Diferansiyel tiplerinin araç yol tutuşu üzerine etkileri
Effects of differential types on vehicle handling
Yazar: MUHAMMED YÜKSEL
Danışman: DOÇ. DR. SELAHATTİN ÇAĞLAR BAŞLAMIŞLI
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Diferansiyellerin  araç performansı, araç yol tutuşu ve sürüş konforu üzerinde direkt olarak etkileri bulunmaktadır. Bu yüzden diferansiyel tipi  araç için önemli bir parametredir. Bu çalışma ile iki farklı tip diferansiyel için araç modelleri oluşturulmuş ve birbirlerine göre avantajları ve dezavantajları değerlendirilmiştir. Ancak, farklı tip diferansiyellerin detaylı karşılaştırıldığı bir yayına ulaşılamamıştır. Bu bağlamda konvansiyonel diferansiyel ve sınırlı kaymalı diferansiyelin detaylı karşılaştırıldığı anlamlı bir çalışma elde edilmiştir. 
Günümüzde birçok araç konvansiyonel diferansiyelli olarak üretilmektedir. Ucuz, bakım gerektirmeyen yapılarından dolayı çok tercih edilirler. En önemli dezavantajı ise farklı sürtünme katsayılarına sahip zeminde, tahrik torku limitinin az olan sürtünme katsayısına sahip yerin belirlemesidir. Böylece muhtemel aktarılabilecek tork  diğer lastiğin açısal hızını artırması yönünde kullanılır. Sınırlı kaymalı diferansiyeller ise genellikle yarış araçlarında ya da düşük hızlara sahip arazi araçlarında kullanılırlar. Sınırlı kaymalı diferansiyelin en önemli avantajı farklı sürtünme katsayısına sahip zeminlerde bile hızlı lastikten yavaş olan lastiğe tork aktarımı yapılır. Böylece araca önemli bir avantaj sağlamış olur. 
Araç modelleri MATLAB/Simulink programında oluşturulmuştur. Hareket denklemleri aracın doğrusal olmayan iki iz genişliği modelinde (double track model) olduğu varsayılarak oluşturulmuştur. Güç aktarma grubundaki matematiksel denklemler ise Carsim programının kullandığı eşitliklerdir. Araç modeli motor, tork konvertörü, vites kutusu, transfer dağıtım kutusu, diferansiyeller ve lastiklerden oluşmaktadır. Konvansiyonel diferansiyel ve sınırlı kaymalı diferansiyel modellerinin sadece diferansiyel kısımları farklı şekilde modellenmiştir. Bunun haricinde sürücü modeli de oluşturulmuştur. Sürücünün araca belirlenen seviyede direksiyon açısı (dümenleme açısı), gaz kelebeği basma oranı ve gerektiği durumda fren manevrası yaptığı varsayılmaktadır.  Lastik modeli olarak ise Magic Formula olarak bilinen H.Pacejka modeli kullanılmıştır. Bu model her bir lastiğin oluşan kayma açılarına bağlı olarak boylamasına ve yanal kuvvet üretmesi ilkesine dayanır. Doğrusal olmayan bölgede de lastik modeli çalışabilmektedir.
Bu modellerin belirlenen senaryolar çerçevesinde birebir karşılaştırmalı olarak koşturulması neticesinde sonuçlar elde edilmiştir. Araç performansı ve yol tutuşu üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Birçok senaryoda sınırlı kaymalı diferansiyelin konvansiyonel diferansiyele göre üstünlüğü görülmüştür. Araç hızı, araç kayma açısı, yalpa oranı, yanal ivmeler, önden kopma gibi çıktılarında bariz iyileştirmeler gözlemlenmiştir. 
Sınırlı kaymalı diferansiyel için belirli hızlarda en iyileme algoritması geliştirilmiştir. Konvansiyonel diferansiyele göre sönüm oranı ve doğal frekansları karşılaştırılmıştır. Buna göre sınırlı kaymalı diferansiyel için en iyi tork aktarma kapasitesi ve tork aktarım oranı elde edilmiştir.

Abstract:
Differentials affect the vehicle performance, vehicle handling and ride comfort. For this reason, differential type for a vehicle is ciritical parameter. With this study, vehicle models have been constructed for two different differentials, and the advantages and disadvantages with respect to the each other have been evaluated. However, It has not been reached a study which contains different types differentials comparison. In this sense, a valuable study that is made open differential and limited slip differential detailed comparison has been obtained.
Nowadays, much cars that has open differential have been produced. Open differentials have been preferred greatly due to the cheap and maintenance-free. The most important disadvantage of open differentials is that traction limit is determined with respect to lower friction of coefficient between tire and ground at different surfaces. Thus probable distributed torque is used for spinning of tire that has  lower friction of coefficient between tire and ground. Whereas, the most important advantage of limited slip differential is that it can distribute the torques differently to the tires at even various friction of coefficient surfaces. Thus, it provides significant advantage to the car.
Vehicle models have been constructed MATLAB/Simulink program. Equation of motions have been generated and it is supposed that vehicle model is non-linear double track model. The powertrain mathematical equations that are used at Carsim program. Vehicle model is composed of internal combustion engine, torque converter, gearbox, transfer case, differentials and tires. Apart from this driver model has been constructed. It is supposed that the driver applies steering angle, acceleration throttle ratio and brake when needed. Tire model that is known Magic formula is H.Pacejka model. This model is based upon producing lateral and longitudinal forces of each tire depend on each slip angles. It works at even non-linear region.
Vehicle models have been run, thus result have been obtained and comparative analysis has been fulfilled. It has been evaluated that effects of vehicle performance and vehicle handling. It has been seen that limited slip differential is more advantageous than open differential at many scenarios. Obvious improvements has been observed at vehicle velocity, vehicle slip angle, yaw rate, lateral acceleration and understeer outputs.
The optimization algorithm has been developed for determined speeds for limited slip differential. Damping ratio and natural frequency have been compared with respect to open differential. Accordingly, the optimum preload and torque bias ratio for limited slip differential have been obtained.