close

Enter

Log in using OpenID

alçak tabanlı otobüslerde kullanılan portal aksta parametre

embedDownload
OTEKON’14
7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi
24 – 27 Mayıs 2014, BURSA
ALÇAK TABANLI OTOBÜSLERDE KULLANILAN PORTAL AKSTA
PARAMETRE OPTİMİZASYONU
Emre Sert, Sertaç Dileroğlu, Mehmet Bilir
Anadolu Isuzu Otomotiv A.Ş
ÖZET
Alçak Tabanlı Otobüsün kasis geçişi sırasında arka portal aksın, sol tekerlek bölgesinde karkasa çarptığı
gözlemlenmiştir.Ölçülen deplasman değerini azaltmak için; hava körüğü ve amortisörün karkas bağlantı noktalarındaki
“x” ve “y” koordinatlarının 40 mm arasında değişimlerinin etkisi incelenmiştir.En az deplasman değerini verecek
şekilde bağlantı koordinatlarında optimizasyon yapılmıştır.Optimizasyon sonucuna göre, hava körüğünün bağlantı
noktalarındaki “y” koordinatını değiştirmek en etkin uygulama olacatır.
Anahtar kelimeler: Portal Aks,Parameter Optimizasyonu,Süspansiyon Analizi,Adams/Car,Alçak Tabanlı Otobüs
PARAMETER OPTIMIZATION OF THE PORTAL AXLE USED IN THE LOW FLOOR BUSES
ABSTRACT
When Low Floor Bus pass over the bump, It was was observed that the rear left wheel in the portal axle hit the
body. The effect of ±40 mm changes at the "x" and "y" coordinates that Air bellows and shock absorber connection on
the body have been investigated in order the to reduce the measured displacement. To give a minimum value of the
displacement, has been optimized at the coordinates of the connection.According to the optimization results, changing
“y" coordinates at the air bellows connection must be most effective application.
Keywords: Portal Axle,Parameter Optimization,Suspansion Analysis,Adams/Car,Low Floor Bus
1.
GİRİŞ
•
Özellikle şehir içi yolcu taşımacılığında kullanılan
otobüslerde genellikle arka aks olarak portal aks
kullanılmaktadır. Aks ekseninin tekerlek ekseninin
aşağısında olmasından dolayı; diferansiyel ve diğer
aktarma organlarının zemine yaklaştırılması ile alçak
taban elde edilmekte ve yolcuların otobüs içerisine
merdiven olmadan girebilmeleri sağlanmaktadır. Ayrıca
porya dişlileri yüksek şaft hızında aynı güçte daha düşük
tork elde edilmesini sağlar. Böylelikle tahrik aksına
uygulanan yükün azalmasıyla hem konfor hem de yol
tutuşu artırılmış olmaktadır.
Poırtal aks kullanılmasının avantajları aşağıdaki gibi
listelenebilir.
• Konik dişli sisteminin daha sessiz çalışması ile
otobüs içi gürültü seviyesinin azalması
•
•
Poyra ve fren diski bakım maliyeti ve sürelerinin
azalması
Kabin içi yüksekliğin artması
Disk fren ve kampanalı fren kullanılmasına
olanak sağlanması
Şekil 1 de gösterilen portal aks; aşağıda listelenen ana
parçalardan oluşmaktadır.
•
•
•
•
1
Hava Körüğü ( 4 adet)
Amartisör ( 4 adet)
V rod (2 adet)
L rod ( 2 adet)
deplasman datası incelenerek hangi tekerlek bölgesinde
fazla deplasman oluştuğu belirlenmiştir. Şekil 2 ve 3 te
görüleceği üzere sol arka tekerlek bölgesinde açılma
anında 36 mm deplasman oluşurken sağ tekerlek
bölgesinde ise 23 mm deplasman oluşmaktadır. Sol arka
tekerlek bölgesinde oluşan deplasman değeri daha fazla
olduğundan çalışmada bu deplasman değeri ele alınmış
ve azaltılmıştır.
Şekil 1. Portal Aks
L rod, Özellikle frenleme anında oluşacak boyuna
kuvvetleri (x-ekseni boyunca) karşılarken,V rod ise
özellikle viraj anında oluşacak yanal kuvvetleri (y ekseni
boyunca) karşılar. Böylelikle daha iyi yol tutuşu elde
edilir. Hava körüğü ve amartisör sayısının 4’er adet
olmasından dolayı konfor açısından iyileştirme
sağlanacaktır.
Alçak tabanlı araç geliştirme projesi kapsamında
gerçekleştirilen araç dinamiği testleri sırasında aracın
azami yüklü ağırlıkta (gross vehicle weight) iken kasis
geçişlerinde portal aksın karkasa çarptığı tesbit edilmiştir.
Hava körüğü stroğundan kaynaklı problemin giderilmesi
için aracın standart ölçülerdeki kasisten geçişi sırasında
aksın yaptığı deplasman ölçülmüştür. İkinci aşamada ise
portal aks, Adams/Car programı ile modellenerek araç
ağırlığı, iz genişliği, tekerlek özellikleri ve aks açıklığı
değerleri modele girilmiş ve aks bağlantı noktaları
birebir aktarılarak aks modeli oluşturulmuştur. Kasis
geçişi sırasında oluşan hava körüğü ve amortisöre ait
sıkışma (bump) ve açılma (rebound) değerleri
kullanılarak suspansiyon analizi yapılmıştır. Sonuç
olarak; hava körüğü ve amortisörün aynı sıkışma ve
açılma anındaki deplasman değerlerini verecek şekilde;
hava körüğü ve amortisörün karkasa bağlantı
koordinatlarında (x ve y) optimizasyon yapılmıştır. Hava
Körüğü ve amortisörün boylarında oynama yapmamak
için karkas bağlantı noktalarındaki “z” koordinatlarında
değişime gidilmemiştir.
2.
Şekil 2. Sağ Arka Aks Deplasman Datası
Şekil 3. Sol Arka Aks Deplasman Datası
3.DAMS/CAR MODELİ
3.1 Model Oluşturulması ve Doğrulanması
Her bir parçaya ait ağırlık ve atalet bilgileri tedarik
edilerek modele aktarılmıştır. Ayrıca hava körüğü ve
amortisörün sertlik ve sönümleme eğrileri ile v rod ve L
rod burç özellikleri modele aktarılmıştır. Şekil 4 te portal
aksın Adams/Car modeli gözükmektedir.
ARAÇ TESTİ
İvme ve deplasman ölçüm sensörleri tekerlek merkezine
yakın olacak şekilde konumlandırılmıştır. Test
enstrümantasyonunda kullanılan cihazların listesi aşağıda
paylaşılmaktadır.
•
•
•
•
İvme Ölçer
Deplasman Ölçüm Sensörü
Kamera
Veri toplama cihazı (GPS özellikli)
Şekil 4. Portal Aks-Adams/Car Modeli
Kasis geçişi sırasında arka aks üzerinden toplanan
2
Fiziksel test sırasında aracın kasisten geçirildiği gibi
Adams/Car modelinde de araç aynı ölçülerdeki kasis
üzerinden geçirilmiştir.
3.2 Adams/Car Analiz Sonuçları
Doğrulanmış Adams/Car modeli ile arka aks
incelenmiştir ve lastiğin etkisini ortadan kaldırmak için;
kasis geçişi simulasyonu sonrasında arka sağ/sol tekerlek
merkezlerinin maksimum ve minumum deplasman
değerleri alınarak Adams/Car’da süspansiyon analizi
yapılmıştır. Arka akstaki sağ ve sol tekerlek
merkezlerinde oluşan deplasman değerleri şekil 8 ve 9 de
paylaşılmaktadır.
Şekil 5. Adams/Car Modeli Kasis Geçişi
Arka akstaki sağ ve sol tekerlerde oluşan “z” yönündeki
ivmeler Adams/Car modeli ve test sonuçları için
karşılaştırmalı olarak şekil 6 ve 7 de paylaşılmaktadır.
Maksimum ve minumum ivme değerleri ile sistem
sönümleme zamanının yakın olduğu görülmektedir.
Şekil 8. Sol_Tekerlek_Merkezi_Deplasman
Şekil 9. Sağ_Tekerlek_Merkezi_Deplasman
Adams/Car da kasis geçişi sırasında tekerlek merkezinde
oluşan sıkışma anındaki deplasman değeri ve açılma
anındaki deplasman değeri kullanılarak şekil 10 de
gösterilen süspansiyon analizi yapılmıştır.
Şekil 6. Sol Arka Aks “z” İvme Datası (g)
Şekil 10. Adams/Car Suspansiyon Analizi
şekil 11 de gösterildiği gibi aksın sıkışma ve açılma
değerleri Adams/Car kasis geçişi sırasında ölçülen aks
merkzeindeki sonuçlar ile aynıdır.
Şekil 7. Sağ Arka Aks “z” İvme Datası (g)
3
f_34 : Sol Arka Damper (hpl_shock_to_frame)
f_44 : Sol Ön Damper (hpl_shock_to_frame_2)
f_35 : Sağ Arka Damper (hpr_shock_to_frame)
f_45 : Sağ Ön Damper (hpr_shock_to_frame_2)
Şekil 11. Tekerlek Merkezi sıkışma ve açılma değerleri
Test sırasında araç üzerinden ölçülen deplasman
sensörünün koordinatları aynı şekilde Adams/Car
modeline aktarılmış ve analiz sonrasında aynı
koordinattan deplasman datası alınmıştır. Adams/Car
analizinde ölçülen deplasman değerleri şekil 12 ve 13’te
gösterilmiştir.
Şekil 14. Amortisör “x” koordinat optimizasyonu
Amortisörün bağlantı noktasındaki “x” koordinatlarının
minumum ve maksimum değerleri ile sol arka deplasman
değerinin minumum ve maksimum değerleri Tablo-1 deki
gibidir.
Şekil 12. Sol Arka Aks Deplasman Datası (mm)
Sol arka aks ta analiz sonucunda oluşan deplasman değeri
36,92 mm dir.
Tablo 1. Damper Minumum ve Maksimum “x” Bağlantı
Koordinatları
Deplasmanı minumuma inderecek olan ve damperin “x”
bağlantı noktaları için yapılan optimizasyon, 256 adımda
gerçekleşirken
Tablo-2’de
deplasman
değerinin
minumumdan
maksimuma
sıralanmış
ilk
16
optimizasyon adımı paylaşılmaktadır.
Minumum deplasman değerini sağlayacak damper
bağlantı koordinatları:
Şekil 13. Sağ Arka Aks Deplasman Datası (mm)
Sol arka aks ta analiz sonucunda oluşan deplasman değeri
23.21 mm dir.
4.OPTİMİZASYON
Sol Arka Damper (f_34.x) : 6622.5 (mm)
Sol Ön Damper (f_44.x) : 5157.5 (mm)
Sağ Arka Damper (f_35.x) : 6595.8 (mm)
Sağ Ön Damper (f_45.x) : 5130.8 (mm)
Sorunun giderilmesi için bilinen en geçerli yöntem hava
körüğü sertliğini veya amortisör sönüm oranını
artırmaktır. Ancak bu yöntemler araç konforu üzerinde
olumsuz etkiye neden olmaktadır. Bilinen yöntemlerin
dışında portal akstaki hava körüğü ve amortisörün
karkasa
bağlantı
noktalarındaki
“x”
ve
“y”
koordinatlarındaki değişimin deplasmandaki etkisini
görmek için hava körüğü ve amortisör bağlantı noktaları
koordinatları ayrı ayrı “-40 mm” ile “+40 mm” arasında
değiştirtilerek optimizasyon yapılmıştır.
Böylece
minumum deplasman elde etmek için hava körüğü ve
amortisörün
bağlantı
koordinatları
saptanmıştır.
Optimizasyon için Adams/Insight programı kullanılmıştır
ve her bir analiz 256 adımda çözülmüştür.
Tablo 2. Damper “x” Bağlantı Noktası Optimizasyonu
4.1 Amortisör “x” Koordinat Değişimi
Şekil 15 de ise her bir damper x koordinatının deplasman
değerini azaltmadaki ağırlığı gösterilmektedir. Sağ ön ve
arka damperin etkisi sıfıra yakınken sol ön ve arka
damperin etkisi ise az da olsa bulunmaktadır.
Optimizasyon tablosunda verilen sütunların açıklaması
aşağıdaki gibidir.
4
damperin “y” koordinatındaki değişim deplasman
değerini artırırken deplasman değerini azaltan en etkin
yani ağırlık faktörü en fazla olan parametre sol arka
damperdir.
Şekil 15. Parametre Ağırlık Faktörü Gösterimi
4.2 Amortisör “y” Koordinat Değişimi
Şekil 17. Parametre Ağırlık Faktörü Gösterimi
4.3 Hava Körüğü “y” Koordinat Değişimi
Şekil 16. Amortisör “y” koordinat optimizasyonu
Optimizasyon tablosunda verilen sütunların açıklaması
aşağıdaki gibidir:
Amortisörün bağlantı noktasındaki “y” koordinatlarının
minumum ve maksimum değerleri ile sol arka deplasman
değerinin minumum ve maksimum değerleri Tablo-3’teki
gibidir.
f_32 :Sol Arka Hava Körüğü (hpl_upper_spring_mount)
f_24 :Sol Ön Hava Körüğü (hpl_upper_spring_mount_2)
f_33 :Sağ Arka Hava Körüğü (hpr_upper_spring_mount)
f_25 :Sağ Ön Hava Körüğü (hpr_upper_spring_mount_2)
Şekil 18. Hava Körüğü “y” koordinat optimizasyonu
Tablo 3. Damper Minumum ve Maksimum “y” Bağlantı
Koordinatları
Hava
Körüğünün
bağlantı
noktasındaki
“y”
koordinatlarının minumum ve maksimum değerleri ile sol
arka deplasman değerinin minumum ve maksimum
değerleri tablo 5’teki gibidir.
Tablo-4’te
deplasman
değerinin
minumumdan
maksimuma sıralanmış ilk 16 optimizasyon adımı
paylaşılmaktadır.
Minumum deplasman değerini sağlayacak damper
bağlantı koordinatları:
Sol Arka Damper (f_34.y) : -942 (mm)
Sol Ön Damper (f_44.y) : -1022(mm)
Sağ Arka Damper (f_35.y) : 1022 (mm)
Sağ Ön Damper (f_45.y) : 1022 (mm)
Tablo 5. Hava Körüğü Minumum ve Maksimum “y”
Bağlantı Koordinatları
Tablo 6’da deplasman değerinin minumumdan
maksimuma sıralanmış ilk 16 optimizasyon adımı
paylaşılmaktadır..
Minumum deplasman değerini sağlayacak hava körüğü
bağlantı koordinatları:
Sol Arka Hava Körüğü (f_32.y) : -733
Sol Ön Hava Körüğü (f_24.y) : -759.66
Sağ Arka Hava Körüğü (f_33.y) : 733
Sağ Ön Hava Körüğü (f_25.y) : 733
Tablo 4. Damper “y” Bağlantı Noktası Optimizasyonu
Şekil 17’de her bir damper y koordinatının deplasman
değerini azaltmadaki ağırlığı gösterilmektedir. Sol ön
5
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
Sol Ön Hava Körüğü (f_24.x) : 5091.67(mm)
Sağ Arka Hava Körüğü (f_33.x) : 6581.67 (mm)
Sağ Ön Hava Körüğü (f_25.x) : 5091.67 (mm)
Tablo 6. Hava Körüğü “y” Bağlantı Noktası
Optimizasyonu
Şekil 19’da her bir hava körüğü y koordinatının
deplasman değerini azaltmadaki ağırlığı gösterilmektedir.
Sol ön hava körüğünün “y” koordinatındaki değişim
deplasman değerini artırırken deplasman değerini azaltan
en etkin yani ağırlık faktörü en fazla olan parametre sol
arka hava körüğüdür.
Tablo 8. Hava Körüğü “x” Bağlantı Noktası
Optimizasyonu
Şekil 21’de her bir hava körüğü x koordinatının
deplasman değerini azaltmadaki ağırlığı gösterilmektedir.
Sağ ön ve arka hava körüğünün “x” koordinatındaki
değişiminin etkisi sol ön ve arka hava körüğünün “x”
koordinatındaki değişiminin etkisinden daha azdır.
Şekil 19. Parametre Ağırlık Faktörü Gösterimi
4.4 Hava Körüğü “x” Koordinat Değişimi
Şekil 21. Parametre Ağırlık Faktörü Gösterimi
5. SONUÇ
Hava körüğü ve amortisörün karkasa bağlantı
noktalarındaki “x” ve “y” koordinatlarındaki değişimler
ile optimizasyon yapılmıştır ve koordinat değişimlerinin
sonucu olarak oluşan deplasman değerleri ile ölçülen
deplasmandaki yüzdelik azalma oranları ve her bir
parametrenin ağırlık faktörleri çalışmada gösterilmiştir.
Tablo 9’da optimizasyon sonucu özet tablo olarak ve sol
arka tekerlek bölgesindeki deplasman değerinin azalma
yüzdesini gösterecek şekilde paylaşılmıştır.
Şekil 20. Hava Körüğü “x” koordinat optimizasyonu
Hava
Körüğünün
bağlantı
noktasındaki
“x”
koordinatlarının minumum ve maksimum değerleri ile sol
arka deplasman değerinin minumum ve maksimum
değerleri Tablo-7’deki gibidir.
Tablo 9. Optimizasyon Sonucu
Tablo 7. Hava Körüğü Minumum ve Maksimum “x”
Bağlantı Koordinatları
Tablo-9’da gösterildiği gibi kasis geçişi sırasında oluşan
deplasmanı azaltmak isteniyor ise, hava körüğünün
karkas bağlantı noktalarındaki “y” koordinatını
değiştirmek en etkin uygulama olacaktır. Amortisör
karkas bağlantı noktalarının “x” ve “y” koordinatlarını
değiştirmenin
ise
deplasman
değerini
fazla
azaltmayacağını diğer bir deyişle etkisiz kalacağını
belirtebiliriz.
Tablo-8’de
deplasman
değerinin
minumumdan
maksimuma sıralanmış ilk 16 optimizasyon adımı tablosu
paylaşılmaktadır.
Minumum deplasman değerini sağlayacak hava körüğü
bağlantı koordinatlar:
Sol Arka Hava Körüğü (f_32.x) : 6635 (mm)
6
KAYNAKLAR
1. Ooi Jong Boon, “Analysis and Optimization of
Portal Axle Unit Using Finite Element Modelling and
Simulation". 2013
2. Xiaobin Ning, Cuiling Zhao, Jisheng Shen "Dynamic
Analysis of Car Suspension Using ADAMS/Car for
Development of a Software Interface for
Optimization"
3. Plackett, R.L., Burman, J.P.”The Design of Optimum
Multifactorial Experiments.” In: Biometrika 33 (1946)
4. Sohoni, V.N., Haug, E.J.”A State Space Technique
for Optimal Design of Mechanisms”. In: ASME Journal
of Mechanical Design 104 (1982)
5. ADAMS/Insight Training Guide, Release 2003
6. www.zf.com
7
8
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
1
File Size
556 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content