Utafiti huu unachunguza, kwa kutumia modeli jumuishi inayotegemea MATLAB/Simulink, kiasi cha umeme kinachoweza kuzalishwa ikiwa nishati ya mtetemo ambayo kwa kawaida hupotea wakati wa udampishaji katika mifumo ya usimamishaji ya magari ya umeme itarejeshwa kupitia jenereta ya umeme, na jinsi mchakato huu unavyoingiliana na starehe ya abiria. Usimamishaji regeneratifu ni mfumo wa urejeshaji wa nishati unaobadilisha mwendo wa wima wa jamaa kati ya gurudumu na mwili wa gari kuwa mwendo wa jenereta kwa kutumia mfumo wa uhamishaji wa kimitambo au kielektromakanika ili kuzalisha umeme; wakati huohuo, kutokana na momenti pinzani inayozalishwa kwenye jenereta, mfumo huo huweka nguvu ya ziada ya udampishaji kwenye usimamishaji.

Katika utafiti, modeli ya longitudinal ya gari dogo la umeme lenye betri ya 22 kWh na motor ya umeme ya 125 kW; modeli ya usimamishaji ya quarter-car yenye 2 degrees of freedom inayojumuisha sprung na unsprung masses; pamoja na explicit generator dynamics vimeunganishwa katika mfumo mmoja wa uigaji. Ikilinganishwa na mzunguko wa uendeshaji wa NEDC, modeli ya gari ilitoa 0,1167 kWh/km dhidi ya matumizi rejea ya 0,1175 kWh/km na ikachukuliwa na chanzo kuwa imethibitishwa kwa mkengeuko wa chini ya %1. Modeli ya usimamishaji pia ililinganishwa na majibu ya ramp na step katika fasihi.

Mfumo ulijaribiwa katika kasi za 2–50 km/sa kwenye vizuizi vya mwendo vyenye umbo la nusu duara na trapezoidi, pamoja na profaili za barabara za stochastic za ISO 8608 Class A na Class B. Kwa vizuizi vya pekee, urejeshaji wa juu zaidi ulikokotolewa kuwa 0,406 Wh kwa nusu duara na 0,659 Wh kwa trapezoidi. Kwenye barabara endelevu ya ISO Class B, modeli ya chanzo inaripoti urejeshaji wa nishati wa 70,4 Wh/km katika kasi ya 2 km/sa. Hata hivyo, wakati profaili ya barabara ya ISO ilipotumika kwenye modeli ya quarter-car kama msisimko wa msingi wa wima kutoka nje, athari ya ukwaru wa barabara kwenye nishati ya kusukuma gari kwa mwelekeo wa longitudinal haikuunganishwa kwenye modeli. Kwa hiyo, matokeo ya barabara endelevu hayapaswi kufasiriwa moja kwa moja kama faida halisi ya betri au ongezeko la masafa ya gari halisi.

Usimamishaji Regeneratifu Huzalishaje Umeme?

Katika usimamishaji wa kawaida wa passivu, sehemu kubwa ya nishati ya mtetemo inayosababishwa na kutokuwa sawa kwa barabara hubadilishwa kuwa joto ndani ya amortiza. Katika usimamishaji regeneratifu, mwendo wa wima wa jamaa kati ya mwili wa gari na gurudumu huhamishwa kwenda kwenye jenereta. Jenereta inapozalisha umeme kutokana na mwendo huu, pia hutengeneza momenti ya kielektromagneti inayopinga mwendo kutokana na sheria ya Lenz. Athari hii pinzani hurudi kwenye usimamishaji kupitia uhamishaji wa kimitambo na kuunda nguvu ya ziada ya udampishaji.

Tofauti kuu ya utafiti ni kwamba uzalishaji wa nishati haukokotolewi kama hatua ya baadaye iliyo huru na mwendo wa usimamishaji. Athari pinzani ya kielektromagneti ya jenereta inalishwa moja kwa moja nyuma kwenye mienendo ya usimamishaji.

Mnyororo wa ubadilishaji wa kielektromakanika

Kasi ya jamaa kati ya sprung na unsprung masses za usimamishaji:

\[ \dot z_s-\dot z_u \]

hufafanuliwa hivyo.

Kasi hii huhamishwa kwenda kwenye jenereta kupitia uwiano mkubwa wa uhamishaji \(G\), na back-EMF:

\[ V_{emf}(t) = k_eG \left( \dot z_s(t)-\dot z_u(t) \right) \]

huundwa kwa modeli hiyo.

Mkondo katika mzunguko wa jenereta:

\[ I(t)= \frac{V_{emf}(t)} {R_{int}+R_L} \]

hukokotolewa kwa njia hiyo.

Hapa \(R_{int}\) ni upinzani wa ndani wa jenereta, huku \(R_L\) ni upinzani wa mzigo wa umeme.

Momenti pinzani inayotokana na mkondo wa umeme hulishwa nyuma upande wa kimitambo na, katika chanzo:

\[ F_{reg}(t) = \frac{k_t I(t)G} {\eta_m} \]

huunda nguvu ya udampishaji regeneratifu.

Nguvu halisi inayohamishwa kwenye mzigo wa umeme:

\[ P_{net}(t) = I^2(t)R_L \]

na jumla ya nishati iliyorejeshwa:

\[ E_{regen} = \int_{t_0}^{t_f} P_{net}(t)\,dt \]

hukokotolewa kwa namna hiyo.

Vigezo vilivyotumika katika modeli ya jenereta

Chanzo hakitoi kitengo wazi hasa kwa \(k_e\) na \(k_t\) miongoni mwa vigezo hivi. Kwa hiyo, ingawa milinganyo inaweza kuzalishwa upya, ufafanuzi wa ziada unahitajika ili kuhamisha vigezo hivyo kimwili kwenda kwenye jenereta nyingine.

Modeli ya 2-DOF Quarter-Car Inawakilisha Nini?

Modeli ya quarter-car huwakilisha kona moja ya gurudumu la gari na kutatua robo ya uzito wa mwili wa gari kama sprung mass, huku gurudumu na sehemu zinazohusiana zikichukuliwa kama unsprung mass. Ingawa mbinu hii ni rahisi sana kuliko modeli kamili ya gari, hutumika sana kuchunguza mwendo wa wima wa usimamishaji, mchapuko wa mwili wa gari, mwendo wa gurudumu na safari ya kufanya kazi ya usimamishaji.

Vigezo vya modeli ya chanzo

Mwanzoni gari huchukuliwa kuwa katika usawaziko tuli:

\[ z_s(0)=0,\qquad \dot z_s(0)=0 \]

\[ z_u(0)=0,\qquad \dot z_u(0)=0. \]

Kielelezo 4 kwenye ukurasa wa 4 wa PDF ya chanzo kinaonyesha mfumo huu kimitambo kwa mwili wa gari, \(m_s\), \(m_u\), spring na vidampisha. Kielelezo 5 kwenye ukurasa huo huo kinaonyesha modeli yake ya block ya MATLAB/Simulink.

Uthibitishaji wa modeli ya mienendo

Majibu ya uhamisho wa gurudumu na mwili wa gari kwa ingizo la ramp na step katika modeli ya quarter-car yalilinganishwa na modeli rejea katika fasihi. Chanzo kinaripoti katika Kielelezo 6 kwamba majibu yalionyesha tabia zinazofanana za mtikisiko na udampishaji.

Katika uchanganuzi wa transmissibility unaotegemea FFT, thamani ya juu zaidi ya uhamishaji wa mfumo ilipatikana karibu na:

1,19 Hz

. Chanzo pia kinaeleza kuwa, kwa upande wa displacement transmissibility, tabia kubwa ya udampishaji ilionekana karibu na 15 Hz.

Modeli ya Gari la Umeme Ilithibitishwaje?

Modeli ya longitudinal hutumia buruta ya aerodinamiki, upinzani wa kuviringika, mteremko wa barabara, nguvu ya inersia na sifa za mfumo wa uendeshaji wa umeme ili kukokotoa momenti na nishati ya betri inayohitajika kufikia kasi lengwa.

Matumizi ya nishati ya NEDC ya gari rejea la umeme yalichukuliwa kuwa:

\[ 0,1175\ {\rm kWh/km} \]

.

Matokeo ya modeli ya Simulink katika mzunguko huo huo wa NEDC wa 11 km yalikuwa:

\[ 0,1167\ {\rm kWh/km} \]

.

Tofauti ya jamaa kati ya thamani hizi mbili ni takribani %0,68, na chanzo kinaitathmini kama mkengeuko wa uthibitishaji wa chini ya %1.

Modeli ya Ukwaru wa Barabara ya ISO 8608 Huundwaje?

Ukosefu wa usawa wa barabara hauishii kwenye vizuizi vya pekee. Uso halisi wa barabara huundwa na mchanganyiko wa kasoro nyingi zenye urefu tofauti wa mawimbi. Utafiti huu huzalisha msisimko huu endelevu kwa kutumia mbinu ya spatial power spectral density ya ISO 8608.

Chanzo hutumia:

\[ G_q(n)= G_q(n_0) \left( \frac{n}{n_0} \right)^{-w} \]

uhusiano huo.

Hapa:

• \(n\): frequency ya anga,
• \(n_0=0,1\;{\rm m^{-1}}\): frequency rejea ya anga,
• \(G_q(n_0)\): mgawo wa ukwaru unaobainisha daraja la barabara,
• \(w\): waviness exponent ambayo kwa kawaida huchukuliwa kuwa 2

.

Baadaye PSD hubadilishwa kuwa profaili ya multisine yenye awamu nasibu:

\[ z(x)= \sum_{k=1}^{N} A_k \cos(2\pi n_kx+\theta_k). \]

Amplitude ya kila harmonic hukokotolewa kama:

\[ A_k= \sqrt{ 2G_q(n_k)\Delta n } \]

.

Kwa kuwa awamu nasibu huundwa kwa seed isiyobadilika, profaili ileile hupatikana wakati daraja lilelile la barabara linaigwa tena.

Kwa nini Class A na Class B pekee zilitumika?

Chanzo kwanza huzalisha profaili za ISO Class A–F. Kielelezo 9 kwenye ukurasa wa 7 wa PDF kinaonyesha kuwa amplitudes za wima za barabara huongezeka kwa kasi sana kadiri daraja linavyoongezeka.

Katika utafiti, eneo la kawaida la kufanya kazi la usimamishaji wa gari la abiria liliwekewa kikomo cha takribani:

\[ \pm0,08\ {\rm m} \]

.

Kwa sababu misisimko ya barabara inayozalishwa na madaraja C–F ilichukuliwa kuzidi eneo halisi la kufanya kazi la usimamishaji wa kawaida wa gari la abiria, uchanganuzi wa nishati uliofuata ulitumia Class A na Class B pekee.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Kizuizi cha mwendo chenye umbo la nusu duara

Urefu wa juu wa kizuizi cha nusu duara ni takribani 0,05 m. Modeli ilipitishwa juu ya kizuizi katika kasi za 2, 5, 10, 20, 30, 40 na 50 km/sa.

Urejeshaji wa juu zaidi ni 0,406 Wh katika 2 km/sa. Chanzo kinafasiri muda mrefu zaidi wa mwingiliano wa usimamishaji na profaili ya barabara katika kasi ndogo kama sababu kuu ya ongezeko la uzalishaji wa nishati.

Uhamisho wa mwili wa gari hupungua kadiri kasi inavyoongezeka, lakini chanzo kinaripoti kuwa mchapuko wa wima huongezeka na starehe huzorota.

Kizuizi cha mwendo chenye umbo la trapezoidi

Kizuizi cha trapezoidi kina urefu wa takribani 0,1 m na hutoa msisimko wa barabara wa muda mrefu zaidi kuliko mfano wa nusu duara.

Nishati ya juu zaidi kwenye jedwali ni:

5 km/sa → 0,659 Wh

.

Dokezo la uthabiti wa chanzo: Maandishi kabla ya Jedwali 4 yanasema “highest energy gain rate was obtained at 20 km/h”. Hata hivyo, Jedwali 4 na sehemu ya hitimisho ya makala zinaonyesha urejeshaji wa juu zaidi wa jumla wa nishati kuwa 0,659 Wh katika 5 km/sa.

Matokeo ya ISO 8608 Class A

Mwelekeo mkuu wa modeli ni wazi: kadiri kasi ya gari inavyoongezeka, nishati iliyokokotolewa kuwa imerejeshwa hupungua kwa kiasi kikubwa.

Matokeo ya ISO 8608 Class B

Kwa kuwa barabara yenye ukwaru mkubwa zaidi ya Class B huzalisha msisimko wa wima wenye nguvu zaidi kuliko Class A, hutoa thamani kubwa zaidi za urejeshaji katika kasi zote.

Je, 70,4 Wh/km Inamaanisha Faida Halisi ya Betri katika Gari Halisi la Umeme?

Hapana, si moja kwa moja. Katika uchanganuzi wa ISO 8608, profaili ya barabara ilitumika kwenye usimamishaji wa quarter-car kama msisimko wa msingi wa wima kutoka nje, na sehemu ya mbinu inaeleza kuwa mteremko wa longitudinal wa barabara pamoja na mienendo ya mbele ya gari zilipuuzwa katika hesabu ya msisimko huo. Kinyume chake, matumizi ya gari yaliyoonyeshwa kwenye jedwali yanatoka kwenye modeli tofauti ya longitudinal ya gari la umeme. Kwa hiyo, nishati ya kimitambo inayohitajika kuunda msisimko wa wima wa barabara haijaunganishwa tena na matumizi ya betri ndani ya bajeti ileile iliyofungwa ya nishati.

Tofauti hii inaonekana wazi hasa katika matokeo ya 2 km/sa. Katika modeli ya Class B, urejeshaji wa usimamishaji wa 70,4 Wh/km unakokotolewa dhidi ya matumizi ya propulsion ya 29,6 Wh/km. Matokeo haya yanaonyesha kiasi cha umeme kinachozalishwa na jenereta regeneratifu ndani ya modeli kutokana na msisimko wa wima; hayaonyeshi kwamba kiasi hicho hicho kitaonekana kama nishati halisi ya bure katika bajeti ya jumla ya nishati ya gari halisi.

Katika gari halisi, nishati ya mwendo wa wima unaosababishwa na ukwaru wa barabara lazima itathminiwe pamoja na mwingiliano wa tairi-road, upinzani wa kuviringika, upotevu wa usimamishaji na nishati ya mwendo wa mbele wa gari. Kwa uhasibu kamili wa nishati, mienendo ya longitudinal na ya wima lazima iunganishwe katika mfumo uliofungwa kwa mtazamo wa mtiririko wa nishati.

Kwa Nini Kuna Mizani kati ya Starehe ya Uendeshaji na Urejeshaji wa Nishati?

Mwendo mkubwa zaidi wa usimamishaji unaweza kusisimua jenereta kwa nguvu zaidi na hivyo kuongeza uwezo wa kuzalisha umeme. Hata hivyo, ikiwa mwendo huohuo utahamishwa kwenda kwenye mwili wa gari kama mchapuko mkubwa wa wima, starehe ya abiria inaweza kuzorota. Kwa hiyo, uzalishaji wa juu zaidi wa umeme na mchapuko mdogo zaidi wa mwili wa gari si lengo moja la usanifu.

Utafiti unatathmini starehe kwa kutumia viwango vya mchapuko vilivyotokana na mbinu ya ISO 2631.

Baadhi ya viwango hivi vinaingiliana. Chanzo hakielezi kando ni kundi gani moja linalopaswa kupewa mchapuko unaoangukia katika eneo la mwingiliano.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Nguvu ya udampishaji regeneratifu ya kielektromakanika inaweza kuundwa kwa modeli kwa kuilisha nyuma kwenye mwendo wa usimamishaji.
• Modeli ya longitudinal ya gari la umeme huzalisha upya matumizi ya nishati ya NEDC kwa tofauti ya takribani chini ya %1.
• Modeli ya 2-DOF quarter-car inaonyesha jibu la mienendo linalofanana na tabia za ramp na step katika fasihi.
• Kwa vizuizi vya pekee, kasi ndogo kwa ujumla huruhusu urejeshaji mkubwa zaidi wa nishati.
• Urejeshaji wa juu zaidi kwenye kizuizi cha nusu duara ni 0,406 Wh.
• Thamani ya juu zaidi kwenye jedwali kwa kizuizi cha trapezoidi ni 0,659 Wh.
• ISO Class B huzalisha nishati zaidi ya regeneratifu kuliko Class A.
• Katika matokeo ya ISO A/B, nishati iliyorejeshwa hupungua kwa kiasi kikubwa gari linapofikia 50 km/sa.
• Mizani ya usanifu inahitajika kati ya urejeshaji wa nishati na mchapuko wa mwili wa gari/starehe ya abiria.

Matokeo ambayo utafiti hauthibitishi moja kwa moja

• Kwamba 70,4 Wh/km ya nishati halisi ya betri itapatikana katika gari halisi la umeme.
• Kwamba usimamishaji regeneratifu unaweza kuzalisha nishati zaidi kuliko matumizi ya jumla ya gari.
• Kwamba matokeo haya yatatokea kwa ukubwa uleule katika gari kamili lenye magurudumu manne.
• Kwamba jenereta halisi, mfumo wa gia na elektroniki za nguvu zitatoa ufanisi sawa na thamani zilizowekwa kwenye modeli.
• Kwamba thamani zilezile za urejeshaji wa nishati zitapatikana kwenye uso halisi wa barabara.
• Kwamba thamani zilezile za Wh zitafika kwenye betri baada ya kuzingatia elektroniki za kuchaji betri, rectifier/converter na upotevu wa uhifadhi.
• Kwamba modeli imethibitishwa kwa majaribio ndani ya utafiti huu kwa kutumia prototipu halisi ya amortiza regeneratifu.

Mapendekezo ya utafiti wa baadaye

Waandishi wanapendekeza kwa tafiti zijazo:

• hali zaidi za barabara na kasi kubwa zaidi za kusafiri,
• mgawanyo wa uzito wa gari na jiometri ya usimamishaji,
• ulinganisho wa usimamishaji regeneratifu, active na semi-active,
• mbinu za predictive control,
• kutathmini mchango halisi wa masafa kwa kuzingatia matumizi ya gari kwa mwaka,
• modeli kamili za gari zinazojumuisha mbinu za juu za udhibiti kama neuro-fuzzy,
• mikakati ya njia na uendeshaji itakayoongeza urejeshaji wa nishati katika magari yanayojiendesha yenyewe

.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asilia: The Role of Regenerative Suspension in Energy-Efficient and Comfortable Electric Vehicle Driving

Waandishi: Veli Gökhan Demir; Efe Savran.

Mwandishi wa mawasiliano: Efe Savran.

Uhusiano wa taasisi 1: Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Balıkesir University, Balıkesir, Türkiye.

Uhusiano wa taasisi 2: Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Bursa Uludag University, Bursa, Türkiye.

Jarida: Engineering Perspective.

Juzuu / Toleo: 6(3).

Kurasa: 344–353.

DOI: 10.64808/engineeringperspective.1886607

e-ISSN: 2757-9077.

Kuwasilishwa: 10 Februari 2026.

Marekebisho: 2 Aprili 2026.

Kukubaliwa: 25 Aprili 2026.

Tarehe rasmi ya kuchapishwa: 9 Mei 2026.

Aina ya makala: Research Article.

Mapitio ya rika: Sera ya sasa ya Engineering Perspective hutumia single-blind peer review kwa angalau wataalamu wawili huru.

Ufikiaji wazi / leseni: Sera ya jarida inaeleza kuwa makala za utafiti huchapishwa chini ya leseni ya Creative Commons Attribution 4.0 International, CC BY 4.0.

Programu kuu: MATLAB/Simulink R2022b.

Modeli kuu ya gari: 1443 kg B-segment battery-electric vehicle, motor ya umeme ya 125 kW / 250 Nm, betri ya 22 kWh.

Uthibitishaji wa modeli ya longitudinal: rejea ya NEDC 0,1175 kWh/km; matokeo ya Simulink 0,1167 kWh/km; tofauti ya jamaa ya takribani %0,68.

Modeli ya usimamishaji: 2-DOF quarter-car; sprung mass 365,4 kg; unsprung mass 43 kg; ks=24.000 N/m; cs=2126,4 Ns/m; ku=350.000 N/m; cu=1000 Ns/m.

Modeli ya kielektromakanika: kasi ya jamaa ya usimamishaji → generator back-EMF → mkondo → nguvu ya mzigo → feedback ya nguvu ya udampishaji regeneratifu.

Ingizo za barabara za pekee: vizuizi vya mwendo vya nusu duara na trapezoidi.

Ingizo za barabara endelevu: profaili za barabara za stochastic za ISO 8608 Class A na Class B.

Kasi za majaribio: 2, 5, 10, 20, 30, 40 na 50 km/sa.

Urejeshaji wa juu zaidi wa kizuizi cha pekee: nusu duara 0,406 Wh; trapezoidi 0,659 Wh.

Matokeo ya juu zaidi ya ISO: Class A 57,1 Wh/km; Class B 70,4 Wh/km; yote mawili katika jaribio la 2 km/sa.

Kikomo cha uhasibu wa nishati: Ukwaru wa barabara wa ISO ulipotumika kwenye modeli ya quarter-car kama msisimko wa msingi wa wima kutoka nje, gharama ya nishati ya longitudinal inayotokana na ukwaru wa barabara ilitenganishwa na modeli. Kwa hiyo, thamani za urejeshaji hazipaswi kufasiriwa moja kwa moja kama faida halisi ya betri au masafa.

Tathmini ya starehe: Chanzo hutumia uainishaji wa mchapuko wa wima wa mwili wa gari unaotegemea ISO 2631; baadhi ya viwango vya madaraja kwenye jedwali vinaingiliana.

Uthibitishaji wa majaribio: Hakuna prototipu halisi ya usimamishaji regeneratifu wala jaribio la barabarani la gari halisi lililoripotiwa ndani ya utafiti huu.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wanatangaza kuwa hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Veli Gökhan Demir — uundaji wa dhana, metodolojia, uchanganuzi rasmi, utafiti, rasimu ya kwanza na uwasilishaji wa kuona; Efe Savran — uundaji wa dhana, metodolojia, usimamizi, uthibitishaji na mapitio/uhariri.

Tamko la matumizi ya akili bandia: Chanzo kinaeleza kuwa zana za AI zilitumika tu kusahihisha sarufi ya Kiingereza na kuboresha uwazi wa lugha ya kitaaluma; hazikutumika katika uzalishaji wa maudhui, uchanganuzi wa data, ufasiri wa matokeo au uundaji wa matokeo ya kisayansi.

Ufadhili: Hakuna tamko tofauti la ufadhili lililoripotiwa katika makala iliyochunguzwa.

Upatikanaji wa data/msimbo: Makala iliyochunguzwa haitoi kiungo cha hazina huru ya modeli ya MATLAB wala seti ya data iliyo wazi.