Hafif ticari bir araç için yarı-aktif süspansiyon sistemi tasarımı
Design of a semi active suspension system for a light commercial vehicle
Yazar: MUSTAFA ENGİN EMEKLİ
Danışman: DOÇ. DR. BİLİN AKSUN GÜVENÇ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, hafif ticari bir araç için gerek yol tutuş gerekse konfor özelliklerinin arttırılması için yarı aktif süspansiyon sistemi tasarlanmıştır. Bu amaçla öncelikle çeşitli detaylarda araç modelleri hazırlanmıştır. Bu araç modellerine prototip aracın verileri girilerek, bilgisayar ortamında benzetimler yapılıp, modeller ve kontrolcülerin başarımları gözlemlenmiştir. Yarı aktif süspansiyon sisteminde Skyhook, Groundhook ve Hibrid kontrolcüleri olmak üzere 3 temel kontrol algoritması kullanılır. Her bir algoritma aracın süspansiyon özelliklerini konforu veya yol tutuşu etkileyerek değiştirmeyi sağlar. Bu algoritmalardan Hibrid kontrolcü, sahip olduğu bir beta katsayısı ile Skyhook ve Groundhook kontrolcüler arasında geçiş yapmamızı sağlar. Aracın yol tutuş ve konfor özellikleri daha optimize bir şekilde değştirilebilir. Araç üzerinde sensör donanımında ivmeölçer, potansiyometre, ayarlanabilir sönümleyiciler kullanılmaktadır. Kontrolcülerin gerekli sönüm kuvvetini sönümleyicilere gönderebilmesi için ivmeölçerlerden doğru bir ivme verisinin gelmesi gerekmektedir. Ayrıca bu ivme verisinin kontrolcülere hız olarak girmesi gerekir. Bu amaçla gerek ivmeölçer sinyalindeki ofset ve gürültüyü filtrelemek gerekse hız bilgisini düzgün bir şekilde elde etmek için Kalman Filtresi tasarlanmıştır. Kalman Filtresi çeyrek araç modelinin durum uzay gösterimi yardımı ile gerekli asılı kütle ve asılı olmayan kütle hızlarını tahmin etmektedir. Kontrol algoritmalarını araç üzerinde doğrulanması için Dspace hızlı prototiplendirme sistemi kullanılmıştır. Bu sistemde bulunan MicroAutoBox birimi, kontrolcü hesaplamalarını yaparkeni RapidPro ise sensör ve eyleyici beslemelerini gerçekleştirmektedir. Böylelikle araç üzerinde gerçek zamanlı olarak yapılan testler ile yarı aktif süspansiyon algoritmasının doğrulanması yapılmış, pasif süspansiyona göre üstünlüğü sonuçlarda da gösterilmiştir.

Abstract:
In this thesis, the design of a semi active suspension system for a light commercial vehicle is performed considering comfort and road holding properties. First of all, several vehicle models with different capabilities is prepared. Real data is taken from the prototype vehicle and used in vehicle models to simulate the controller performance and test the model accuracy. In semi active suspensions 3 main control algorithms are used: Skyhook, Groundhook and Hybrid Control. Each of these controllers affect the affect the comfort and road holding by changing suspension parameters. By changing beta coefficient, hybrid control become a transition between Skyhook and Groundhook. Therefore comfort and road holding properties of vehicle is optimized. Accelerometers, linear potentiometers and Continuously Varying Dampers are used in the prototype vehicle. In order to transmit desired damping force value, controllers must receive correct acceleration data from accelerometers. In addition this data must be converted to velocity, because control algorithm depends on velocity values. In order to filter the noise and eliminate the bias in accelerometer signal as well as to estimate velocity values, Kalman filter is designed. Kalman Filter estimates sprung and unsprung mass values by using state space formulation of a quarter car model. Dspace rapid prototyping system is used to validate controller performance in the prototype vehicle. Micro autobox unit performs the controller calculations while RapidPro system handles sensor and actuator supply voltages. Finally, validation of control algorithms with real time tests shows the superiority of semi active suspension system on passive suspension