A Crucial Design For Solving The Range Issue In Electric Vehicles: Electromechanical Regenerative Suspension System

Year 2023, Volume: 64 Issue: 713, 696 - 724, 16.01.2024

Doğukan Tuncer Eylem Yılmaz Ulu

Abstract

Despite being based on older technology, passive suspension systems used in passenger cars continue to be preferred due to factors such as cost, lightweight design, simplicity, and efficiency. The technologies of electric and hybrid vehicles are being developed with a direct focus on battery and charging technologies, specifically centered around the parameter of range. While regenerative braking systems can contribute to a minor increase in range, the conversion of the suspension system into a regenerative system can provide even greater contributions to extending the range. In this article, a module has been designed that can obtain regenerative DC (direct current) electrical energy from a motor through the integration of an electromechanical regenerative mechanism, in addition to the passive suspension system. The designed suspension module converts the linear motion into unidirectional rotary motion with mechanical type conversion and speed increase mechanisms and transfers it to a 12V 72W DC motor via a coupling to obtain regenerative DC electrical energy from the motor. ABS 740 High Impact material was preferred for the prototype and production was carried out with a 3D printer. A prototype has been prepared and theoretically examined. This study presents an innovative approach to making vehicle suspension systems more efficient and sustainable, aiming to meet transportation needs with an extended range and improved energy efficiency.

Keywords

Regenerative, suspension, energy, range, electric vehicle, hybrid, battery

Ethical Statement

Yazarlar tarafından herhangi bir çıkar çatışması beyan edilmemiştir.

Elektrikli Araçların Menzil Sorunu Çözümünde Önemli Bir Tasarım: Elektromekanik Rejeneratif Süspansiyon Sistemi

Abstract

Binek otomobillerde kullanılan pasif süspansiyon sistemleri eski bir teknoloji olmasına karşın maliyet, hafiflik, basitlik ve verimlilik faktörleri göz önüne alındığında tercih edilmeye devam etmektedir. Elektrikli ve hibrit araçların teknolojileri, batarya ve şarj teknolojileriyle doğrudan bağlantılı olan menzil parametresi odaklı geliştirilmektedir. Rejeneratif fren sistemleri ile, menzil az da olsa artırılabilirken süspansiyon sistemini rejeneratif sisteme dönüştürerek menzil artışına daha fazla katkı sağlanabilmektedir. Bu makalede pasif süspansiyon sistemine ek olarak monte edilecek bir elektromekanik rejeneratif mekanizma ile motordan rejeneratif DC (doğru akım) elektrik enerjisi elde edebilen bir modül tasarlanmış ve hazırlanan prototip teorik olarak incelenmiştir. Tasarlanan süspansiyon modülü; lineer hareketi, mekanik tip dönüşüm ve hız artırma mekanizmaları ile tek yönlü dönel harekete dönüştürerek bir kaplin vasıtasıyla 12V 72W DC motora aktarma yoluyla motordan rejeneratif DC elektrik enerjisi elde edilmesini sağlamıştır. Prototip için ABS 740 High Impact malzeme tercih edilmiş ve 3D yazıcı ile üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, taşıt süspansiyon sistemlerini daha verimli ve sürdürülebilir hale getirmeye yönelik inovatif bir yaklaşım sunarak, ulaşım ihtiyaçlarını daha uzun menzille ve enerji verimliliği ile karşılamayı amaçlamaktadır.

Keywords

Rejeneratif, süspansiyon, enerji, menzil, elektrikli araç, hibrit, batarya

References

• Soruşbay, C. (2007). Karayolu ulaşımından kaynaklanan karbondioksit emisyonlarının çevreye etkisi ve kontrolü. Mühendis ve Makina, 48(564), 23-25.
• Singh, S., Kulshrestha, M.J., Rani, N., Kumar, K., Sharma, C. & Aswal, D.K. (2023). An overview of vehicular emission standards. Journal of Metrology Society of India, MAPAN 38, 241-263. Doi: https://doi.org/10.1007/s12647-022-00555-4.
• Uçarol, H., Kural E., Bahar, M.D., Özsu, E., Elcik, E., Çimen, M.A., Demirci, M., Güler, M., Ararat, Ö., Biliroğlu, A.Ö., Kütük, O., Solak, Y., Ergin, C., ve Tırıs, M. (2007). Hibrid ve elektrikli araçlar ulaşımda enerji verimliliği için bir alternatif. TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Enerji Enstitüsü, 170-174. Erişim adresi: https://www.emo.org.tr/ekler/29ffd3b980b5b35_ek.pdf.
• Çengel, Y., Boles, M. (2014). Thermodynamics: An Engineering Approach, 8th Edition, McGraw-Hill Education:1024, ISBN 10 9780073398174.
• Mehta, H., Sukhadia, R. (2020). Regenerative system and it’s application. International Research Journal of Engineering and Technology. 07 (02), 1238-1243.
• Okuturlar, H. (2018). Bir Binek Araç Süspansiyon Sisteminin Nümerik ve Deneysel Dinamik Analizi (Yüksek Lisans Tezi). Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
• Cao, D., Song, X. and Ahmadian, M. (2011). Editors’ perspectives: roadvehicle suspension design, dynamics, and control, Vehicle System Dynamics. International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility. 49 (1-2), 3-28. Doi: https://doi.org/10.1080/00423114.2010.532223.
• Putgül, Y., Altıparmak, D. (2015). Taşıt süspansiyon sistemi çeşitleri ve ön düzen geometrisine etkileri. Politeknik Dergisi. 19 (2), 195-202. Doi: 10.2339/2016.19.2 195-202.
• Abdelkareem, A.A.M., Xu, L., Ali, M.K.A., Elagouz, A., Mi, J., Guo, S., Liu, Y. & Zuo, L. (2018). Vibration energy harvesting in automotive suspension system: A detailed review. Applied Energy. Taipei Taiwan, 229, 672-699. doi: 10.1016/j.apenergy.2018.08.030,
• Suda, Y., Shiiba, T. (2007). A new hybrid suspension system with active control and energy regeneration. Vehicle System Dynamics: International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility. 25, 641-654. Doi: https://doi.org/10.1080/00423119608969226.
• Zuo, L., Scully, B., Shestani, J., Zhou, Y. (2010). Design and characterization of an electromagnetic energy harvester for vehicle suspensions. Smart Materials and Structures, 19, 4. Doi: 10.1088/0964-1726/19/4/045003.
• Sapinski, B., Krupa, S. (2013). Efficiency improvement in a vibration power generator for a linear MR damper: numerical study. Smart Materials and Structures. 22, 4. Doi: 10.1088/0964-1726/22/4/045011.
• Zhang, Z., Zhang, X., Chen, W., Rasim, Y., Salman, W., Pan, H., Yuan, Y. & Wang, C. (2016). A high-efficiency energy regenerative shock absorber using supercapacitors for renewable energy applications in range extended electric vehicle. Applied Energy, 178, 177-188. Doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.06.054.
• Ulukapı, M. (2005). Aktif ve Yarı Aktif Süspansiyon Sistemlerinin Simülasyon Ortamında İncelenmesi (Yüksek Lisans Tezi). İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Khoshnoud, K., Sundar, D.B., Badi, M.N.M., Chen, K.Y., Calay, R.K. & Silva, C.W. (2013). Energy harvesting from suspension systems using regenerative force actuators. Int. J. Vehicle Noise and Vibration. 9, 294-311.
• Eriksson, J., Piroti, S. (2016). Review of Methods for Energy Harvesting from a Vehicle Suspension System. (M.Sc. Thesis). Kandidatexamensarbete Med Inriktning Fordonsteknik, Stockholm.
• Damodharan, P., Vasudevan, K. (2010). Sensorless brushless DC motor drive based on the zero-crossing detection of back electromotive force (EMF) from the line voltage difference. IEEE Transactıons On Energy Conversıon. 25, 661-668. Doi: 10.1109/TEC.2010.2041781.