasyon süreci; başlangıç durumu (İterasyon 0), gövde üzerinde ventilasyon etkisi (İterasyon 1) ve gövdeye termal kanatçık eklenmesi (İterasyon 2) gibi ardışık adımlar halinde yürütülmüştür. Bu çalışma, dişli kutularının konsept/ön tasarım aşamasında gerçekleştirilen fiziksel modellemeye dayalı termal davranış analizlerinin önemini vurgulamaktadır. Geliştirilen optimizasyon metodolojisi, yerli hibrit tahrik sistemlerinin enerji verimliliğini artırmanın yanı sıra, sistem maliyetini ve ağırlığını düşürerek Türkiye'nin petrol ithalatına olan bağımlılığının azaltılması hedefine katkı sunma potansiyeli taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
The fact that greenhouse gas emissions lead to global warming and Turkey's high external dependency on fossil fuels (92.9% for petroleum) necessitates the development of low-emission and fuel-efficient alternative propulsion systems. Hybrid propulsion systems, especially for city buses that frequently stop and go, offer the potential to significantly reduce fuel consumption through the recovery of braking energy. However, the power transmission systems used in these vehicles are generally derived from trucks and are not optimized for urban hybrid applications. This situation reveals the need for next-generation, domestically developed, and optimized powertrains that will facilitate the transition to a hybrid architecture. This thesis study aims at the thermal optimization of a next-generation transmission system (gearbox) to be designed for a city bus with a series hybrid architecture. One of the main strategic reasons for choosing the series hybrid architecture is that the system can be easily converted to a fully electric structure by removing the internal combustion engine group (generator set), thus offering a convenience for the transition to electric vehicles. The main goal of the study is to eliminate the need for an external oil cooler by ensuring that the gearbox operates in the optimum temperature range through natural convection, thereby minimizing the negative effects on system cost and vehicle weight. Within the scope of the study, the design of the gearbox was started from the concept stage and the basic approaches were determined. For the thermal analysis and optimization process, the thermal calculation module of the KISSsys software, which offers fast and reliable results based on physical modeling, was used. Considering the performance requirements determined for a fictional city bus, the resistance forces acting on the vehicle were calculated; based on these forces, the required traction torque and wheel speeds were determined. In order to be able to work with the smallest size electric motor that will provide these performance conditions, the most suitable gear ratio was selected and a two-stage gearbox was designed. In the thermal analysis, power losses and heat dissipation were examined in detail, considering the critical situation where the vehicle is traveling at its highest speed. The optimization process was carried out in successive steps such as the initial state (Iteration 0), the effect of ventilation on the housing (Iteration 1), and the addition of thermal fins to the housing (Iteration 2). This study emphasizes the importance of thermal behavior analyzes based on physical modeling performed in the concept/preliminary design stage of gearboxes. The developed optimization methodology has the potential to contribute to the goal of reducing Turkey's dependence on oil imports by increasing the energy efficiency of domestic hybrid propulsion systems, as well as reducing system cost and weight.
Benzer Tezler
- Hibrit enerji yönetim sistemi algoritmalarının paralel hibrit araçlarda analizi ve dinamometre testleriyle doğrulanması
Analysis of hybrid energy management system algorithms in parallel hybrid vehicles and verification with dynamometer tests
BAYRAMCAN İNCE
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELAHATTİN ÇAĞLAR BAŞLAMIŞLI
- Hibrit bir feribotun enerji verimliliği kapsamında incelenmesi
Evaluation of a hybrid ferry from an energy efficiency perspective
SAİT AKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASİN ARSLANOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR KARATUĞ
- Hibrid tahrik sistemleri
Hybrid electric vehicles
HAKAN GÜNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. RAMAZAN UĞURLUBİLEK
- Hibrit araçların bileşenlerinin tasarımı, modellenmesi ve güç yönetim stratejisinin belirlenmesi
Design, modeling and determination of power management strategy of hybrid vehicle components
MURAT FERHAT DOĞDU
Doktora
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSKENDER ATİLLA REYHANCAN
- Design and implementation of double stage starter/generator for hybrid propulsion systems
Hibrit itki sistemleri için çift kademe starter/generator tasarımı ve uygulaması
SAMİ ARSLAN
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA SELCEN NAVRUZ
PROF. DR. İRES İSKENDER