Bu araştırma, tekerlek içi motorlarla tahrik edilen elektrikli araçlarda rejeneratif frenleme ile hidrolik frenlemeyi ve ABS işlevini aynı sistem içinde koordine etmek amacıyla yeni bir elektro-hidrolik bileşik frenleme stratejisi geliştirmektedir. Araştırmacılar, geleneksel hidrolik kontrol birimindeki aktif basınç azaltma işlevini kaldırarak iki basınç artırma valfi, iki basınç sensörü ve iki yüksek basınç akümülatöründen oluşan yeni bir hidrolik kontrol birimi tasarlamıştır. Normal frenlemede motor ve hidrolik tork, frenleme şiddeti ile araç hızına göre dağıtılmakta; tekerlek kilitlenme eğilimi oluştuğunda ise hidrolik fren torku sabit tutulup yalnız motor torku hızlı biçimde değiştirilerek kayma oranının hedeflenen %13–17 bölgesinde tutulması amaçlanmaktadır.

Simulink–AMESim–CarSim ortak simülasyonunda düşük frenleme şiddeti z=0,2 için enerji geri kazanım oranı 40 km/h'de %57,9, 80 km/h'de %76,2 ve 100 km/h'de %79,1 olarak hesaplanmıştır. Orta frenleme şiddeti z=0,5 için aynı değerler %26,3, %37,1 ve %39,3; yüksek frenleme şiddeti z=0,7 için ise %20,3, %33,5 ve %36,4'tür. Islak asfalt üzerindeki ABS karşılaştırmasında yalnız motor torkuyla yapılan kontrol 41,5 kJ enerji geri kazanırken geleneksel motor-hidrolik koordineli ABS 18,2 kJ geri kazanmıştır. Buna karşılık koordineli sistem ABS aktivasyonu, yerleşme süresi ve aşım açısından az miktarda daha iyi sonuç vermiştir. Dolayısıyla önerilen sistemin temel avantajı bütün performans göstergelerinde mutlak üstünlük değil, hidrolik torku sürekli azaltıp artırmadan tekerlek kaymasını motor torkuyla düzenleyerek enerji geri kazanımı ile fren kararlılığı arasında farklı bir denge kurmasıdır.

Gerçek araç deneyi 30 km/h başlangıç hızında kuru asfalt üzerinde ağırlıklı olarak saf motor rejeneratif frenleme modunu doğrulamıştır. Araç hızı 10 km/h'nin altına düştüğünde motorun ürettiği geri besleme akımının yaklaşık sıfıra yaklaşması, araştırmacıların bu hızın altında motor frenini kademeli olarak çekip hidrolik frene geçme mantığını desteklemiştir. Ancak düşük tutunmalı yüzeylerde saf motor ABS kontrolü, tam elektro-hidrolik bileşik frenleme ve karmaşık yol geçişleri gerçek araç üzerinde kapsamlı olarak sınanmamıştır.

Türkiye açısından çalışma; dağıtık tahrikli elektrikli araçlar, tekerlek içi motorlu prototipler ve enerji geri kazanımlı fren sistemlerinde fren güvenliği ile rejeneratif enerji kullanımını birlikte ele alan bir kontrol mimarisi sunmaktadır. Ancak araştırmadaki araç kütlesi, motor kapasitesi, hidrolik sistem, batarya, lastik-yol ilişkisi ve kontrol parametreleri belirli bir araştırma platformuna aittir. Türkiye'deki gerçek araç uygulamalarında ECE/araç homologasyonu gereklilikleri, yerel yol yüzeyleri, lastik özellikleri, motor tork sınırları, hidrolik donanım ve fonksiyonel güvenlik gereksinimleri ayrıca doğrulanmalıdır; bu çalışmadan doğrudan seri üretim fren güvenliği veya belirli bir menzil artışı sonucu çıkarılamaz.

Araştırmanın çözmeye çalıştığı temel problem nedir?

Elektrikli araç frenlemesinde aynı yavaşlama talebi iki farklı fiziksel mekanizmayla oluşturulabilir. Tekerlek içi motor jeneratör olarak çalıştırıldığında aracın kinetik enerjisinin bir bölümü elektrik enerjisine dönüştürülerek bataryaya geri gönderilebilir. Hidrolik sürtünme freni ise kinetik enerjiyi büyük ölçüde ısıya dönüştürür. Enerji açısından mümkün olduğunca fazla motor freninden yararlanmak avantajlıdır; fakat yüksek frenleme talebinde veya düşük yol tutuşunda yalnız rejeneratif tork aracın bütün frenleme ve kararlılık gereksinimlerini karşılayamayabilir.

İkinci sorun ABS ile ortaya çıkmaktadır. Geleneksel elektro-hidrolik bileşik sistemlerde tekerlek kilitlenme eğilimi başladığında hem motor torku hem hidrolik fren basıncı değiştirilir. İki aktüatörün tepki hızları aynı olmadığı için bu eşzamanlı kontrol tork salınımlarına, çok sayıda valf hareketine ve rejeneratif enerji miktarının azalmasına yol açabilir.

Araştırmacılar bu problemi farklı bir mimariyle çözmeye çalışmaktadır: hidrolik sistem temel fren torkunu sağladıktan sonra ABS sırasında hidrolik tork mümkün olduğunca sabit tutulmakta ve tekerleğin toplam torku yalnız hızlı cevap verebilen tekerlek içi motor üzerinden değiştirilmekte veya gerektiğinde motor torku ters yönde sürüş torkuna çevrilmektedir.

Yeni elektro-hidrolik fren sistemi hangi bileşenlerden oluşmaktadır?

Şekil 1'de sistemin genel yapısı gösterilmektedir. Temel bileşenler:

• elektro-hidrolik bileşik fren sistemi denetleyicisi,
• hidrolik kontrol birimi (HCU),
• motor kontrolcüsü,
• güç bataryası,
• disk frenler,
• tekerlek içi motorlar,
• ana fren silindiri,
• fren pedalı ve pedal konum sensörü,
• tekerlek hızı, araç hızı ve hidrolik basınç sensörleridir.

Fren pedalı konum bilgisi merkezi denetleyiciye gönderilir. Denetleyici önce ön ve arka aks toplam fren torkunu, ardından motor ve hidrolik tork paylarını belirler. Motor kontrolcüsüne komut CAN üzerinden gönderilir. Hidrolik fren torku ise HCU'daki basınç sensörleri ve solenoid valflerle geri beslemeli olarak kontrol edilir. Tekerlek hızları ve araç hızı kullanılarak kayma oranı hesaplanır; kayma sınırı aşılırsa ABS işlevi motor torkunun değiştirilmesiyle yürütülür.

Yeni HCU geleneksel hidrolik kontrol biriminden nasıl ayrılıyor?

Şekil 2 geleneksel HCU'nun çok sayıda giriş valfi, çıkış valfi, pompa ve akümülatörden oluşan yapısını; Şekil 3 ise araştırmada önerilen daha sade sistemi göstermektedir.

Yeni HCU'da temel elemanlar:

Saf motor rejeneratif frenlemede basınç artırma valfi kapalı tutulur. Ana silindirden gelen fren sıvısı yüksek basınç akümülatörüne yönelir ve tekerlek silindirindeki hidrolik fren torkunun sıfıra yakın tutulması hedeflenir.

Elektro-hidrolik bileşik frenleme modunda valf açılır; fren sıvısı tekerlek silindirine ulaşır ve temel hidrolik fren torku oluşturulur. İstenen toplam fren torkunun kalan kısmını tekerlek içi motor sağlar.

Motor torkunun yetersiz kalması veya motorun arızalanması hâlinde akümülatördeki yüksek basınçlı sıvı tekerlek silindirine aktarılabilir. Kaynak bu işlevi fren sisteminde işlevsel yedeklilik sağlayan bir unsur olarak değerlendirmektedir.

ABS sırasında hidrolik tork neden sabit tutuluyor?

Önerilen HCU'nun en ayırt edici özelliği, ABS sırasında hidrolik fren torkunu klasik ABS'deki gibi sürekli düşürüp tekrar yükseltmemesidir. Tekerlek kilitlenmeye başladığında basınç artırma valfi kapatılır ve mevcut hidrolik tork korunur.

Toplam tekerlek fren torkunun azaltılması gerekiyorsa motorun negatif rejeneratif torku azaltılır; daha büyük bir düzeltme gerektiğinde motor torku geçici olarak ters yönde, yani sürüş torku yönünde uygulanabilir. Böylece sabit hidrolik tork ile hızlı değişebilen motor torkunun toplamı istenen tekerlek torkunu oluşturur.

Bu yaklaşımın amacı motorun hızlı tork cevabından yararlanırken hidrolik sistemin görece yavaş valf-basınç dinamiğini ABS çevriminden büyük ölçüde ayırmaktır.

Hidrolik sistem nasıl modellenmiştir?

Yeni HCU, AMESim'in hidrolik, mekanik ve sinyal kütüphaneleri kullanılarak modellenmiştir. Sistem tandem ana fren silindirine dayanmaktadır.

Arka silindir pistonu için boşluk mevcutken hareket denklemi:

\[ m_1\frac{d^2x_1}{dt^2} = -F_b+F_{y1}+F_{s1}+F_{d1} \]

ön silindir pistonu için:

\[ m_2\frac{d^2x_2}{dt^2} = F_{s3}+F_{y2}-F_{s1}-F_{d1} \]

olarak verilmiştir. Pistonlar arasındaki yay ve sönüm kuvvetleri:

\[ F_{s1}=(x_1-x_2+G_1)k_1 \]

\[ F_{d1}= \left( \frac{dx_1}{dt}-\frac{dx_2}{dt} \right)f_1 \]

ile hesaplanmaktadır.

Ön ve arka hazneden çıkan fren sıvısı debileri ise:

\[ q_1=A_1\frac{dx_1}{dt} \]

\[ q_2=A_2\frac{dx_2}{dt} \]

şeklindedir.

Solenoid valfin fiziksel modeli nasıl kurulmuştur?

İki konumlu iki yollu solenoid valf için valf sürgüsünün hareketi elektromanyetik kuvvet, yay kuvveti ve hidrolik kuvvet üzerinden modellenmiştir:

\[ m\frac{d^2x}{dt^2} = F_{magn}+F_{spring}+F_{hyd}+F_k \]

Kaynak, sürtünme ve diğer küçük kuvvetleri önceki üç kuvvete göre küçük kabul ederek sonraki analizde ihmal etmektedir.

Elektromanyetik kuvvet:

\[ F_{magn} = \frac{\phi^2} {2\mu_0A_{armature}} \]

manyetik akı ise:

\[ \phi= \frac{I N}{R_{total}} \]

ile ifade edilmiştir.

Valfin iki tarafındaki basınç farkından doğan hidrolik basınç kuvveti:

\[ F_{yeyali}=\Delta P A \]

ve geçici akış kuvveti:

\[ F_{transient} = \rho L\frac{dQ}{dt} \]

olarak modellenmiştir.

Valf açıklığından geçen sıvı debisi:

\[ Q=C_dA(x) \sqrt{ \frac{2\Delta P}{\rho} } \]

bağıntısıyla hesaplanmaktadır. Şekil 5'te valf açıklığı küçükken debinin açıklıkla arttığı, kritik \(x_{lim}\) değerinden sonra ise orifis kesitinin sınırlayıcı hâle gelmesi nedeniyle debinin plato yaptığı gösterilmektedir.

HCU basıncı ne kadar hassas kontrol edilebildi?

AMESim sonuçları ve daha sonra yapılan fiziksel hidrolik test, valf PWM görev çevriminin basınç artış hızını değiştirdiğini göstermektedir. Araştırmacılar farklı görev çevrimlerini karşılaştırdıktan sonra %84 görev çevriminde hedef basınç izleme davranışını uygun bulmuştur.

Şekil 27'de 0, %20, %40, %60, %80, %84 ve %88 görev çevrimleri karşılaştırılmaktadır. Şekil 28'de %84 görev çevriminde gerçek tekerlek silindiri basıncının basamaklı hedef basınç değişimlerini izlediği gösterilmektedir.

İdeal fren kuvveti dağılımı neden kullanılıyor?

Fren sırasında ağırlık ön aksa transfer olduğundan ön ve arka tekerleklerin aynı anda yol tutuş sınırına ulaşabilmesi için fren kuvvetlerinin uygun oranlarda dağıtılması gerekir. Araştırmacılar bu ilişkiyi ideal fren kuvveti dağılım eğrisi, yani I eğrisi üzerinden kullanmaktadır.

Ön ve arka fren kuvvetlerinin eşzamanlı kilitlenme koşulu için kaynakta verilen temel ilişki:

\[ F_{\mu2} = \frac{1}{2} \left[ \frac{G}{h_g} \sqrt{ d^2+\frac{4h_gL}{G}F_{\mu1} } - \left( \frac{Gd}{h_g}+2F_{\mu1} \right) \right] \]

şeklindedir.

Fren kuvveti dağılım katsayısı:

\[ \beta= \frac{F_{\mu1}}{F_\mu} \]

olarak tanımlanmıştır.

Üç temel frenleme modu nasıl seçiliyor?

Kontrolcü hedef frenleme şiddeti \(z\), sınır \(z_0\) ve araç hızı \(v\) üzerinden üç temel çalışma modundan birini seçmektedir. Kaynakta \(z_0\)'ın sayısal değeri verilmemiştir.

Saf motor rejeneratif frenleme modu nasıl çalışıyor?

\(z<z_0\) ve \(v>10\) km/h olduğunda frenleme talebi tamamen tekerlek içi motorlarla karşılanmaktadır. Ön ve arka aks motor torkları I eğrisine göre:

\[ T_{m\_req\_fl} = -\frac{mzgr}{2L}(d+zh_g) \]

\[ T_{m\_req\_rl} = -\frac{mzgr}{2L}(c-zh_g) \]

olarak hesaplanmaktadır.

Bu modda HCU valfi kapalı olduğundan hidrolik tork sıfırdır ve temel hedef kinetik enerjinin mümkün olan en büyük kısmını bataryaya geri göndermektir.

Elektro-hidrolik bileşik frenlemede tork nasıl dağıtılıyor?

\(z\geq z_0\) ve \(v>10\) km/h olduğunda daha yüksek frenleme talebi nedeniyle motor ve hidrolik sistem birlikte kullanılır. Kaynaktaki stratejide motor ve hidrolik tork başlangıçta eşit paylaştırılmaktadır:

\[ T_{m\_req\_fl} = T_{h\_req\_fl} = -\frac{mzgr}{4L}(d+zh_g) \]

\[ T_{m\_req\_rl} = T_{h\_req\_rl} = -\frac{mzgr}{4L}(c-zh_g) \]

Bu düzenleme özellikle ABS devreye girdiğinde motor torkunun toplam fren torkunu aşağı veya yukarı yönde ayarlayabilmesi için kontrol alanı bırakmaktadır.

Tekerlek kayma oranı nasıl hesaplanıyor?

Kayma oranı:

\[ s= \frac{v-r_r\omega}{v} \times100\% \]

olarak tanımlanmıştır. Burada \(v\) araç hızı, \(r_r\) tekerlek yuvarlanma yarıçapı ve \(\omega\) tekerlek açısal hızıdır.

Çalışma, lastik-yol yapışma eğrisinin maksimumunun genel olarak %10–20 kayma bölgesinde bulunduğunu referans alarak hedef kayma aralığını %13–17 olarak seçmiştir.

PID denetleyici motor torkunu nasıl düzenliyor?

ABS sırasında gerçek kayma oranı ile hedef kayma oranı arasındaki hata PID denetleyiciye verilmektedir. PID'nin oluşturduğu düzeltme torku, aracın ölçülen yavaşlaması ve gerçek hidrolik tork kullanılarak hesaplanan temel motor torkuyla birleştirilmektedir.

Ön ve arka temel motor torkları kaynakta:

\[ T_{m\_basic\_front} = \frac{m\dot vr}{2L} \left( d-\frac{\dot v}{g}h_g \right) - T_{h\_real\_front} \]

\[ T_{m\_basic\_rear} = \frac{m\dot vr}{2L} \left( c+\frac{\dot v}{g}h_g \right) - T_{h\_real\_rear} \]

biçiminde tanımlanmaktadır.

Hidrolik tork değiştirilirken motor ABS kontrolü geçici olarak kapatılmakta; hidrolik ayar tamamlandığında tekrar etkinleştirilmektedir. Araştırmacılar bu mantığı iki aktüatörün birbirine karşı çalışmasını önlemek için kullanmaktadır.

Çalışmanın desteklediği temel sonuçlar

• Düşük frenleme şiddetinde saf rejeneratif motor frenlemesi yüksek enerji geri kazanım oranları sağlamıştır.
• Enerji geri kazanım oranı üç frenleme şiddetinde de başlangıç hızı yükseldikçe artmıştır.
• Frenleme şiddeti yükseldikçe hidrolik frenin payı arttığı için geri kazanım oranı düşmüştür.
• Düşük tutunmalı simülasyonlarda hidrolik tork sabit tutulurken yalnız motor torkunun değiştirilmesiyle kayma oranı hedef bölge yakınında kontrol edilebilmiştir.
• Saf motor torklu ABS, ıslak asfalt senaryosunda geleneksel koordineli ABS'ye göre daha fazla enerji geri kazanmıştır.
• Geleneksel koordineli ABS bazı geçici tepki ölçütlerinde saf motor kontrolünden az miktarda daha iyi kalmıştır.
• %84 HCU valf görev çevrimi fiziksel hidrolik testte hedef tekerlek silindiri basıncını uygun biçimde izlemiştir.
• 30 km/h kuru asfalt gerçek araç testinde 10 km/h altına inildiğinde motor jeneratör akımının yaklaşık sıfıra düşmesi, düşük hız geçiş mantığını desteklemiştir.

Çalışmanın göstermediği sonuçlar

• Saf motor torklu ABS'nin bütün gerçek yol yüzeylerinde güvenli olduğu fiziksel araç testleriyle gösterilmemiştir.
• Düşük tutunmalı kar, buz veya ıslak asfalt üzerinde gerçek araç ABS doğrulaması yapılmamıştır.
• Tam elektro-hidrolik bileşik frenleme gerçek araç üzerinde bütün simülasyon koşullarıyla doğrulanmamıştır.
• Çalışma ticari araç fonksiyonel güvenlik sertifikasyonu veya homologasyon sonucu sunmamaktadır.
• Enerji geri kazanımındaki artış gerçek sürüş çevrimi menzil artışına dönüştürülmemiştir.
• Daha yüksek güçlü tekerlek içi motorlarda aynı kontrol performansının korunacağı deneysel olarak gösterilmemiştir.
• Yeni HCU'nun uzun dönem aşınma, kirlenme, sıcaklık çevrimi ve seri üretim dayanıklılığı değerlendirilmemiştir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Ortak Simulink–AMESim–CarSim platformu

Kontrol stratejisinin sayısal doğrulaması üç farklı ortamın birlikte kullanılmasıyla gerçekleştirilmiştir:

Simulink ile AMESim ve CarSim arasındaki veri alışverişi S-function arabirimleri üzerinden gerçekleştirilmiştir. Böylece denetleyici komutları fiziksel alt sistem modellerine gönderilmiş, araç ve sistem sensörlerinden elde edilen sinyaller tekrar kontrol modeline aktarılmıştır.

Kaynakta verilen araç parametreleri

Kaynak içi not: Dingil mesafesi kaynak Tablo 1'de açıkça “2400 m” olarak yazılmıştır. Verianla bu değeri tahmin yoluyla “2400 mm” veya “2,4 m” olarak değiştirmemektedir; kaynak içindeki birim tutarsızlığı görünür bırakılmıştır.

Normal frenleme simülasyonları nasıl kuruldu?

Araştırmacılar üç frenleme şiddeti belirlemiştir:

• Düşük: z = 0,2
• Orta: z = 0,5
• Yüksek: z = 0,7

Her frenleme şiddeti 40, 80 ve 100 km/h başlangıç hızlarında değerlendirilmiştir. Enerji geri kazanım oranı:

\[ \eta= \frac{E_r}{E_0} \times100\% \]

ile hesaplanmıştır. \(E_r\) geri kazanılabilir/geri kazanılan enerji, \(E_0\) ise frenleme sırasında tüketilen toplam kinetik enerji olarak kullanılmaktadır.

Düşük şiddetli frenlemede ne oldu?

z=0,2 koşulunda araç 10 km/h'nin üzerinde olduğu sürece bütün fren torku tekerlek içi motorlardan sağlanmıştır. Hidrolik tork sıfır tutulmuş ve araç hızı 10 km/h'nin altına indiğinde hidrolik fren devreye girmiştir.

Kaynakta yavaşlama yaklaşık −0,2g seviyesinde tutulmuş ve motor–hidrolik geçişinin belirgin bir yavaşlama kesintisi oluşturmadığı gösterilmiştir.

Orta şiddetli frenleme sonuçları

z=0,5 koşulunda motor ve hidrolik tork birlikte uygulanmış, hedef yavaşlama yaklaşık −0,5g olmuştur.

Hidrolik fren enerjiyi geri kazanamadığı için aynı başlangıç hızlarında z=0,2 koşuluna kıyasla batarya SOC artışı ve enerji geri kazanım oranı daha düşüktür.

Yüksek şiddetli frenleme sonuçları

z=0,7 koşulunda hedef yavaşlama yaklaşık −0,7g olarak tutulmuş ve elektro-hidrolik bileşik fren sistemi kullanılmıştır.

En yüksek frenleme şiddetinde motor hâlâ enerji geri kazanımına katılmakla birlikte hidrolik fren payının büyümesi nedeniyle enerji geri kazanım oranı orta ve düşük şiddetli koşullardan düşük kalmıştır.

Tekrarlı simülasyonların istatistikleri

Kaynak üç tekrarlı simülasyondan standart sapmalar ve geri kazanılan enerji için %95 güven aralıkları raporlamaktadır. Düşük şiddette 100 km/h koşulu için ortalama geri kazanım %79,1, standart sapma %0,9 ve geri kazanılan enerji için %95 güven aralığı 404,5–407,3 kJ'dir.

Ancak kaynak metni “ortalama mutlak kayma hatası %1,5'in altında” ifadesini kullanırken Tablo 5'te z=0,7 için 40 km/h'de %1,6 ve 100 km/h'de %1,7 değerleri bulunmaktadır. Bu nedenle daha doğru kaynak-sadık sonuç, tablodaki dokuz koşulda ortalama mutlak kayma hatasının %1,0 ile %1,7 arasında olduğudur; kaynak metnindeki “%1,5'in altında” cümlesi tabloyla tam olarak uyuşmamaktadır.

Sıkıştırılmış kar simülasyonunda ABS ne yaptı?

Düşük tutunmalı yol için yapışma katsayısı \(\mu=0,2\), başlangıç hızı 70 km/h ve hedef frenleme şiddeti z=0,5 olarak seçilmiştir.

Şekil 21'de tekerlek kilitlenmeye başladığında hidrolik torkun yaklaşık sabit kaldığı ve motor torkunun yüksek frekanslı biçimde değiştirilerek sol ön tekerlek kayma oranının yaklaşık %13 civarında tutulduğu gösterilmektedir.

Kaynak bu koşulda ilk aşamada motorun yaklaşık −350 N·m rejeneratif tork ürettiğini belirtmektedir. Hidrolik tork eşik seviyesine ulaşınca valf kapatılmakta ve ABS düzeltmesinin tamamı motor üzerinden yürütülmektedir.

Kaynak içi önemli tutarsızlık: Şekil 21 öncesindeki kısa açıklama yavaşlamayı yaklaşık “−2g” olarak yazmaktadır. Aynı sayfadaki ayrıntılı paragraf ise \(\mu=0,2\) için yaklaşık −2 m/s² vermektedir. Verianla bu iki ifadeden birini sessizce diğerinin yerine kullanmamaktadır.

Değişken düşük tutunmada kayma kontrolü

Yol yapışma katsayısı 0,2 ile 0,3 arasında sürekli değiştirilerek yapılan simülasyonda kayma oranı yalnız motor torku kontrolüyle yaklaşık %14 civarında tutulmuştur. Araştırmacılar bunu stratejinin küçük yapışma katsayısı değişimlerine karşı dayanıklılığının göstergesi olarak yorumlamaktadır.

Islak asfaltta ABS sonucu

Islak asfalt koşulunda yapışma katsayısı \(\mu=0,5\), başlangıç hızı 70 km/h ve hedef frenleme şiddeti z=0,8'dir. Şekil 23'ün açıklamasında kayma oranının yaklaşık %17 seviyesinde yalnız motor torkuyla kontrol edildiği ve hidrolik torkun sabit kaldığı belirtilmektedir.

Değişken ıslak asfalt yapışmasında da kaynak yaklaşık %17 kayma oranının korunabildiğini bildirmektedir.

Geleneksel ABS ile saf motor ABS nasıl karşılaştırıldı?

Çalışma, hem motor hem hidrolik torku sürekli değiştiren geleneksel koordineli ABS yaklaşımını yalnız motor torkunu değiştiren önerilen stratejiyle karşılaştırmıştır.

Islak asfalt karşılaştırmasında saf motor ABS'nin geri kazandığı 41,5 kJ, koordineli yöntemin 18,2 kJ değerinin iki katından fazladır. Buna karşılık koordineli kontrol 0,22 s ile biraz daha erken ABS aktivasyonu, 0,65 s ile daha kısa yerleşme ve %6,5 ile daha düşük aşım göstermiştir.

Bu nedenle kaynak sonuçları saf motor kontrolünü “her açıdan daha iyi” göstermemektedir. Asıl ödünleşim, küçük bir geçici tepki performansı kaybına karşı daha yüksek rejeneratif enerji ve daha az hidrolik valf hareketidir.

Kaynak içi ikinci kayma oranı tutarsızlığı: Çalışma hedef kayma bölgesini %13–17 olarak tanımlamakta ve Şekil 23 metninde ıslak asfaltta yaklaşık %17 bildirmektedir; buna karşın Tablo 6 saf motor–ıslak asfalt sütununda ortalama kayma oranı %19,5'tir. Bu iki sonuç ayrı kaynak değerleri olarak korunmalıdır.

Hidrolik sistemin fiziksel testi

HCU'nun tekerlek silindiri basıncını hedef basınca taşıyabilmesi ayrıca fiziksel düzenekte sınanmıştır. Valf kontrol sinyalinin görev çevrimi değiştirilmiş ve farklı basınç tepkileri ölçülmüştür.

Kaynak, %84 görev çevriminde hedef izleme davranışının uygun olduğunu belirtmektedir. Şekil 28'de yaklaşık 20, 30 ve 40 barlık basamaklı hedeflerin gerçek HCU basıncı tarafından izlenme davranışı gösterilmektedir.

Gerçek araç testi neyi doğruladı?

Gerçek araç testi kuru asfalt üzerinde 30 km/h başlangıç hızında gerçekleştirilmiştir. Bu deneyde temel olarak saf motor rejeneratif frenleme modu değerlendirilmiştir.

Motor sürüş modundayken kaynak işaret tanımına göre akım negatiftir; jeneratör/rejeneratif modda akım pozitiftir. Araç 30 km/h'ye çıktıktan sonra rejeneratif frenleme uygulanmış ve motor jeneratör durumuna geçmiştir.

Şekil 32 ve 33'te araç hızı 10 km/h'nin altına düştüğünde motorun ürettiği pozitif geri besleme akımının yaklaşık sıfıra indiği gösterilmektedir. Araştırmacılar bu sonucu v ≤ 10 km/h olduğunda motor frenini kademeli geri çekip hidrolik frene geçme stratejisinin deneysel gerekçesi olarak kullanmaktadır.

Bu deney, gerçek araçta düşük tutunmalı ABS kontrolünün fiziksel doğrulaması değildir. Kaynağın sonuç bölümü de gerçek araç doğrulamasının rejeneratif frenleme moduyla sınırlı kaldığını ve kompleks yüzeylerde bileşik frenleme ile ABS testlerinin gelecekte yapılması gerektiğini açıkça belirtmektedir.

Gerçek araç sinyallerine uygulanan filtre

Araç hızı dört tekerlek hızı sinyalinden hesaplandığı ve motor akımında dalgalanmalar bulunduğu için araştırmada birinci dereceden filtre kullanılmıştır:

\[ Y_n= \alpha X_n+ (1-\alpha)Y_{n-1} \]

Kaynak α=0,05, 0,1 ve 0,2 değerlerini karşılaştırdığını ve sonraki analizlerde α=0,1 kullandığını belirtmektedir.

Kaynak içi matematiksel anlatım notu: Denklemde α büyüdükçe mevcut ölçüm \(X_n\)'nin ağırlığı doğrudan büyümektedir. Buna karşın kaynak metni daha büyük α'nın daha fazla yumuşatma ve daha fazla gecikme oluşturduğunu, α=0,2'nin aşırı gecikmeye yol açtığını yazmaktadır. Denklem ile sözel yorum aynı yönde görünmediği için Verianla bu kısmı sessizce yeniden yorumlamamaktadır; yalnız kaynakta seçilen α=0,1 değeri aktarılmaktadır.

Çalışmanın mühendislik açısından ana mesajı nedir?

Çalışmanın esas katkısı yalnız rejeneratif fren torkunu artırmak değildir. Önerilen mimari, hidrolik fren sistemini hızlı ABS modülasyonundan büyük ölçüde ayırmakta ve tekerlek kayması düzeltmesini tekerlek içi motorun hızlı tork cevabına bırakmaktadır. Böylece hidrolik fren temel torku sağlarken elektrik motoru hem rejenerasyon hem de ince toplam tork ayarı için kullanılmaktadır.

Bu fikir simülasyonda enerji geri kazanımı açısından güçlü sonuç vermiştir; özellikle ıslak asfalt ABS karşılaştırmasında 41,5 kJ'a karşı 18,2 kJ farkı dikkat çekicidir. Bununla birlikte araştırmacılar fiziksel gerçek araç doğrulamasının henüz bütün ABS ve bileşik fren koşullarını kapsamadığını açıkça kabul etmektedir. Dolayısıyla yöntemin nihai değeri, daha yüksek güçlü tekerlek içi motorlar, HIL testleri, fren tezgâhı ve düşük tutunmalı gerçek yol deneyleri tamamlandığında daha güvenilir biçimde değerlendirilebilecektir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Braking Force Coordination Control for In-Wheel Motor Drive Electric Vehicles with Electro-Hydraulic Composite Braking System

Yazarlar ve sıraları: Huichen Li; Liqiang Jin; Jianhua Li; Feng Xiao; Zhongshu Wang; Guangming Zhang.

Eş katkı/eş birinci yazar: Kaynakta belirtilmemiştir.

Sorumlu yazar: Feng Xiao.

Kurumlar:
1. School of Vehicle Engineering, Jilin University, Changchun 130025, China.
2. SAIC Motor Corp. Technology Center, Shanghai 201804, China.

Kaynak türü: Hakemli araştırma makalesi. Yöntem; matematiksel modelleme, Simulink–AMESim–CarSim ortak simülasyonu, fiziksel HCU testi ve sınırlı gerçek araç deneyini birleştirmektedir.

Dergi: Vehicles.

Yayınevi: MDPI.

Cilt / sayı / makale numarası: 7 / 4 / 119.

DOI: 10.3390/vehicles7040119

Gönderim tarihi: 16 Ağustos 2025.

Revizyon tarihi: 28 Eylül 2025.

Kabul tarihi: 13 Ekim 2025.

Yayın tarihi: 17 Ekim 2025.

Resmî yayın bağlantısı: https://www.mdpi.com/2624-8921/7/4/119

DOI bağlantısı: https://doi.org/10.3390/vehicles7040119

Lisans: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).

Finansman: Guangxi Science and Technology Major Program, Grant No. Guike AA23062067.

Veri erişilebilirliği: Verilerin makul talep üzerine sorumlu yazardan edinilebileceği; devam eden araştırma nedeniyle kamuya açık olmadığı belirtilmiştir.

Çıkar çatışması: Guangming Zhang'ın SAIC Motor Corp. Technology Center çalışanı olduğu belirtilmiştir. Diğer yazarlar ticari veya finansal çıkar çatışması oluşturabilecek bir ilişki olmadığını beyan etmiştir.

Yazar katkıları: Kavramsallaştırma Huichen Li ve Liqiang Jin; yöntem Huichen Li ve Jianhua Li; yazılım Jianhua Li; doğrulama Huichen Li, Jianhua Li ve Feng Xiao; biçimsel analiz Huichen Li; araştırma Feng Xiao; kaynaklar Feng Xiao ve Zhongshu Wang; veri düzenleme Feng Xiao ve Guangming Zhang; ilk taslak Huichen Li; gözden geçirme ve düzenleme Liqiang Jin ile Zhongshu Wang; görselleştirme Guangming Zhang; danışmanlık Liqiang Jin; proje yönetimi ve finansman temini Feng Xiao tarafından gerçekleştirilmiştir.

Gerçek araç doğrulamasının sınırı: Fiziksel araç deneyi ağırlıklı olarak 30 km/h başlangıç hızındaki kuru asfalt saf rejeneratif frenleme koşuluyla sınırlıdır. Düşük yapışmalı yüzeylerde saf motor ABS, bütün bileşik frenleme modları ve değişken yüzey geçişleri gerçek araç üzerinde tam olarak doğrulanmamıştır.

Kaynak içi dingil mesafesi notu: Tablo 1, wheel base değerini 2400 ve birimini “m” olarak vermektedir. Kaynak bu ifadeyi başka yerde açıkça düzeltmemektedir; Verianla tahmin yoluyla birim değiştirmemiştir.

Kaynak içi yavaşlama notu: Şekil 21 çevresindeki bir cümle düşük yapışmalı koşul için yaklaşık −2g yavaşlama belirtirken hemen sonraki ayrıntılı açıklama yaklaşık −2 m/s² vermektedir. Her iki ifade aynı kaynakta bulunduğundan tutarsızlık açıkça belirtilmiştir.

Kaynak içi kayma hatası notu: Tablo 5 öncesindeki metin ortalama mutlak kayma hatasının %1,5'in altında kaldığını belirtmektedir; ancak aynı tabloda z=0,7 için %1,6 ve %1,7 sonuçları vardır.

Kaynak içi ABS kayma oranı notu: Hedef kayma aralığı %13–17 ve Şekil 23 açıklamasındaki ıslak asfalt değeri yaklaşık %17 iken Tablo 6, saf motor kontrolü altında ıslak asfalt için ortalama %19,5 kayma oranı vermektedir.

Kaynak içi filtre notu: Denklem 26'daki α ağırlıklandırması ile α'nın yumuşatma ve gecikme etkisini açıklayan sözel bölüm arasında görünür bir yön tutarsızlığı vardır. Kaynakta kullanılan α=0,1 değeri korunmuş, mekanizma Verianla tarafından sessizce düzeltilmemiştir.

Bilimsel içerik sınırı: Bu Verianla makalesindeki HCU yapısı, denklemler, frenleme modları, kontrol algoritması, enerji geri kazanım oranları, kayma oranları, ABS karşılaştırmaları, hidrolik testler ve gerçek araç sonuçları yalnız incelenen çalışmaya dayanmaktadır. Dış kaynak yalnız bibliyografik kimlik ve hakemli yayın durumunun doğrulanması amacıyla kullanılmıştır.

Verianla Live v0.2 notu: Fren kontrol süreci ve enerji geri kazanımı karşılaştırmaları görünür HTML tablolarında tutulmuştur. Makale HTML'sine Live SVG, JavaScript, inline event handler veya data-vlive-* alanı eklenmemiştir. Etkileşimli SVG katmanı site düzeyindeki ortak verianla-live.js v0.2 motoru tarafından çalışma zamanında oluşturulabilir; JavaScript çalışmasa bile bilimsel tablolar ve ana bulgular okunabilir kalır.