Ağır ticari araçlarda direksiyon eforuna etki eden faktörlerin incelenmesi
Investigation of factors affecting steering effort in heavy commercial vehicles
Yazar: UĞUR ERDOĞMUŞ
Danışman: DOÇ. DR. ALİ VOLKAN AKKAYA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Güç desteği olarak da adlandırılan hidrolik direksiyon sistemi, bir taşıtın dümenlenmesi sırasında, taşıtın direksiyon sistemi ve süspansiyon sistemi tasarımı nedeniyle oluşan direksiyon eforlarını azaltmak için uzun yıllardır kullanılmaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte hidrolik destekli direksiyon sistemlerine farklı teknolojiler ve farklı tasarımlar adapte edilerek sistem verimliliği arttırılmıştır. Elektronik sistemlerin gelişmesi ile hidrolik destekli direksiyon sistemlerine eklenen elektrik motoru ile elektrik destekli hidrolik direksiyon sistemleri (EHPAS) kullanılmaya başlanmıştır. Direksiyon eforlarını azaltmak, sürüş konforunu, güvenliğini, manevra kabiliyetini arttırmak ve aktif güvenlik sistemlerini uygulamak için elektrik destekli direksiyon (EPAS) sistemleri de günümüzde kullanılmaktadır.
Düşük direksiyon eforu, sürücünün dönüşlerde kolay manevra yapabilmesi ve sürüş konforunun artması için temel gerekliliktir. Taşıtların direksiyon eforlarının belirlenmesinde, çeşitli direksiyon ve süspansiyon parçaları hayati rol oynamaktadır. Uzun yol veya zorlu inşaat ve maden sahalarında çalışan ağır ticari araç sürücüleri, uzun süreler boyunca araç kullandıkları ve yüksek tonaj ile bozuk zeminlerde ve dar yollarda zor manevralar yaptıkları için taşıtların direksiyon eforlarının düşük olmasını beklemektedirler. 
Direksiyon eforlarına neden olan birçok etken bulunmaktadır. Direksiyon eforlarına en çok etki eden maddelerden bazıları aşağıda sıralanmıştır.
•Direksiyon kutusu emniyet valfi basınç ayarı,
•Direksiyon simidinin çapı,
•Taşıt aks genişliği ve buna bağlı olarak mekanik bağlantıların dizayn farklılığı,
•Hidrolik direksiyon kutusu,
•Yardımcı hidrolik silindir.
Yapılan çalışmada, yukarıda belirtilen etkenlerin araç üzerinde incelenmesi için çift akstan dümenlenen (8x4) bir araç kullanılmıştır. Yapılan literatür araştırmalarından anlaşıldığı üzere, taşıtlara yüklenen tonajların fazla olması direksiyon eforlarının artmasına neden olmaktadır. Bu sebeple yüksek tonaj kapasitesine sahip olan bu araç, araç testleri için seçilmiştir.
Direksiyon eforlarına etki eden parametreleri belirlemek için beş farklı yöntem belirlenmiştir. İlk olarak, basınç emniyet valfi farklı değerlere sabitlenmiş hidrolik direksiyon kutularının etkisi incelenmiştir. Objektif değerleri incelemek için tork-açı sensörü kullanılarak datalar toplanmıştır. Toplanan datalar DEWEsoft programı kullanılarak analiz edilmiştir. Yapılan ikinci karşılaştırmada, farklı çaplara sahip direksiyon simidlerinin, direksiyon eforuna etkisi incelenmiştir. Üçüncü karşılaştırmada, dümenlenen aks genişlikleri farklı olan taşıtlarda, paket uygunluğunu sağlamak amacı ile farklı tasarıma sahip mekanik bağlantı elemanları kullanılmaktadır. Farklı tasarıma sahip mekanik bağlantı elemanlarının direksiyon eforlarına olan etkileri incelenmiştir. Yapılan dördüncü karşılaştırmada, farklı teknik özelliklere sahip hidrolik direksiyon kutularının etkileri incelenmiştir. Son olarak, farklı teknik özelliklere sahip üç adet hidrolik silindir ile 2 adet tasarımı faklı pitman kolu kullanılarak, bunlar arasında oluşturulan kombinasyonların meydana getirdiği moment desteği incelenmiştir. Pitman tasarımı sırasında Catia programından yararlanılmıştır. Pistonların sağladığı farklı kuvvetler nedeniyle direksiyon sistemine gelen yükler Abaqus programında incelenmiş, sistemin ve yeni tasarlanmış pitman kolonun CAE analizi yapılmıştır. 
Yukarıda belirtilen adımlar sırasıyla ve detaylı biçimde takip edilerek, bu faktörlerin direksiyon eforlarına olan etkileri belirlenmiştir. Elde edilen bu veriler, yeni tasarlanacak olan direksiyon sistemlerinde, direksiyon eforlarının azaltılması için seçilmesi gereken kriterlere ışık tutmaktadır.

Abstract:
Hydraulic power steering system which is also called as power assistance is used through long ages to reduce steering effort that happen due to design of steering system and suspension system. Steering system efficiency has been increased while breakthrough design and new technology products has been added to this system. By developing electronic technology, electro-hydraulic power steering system (EHPAS) has been used after electric motor was added to hydraulic power steering system instead of internal combustion engine. Nowadays, Electric power steering system (EPAS) is used to reduce steering effort and increasing driving comfort and maneuverability and also perform the active safety system.
Low steering effort is a necessity for driver to increase driving comfort and easy maneuverability on turns. Several component in the suspension and steering system play a key role in determining the steering effort of vehicle. Long-distance drivers or drivers who drive heavy commercial vehicles on challenging construction and mine sites to maneuver hardly on turns at the uneven and narrow road, want that vehicles have low steering effort.
There are many factors which cause the steering effort. Some of the most effective factors for steering effort are listed below.
•Steering gear relief valve pressure adjustment
•Steering wheel diameter
•Wheelbase and various of linkage design 
•Recirculating ball type steering gear
•Auxiliary hydraulic cylinder
In this study, 8x4 command steer vehicle was used to examine above mentioned factors on vehicle. As it can be seen from literature survey, overloading causes the high steering effort. Gross vehicle mass for 8x4 command steer vehicle is higher than others, that's why this vehicle was chosen for vehicle test.
Five different methods have been identified to determine the parameters affecting steering effort. Firstly, the effect of steering gears which was fixed in different relief valve pressure value has been examined. Data was collected by using torque-angle sensor to analyse values. The collected data was analysed using DEWEsoft program. The effect of the different diameter of steering wheel to steering effort was evaluated. In the second comparison, the effect of steering wheels which have different diameters to steering effort was examined. In the third comparison, different steering linkages is designed in order to provide the suitable packaging at the vehicles which have different wheelbase. Effect of the different linkage design to steering effort was examined. In the fourth comparison, recirculating ball type steering gears which have different technical feature was evaluated. Lastly, three hydraulic cylinder with different technical features and two pitman arm with different designs were used and the torque which was made by combinations formed between them was analysed. Catia program was used during pitman arm design. Loads impact on steering system due to different forces provided by hydraulic cylinders have been investigated using Abaqus program. CAE analysis for newly designed pitman arm was carried out.
The above steps were followed sequentially and in detail and the effects of the factors on the steering effort were determined. The obtained data shed some light on criteria that must be selected to be decreased steering high effort in newly designed steering system.