Deney Tasarımı Yaklaşımıyla, Dört Tekerlekten Çekişli Bir Taşıtın Direksiyon Trapezinin Kinematik Optimizasyonu

Abstract

Dört tekerlekten çekişli, genel amaçlı bir taşıta ait yönlendirme sisteminin optimum kinematik tasarımı ve gerilme analizi yapılmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, Adams/Car™ yazılımı kullanılarak, ön aksın, Ackermann yönlendirme trapezini de içeren çoklu cisim (ÇC) modeli kurulmuştur. Literatürde verilen yönlendirme hatası (βF) sınırlamasını sağlayan trapez geometrisi, Adams/Insight™ optimizasyon modülü kullanılarak, Deney Tasarımı-Yanıt Yüzey Yöntemi (DT-YYY) yardımıyla elde edilmiştir. İkinci bölümde, yönlendirme sırasında tekerlek temas yüzeyine etkiyen kazıma momenti (MB) yaklaşık olarak hesaplanmıştır. MB yardımıyla, direksiyon trapezinin sonlu elemanlar analizi (SE) yapılmış ve kinematik olarak optimize edilen sistemin, mekanik açıdan güvenilir olup olmadığı incelenmiştir. DT-YYY kullanılarak elde edilen direksiyon trapezi geometrisi, viraj içinde kalan tekerleğin βLi = 0º-36º aralığında yönlendirilmesi sırasında, βF ≤ ±0,5º yönlendirme hatası koşulunu sağlamaktadır.

Keywords

• Ackermann yönlendirme prensibi
• Direksiyon hatası
• Çoklu cisim dinamiği
• Kinematik optimizasyon
• Deney tasarımı
• Sonlu elemanlar analizi

Kinematic Optimisation of the Steering Trapezoid of a 4WD Vehicle by Using Design of Experiments Approach

Abstract

Optimal kinematic design and stress analysis of the steering system of a 4WD multi-purpose vehicle were performed. In the first part of the study, the multibody (MB) model of the front axle including the Ackermann steering trapezoid was built by Adams/Car™ software. With the help of the Adams/Insight™ optimisation module, the trapezoid geometry which satisfies the steering error (βF) tolerances given in the literature was obtained by using Design of Experiments-Response Surface Methodology (DOE-RSM). In the second part, the bore torque (MB) acting on the tyre contact patch during the steering manoeuvre was approximately calculated. By using MB, finite element (FE) analysis of the steering trapezoid was carried out. By this way, mechanical reliability of the system was also examined. The trapezoid geometry obtained from DOE-RSM satisfies the βF ≤ ±0.5º condition for the βLi = 0º-36º steering range of the inner wheel during a cornering manoeuvre.

Keywords

• Ackermann steering principle
• Steering error
• Multibody dynamics
• Kinematic optimisation
• Design of experiments
• Finite element analysis

References

1. J. Reimpell, H. Stoll, J.W. Betzler, The Automotive Chassis: Engineering Principles, 2. Baskı, Society of Automotive Engineers, Inc., (2002).
2. P.A. Simionescu, D. Beale Mech. Mach. Theory. 37(12) (2002) 1487-1504.
3. A.R. Hanzaki, P.V.M. Rao, S.K. Saha Mech. Mach. Theory. 44(1) (2009) 42-56.
4. G. Rill, Vehicle Dynamics, Lecture Notes, Fachhochschule Regensburg, (2009).
5. X.L. Bian, B.A. Song, W. Becker Forsch. Ingenieurwes. 68(1) (2003) 60-65.
6. X.L. Bian, B.A. Song, R. Walter Forsch. Ingenieurwes. 69(1) (2004) 38-43.
7. S. Ünlüsoy, Automotive Engineering II, Lecture Notes, METU Mechanical Engineering Department, (2000).
8. N.S. Kuralay, Motorlu Taşıtlar, Cilt 1, TMMOB Makina Mühendisleri Odası, (2008).

9. J. Reimpell, Fahrwerktechnik, Cilt 3, Vogel-Verlag, (1974).
10. J. Reimpell, Fahrwerktechnik: Radaufhängungen, Vogel Buchverlag, (1988).
11. G. Genta, Motor Vehicle Dynamics, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Regal Pres (S) Pte. Ltd., (1997).
12. W. Matschinsky, Radführungen der Straβenfahrzeuge, 3. Baskı, Springer-Verlag, (2007).
13. D.H. Besterfield, C. Besterfield, G.H. Besterfield, M. Besterfield, Total Quality Management, Prentice Hall Inc., (1995).
14. G. Akman, C. Özkan Doğuş Üniversitesi Dergisi. 12(2) (2011) 187-199.
15. D.C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments, John Wiley & Sons, Inc., (2000).
16. K. Park, S.J. Heo, D.O. Kang, J.I. Jeong, J.H. Yi, J.H. Lee, K.W. Kim Int. J. Automot. Techn. 14(6) (2013) 927-933.
17. H. Han, T. Park Multibody Syst. Dyn. 11 (2004) 167-183.
18. R.H. Myers, D.C. Montgomery, C.M. Anderson-Cook Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Design of Experiments, John Wiley & Sons, Inc., (2009).
19. M. Aydın, S. Ünlüsoy Int. J. Adv. Manuf. Tech. 60(5-8) (2012) 743-754.
20. Anonim, ADAMS/Insight™ User Guide. MSC. Software Corporation,(2013).
21. M. Blundell, D. Harty, The Multibody Systems Approach to Vehicle Dynamics, Elsevier Butterworth – Heinemann, (2006).
22. J.R. Ellis, Vehicle Handling Dynamics, Mechanical Engineering Publications Limited, (1994).
23. R.N. Jazar, Vehicle Dynamics, Springer Science+Business Media, LLC., (2008).
24. Anonim, ANSYS Theory Reference, ANSYS Release 10.0. ANSYS, Inc.,(2005).
25. H. Rende, Makine Elemanları, Cilt 1, Seç Yayın Dağıtım, (1996).
26. M. Yüksel, Malzeme Bilimleri Serisi, Cilt 1, TMMOB Makina Mühendisleri Odası, (2003).