Hidrolik bir direksiyonun modellenmesi ve performansının teorik değerlendirilmesi
Modeling of a hydraulic steering system and evaluation of its performance theoretically
Yazar: OZAN KARAKUL
Danışman: PROF. DR. YÜCEL ERCAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2003
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Direksiyon = Steering ; Hidrolik direksiyon = Hydraulic steering ; Modelleme = Modelling

Özet:
Bu çalışmada hidrolik güç destekli bir direksiyon sisteminin, lineer ve iki ayrı non-lineer modeli geliştirilmiştir. Non-lineer modellerde farklı alanlı bir güç pistonu ile non-lineer kontrol valfı karakteristiği ortak özellik olarak kabul edilmiştir. Modellerden birinde yük kütleseldir. Diğer modelde ise teker lastiğinin esnekliğini ve tekerle yer arasındaki kuru sürtünmeyi de dikkate alan bir yük kabul edilmiştir. Sistemin kontrol girişi, sürücünün direksiyona uyguladığı direksiyon açısı, bozucu giriş ise yolun tekerlere uyguladığı kuvvettir. Sistemin esas çıkışı tekeri yönlendiren kolun uzuv konumudur. Ancak çalışmada kontrol valfı makarasının konumu, valf açıklığı ve direksiyon simidinde sürücünün hissettiği moment de incelenmiştir. Sistemin parametre değerleri orta sınıf bir binek taşıtı dikkate alınarak belirlenmiştir. Sistem performansını değerlendirmek amacıyla lineer modelde basamak, rampa ve sinüzoidal kontrol girişleri ve basamak bozucu giriş kullanılmıştır. Non-lineer modellerde ise basamak ve rampa kontrol girişleri ve basamak bozucu giriş için sistem cevaplan bulunmuştur. Ayrıca önemli sistem parametrelerinin sistem davranışına etkileri incelenmiştir. Sonuçlar, sistemin 5-95% yükselme süresinin 0,01 sn mertebesinde olduğunu, sistemin bozucular karşısında yeterince sert olduğunu ve teker döndürme mafsal noktasına uygulanan 500 N'luk bir kuvvet karşısında bu noktanın yer değiştirmesinin yüzde bir mm'nin birkaç katı mertebesinde olduğunu göstermektedir. Sistem çıkışı, kontrol girişini 10-150 rad/sn frekans aralığında genlik kaybı olmadan izleyebilmektedir. Anahtar Kelimeler : Hidrolik direksiyon, taşıt direksiyon sistemleri, hidrolik izleme mekanizması.

Abstract:
In this study a linear and two different non-linear models for the hydraulicaüy assisted power steering system were developed. The power piston, which has different areas on its either side, and the non-linear control valve characteristics were assumed as the common properties in the non-linear models. A mass load was assumed in one of the non-linear models. In the other model a load that includes the wheel tire elasticity and the dry friction between the wheel and road was assumed. The control input to the system is the steering angle applied by the driver to the steering wheel, whereas the disturbance input is the force applied by the road to the wheels. The main output of the system is the joint position of the lever that orients the wheel. However, the position of the control valve spool, the valve opening and the moment felt by the driver on the steering wheel were also investigated in the study. The parameter values of a middle class passenger vehicle were used in the study. Step, ramp and sinusoidal control inputs and step disturbance input were used to evaluate the performance in the linear system model. Step and ramp control inputs and step disturbance input were used to obtain the time responses of non-linear system models. The effects of the system parameters on system behavior were also investigated. The results show that 5-95% rise time of the system is about 0.01 sec. The system is sufficiently stiff against external disturbance forces and the movement of the wheel-rotating joint is only a few hundredth's of a mm, if an external force of 500 N is applied. The system output can follow the system input without any amplitude loss in the 10-150 rad/sec frequency range. Key Words : Hydraulic power steering, vehicle steering systems, hydraulic follow-up mechanism.