Hibrid elektrikli taşıtlarda rejeneratif frenleme
Regenerative braking in hybrid electrical vehicles
Yazar: ESEN ALTINDEMİR
Danışman: PROF. DR. ALİ G. GÖKTAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Frenleme = Breaking ; Matlab = Matlab

Özet:
Bu tez çalışmasında bir hafif ticari hibrid elektrikli taşıtda, hidrolik, rejeneratif ve reostatik frenlemeler arasındaki ilişkiler incelenmiştir. İlk önce aracın hidrolik fren devresi ile ilgili ayrıntılı hesaplamalar Matlab'de (Versiyon: R2007) yapılmıştır. Aracın boş ve yüklü haldeki ağırlık merkezi değerleri AutoCAD'de (Versiyon: 2008) gösterilmiştir. Frenleme ivmeleriyle değişen boş ve yüklü haldeki aks yükleri ve fren kuvvetleri hesaplanmış, ideal fren eğrileri çizdirilmiştir. Avrupa yönetmelik eğerilerinin çizimleri ayrıntlı bir şekilde anlatılmıştır. Mastır silindir, fren diskleri, kaliper pistonları, fren balataları gibi mekanik parçalar boyutlandırılmış, balatalar için yüzey basıncı emniyet kontrolleri yapılmıştır. Sistemdeki çevrim oranları hesaplanmıştır. Hidrolik fren devresi ile ilgili tüm hesaplar yapıldıktan sonra rejeneratif frenlemenin başarıyla yapılabilmesi ve rejeneratif frenden hidrolik frene başarıyla geçilebilmesi için iki farklı çözüm önerilmiştir: Yabancı Basınçlı Çözüm ve Reostatik Çözüm. Bu çözümlerde kullanılan elemanlar (pompa, akümlatör, direnç) hidrolik fren devresine uyumlu olacak şekilde boyutlandırılmıştır. Daha sonra bu çözümler dört farklı frenleme modunda denenmiştir. Bu modlar, rejeneratif fren sırasında sürücünün ayağını frenden çektiği, rejeneratif fren sırasında akünün dolduğu, rejeneratif fren sırasında elektrik motorunun tork kapasitesinin yetmediği ve rejeneratif fren sırasında rejeneratif frenleme sınırları içerisinde olmayan bir frenleme ivmesi istendiği durumlardan oluşur. Yabancı Basınçlı ve Reostatik çözümlerin farklı çalışma modlarında nasıl davrandığı ayrıntılı bir şekilde anlatılmış, çözümlerin avantajları ve dezavantajları tartışılmıştır.

Abstract:
In this study, the interactions between hydraulic, regenerative and rheostatic braking of a light duty hybrid electric vehicle are presented. At first, the detailed calculations of the hydraulic brake line of the vehicle are made in Matlab (Version: R2007). Vehicles center of gravity values for unloaded and loaded states are showed in AutoCAD (Version: 2008). Acceleration varied axle loads and brake forces are calculated and ideal brake curves are plotted for kerb and loaded weight. Drawing of European regulation curves are explained comprehensively. Mechanical parts like master cylinder, brake discs, caliper pistons, brake pads are dimensioned and brake pad surface safety pressures are controlled. Boost ratios of the brake system are calculated. After completing the calculations related to hydraulic brake line, two different solutions for successful regenerative braking and successful transition from regenerative braking to hydraulic braking are stated: Auxiliary Pressured Solution and Rheostatic Solution. The parts used in these solutions (accumulator, pump, resistor) are dimensioned compatible with the hydraulic brake line. Afterwards, these solutions are tested in four different braking modes. These modes consist of scenarios where, driver releases the brake pedal during regenerative braking, battery gets full during regenerative braking, the torque capacity of electric motor becomes insufficient during regenereative braking and the demand for braking acceleration exceeds regenerative braking limits during regenerative braking. Behaviours of Auxiliary Pressured and Rheostatic solutions under different operating modes are explained comprehensively and advantages and disadvantages of the solutions are discussed.