Murat Caner TESTİK
(Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Endüstri Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
Kerem KÖPRÜBAŞI
(Diğer)
Proje Grubu: TÜBİTAK MAG ProjeSayfa Sayısı: 205Proje No: 115M593Proje Bitiş Tarihi: 01.03.2019Türkçe

0 0
Araç Takip Sistemi Verilerini Kullanarak Elektrikli ve Hibrit Taşıtlar için Enerji Yönetim Sistemi Algoritmalarının Optimizasyonu ve Ticari/Kamusal Kullanıma Yönelik Motorlu Taşıtlar için Optimal Hibritleştirme Alternatiflerinin Değerlendirilmesi
Bir yandan toplu tasımada kullanılan sehir içi otobüsler ve servisler, öte yandan her gün yüz kilometrenin üzerinde yol kateden çöp kamyonları ve kurye araçları çok miktarda yakıt tüketmektedir. Bu proje kapsamında, Ankara içinde yolcu tasımacılıgında görev yapan belediye otobüsleri üzerinden yogun veri toplama ve simülasyon faaliyetlerini içeren analizlerin sonuçlarına dayanarak, belediyelerin ve Ulastırma Bakanlıgı?nın gelecekte içten yanmalı motora sahip tasıtlar yerine elektrikli ve/veya hibrit tasıtların kullanması halinde, saglanabilecek yakıt tasarrufunun analizine yönelik bir arastırma yapılmıstır. Baska bir deyisle, mevcut tasıtların ya elektrikli araca ya hibrit araca dönüsümü yapılarak ve bunların enerji yönetim algoritmalarını (proje esnasında elde edilme yöntemi çözümlenen sürüs çevrimlerine göre) optimize etmek suretiyle, teorik olarak, ne kadar yakıt tasarrufu yapılabilecegi hesaplanmıstır. Proje esnasında sürüs çevrimleri bir araç takip sistemi üreticisi ile ortak çalısma yürütülerek elde edilmistir. Ayrıca bir otobüs üreticisiyle de proje ekibi veri toplayarak araç takip üreticisi tarafından saglanan verilerin validasyonu yapmıstır. Proje esnasında, özgün bir yöntemle, araç takip sistemi verileri kullanılarak ülkemizin farklı sehirleri için geçerli sürüs çevrimlerinin (driving cycle) belirlenmesinde kullanılabilecek yöntemler gelistirilmis ve sonrasında bu yöntemler hibritlestirme analizinde kullanılmıstır. Üstteki amaçlar dogrultusunda, bahsi geçen tasıtların güç dizini ve tasıt dinamigi modelleri sanal ortamda kurulmus. Elektrik-hibrit tasıtların enerji yönetim sistemlerinin algoritmaları literatürden arastırılmıs ve özellikle Esdeger Enerji Minimizasyon Yöntemi (EEMY) ve Dinamik Programı tabanlı yöntemler gibi gelismis yöntemlerin, daha basit olan kural tabanlı yöntemlere göre ne miktarda fayda saglayacagı konusunda analizler yürütülmüstür. Özellikle EEMY nin gerçek zamanlı sürüs çevrimine göre güncellenmesi tabanlı özgün bir yöntem gelistirilmistir. Bu yöntem kullanılarak % 50 ye varan yakıt tüketimi tasaruffu yapmanın mümkün oldugu tespit edilmistir. Yöntem kapsamında, araç takip sistemlerinin kullanımı ile enerji yönetim sistemi parametrelerinin trafik yogunluk bilgisine göre uyarlanması saglanmıstır. Baska bir deyisle, sanal ortamda, trafige yeni katılan bir aracın teorik olarak bulundugu yol segmenti için hız zaman grafiginin ne sekilde olacagı yakın geçmiste bu yol segmentinde seyahat etmis araçların araç takip sistemi verileri kullanılarak öngörülerek enerji sarfiyatı en aza indirilmistir. Dolayısıyla, sürüs çevrimleri kullanılarak elde edilmis algoritmaların kalibrasyonunu bu yol segmenti için yapılmıstır. Projenin son asamasında üç tekerlekli, ön tekerlekleri elektrikli jant motorlu, arka tekerlegi içten yanmalı motor tahrikli paralel hibrit mimariye sahip bir tasıt üretilmistir. Bu tasıtın tasıt kontrol bilgisayarına projenin teorik asamaları esnasında tasarlanan hibrit enerji yönetim algoritmaları kodlanmıstır. Hacettepe kampüsünde hız-zaman verileri toplanmıstır. Elde edilen verilerden basitlestirilmis bir sürüs çevrimi türetilmistir. Kontrollü deneylerin yapılabilmesi adına Hacettepe Ü. Otomotiv Laboratuvarında bulunan dinamometre deney düzenegi üzerinde özgün bir test prosedürü gelistirilmistir. Test esnasında içten yanmalı motorun ve elektrikli jant motorlarının (sökülüp paralel bir araca monte edilerek) dinamometre tamburlarının es zamanlı olarak tahrik etmesi mümkün kılınmıstır. Deneysel sonuçlar, projenin teorik asamalarında da gösterildigi gibi, hibrit tasıtların kullanılması halinde, EEMY nin, diger yöntemlere göre, çok daha fazla yakıt tasarrufu saglayabildigini göstermektedir. Hem teorik hem de pratik sonuçlar sürüs çevrimi hakkında bilgi sahibi olundugunda (ki bu sehir için yolcu tasımacılıgında kullanılan tasıtlar için son derece geçerlidir), üstte bahsi geçen hibrit enerji yönetim algoritmasının yakıt tüketimini azaltmada büyük potansiyeli oldugunu kanıtlamaktadır.
  • Bayindir, K. Ç., Gözüküçük, M. A., & Teke, A. (2011). A comprehensive overview of hybrid electric vehicle: Powertrain configurations, powertrain control techniques and electronic control units. Energy Conversion and Management, 52, 1305-1313.
  • Boulter, P., & Cox, J. (1999). A review of European emission measurements and models for diesel fueled buses. Crowthorne: TRL Report .
  • Boyalı, A., & Güvenç, L. (2010). Hibrid elektrikli araçların modellenmesi ve kural tabanlı kontrolü. İstanbul Teknik Dergisi/D-Mühendislik, 9, 83-94.
  • Boyalı, Y. A. (2008). Hibrid Elektrikli Yol Taşıtlarının Modellenmesi Ve Kontrolü. İstanbul: İstanbul Teknik Üniversitesi, Doktora Tezi.
  • Conti, M., Kotter, R., & Putrus, G. (2015). Energy Efficiency in Electric and Plug-in Hybrid Electric Vehicles and Its Impact on Total Cost of Ownership. Electricvehiclebusinessmodels:globalperspectives, 147-165.
  • Crolla, D. (2009). Advanced hybrid bus. C. David içinde, Automotive Engineering: Powertrain, Chassis System and Vehicle Body (s. 199). United States of America: Butterworth- Heinemann.
  • Dinç, C. (2013). Methodology Development For The Constructıon Of A Driving Cycle In Order To Determine The Exhaust Emissions Of Road Vehicles. Istanbul: Istanbul Technıcal Unıversıty Graduate School Of Scıence Engıneerıng And Technology.
  • Ehsani, M., Gao, Y., & Emadi, A. (2010). Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles Fundamentals, Theory, and Design. Boca Raton: CRC Press.
  • Elbert, P., Ebbesen, S., & Guzzella, L. (2013). Implementation of Dynamic Programming for n- Dimensional Optimal Control Problems With Final State Constraints. IEEE Transactıons On Control Systems Technology, 21(3), 924-931.
  • Engineers, S. o. (2017). Stepwise Coastdown Methodology for Measuring Tire Rolling Resistance. SAE.
  • Ergeneman, M., Sorusbay, C., & Goktan, A. (1997). Development of a driving cycle for the prediction of pollutant emissions and fuel consumption. International Journal of Vehicle Design, 391-399.
  • FCH-JU. (2012). AlternativePowertrainsforEurope. The Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCHJU).
  • Feng, W., & Figliozzi, M. (2013). An economic and technological analysis of the key factors affecting the competitiveness of electric commercial vehicles: A case study from the USA market. Transportation Research Part C, 26, 135-145.
  • Frost, & Sullvian. (2013). Strategic analysis of global hybrid and electric heavy-duty transit bus market (NC7C-01). Frost & Sullivan Publication.
  • Göhlich, D., Fay, T.-A., Jefferies, D., & Lauth, E. (2018). Design of urban electric bus systems. Design science, 1-28.
  • Grubb, M., Vrolijk, C., & Brack, D. (1997). The Kyoto protocol : a guide and assessment. London: Oxford.
  • Hodkinson, R., & Fenton, J. (2001). Lightweight Electric/Hybrid Vehicle Design. Butterworth- Heinemann.
  • Hung, W., Tong, H., Lee, C., Ha, K., & Pao, L. (2007). Development of a Practical Driving Cycle Construction Methodology: A Case Study in Hong Kong. Transportation Research, Part D 115-128.
  • Hurst, D. (2011). Thinking outside the car: using electricity for two wheel vehicles, trucks, buses, locomotive, and off-road vehicles. Pike Research.
  • James, G., Witten, D., Hastie, T., & Tibshirani, R. (2013). An Introduction to Statistical Learning. New York: Springer.
  • Jobson, E. (2010). Hybrid Technology for Buses. Volvo Bus Corporation Report.
  • Kakuhama, Y., Kato, J., Fukuizumi, Y., Watabe, M., Fujinaga, T., & Tada, T. (2011). Nextgeneration public transportation: electric bus infrastructure project. Mitsubishi Heavy Ind Tech Rev, s. 48.
  • Kamble, S., Mathew, T., & Sharma, G. (2009). Development of real-world driving cycle: Case study of Pune, India. . Transportation Research, Part D: Transport and Environment (14), 132-140.
  • Karaoğlan, M., & Kuralay, N. S. (2014). Şehiriçi toplu taşımacılıkta hibrit tahrik uygulamaları. Mühendis ve Makina, 55(650), s. 9-16.
  • Kazemi, H., Fallah, Y. P., Nix, A., & Wayne, a. S. (2017). Predictive AECMS by Utilization of Intelligent Transportation Systems for Hybrid Electric Vehicle Powertrain Control. IEEE Transactions on Intelligent Vehicles, 75-84.
  • Kuhler, M., & Karstens, D. (1978). Improved driving cycle for testing automotive exhaust emissions. SAE Technical Paper.
  • Kural, E., & Güvenç, B. A. (2015). Predictive-Equivalent Consumption Minimization Strategy for Energy Management of A Parallel Hybrid Vehicle for Optimal Recuperation. Politeknik Dergisi, 113-124.
  • Kühne, R. (2010). Electric buses e An energy efficient urban transportation means. Energy, 35, 4510-4513.
  • Lajunen, A. (2014). Energy consumption and cost-benefit analysis of hybrid and electric city buses. Transportation Research Part C, 38, 1-15.
  • Liu, T., Hu, Zou, Y., & Cao, D. (2018). Fuel Saving Control for Hybrid Electric Vehicle Using Driving Cycles Prediction and Reinforcement Learning. AVEC. Beijing,China.
  • Lu, L., Han, X., Li, J., Hua, J., & Ouyang, M. (2013). A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric. Journal of Power Sources, 226, s. 272-288.
  • Ly, T., Goehlich, D., & Heide, L. (2016). Assessment of the interaction of charging system and battery technology for the use in urban battery electric bus systems. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference . Hangzhou, China: IEEE.
  • Mahmoud, M., Garnett, R., Ferguson, M., & Kanaroglou, P. (2016). Electric buses: A review of alternative powertrains. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 62, 673-684.
  • McKenzie, E. C., & Durango-Cohen, P. L. (2012). Environmental life-cycle assessment of transit buses with alternative fuel technology. Transportation Research Part D, 17, 39-47.
  • Mi, C., Masrur, M. A., & Gao, D. W. (2011). Hybrid electric vehicles principles and applications with practical perspectives. USA: Wiley.
  • Miles, J., & Potter, S. (2014). Developing a viable electric bus service: The Milton Keynes demonstration project. Research in Transportation Economics, 48, 357-363.
  • Musardo, C., Rizzoni, G., Guezennec, Y., & Staccia, B. (2005). A-ECMS: An Adaptive Algorithm for Hybrid Electric Vehicle Energy Management. European Journal of Control, 509-524.
  • Neubauer, J., & Wood, E. (2014). The impact of range anxiety and home, workplace, and public charging infrastructure on simulated battery electric vehicle lifetime utility. Journal of Power Sources, 257, 12-20.
  • Nurhadi, L., Borén, S., & Ny, H. (2014). A sensitivity analysis of total cost of ownership for electric public bus transport systems in Swedish medium sized cities. Transportation Research Procedia, 3, 818-827.
  • Offer, G., Howey, D., Contestabile, M., Clague, R., & Brandon, N. (2010). Comparative analysis of battery electric, hydrogen fuel cell and hybrid vehicles in a future sustainable road transport system. Energy Policy, 38, 24-29.
  • Ou, X., Zhang, X., & Chang, S. (2010). Alternative fuel buses currently in use in China: Life-cycle fossil energy use, GHG emissions and policy recommendations. Energy Policy, 38, 406- 418.
  • Poullikkas, A. (2015). Sustainable options for electric vehicle technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41, 1277-1287.
  • Ribau, J. P., Silva, C. M., & Sousa, J. M. (2014). Efficiency, cost and life cycle CO2 optimization of fuel cell hybrid and plug-in hybrid urban buses. Applied Energy, 129, 320-335.
  • Sciarretta, A., Back, M., & Guzzella, L. (2004). Optimal Control of Parallel Hybrid Electric Vehicles. IEEE Trans. On Control Systems Technology, 352-363.
  • Sulaiman, N., Hannan, M., Mohamed, A., Majlan, E., & WanDaud, W. (2015). A review on energy management system for fuel cell hybrid electric vehicle: Issues and challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 52, 802-814.
  • Sundström, O., Ambühl, D., & Guzzella, L. (2010). On Implementation of Dynamic Programming for Optimal Control Problems with Final State Constraints. Oil & Gas Science and Technology, 65(1), 91-102.
  • Torchio, M. F., & Santarelli, M. G. (2010). Energy, environmental and economic comparison of different powertrain/fuel options using well-to-wheels assessment, energy and external costs e European market analysis. Energy, 35, 4156-4171.
  • Tzeng, G.-H., Lin, C.-W., & Opricovic, S. (2005). Multi-criteria analysis of alternative-fuel buses for public transportation. Energy Policy, 33, 1373-1383.
  • Tzirakis, E., Pitsas, K., Zannikos, F., Iroon, & Stournas, S. (2006). Vehıcle Emıssıons And Drıvıng Cycles: Comparıson Of Theathens Drıvıng Cycle (Adc) Wıth Ece-15 And European Drıvıng Cycle (Edc). Global NEST Journal Vol 8, 282-290.
  • Volvo 7700. (2016, 07 26). Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Volvo_7700 adresinden alındı Xiong, W.-W., & Yin, C.-L. (2009). Design of Series-Parallel Hybrid Electric Propulsion Systems and Application in City Transit Bus. WSEAS Transactıons On Systems, 8(5), 578-590.
  • Yang, S., Wang, W., Zhang, F., Hu, Y., & Xi, J. (2018). Driving-Style-Oriented Adaptive Equivalent Consumption Minimization Strategies for HEVs. IEEE Transactıons On Vehıcular Technology, 9249-9261.
  • Zeng, Y., Cai, Y., Kou, G., Gao, W., & Qin, D. (2018). Energy Management for Plug-In Hybrid Electric Vehicle Based on Adaptive Simplified-ECMS. Sustainability, 1-24.
  • Zhang, C., Vahidi, A., Pisu, P., Li, X., & Tennant, K. (2010). Role of Terrain Preview in Energy Management of Hybrid Electric Vehicles. IEEE Transactıons On Vehıcular Technology, 1139-1147.
  • Živanović, Z., & Nikolić, Z. (2012). Ž. Zlatomir, & N. Zoran içinde, New Generation of Electric Vehicles (s. 165-203).

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © 2019 Tüm Hakları Saklıdır.