M3 sınıfı elektrikli bir araç için elektro hidrolik destekli direksiyon sistemi geliştirilmesi
Development of electro hydraulic power assisted steeringsystem for an M3 class electric vehicle
Yazar: HALİL MERT CENGİZ
Danışman: DOÇ. DR. HAKAN KÖYLÜ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Direksiyon = Steering ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Hidrolik pompa = Hydraulic pump ; Optimizasyon = Optimization ; Verimlilik = Productivity

Özet:
Her geçen gün gelişmekte olan otomotiv endüstrisinde konvansiyonel içten yanmalı
motorlu araç ar-ge çalışmalarının giderek azaldığı; elektrikli araç teknolojilerinin
geliştirildiği bir dönemdeyiz. Neredeyse tüm araç üreticileri uluslararası regülasyonlar ve
sıkılaşan egzoz emisyon standartlarını karşılayabilmek adına hibrit veya batarya elektrikli
araç teknolojilerine odaklanmaktadır. Gelişen bu elektrikli araç sektörünün bir sonucu
olarak günümüz araçlarında kullanılan direksiyon sistemleri de elektrikli motorlarla
tahrik edilerek daha çevreci, yüksek verimli, güvenlik ve sürücü odaklı bir hal almıştır.
Elektrikli araçlarda elektro-hidrolik direksiyon sistemi kullanılmasının sebebi
açıklanacak yüksek akım gerekeceğinden verim düşecek enerji verimliliği azalacaktır. Bu
çalışmada arkadan itişli M3 sınıfı sabit ön akslı soldan direksiyonlu batarya elektrikli bir
araç için direksiyon sistemi tasarımı ve ön aks geometrisinin mekanik tasarım
optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Sabit ön aks ve bilyeli tip direksiyon kutusu
kullanılması ön görülen araç projesinde oluşturulan araç dinamiği modeli ile tekerlek
yükleri hesaplanmış böylece statik ve dinamik manevralarda başarılı olacak bir
direksiyon sistemi tasarımı hedeflenmiştir. Bu bileşen seçimine bağlı olarak direksiyon
sistemine ait tüm diğer bileşenlerin (rot kolu, pitman kolu, şaft) tasarımları da
gerçekleştirilmiştir. Direksiyon sistemi tasarımında ön aks tekerleklerini döndürebilmek
için ihtiyaç duyulan direksiyon kutusu çıkış momentini belirleyebilmek adına
karşılaştırmalı değerlendirme çalışmaları, Pajecka formüllerinden ve ADAMS
yazılımından yararlanılmıştır. Uygun direksiyon kutusu belirlendikten sonra araç
gövdesinde yeterli paket hacmi kontrolü yapılmış. Olası yerleşim alanları belirlendikten
sonra direksiyon kutusunun yerleşim pozisyonu için çeşitli optimizasyon çalışmaları
yapılarak kinematik ve moment analizleri tamamlanmıştır. Bu çalışmaların sonrasında
pitman kolu, rot kolu gibi parçaların mekanik tasarımları yapılmıştır. Ayrıca günümüzde
revaçta olan elektrikli araçlarda direksiyon sisteminin kontrol yöntemleri incelenerek
tasarım optimizasyonları sırasında direksiyon kutusunun yeterli tahrik kuvvetini
üretebilmesi için ihtiyaç duyduğu hidrolik basıncı sağlayabilecek şekilde elektrik motoru
tahrikli hidrolik pompanın seçimi yapılmıştır.

Abstract:
In the automotive industry, which is developing day by day, conventional internal
combustion engine vehicle R&D studies are gradually decreasing; We are in an era where
electric vehicle technologies are being developed. Almost all vehicle manufacturers focus
on hybrid or battery electric vehicle technologies in order to meet international
regulations and tighten exhaust emission standards. As a result of this developing electric
vehicle sector, the steering systems used in today's vehicles are driven by electric motors
and have become more environmentally friendly, highly efficient, safe, and driveroriented.
The reason for using an electro-hydraulic steering system in electric vehicles
will be explained since high current will be required, efficiency will decrease and energy
efficiency will decrease. In this study, the design of the steering system and mechanical
design optimization of the front axle geometry for a rear-wheel drive M3 class fixed front
axle left-hand drive battery electric vehicle were carried out. With the vehicle dynamics
model created in the vehicle project, where the use of a fixed front axle and ball-type
steering box is envisaged, wheel loads are calculated, thus a steering system design that
will be successful in static and dynamic maneuvers is aimed. Depending on this
component selection, all other components of the steering system (tie rod, pitman arm,
shaft) were designed. In order to determine the steering box output torque needed to turn
the front axle wheels in the steering system design, comparative evaluation studies,
Pajecka formulas, and ADAMS software were used. After determining the appropriate
steering box, the sufficient package volume control was made in the vehicle body. After
the possible settlement areas were determined, various optimization studies were carried
out for the placement position of the steering box, and kinematic and moment analyzes
were completed. After these studies, mechanical designs of parts such as pitman arm, and
tie rod arm were made. In addition, the control methods of the steering system in today's
popular electric vehicles were examined, and during the design optimizations, an electric
motor-driven hydraulic pump was selected to provide the hydraulic pressure needed for
the steering box to produce sufficient driving force.