Arka tekerlekten bağımsız-tahrikli elektrikli taşıtlar için savrulma dinamiği kontrol sistemi tasarımı ve analizi
Yaw stability control system design and analysis for rear wheel independent-drive electric vehicles
Yazar: CELAL TAYFUR KOÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUMİN TOLGA EMİRLER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Araç dinamiği kontrolü = Vehicle dynamic control ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Gürbüz denetim = Robust control ; PI denetleme = PI control ; Parametre uzayı = Parameter space ; Tahrik motorları = Drive motors ; Taşıt dinamiği = Vehicle dynamic

Özet:
Günümüzde artan çevre sorunları ile birlikte yenilenebilir enerji kaynaklarına duyulan ihtiyaç artmış, karbon salınımı düşük enerji kaynakları önem kazanmıştır. Kara ulaşımının önemli bir parçası olan otomotiv sektörü de bu gelişmelerden etkilenmiştir. Yüksek bütçeli projeler ile elektrikli otomobillerin araştırma-geliştirme çalışmalarına önemli ölçüde yatırımlar yapılmaktadır. Bu sebeple elektrikli otomobil endüstrisinde önemli gelişmeler beklenmektedir. Ayrıca kontrol mühendisliği açısından elektrik motorlarının sağladığı avantajlar taşıt dinamiği kontrolüne farklı çözümler sunabilmektedir. Bu tez çalışmasında arka tekerlekleri doğrudan sürebilen bağımsız iki elektrik motorunun ürettikleri tahrik torkları kullanılarak taşıt savrulma dinamiğinin kontrolü ve analizi yapılmıştır. Tasarlanan kontrolcü temel olarak iki bölümden oluşmaktadır; üst kontrolcü ve alt kontrolcü. Üst kontrolcü için iki farklı yaklaşımla parametre uzayı tabanlı D-kararlı PI kontrolcü tasarımı yapılmıştır. Öncelikle oturma zamanı, yükselme zamanı, aşım miktarı, eyleyici bant genişliği, hatanın mutlak değerinin zaman integrali ve faz payı gibi zaman ve frekans tanım bölgesi gereksinimleri birlikte dikkate alınarak çok amaçlı kontrolcü tasarım ve analizi yapılmıştır. Değişen kontrolcü kazançlarının tasarım gereksinimlerine etkileri bir grafik ile görselleştirilerek tasarım kolaylaştırılmıştır. İkinci yaklaşımda ise taşıt parametrelerinden tekerleklerin dönüş sertliğinde belirsizlik olduğu varsayılarak kademeli olarak değişen taşıt hız değerleri altında dayanıklı PI kontrolcü tasarımı ve analizi yapılmıştır. Alt kontrolcü ise üst kontrolcünün çıkışına göre taşıtın istenilen savrulma açısal hızını takip edebilmesi için motorlara uygulanması gereken tork miktarını hesaplamakta, bir algoritma ile hangi motora tahrik torkunun uygulanması gerektiğini belirlemektedir. Öne sürülen kontrol sistemi MATLAB/Simulink benzetim ortamında test edilmiş, MATLAB PID Tuner ve parametre uzayı tabanlı tasarlanan kontrolcüler birbirleriyle kıyaslanmıştır.

Abstract:
Nowadays with increasing environmental problems, the need for renewable energy sources has increased and energy sources with low carbon emissions have gained importance. The automotive sector, which is an important part of land transportation, has also been influenced by these developments. Considerable investments are being made in the research and development of electric cars with high budget projects. For this reason, major developments are expected in the electric vehicle industry. In addition, the advantages of electric motors in terms of control engineering can provide different solutions for vehicle dynamics control. In this thesis, the yaw dynamics of the vehicle is controlled and analyzed by using the traction torques produced by two independent electric motors that can directly drive the rear wheels. The designed controller basically consists of two parts; the upper controller and the lower controller. For the upper controller, a parameter space based D-stable PI controller was designed with two different approaches. First, a multi-objective controller is designed and analyzed by taking into account the time and frequency domain requirements such as settling time, rise time, overshoot, actuator bandwidth, integral time absolute error and phase margin. The effects of varying controller gains on the design requirements are visualized with a graph to facilitate the design. For the second approach, a robust PI controller was designed and analyzed under gradually changing vehicle speed values assuming uncertainty in cornering stiffness of the tires. According to the data received from the upper controller output, the lower controller calculates the amount of torque that should be provided to the motors in order for the vehicle to follow the desired yaw rate, and determines which motor should be thrusted with an algorithm. The proposed control system is tested in MATLAB/Simulink simulation environment and the MATLAB PID Tuner and parameter space based controllers are compared with each other.