Бул изилдөө, стандарттуу велосипед же электр жардамдуу велосипедleri шаар ичиндеги жүк ташууnda daha жогорку ташуу сыйымдуулугуne sahip унааlara айланууtürmek amacıyla geliştirмененn модулдук bir жүк кошумчаsinin электр жардам жана башкаруу системанынi изилдейт. Temel fikir, тартылган жүк модулуnün sürücünün велосипедe колдонмоsı gereken ek күчi mümkün болгонуnca azaltacak сүрөтde kendi электр кыймылдаткычтарыyla кыймыл etmesi жана öndeki велосипедin ылдамдыкlanma, жайlama жана айлануу кыймылдарыne otomatik катары uyum sтармакlamasıdır.

Системаde iki adet 250 W BLDC хаб мотор, iki adet 576 Wh литий-ион батарея, туташтыруу механизмиna yerleştirмененn iki жүк уячасы, HX711 сигнал күчөтүү жана аналог-санарип өзгөртүү модулдарi, мотор sürücüleri жана STM32 NUCLEO-F030R8 микроконтроллер колдонулат. Kontrolün негизги hedefi, кошумча менен öndeki велосипед арасындаki туташуу күчтөрүni sıfıra mümkün болгонуnca жакын tutmaktır.

Bisiklet кошумчаyi созулууye başladığında байланыш noktasındaki оң күч мотор таянычыnin artırılması gerektiğini gösterir. Eklenti öndeki велосипедi түртүүye başladığında болсо мотор буйругу azaltılarak iki унаа арасындаki күч dтоскоолдукenmeye çсатып алууılır. Sтармак жана sol taraftaki жүк уячалары өзүнчө өзүнчө мааниlendirildiğinden iki мотор da көз карандысыз башкаруу edмененbilir. Böylece система гана düz ылдамдыкlanma жана жайlaачыткы değil, бурулуш sırasında iki tarafta oluşan ар түрдүү күчlere de tepki жанаrebмененcek biçimde tasarlanmıştır.

Kontrol yazılımında адаптивдүү пропорционалдык күчөтүү, интегралдык anti-windup mekanizması жана мотор буйругуnun циклler арасындаki değiшимini чекlайan bir rate limiter içeren PID түзүмsı колдонулган. Ön баалоо amacıyla механикалык кошумчаden көз карандысыз түзүмlan ачык цикл тестinde 0,39 s көтөрүлүү убактысы жана 3,49 s орношуу убактысы баяндалган. Ошентсе да bu маанилер чыныгы 200 kg жүк taşıyan унааla түзүмlmış жол сыноосуne ait эмес; yaакция катары oluşturulmuş туташуу күчү профильi астында башкаруу алгоритмsının ilk davranışını баалооktedir.

Изилдөөda чыныгы CZL635 жүк уячалары жана STM32 kullanılarak сенсор жанаrалдыгаnin alınması жана 115.200 baud UART байланышsı üzerinden aktarılması da текшерилген. Verмененr STM32CubeMonitor жана изилдөөчүлөрın geliştirdiği Python tabanlı издөө ортомчуyla сүрөтlenmiştir.

Түркия жагынан мааниси: Şehir içi акыркы миля жеткирүү, кампус логистикасы, sanайi alanları жана yoğun kent merkezleri açжылуулукndan велосипед tabanlı модулдук жүк tашууa системаleri Түркия үчүн de техникалык катары ilgi çekici болушу мүмкүн. Ошентсе да bu изилдөөdaki система Romanya жана Европа PEDELEC алкакsi dikkate alınarak geliştirilmiştir. Түркия'deki колдонмолорda автожол mevzuatı, унаа классификацияsı, чиркегич boyutları, azami жүк, тормоздоо, айdınlatma, байланыш коопсузği, мотор gücü жана ылдамдык чекları кошумча мааниlendirilmelidir. Изилдөө mevcut haliyle Түркия'de yasal жарамдуулук, чыныгы ишкана наркi же ticari бөлүштүрүү аткарымı kanıtı сунбайт.

Изилдөөнүн негизги көйгөйү эмне?

Kargo велосипедleri шаар ичиндеги teslimatlarda otomobil жана hafif ticari унааlara göre daha az alan kaplайan жана жергиликтүү чыгаруу түтүгү эмиссияu oluşturачыткыn bir ulашуу alternatifi sтармакlайabilir. Ошентсе да жүк miktarı arttıkça sürücünün колдонмоsı gereken pedal күчi, батарея ihtiyacı жана ортомчуn физикалык boyutları da artmaktadır.

Изилдөөчүлөр bu пробleme tamamen yeni bir жүк велосипедi üretmek yerine mevcut iki дөңгөлөктүү pedal унааlarına bтармакlanabмененcek модулдук bir электр жардамli жүк кошумчаsi мамилесиyla çözüm arıyor.

Булак изилдөөнүн sайfa 3'ündeki Şekil 1, кошумчаyi hem компакт hem de tamamen genişletilmiş biçimde көрсөтөт. Tasarımın жүк көлөмү ihtiyaca göre değiştirмененbiliyor. Böylece küçük teslimatlarda gereksiz hacmin azaltılması, daha büжүк жүкlerde болсо tашууa alanının genişletilmesi hedefleniyor.

Önerмененn системанын üç негизги өзгөчөliği

Изилдөөчүлөр дизайнın klasik жүк чиркегичlarından üç ana noktada өзүнчөlmasını hedeflemiştir:

• Bтармакımsız elektrik desteği: Eklenti, öndeki электрдик велосипедin моторuna же батареяsına bтармакımlı эмес.
• Esnek байланыш: Evrensel туташтыруу механизмиyla ар түрдүү pedal унааlarına uyarlanması максатlanmaktadır.
• Değişken сактоо hacmi: Kargo alanı taşınacak жүк miktarına göre айarlanabilmektedir.

Булакта кошумча konsepti үчүн 200 kg'a kadar жүк ташуу сыйымдуулугуnden söz edilmektedir. Бирок mevcut изилдөөnın elektrik башкаруу тажрыйбаleri tam жүктөлгөн 200 kg'lık физикалык bir чиркегич жол сыноосу эмес.

Elektrik desteğinin башкаруу hedefi эмне?

Системаin башкаруу mantığında түздөн-түз hedef ылдамдыкdan çok туташуу күчү kullanılıyor. Öndeki велосипед менен чиркегич арасында созулуу же түртүү күчinin oluşması, iki ортомчуn динамикалык катары tam синхрондук olmadığını көрсөтөт.

Изилдөөчүлөрın hedeflediği ideal durum:

\[ F_{hitch}\approx0 \]

катары кыскачаlenebilir.

Öndeki велосипед кошумчаyi çekiyorsa туташуу күчү оң kabul ediliyor жана электр моторуnun ылдамдыкı artırılıyor. Eklenti велосипедi түртүүye başlıyorsa туташуу күчү терс oluyor жана мотор буйругу azaltılıyor.

Bu yaklашуу sürücünün кошумчаnin жүкünü mümkün болгонуnca az hissetmesini жана кошумчаnin тормоздоо/жайlama sırasında öndeki велосипедi башкарууsüz biçimde түртүүsini önlemeyi максат кылат.

Neden iki жүк уячасы kullanılıyor?

Bтармакlantı mekanizmasının sтармак жана sol tarafında iki өзүнчө CZL635 жүк уячасы бар. Böylece гана toplam созулуу күчi değil, iki taraf арасындаki күч айырмаı da algılanabiliyor.

Bu касиет айлануу башкарууü үчүн маанилүүdir. Булак изилдөөнүн sайfa 9'daki Şekil 4'ü dört негизги кыймыл biçimini көрсөтөт:

Bu sайede iki моторun ошол эле буйрукu almak zorunda olmadığı diferansiyel bir электр жардам түзүмsı түзүлгөн.

Hangi электр кыймылдаткычтары kullanılıyor?

Eklentide iki adet Baжелдеткичg BFSWXK36V250W255R BLDC хаб мотор seçilmiştir.

BLDC моторлор жогорку кубат тыгыздыгы, ишенимдүүлүк жана görece төмөн салмак эмне үчүнiyle seçilmiştir. Изилдөө, жогорку мотор айлануу ылдамдыгыnde elektroмотор күчinin etkisiyle момент cevabının zайıflайabilmesini башкаруу дизайнında dikkate almaktadır.

Batarya системаi эмне үчүн кошумчаnin üzerinde?

Eklentinin ар түрдүү велосипедlerle çсатып алууabilmesi үчүн öndeki ортомчуn батареяsına bтармакımlı olmaması максатталган. Ошондуктан kendi энергия сактоо системанынe sahiptir.

Seçмененn литий-ион батареяların her biri булакta şu айрыкчаrle маалыматlmektedir:

Изилдөөnın кыскачаinde системаde iki 576 Wh литий-ион батарея bulunduğu белгиленет.

Yük уячаleri жана HX711 модулдарi

Күч geri билдирмеi үчүн iki adet CZL635 tek noktalı жүк уячасы колдонулган.

Yük уячаsinin төмөн seviyeli analog sinyali iki өзүнчө HX711 модульüyle жүкseltilmekte жана dijital маалыматye айланууtürülmektedir.

STM32 эмне үчүн башкаруу merkezinde?

STM32 NUCLEO-F030R8 üç негизги милдетi yerine кайтарымyor:

• iki жүк уячасыnden маалымат toplamak,
• UART üzerinden маалымат kайdı жана ката айıklama үчүн натыйжалары göndermek,
• PID алгоритмsını çсатып алууtırarak iki мотор үчүн башкаруу sinyalleri üretmek.

Bu түзүм, her моторun kendi taraftaki жүк уячасыnden alınan geri билдирмеe göre көз карандысыз башкаруу edilmesini mümkün kılmaktadır.

PID башкаргыч кантип çсатып алууıyor?

Kontrol hedefi булак kodda түздөн-түз:

\[ F_{\mathrm{setpoint}}=0 \]

катары аныкталган. Anlık ката:

\[ e=F_{\mathrm{setpoint}}-F_{\mathrm{measured}} \]

mantığıyla hesaplanır.

Gösterмененn yazılımda PID чыгууının негизги түзүмsı:

\[ u = K_p e + K_i I + K_d(e-e_{\mathrm{previous}}) \]

biçimindedir.

Бирок klasik туруктуу күчөтүүlı PID'den ар түрдүү катары пропорционалдык күчөтүү мотор изилдөө bölgesine göre değiştirilir.

Neden Kp мотор ылдамдыкına göre değişiyor?

Motor буйрукu %80'in астында болгонуnda daha жогорку \(K_p=0,8\) kullanılarak туташуу күчүndeki değiшимlere тез tepki маалыматlmesi максатlanıyor.

Motor буйрукu üst изилдөө bölgesine ulaştığında \(K_p=0,4\)'e düşürülüyor. Изилдөөчүлөр bunun, BLDC мотор elektroмотор күчi чекına yaklaştığında aşırı agresif башкаруу düzeltmelerinin жана термелүү коркунучinin azaltılmasına yardımcı болгонуnu ачыкlıyor.

Rate limiter ne işe yarıyor?

PID'nin hesapladığı мотор буйругуnun удаалаш iki башкаруу цикли арасында чекsız değişmesine izin маалыматlmiyor. Булак kodda bir циклdeki максимум değiшим 15 менен чекlandırılmıştır.

Bu mekanizma, күч катаsında ani bir өсүш meydana geldiğinde моторun физикалык катары чыныгыleştiremeyeceği kadar тез bir момент değiшимinin talep edilmesini önlemeyi максат кылат.

Anti-windup эмне үчүн gerekli?

Motor буйрукu 0 же 100 чекına ulaştığında integral teriminin башкарууsüz biçimde büyümesi, система кайра normal изилдөө bölgesine döndüğünde büжүк ашуу жана кечигүүlere yol açabilir.

Булак yazılım bu эмне үчүнle integral мааниini ±200 менен чекlandırmakta жана чыгууın doygun болгону bazı durumlarda integrali güncellememektedir.

Изилдөөda чыныгы тормоз моментu gösterilmiş mi?

Metin, туташуу күчү терс болгонуnda кошумчаnin öndeki велосипедi түртүүsini тоскоолдукlemek amacıyla жайlaması же “brake” etmesi gerektiğini билдирет.

Бирок gösterмененn PID fonksионunun мотор чыгууı:

\[ 0\leq u\leq100 \]

aralığıyla чекlandırılmıştır. Булак kodda терс мотор буйругу же өзүнчө bir rejeneratif/механикалык тормоз буйрукu gösterilmemektedir.

Ошондуктан mevcut изилдөө, кошумчаnin активдүү терс моментla тормоз yaptığına ilişkin көз карандысыз bir эксперименттик kanıt катары мааниlendirilmemelidir. Gösterмененn башкаруу mantığının ачык biçimde колдогон davranış, мотор жетек буйрукunun azaltılmasıdır.

Метод жана натыйжалар

Kontrol yazılımı кантип ön тестten geçirildi?

Mekanik кошумчаnin tamamından көз карандысыз катары PID башкаргычne temsili bir күч профильi колдонулган. Максат uyarlanabilir күчөтүү, rate limiter жана anti-windup mekanizmalarının algoritmik davranışını erken иштеп чыгуу баскычsında баалооktir.

Булакта тест girişinin болжол менен +60 N менен −50 N арасындаki туташуу күчтөрүni temsil ettiği белгиленет. Bu профиль; kalkış, тормоздоо жана байланыш системанынde oluşabмененcek термелүүları temsil edecek сүрөтde даярдалган.

Булак айрыкча bunun төмөн жүк деңгээлиni жана кошумчаnin компакт konfigürasyonunu temsil ettiğini билдирет.

PID ön тестinin аткарым натыйжалары

Изилдөөчүлөр bu параметрlerin акыркы айarlar olmadığını ачыкça билдирет. Kazançlar erken иштеп чыгуу баскычsında сандык туруктуулук жана коопсуз башкаруу davranışı sтармакlamak üzere seçilmiş; чыныгы жабык цикл система kurulduktan sonra кайра айarlanması planlanmıştır.

Sola айлануу башкарууü кантип çсатып алууıyor?

Булак изилдөөнүн sайfa 12'deki Şekil 5'i, солго бурулуш сценарийсууnu сенсор sinyalleri жана iki мотор буйругуyla бирге көрсөтөт.

Sola айланууte sol байланыш tarafında терс, sтармак tarafta оң күч oluştuğu varsайılır. Bunun anlamı кошумчаnin sol tarafta велосипедi түртүүsi, sтармак tarafta болсо велосипед tarafından çekilmesidir.

Kontrolcü bu durumda:

• сол моторun буйрукunu azaltır,
• оң моторun буйрукunu artırır.

Böylece кошумчаnin айлануу кыймылine механикалык катары karşı koyması yerine öndeki велосипедin айлануу багытыnü takip etmesi hedeflenmektedir.

Gerçek аппараттык жабдыкla кайсы bölüm тест edildi?

Изилдөөчүлөр жүк уячалары, HX711 модулдарi жана STM32 иштеп чыгуу kartından oluşan сенсор–контроллер прототипini физикалык катары kurmuştur.

Булак изилдөөнүн sайfa 14'teki Şekil 7'si bir жүк уячасыnin merkezine statik күч uygulanırken elde edмененn чыныгы маалымат aktarım тестini көрсөтөт. Sensör sinyali STM32CubeMonitor üzerinden kайdedilmiş жана ар түрдүү күч basamaklarının маалымат агымında izlenebildiği көрсөтүлгөн.

Bu тажрыйба, tam чиркегичun yol аткарымını değil, сенсоруn жана seri байланыш zincirinin çсатып алууtığını тастыктооktadır.

UART байланыш айarları

Python издөө ортомчу ne максатla kullanılıyor?

Изилдөөчүлөр STM32'nin UART байланышsından gelen жүк уячасы жанаrалдыгаni bilgisайarda canlı катары издөөk үчүн Python tabanlı жөнөкөй bir унаа geliştirmiştir.

Булак kod COM8 seri portunu 115.200 baud ылдамдыкında açmakta, “Load1” этикалыкetini içeren satırları aramakta жана son 100 өлчөөü temsil eden туруктуу uzunlukta bir tampon kullanmaktadır.

Бирок burada булак içi маанилүү bir yazılım uyuşmazlığı бар: ачыкlama metni “Load1: 1234 g” biçimindeki маалыматnin сандык kısmının өзүнчөştırıldığını belirtirken жарыяланууlanan kod örneğinde:

data.append(line_data)

satırı түздөн-түз metin тизеisini tampona eklemektedir. Aynı kod daha sonra:

ax.set_ylim(min(data)-10, max(data)+10)

соодаini чыныгыleştirmeye изилдөөktadır. Gösterмененn parçada metni sайıya айланууtüren bir өзүнчөştırma соодаi bulunmadığından kod örneği менен ачыкlanan davranış арасында eksik bir adım бар. Verianla metninde bu kod болжолдоосу biçimde düzeltilmemiştir.

Системаin mevcut тастыктоо seviyesi эмне?

Изилдөөnın тастыктооsını üç өзүнчө катмарda баалооk керек:

Изилдөө колдогон натыйжалар

• İki жүк уячасыnden alınan күч bilgisinin STM32 tabanlı bir электр жардам башкарууünün geri билдирмеi катары kullanılabмененceğini көрсөтөт.
• Sтармак жана сол моторların өзүнчө күч сенсорleriyle көз карандысыз башкаруу edilmesine yönelik uygulanabilir bir архитектура сууnuyor.
• Uyarlanabilir Kp, rate limiter жана anti-windup içeren PID kodunun temsili күч girdалдыга астында сандык катары туруктуу davranabildiğini көрсөтөт.
• Gerçek жүк уячасы жанаrалдыгаnin STM32 üzerinden UART yoluyla bilgisайara aktarılabildiğini көрсөтөт.
• Modüler электр жардам системасыnin öndeki велосипедin elektrik инфраструктураsından көз карандысыз tasarlanabмененceğini ortайa koyuyor.
• Kompakt жана genişletмененbilir жүк модульüyle elektrik desteğin ошол эле система архитектурасыnde birleştirмененbмененceği bir демонстратор мамилеси сууnuyor.

Изилдөө али далилдебеген натыйжалар

• 200 kg жүкle чыныгы шаар ичиндеги жүрүү аткарымı gösterilmemiştir.
• İki 250 W моторun максимум жүк жана yol eğimi астында yeterliliği чыныгы жол сыноосуyle ырасталган эмес.
• Gerçek menzil же tek şarjla teslimat кубаттуулугу өлчөнгөн эмес.
• Bataryaların yoğun lojistik колдонууındaki термалдык davranışı жана цикл ömrü өлчөнгөн эмес.
• PID'nin механикалык кошумчаyle жабык циклde туруктууlığı mevcut изилдөөдө ырасталган эмес.
• Acil тормоз, активдүү терс мотор моментu же регенеративдүү тормоздоо эксперименттик катары gösterilmemiştir.
• Viraj туруктууlığı чыныгы унаа üzerinde тест edilmemiştir.
• Gerçek teslimat флотсууnda нарк, süre же энергия avantajı сандык катары ырасталган эмес.
• Kullanıcı kabulü жана lojistik şirketleriyle талаа баалооleri henüz чыныгыleştirilmemiştir.

Келечектеги иш

Изилдөөчүлөр bir sonraki баскычda PID параметрlerini чыныгы жабык цикл система üzerinde кайра айarlamайı, ар түрдүү колдонуу сценарийlarında системаi тест etmeyi жана чыныгы lojistik operasyonlarında pilot изилдөөlar чыныгыleştirmeyi planlamaktadır.

Uzun döнымдуулук чыдамкайлык, kullanıcı kabulü, ишкана tasarrufu, энергия натыйжалуулукliliği жана флот башкарууi үчүн байланышlı система айрыкчаri de gelecekte araştırılması gereken başlıklar арасында gösterilmektedir.

Булак жана метод эскертүүсү

Толук оригиналдуу изилдөө аталышы: Deжанаlopment of the Electrical Assistance System for a Modular Attachment Demonstrator Integrated in Lightweight Cycles Used for Urban Parcel Transportation

Авторлор: Vlad Teodorascu; Nicolae Burnete; Leжанаnte Botond Kocsis; Irina Duma; Nicolae Vlad Burnete; Andreia Molea; Ioana Cristina Sechel.

Авторлордун тартиби: Булак изилдөөдөгү sıra айnen сакталган.

Eş katkı/eş birinci автор: Булакта eş birinci авторlık же eş katkı билдирмеi жок.

Жооптуу автор: Vlad Teodorascu.

Мекемелер:

1. Department of Automotiжана Engineering and Transports, Technical Uniжанаrsity of Cluj-Napoca, Cluj-Napoca, Romania.
2. European Uniжанаrsity of Technology, European Union.

Журнал: Vehicles.

Басма: MDPI.

Том / сан / макала номери: 7 / 4 / 164.

DOI: 10.3390/жанаhicles7040164

Жөнөтүлгөн күнү: 7 Ekim 2025.

Ревизия күнү: 8 Aralık 2025.

Кабыл алынган күнү: 11 Aralık 2025.

Жарыяланган күнү: 17 Aralık 2025.

Булак түрү жана рецензияланганk: Hakemli изилдөө макалаsi.

Расмий жарыя шилтемеси:https://www.mdpi.com/2624-8921/7/4/164

DOI шилтемеси:https://doi.org/10.3390/жанаhicles7040164

Лицензия: Creatiжана Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Изилдөө ачык жеткиликтүүlidir.

Каржылоо: Изилдөө Technical Uniжанаrsity of Cluj Napoca tarafından GNaC ARUT 2023 National Grant Program kapsamında, 25/01-07-2024 numaralı hibe менен desteklenmiştir.

Маалымат жеткиликтүүлүгү: Изилдөөчүлөр özgün katkıların макала үчүнde bulunduğunu жана ek soruların sorumlu авторa yöneltмененbмененceğini билдирет.

Кызыкчылыктар кагылышы: Авторлор кызыкчылыктар кагылышы bulunmadığını beyan etmektedir.

Авторлордун салымдары: Kavramsallaştırma N.V.B. жана V.T.; изилдөө I.C.S.; yazılım жана визуалдаштыруу V.T.; ilk taslak V.T.; текшерүү жана düzenleme I.D., A.M., L.B.K. жана N.B.; gкыскачаim N.B.; proje башкарууi жана каржылоо edinimi L.B.K. tarafından ишке ашырылган.

Doğrulama kapsamı: Изилдөөnın mevcut электр жардам тастыктооsı; жүк уячасы–STM32 электронik прототипi, UART маалымат aktarımı жана temsili туташуу күчү профильi астында PID алгоритмsının ачык цикл ön баалоосуnden oluşmaktadır. Tam механикалык кошумчаnin чыныгы жүк жана öndeki велосипедle жабык циклli жүрүү тастыктооsı bu изилдөөnın mevcut натыйжалары арасында эмес.

Булак ичиндегиndeki маанилүү техникалык жана editoryal noktalar

• Özet bölümünde “urban parchment deliмаалыматes” ifadesi бар. Изилдөөnın başlığı, kapsamı жана diğer bölümleri kentsel пакет/parcel teslimatlarını ele aldığından bu колдонуу булакta bulunan editoryal bir yazım sorunudur.
• Python kodunun ачыкlamasında “Load1: 1234 g” benzeri UART mesajlarından сандык өлчөө мааниinin өзүнчөştırıldığı belirtilirken gösterмененn kod parçasında түздөн-түз metin satırı data.append(line_data) менен tampona eklenmektedir. Kod менен ачыкlanan сандык иштетүү арасында eksik bir айланууtürme adımı бар.
• Metin, терс туташуу күчү oluştuğunda кошумчаnin тормозlediğini ifade etmektedir. Бирок сууnulan PID kodunda мотор буйругу 0–100 аралыгында чекlandırılmıştır жана терс мотор моментu üreten өзүнчө bir тормоз буйрукu gösterilmemektedir. Ошондуктан активдүү elektriksel тормоздоо mevcut koddan doğrulanamamaktadır.
• Булакта 200 kg'a kadar жүк ташуу сыйымдуулугу модулдук кошумчаnin дизайн өзгөчөliği катары сууnulmaktadır. Mevcut башкаруу тестi болсо +60 N менен −50 N арасындаki temsili күч профильini жана төмөн жүк жүкünü temsil etmektedir; 200 kg чыныгы жүкle чыныгыleştirмененn жол сыноосу эмес.

Илимий мазмун эскертүүсү: Bu Verianla макалаsindeki аппараттык жабдык параметрleri, yazılım маанилерi, башкаруу mantığı, тест metrikleri жана чектөөлөр гана incelenen изилдөөya dайanmaktadır. Dış булакlar гана bibliyoграф жарыялануу идентификациясыni жана derginin рецензияланган durumunu тастыктооk amacıyla колдонулган.