Bir yarış aracının güç aktarma sisteminin modellenmesi ve optimizasyonu
Powertrain sizing and drive line optimization of a formula student car
Yazar: GÖKHAN KONUK
Danışman: DOÇ. DR. ORKUN ÖZENER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Batarya = Battery ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Güç aktarımı = Power transfer

Özet:
Modern elektrikli araçlarda güç aktarma organları yüksek gerilimli batarya, elektrik motoru, dişli sistemi ve tekerlerden oluşmaktadır. Gelişmiş bilgisayar destekli sayısal çözüm metotları ile aracın performans ve enerji tüketim değerleri hesaplanabilmektedir. Matlab/Simulink yazılımı bu hesaplamaların hassas bir şekilde yapılmasına imkân sağlamaktadır. Performans ve enerji hesaplamaları için farklı yöntemler kullanılmaktadır. Bunlar Geri yönlü hesaplama ve ileri yönlü hesaplama teknikleridir. Geri yönlü hesaplama tekniği motorun torkunu aracın hızı profili göz önüne alınarak hesaplamaktadır. İleri yönlü hesaplama tekniği ise aracın gerçek hızını motor torkunu göz önüne alarak hesaplamaktadır. İleri yönlü hesaplama tekniğinde bir sürücü modeline ihtiyaç vardır. Sürücü modelinin oluşturulması ekstra modelleme yükü getirmektedir. Bu tez çalışmasında ileri yönlü modelleme kullanılmıştır ve sürücü modeli tarafından gaz pedalı ve fren pedalı yüzdesi hesaplanmıştır. Buna ek olarak e-VCU fonksiyonları modellenmiştir. Bu çalışmada elektrikli Formula Student aracının yarışın Dayanıklılık ve Hızlanma etaplarında en yüksek puanı alacak şekilde güç aktarma organlarının en ideal çözümünün bulunması hedeflenmiştir. İki farklı yüksek güçlü lityum-ion batarya hücresi ile toplam üç batarya paketi, iki farklı aerodinamik gövde kiti opsiyonu ve 3.49-4.59 arasındaki diferansiyel oranları 0.1 hassasiyetle bütün konfigürasyonları oluşturulmuştur.Eniyileme çalışması sonucunda açık bir şekilde A123-ANR26650-B batarya hücresinden oluşan batarya ile oluşturulan sistemin 2% daha yüksek puan aldığı görülmüştür. Ancak Samsung-INR21700-30T hücrenin 29% daha ucuz olduğu göz önüne alındığında Samsung-INR21700-30T hücre daha avantajlı gözükmektedir.

Abstract:
Modern electric vehicle powertrains have battery, electric machine, gearbox, and wheels. Advanced computer technologies and numerical software's such as Matlab/Simulink provide an opportunity to calculate vehicle performance and energy consumption results with a sensitive way. Different methodologies use for performance and energy consumption calculations such as backward and forward calculations. Backward calculation method required electric machine torque and required electric power by using desired vehicle speed. In contrast, Forward calculations calculates actual vehicle speed by using electric motor torque. In addition, Driver model required for Forward calculations and this increase modeling efforts. In this paper, Forward calculation method used with e-VCU functions. Acceleration pedal percentage and brake pedal percentage calculated by driver model.This study aims to find optimum solution for maximum Endurance and Acceleration score of an electric vehicle. In this study two different high-power cells used for batterie selected and total ratio range determined from 3.49 to 4.59 with 0.1 steps.The optimization briefly showed that the battery package with A123-ANR26650-B cells provides 2% more score than the Samsung-INR21700-30T cells. But total cell price of Samsung-INR21700-30T 29% less than A123-ANR26650-B.