Manyetik kuvvet ile taşıt süspansiyon kontrolü
Vehicle suspension control with magnetic force
Yazar: BERKAN KUŞCU
Danışman: DOÇ. DR. ERGİN KILIÇ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aktif süspansiyon = Active suspension ; Konum denetimi = Position control ; Levitasyon = Levitation ; Manyetik kuvvet = Magnetic force ; Titreşim kontrolü = Vibration control

Özet:
Bu çalışmada zeminden gelen istenmeyen kuvvetleri (yolculara iletilen titreşimi) ortadan kaldırmaya yönelik bir manyetik kuvvet ile taşıt süspansiyon sisteminin tasarımı, imalatı ve kontrolü amaçlandı. Yürütülen bu tez çalışmasının özgünlüğü, zeminden gelebilecek her türlü farklı bozucu kuvvetlere karşı manyetik alan etkisi altında doğal pasif mıknatıslarla çalışan bir süspansiyon tasarımını içermesidir. Tasarlanan bu manyetik kuvvet ile taşıt süspansiyon sisteminde klasik yaylı süspansiyon sistemlerinden farklı olarak yay yerine mıknatıs kullanıldı. Manyetik kuvvet ile taşıt süspansiyon sisteminin tasarımı, simülasyonu ve analizi için Solidworks ve Matlab programları kullanıldı. Bu tasarlanan sistemde 3 adet mıknatıs bulunmaktadır. Bu mıknatıslardan bir tanesi iki mıknatısın ortasında miller üzerinde serbest kayma ve dönme hareketi yaparken diğer iki mıknatıs ise sadece dönme hareketi yapacaktır. Mıknatısların birbirlerine uyguladıkları manyetik kuvvetler (itme ve çekme) kullanılarak titreşim kontrolü, arada mekanik bir bağlantı olmadan daha hassas bir şekilde gerçekleştirilmeye çalışıldı. Mıknatısların birbirlerine uyguladıkları manyetik kuvvetin kolay bir şekilde hesaplanabilmesi için ampirik bir formül elde edildi. Ortadaki mıknatısın konumunu kontrol edebilmek için ampirik formülünün tersi alınarak kontrolcü tasarlandı. Bu kontrolcü ortadaki mıknatısın gittiği konumda kuvvet eşitliğini sağlayacak açı değerlerini belirleyerek döner mıknatısların eğim açılarını değiştirmektedir. Konum kontrolü sayesinde bu ampirik formülünün doğru çalıştığı görüldü. Konum kontrolü gerçekleştirildikten sonra tasarlanan kontrolcü üzerinde değişiklikler yapılıp konum geri beslemesi yapılarak titreşim deneyleri için yeniden bir kontrolcü tasarlandı. Titreşim deneyleri için tasarlanan bu kontrolcü zeminden gelen bozucu kuvvetlere rağmen bulunduğu konumu denge noktası kabul eder ve mıknatısların eğim açılarını kuvvet eşitliğine göre değiştirerek denge konumunda kalmaya çalışır. Kontrolcü performansını her türlü koşula karşı test edebilmek için ilk olarak mıknatıslar devre dışı bırakılıp sisteme yay eklenerek zemine ve ortadaki mıknatıs üzerine yerleştirilen ivme sensörlerinden alınan ivme kuvvetleri karşılaştırıldı. Daha sonra yaylar çıkarılıp mıknatıslar devreye alınarak hem yatay konfigürasyonda hem de dikey konfigürasyonda kontrolcü devredeyken ve devre dışı durumlarda sensörlerden alınan ivme değerleri karşılaştırıldı. Sensörlerden alınan ivme değerleri iki farklı titreşim analiz yöntemiyle (RMS ve FRF) incelenerek kontrolcü devreye alındıktan sonra zeminden ortadaki mıknatısa iletilen ivme değerinde düşüş olduğu görüldü. Böylece yolculara iletilen ivme değerleri tasarlanan manyetik kuvvet ile taşıt süspansiyon sistemi sayesinde azaltılmıştır.

Abstract:
In this study, it was aimed to design, manufacture and control the vehicle suspension system with a magnetic force to eliminate the unwanted forces from the ground (vibration transmitted to the passengers). The originality of this thesis study is that it includes a suspension design that works with natural passive magnets under the influence of magnetic field against all kinds of different disturbing forces that may come from the ground. With this designed magnetic force, magnets were used instead of springs in the vehicle suspension system, unlike the classical spring suspension systems. Solidworks and Matlab programs were used for the design, simulation and analysis of the vehicle suspension system with magnetic force. There are 3 magnets in this designed system. While one of these magnets will make free sliding and rotational movements on the shafts in the middle of the two magnets, the other two magnets will only rotate. By using the magnetic forces (push and pull) applied by the magnets to each other, vibration control was tried to be performed more precisely without any mechanical connection. An empirical formula was obtained in order to easily calculate the magnetic force exerted by the magnets on each other. In order to control the position of the magnet in the middle, the controller was designed by taking the inverse of the empirical formula. This controller changes the inclination angles of the rotating magnets by determining the angle values that will provide the force equality in the position where the middle magnet goes. Thanks to the position control, this empirical formula was found to work correctly. After the position control was carried out, changes were made on the designed controller and position feedback was made and a controller was designed again for vibration experiments. This controller, designed for vibration experiments, accepts its position as the equilibrium point despite the disturbing forces from the ground and tries to stay in the equilibrium position by changing the inclination angles of the magnets according to the force equality. In order to test the controller performance against all kinds of conditions, firstly, the magnets were disabled and the spring was added to the system, and the acceleration forces obtained from the acceleration sensors placed on the ground and on the magnet in the middle were compared. Then, the springs were removed and the magnets were activated, and the acceleration values obtained from the sensors were compared in both horizontal and vertical configurations when the controller was on and off. The acceleration values taken from the sensors were examined with two different vibration analysis methods (RMS and FRF), and it was observed that there was a decrease in the acceleration force transmitted from the ground to the magnet in the middle after the controller was commissioned. Thus, the acceleration values transmitted to the passengers have been reduced by the designed magnetic force and the vehicle suspension system.