Hybrid electric vehichle control electronics and its fuzzy logic simulation

Abstract

Otomotiv sanayisi fazlasıyla üreticisiyle oldukça rekabetçi bir sanayidir. Bu rekabetyeni teknoljilerin araştırılması ve geliştilmesi zorunluluğunu doğurmaktadır. Müşterilerinekonomik ve çevresel beklentileri karşılamak ve bu rekabetçi yarışın içinde olabilmenin eniyi yollarından biri yakıt tasarruflu ve daha az kirletici emisyonlu araçlar üretmektedir.Aslında gerçek amaç sıfır yakıt tüketimli ve sıfır emisyonlu araçlar üretmektir buda yeniaraç modelleri üretme ihtiyacını doğurmuştur. Otomobile tarihinde ilk araçlar elektrikliolmasına rağmen son yüz yılda içten yanmalı motorlar baskın çıkmıştır ancak yenigeliştirilmiş bataryalar ve veya yekıt piller ile tam elektrikli araçlar bu beklentilerigelecekte karşılayabileceklerdir. Ancak günümüz teknolojileri bizlere göstermektedir ki bubahsi geçen altsistemler en erken 50 yıl içinde ticarileşebileceklerdir. Bu 50 yıl için en iyiçözüm yolu olarak yakıt tüketimini ve emisyonları azaltmaları ile hibrid elektrikli araçlartam elektrikli araçlara geçiş adımı gösterilebilir. Son yıllarda hibrid elektrikli araçlar ileilgili birçok araştırma ve geliştirme çalışmaları yapılmaktadır ve pazarda birçok üreticifirmanın değişik tiplerde hibrid elektrikli araçları bulunmaktadır. Bunun en büyüknedenlerinden biri hibridleştirme uygulamasının geleneksel araçlara uygulanmasının çokzor olmamasıdır çünkü hibridleştrime için kullanılacak ve geleneksel araca eklenecekkomponentlerin çoğu seri üretim hatları ile ticarileşmiş ve pazarda bulunan ürünlerdir. Buürünlerin başlıcaları batarya, elektrik motorları ve bu motorların sürücüleridir. Toplananaraç bilgileri ve altsistemlerin durum bilgileri doğrultusunda hibrid aracın gelenekselkısmının elelektronik kontrol unitesiyle (ECU) haberleşerek tüm alt sistemlerin ECU dadâhil olmak üzere kontrol edilmesi gerekmektedir. Bu kontrol araç içi haberleşmeprotokollerine bağlanmaya uygun, sensorlerden gelen analog sinyalleri sinyalleri okuyupanlamlandırabilecek, altsistemlere kontrol sinyallerini gönderebilecek ve hibrid araçtabulunan çekme motorları arasında bu bilgiler doğrultusunda güç dağılımını yapmasınısağlayacak yazılıma sahip üstün ünitesi tarafından gerçekleştirilmektedir. Piyasada buözelliklere sahip birkaç ürün olmasına rağmen yüksek fiyatları ile hibridleştirmeuygulamasının maliyetini fazlasıyla arttırmaktadır.Bu projenin amacı uygulaması kolay ve piyasadaki rakiplerine oranla çok daha ucuzbir hibrid kontrol ünitesi dizayn etmek ve prototiplendirmektir. Bu kontrol unitesi kontroliçin gereken tüm özelliklere sahip olacak ve bu proje paralel hibrid bir aracın bulanıkmantık temelleri üzerine kurulmuş kontrol stratejisinin geliştirilmesi üzerine olacaktır.

Automotive industry is a very competitive industry with many manufacturers. Thiscompetition brings challenges of development of new technologies. One of the best waysto be in this competitive race is to make more fuel efficient and lower pollutant vehicles tomeet the economical and environmental expectations. In fact the real aims aremanufacturing of zero fuel consuming and zero emission vehicles. These challengesbrought building new drivetrains. Full electric vehicles, where in fact the very firstautomobiles made were electric vehicles, with advance new batteries and/or fuel cells willcover these expectations in future but technologies of today show that these componentswill not be commercial for the next 50 years. Hybrid electric vehicles are the best solutionsfor these next 50 years to reduce fuel consumption and reduce the emissions as a transitionstep. For the last decades there were and also still are lots of research and developmentsabout hybrid vehicles and today in the market there are many hybrid vehicles with differentconfigurations from many manufacturers. One of the biggest reasons of working withhybrid electric vehicles is hybridization of any vehicle is not so hard to implement becausethe subcomponents will be added for hybridization is mostly commercialized with massproduction lines and available in the market. These basic subcomponents are electricmotor, electric motor driver, batteries. All these components need to be controlledaccording to the data collected about the condition information of all subcomponents andvehicle situation with communicating with the Electric Control Unit (ECU) of theconventional part of the hybrid vehicle. This control is made by superior control units withfeatures like compatible to connect to vehicle inner communication protocols, able to readanalog signals from many sensors, send command signals to the subcomponents and hasthe software for power-splitting between the traction motors of hybrid electric vehicleaccording to the data collected. There are some samples of control units that can coverthese needs but they bring major rises in the cost of hybridization of the vehicle with theirhigh prices.The aim of this thesis is design and prototyping of, easy to implement and very cheaphybrid electric control unit considering to the rivals in the market with all features neededand development of a control strategy based on Fuzzy Logic for parallel hybrid electricvehicle.