Elektrikli bir karavan tasarımı ve elektronik itki kontrol sisteminin geliştirilmesi
Design of an electric caravan and development of an electronic thrust control system
Yazar: ADEM ADATEPE
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ GÖKÇE
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Denetim sistemleri = Control systems ; Dinamik kontrol = Dynamic control ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Karavan = Caravan

Özet:
Taşımacılık alanında otobüslerin, kamyonların ve treylerlerin önemli bir rol oynadığı bilinmektedir. Bununla birlikte kamyonlar ve treylerler dünyadaki CO2 emisyonlarının artmasına büyük oranda etkilemektedir. Yeni elektrik araçların üretilmesinin yanında mevcut araçların elektriksel dönüşümü konusunda çalışmalar ilerlerken yakıt tüketimini etkileyen treylerler üzerinde çalışmaların yapılmaya başlandığı görülmektedir. Gerek ağır yük araçların ayrılmaz bir parçası olan treylerlerin ve çekiciler olsun ve gerek günlük hayatta kullanılan karavan ve küçük treyler olsun yakıt/enerji  tüketimine etkisini azaltmak için elektrikli treyler ve çekicilerin elektriksel dönüşümü yenilikçi değişim için büyük bir potansiyel avantaj vaat etmektedir. Elektrikli treyler ve çekiciler sadece var olan batarya gücünü kullanmamakta aynı zamanda hibrit sistemler ile rejeneratif olarak eş zamanlı elektrik üretimide sağlamaktadır. Bu da tercih edilme potansiyelini arttırmaktadır. Böylece frenleme ve yavaşlama sırasında kazanılan güç bataryalarda depolanarak yokuş tırmanış zamanında tersinde kullanılarak çekiş gücü elde edilmektedir. Bu sayede elde edilen çekiş gücü ile çekici aracın yakıt tüketimi azaltılarak tasarruf sağlanmaktadır.
Bu tez çalışmasının temel amacı, elektrik tahrikli bir karavan treylerin itki kontrol sisteminin tasarımının geliştirilmesidir. Bu elektrik tahrikli karavan treyler hem düşük motor hacmine sahip küçük boyutlu taksiler ve elektrikli araçlarla kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Yukarıda bahsedilen iklim değişikliği, taşımacılıkta araç sayılarının giderek artması, fosil yakıtların tükenmesi, hava kirliliği ve elektrikli araçların artık öncelikli tercih edilebilir araçlar arasına alınması gibi sebeplerden dolayı treyler ve çekicilerinde elektrikli olarak talebi giderek artmaktadır. Elektrikli bir araca veya düşük motor hacimli bir araca bir römork veya bir karavan bağlamak, çok fazla yakıt tüketimine ve menzilin azalmasına neden olmaktadır. Treyler veya çekicilerde elektrik tahriki kullanmak öndeki çeken aracın kayıplarını telafi etmektedir.
Bu tezi gerçekleştirmek amacı ile Crawler IZZ458 çekme tip olan karavan kullanılmıştır.
IZZ458 üzerinde gerekli mekanik değişiklikler yapılarak HUB motorlar ve elektrik motor sürücüleri karavan üzerine montajı gerçekleştirilmiştir.  Elektrikli karavan sistemini kontrol etmek amacı ile EKÜ montajı gerçekleştirilerek elektrik motor sürücüleri arasındaki elektriksel bağlantılar ve güç bağlantıları gerçekleştirilmiştir. Can ağı haberleşme protokolleri olan J1939 ve CanOpen sistemleri karavan boyunca fiziksel olarak kurulmuştur. Elektrikli karavan sisteminin doğru bir şekilde çalışabilmesi içinçeşitli kontrol kartları ve sensörler sisteme entegre edilmiştir. Elektrikli itki sisteminin doğru bir şekil de çalışabilmesi için elektrikli kara\-van alt yapısının tamamlanmasından sonra sistemi kontrol etmek amacı ile çeki demiri üzerinde kuvvet kontrolü yapmak amaçlamıştır ve
sisteme  PID kontrol uygulanmıştır. PID kontrol uygulamasından çeşitli sebeplerden
dolayı verim alınamamıştır. İkinci aşamada hız ve eğim kontrolü yapılarak Sugeno bulanık mantık algoritması kullanılarak itki sisteminin kontrolü gerçekleştirilmiştir, bunun için radyo frekansı haberleşmesi ile elektrikli karavan üzerindeki sensörlerden veri toplanmıştır ve Sugeno bulanık mantık kontrol algoritması da bulunan üyelik fonksiyonlarının sınırları belirlenmiştir. Deneysel olarak sistem sürekli izlenerek uzaman kişi bakışı oluşturularak sistem de bulunan q, p, r katsayıları sürekli eğitilerek elektrikli karavan ve çekici araç uyumluluğu sağlanmıştır. İtki kontrol sisteminin aktif olması ile çekici araç yakıt tüketiminde, itki sisteminin kapalı olması durumuna karşı %50-%80 arasında yakıt tasarrufu sağlanmıştır. Toplanan veriler ve kullanıcı deneyimleri Sugeno bulanık mantık kontrol algoritmasının başarısını göstermektedir.

Abstract:
It is known that buses, trucks and trailers play an important role in the field of transportation. However, trucks and trailers greatly contribute to the increase in CO2 emissions in the world. In addition to the production of new electric vehicles, it is seen that while studies on the electrical conversion of existing vehicles are progressing, studies on trailers that affect fuel consumption have begun. The electrical conversion of electric trailers and tow trucks promises a great potential advantage for innovative change, whether it is trailers and tow trucks that are an integral part of heavy-duty vehicles, as well as caravans and small trailers used in daily life, to reduce their impact on fuel/energy consumption. Electric trailers and tractor trucks not only use the existing battery power, but also provide simultaneous electricity generation regeneratively with hybrid systems. This increases the potential for preference. Thus, the power gained during braking and deceleration is stored in batteries, and traction power is obtained by using it in reverse during uphill climbs. Thanks to the traction power obtained in this way, the fuel consumption of the towing vehicle is reduced and savings are achieved.
The main purpose of this thesis is to develop the design of the thrust control system of an electrically driven caravan trailer. This electric drive caravan trailer is designed for use with both small-sized taxis and electric vehicles with low engine power. Due to the reasons mentioned above, such as climate change, the increasing number of vehicles in transportation, the depletion of fossil fuels, air pollution, and the fact that electric vehicles are now among the preferred vehicles, the electric demand for trailers and tow trucks is increasing. Connecting a trailer or caravan to an electric vehicle or low-powered vehicle consumes too much fuel and reduces range. Using electric drive in trailers or tractors compensates for the losses of the towing vehicle in front.
In order to realize this thesis, Crawler IZZ458 trailer type caravan was used. Necessary mechanical changes were made on the IZZ458 and HUB motors and electric motor drivers were mounted on the caravan. In order to control the electric caravan system, ECU assembly was performed and electrical connections and power connections between electric motor drivers were made. J1939 and CanOpen systems, which are CAN network communication protocols, are physically installed throughout the caravan. Various control cards and sensors are integrated into the system in order for the electric caravan system to work correctly. In order for the electric trust system to work correctly, after the completion of the electric car/van infrastructure, it was aimed to control the force on the drawbar to control the system and PID control was applied to the system. Due to various reasons, efficiency could not be obtained from the PID control application. In the second stage, the control of the propulsion system was carried out by using the Sugeno fuzzy logic algorithm by controlling the speed and slope. Experimentally, the system is constantly monitored and an elongated person view is created, and the q, p, r coefficients in the system are continuously trained to ensure compatibility with electric caravans and towing vehicles. With the active trust control system, fuel consumption of the towing vehicle is between 50%-80% in case the propulsion system is turned off. The collected data and user experiences show the success of the Sugeno fuzzy logic control algorithm.