Elektromanyetik retarderin tasarımı ve performans optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, ağır taşıtların, özellikle uzun yokuş inişlerinde, emniyetli frenlenmesini sağlanmak için servis frenlerine destek amacıyla kullanılan bir yardımcı frenleme donanımı olan elektromanyetik retarderlerin (EMR), frenleme performansının iyileştirilmesine yönelik çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, mevcut 3 - 4 kademeli EMR frenleme kontrol mekanizmalarının yerine darbe genişlik modülasyonu tekniğinin kullanılabilirliği ve frenleme performansına etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Bununla birlikte, frenleme etkisinin gerçekleştiği rotor disklerinin kalınlığını azaltmaya yönelik, bilgisayar destekli üç boyutlu (3D) elektromanyetik ve mekanik sonlu elemanlar analizi (FEM) çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Diğer yandan, rotor diskleri üzerinde elektromanyetik alanın yoğunlaşmasını sağlayan kutup başı profillerinin frenleme performansına etkisini incelenmek amacıyla elektromanyetik 3D FEM çalışmaları ve deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, EMR' in kapalı çevrim kontrolü ile uzun yokuş inişlerinde taşıt hızının sabitlenmesine yönelik deneysel çalışmalar da bu tez çalışmasının diğer bir bölümünü oluşturmaktadır. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda, EMR' in kademeli kontrolü yerine, PWM yöntemi ile frenlemenin etkin olarak uygulanabileceği, rotor diski kalınlığının mevcut tasarım için %30 oranında azaltılabileceği tespit edilmiş ve asimetrik kutup başı yapısının kullanımıyla frenleme torkunda %7 oranında bir artış sağlanmıştır. Diğer yandan, azaltılmış kazanç katsayılı bir PID kapalı çevrim kontrol sisteminin uzun yokuş inişlerinde, konfor amaçlı taşıt hızı sabitleme uygulaması için, etkin bir şekilde uygulanabilirliği deneysel olarak ortaya koyulmuştur.

This study aims to enhance the braking performance of electromagnetic retarder which is used as an auxiliary braking unit to support the service brakes of the heavy vehicles. So, the effect of braking by using the pulse width modulation (PWM) technique to the braking performance of EMR was investigated experimentally. By using 3D FEM analysis, the thickness of the rotor disc was investigated to make it thinner and lighter. On the other side, the effects of shape of the pole shoes to the braking performance were investigated by using 3D FEM analysis and experiments. Lastly, a closed loop control algorithm was developed to stabilize the vehicle speed at long downhill by using EMR. The efficiency of the control algorithm was investigated experimentally. As a result of experimental studies, it was seen that the braking control of EMR by using PWM technique is more efficient than the existing staged control strategy. The results of the 3D FEM analysis showed that the thickness of the rotor can be reduced to 30% of initial value. By using the asymmetrical pole shoe design, the braking torque can be increased to 7% of its maximum value. The experimental studies showed that, a PID closed loop control algorithm with the decreased gain coefficients can be efficiently applied for a comfort purposed speed stabilization application at long downhill.