Hafif elektrikli araçlarda sürekli değişken oranlı şanzıman kullanılarak menzil ve performansın artırılması

Abstract

Elektrik motorlarının düzenli tork-hız karakteristiğinden dolayı araç üreticileri henüz piyasada sayıları oldukça az olan elektrikli binek araç modellerini şanzımansız tahrik sistemleri ile üretmektedir. Bu tez çalışmasında elektrik motorlarının çalışma yapısı üzerinde durulmuş ve şanzıman kullanılarak elektrikli araçların menzil ve performansının nasıl artırılabileceği araştırılmıştır. Elektrik motorlarının genellikle nominal çalışma bölgelerinde hıza karşı sabit tork karakteristiğine sahip olmalarına rağmen, çalışma devri ve yükleme miktarına göre farklı verimlerde çalışıyor olmaları nedeniyle şanzıman sayesinde motorun sürekli olarak en verimli çalışma bölgelerinde çalıştırılması, araçta talep edilecek olan hız değişimlerinin ise yine şanzıman ile sağlanması düşüncesi üretilmiştir. Buradan yola çıkılarak, motoru istenen devirde tutma işlevini hassas bir şekilde yerine getirebilen kompakt ve hafif bir sürekli değişken oranlı şanzımana sahip elektrikli bir go-kart aracı üretilmiştir. Aracın tahrik sistemi bileşenlerinin teknik verileri kullanılarak tahrik sisteminin matematiksel modeli oluşturulmuştur. Hesaplamalar sonucunda hareket aktarma elemanlarının tasarımı, üretimi ve araca montajı gerçekleştirilmiştir. Yol testlerinin birinci bölümünde şanzıman aktarma oranının sabit tutulduğu testler yapılmış ve menzil ile performans bakımından en iyi sonuçları veren aktarma oranı tespit edilmiştir. Kullanılan şanzımanın araç hızına göre aktarma oranını istenen ölçüde değiştirebilecek şekilde programlanabilir nitelikte olması sayesinde, yol testlerinin ikinci bölümünde birinci bölümde edinilen bilgiler ışığında otomatik vites değiştirme programları hazırlanmış ve uygulanmıştır. Sürekli değişken oranlı olarak programlanan şanzımanın araç menzil ve performansının her ikisinde birden iyileşme sağladığı görülmüştür.

Due to the regular torque-speed characteristics of electric motors, most vehicle manufacturers are producing their electric vehicle models with powertrains without transmissions. In this thesis work, the operating characteristics of electric motors were studied to find out how the range and performance of electric vehicles can be extended. Although most electric motors produce constant torque output versus speed in nominal operating regions and since their efficiency depends on their speed and loading conditions, it was intended to operate the motor in its most efficient regions and broaden the vehicle's speed range by making use of a transmission. Based on this motivation, it was concluded that the continuously variable transmission was the most suitable type for this kind of a light vehicle application, instead of manual and automatic gearboxes. An electric go-kart with a continuously variable transmission in its powertrain was built. Using the technical data of the powertrain components, a mathematical powertrain model was developed. Following the calculations, the interconnecting machine parts were designed, manufactured, and assembled onto the vehicle. In each of the road tests at the first section, the transmission ratio was set to different constant values. An optimum transmission ratio providing the highest range and performance results was found. At the second section of road tests, since the transmission unit is programmable in order to provide the desired transmission ratio for the predefined vehicle speeds, shifting schedules were prepared in the light of the experience gained at the first section of road tests. Running the vehicle with the prepared automatic shifting schedules, improvements in both the range and the performance were obtained.