Elektrikli yol süpürme araçları için elektronik kontrol ünitesi tasarımı = Electronic control unit design for electric road sweepers

Abstract

Elektronik kontrol üniteleri (EKÜ), herhangi bir motorlu taşıttaki bir veya daha fazla elektrik sistemini veya alt sistemi kontrol eden otomotiv elektroniğindeki gömülü sistemlerdir. Elektronik kontrol üniteleri esasen bir aracın işlevselliğinin farklı yönlerini izleyen, kontrol eden ve yöneten mini bilgisayarlardır. Araçlarda yerleştirilmiş çeşitli sensörlerden alınan veriler gerçek zamanlı kararlar vermek için elektronik kontrol üniteleri tarafından kullanırlar. Yol süpürme makineleri, şehirlerde sokakları temizlemek için tasarlanmış, fırçalı ve vakumlu veya mekanik süpürme mekanizmaları ile donatılmış araçlardır. Mevcut yol süpürme araçlarında güç ünitesi olarak dizel motor kullanılmakta olup, elektrikli araç teknolojisinin yaygınlaşması ile birlikte yol süpürme araçlarında da elektrikli motorlar kullanılmaya başlamıştır. Dizel motorun çevreye karbon emisyonu ve gürültü olarak yaydığı olumsuz etkiler elektrik motorları kullanımı ile önlenebilmektedir. Bunun yanında elektrikli araçların kontrol parametreleri dizel motorlu araçlardan farklılık göstermektedir. Günümüzde elektrik motorlu araçlar için fosil yakıtlı araçların kontrol üniteleri ek modüller ile desteklenerek kullanılmaya çalışılmaktadır. Bu çalışmada elektrikli yol süpürme araçlarının ihtiyaçları doğrultusunda özgün bir araç elektronik kontrol ünitesi tasarımı ve üretimi yapılmıştır. Tez çalışması, ÇEKSAN Yol Süpürme Araçları A.Ş. firmasının sponsorluğunda yürütülmüş ve prototip bu firma tarafından üretilen kamyon üstüne monte edilmiş %100 elektrikli vakumlu yol süpürme aracına uygulanmıştır. Bu araçta güç ünitesi olarak geleneksel dizel motor yerine yeni nesil elektrik motoru kullanılmıştır. Batarya paketinde Lityum-iyon pil hücreleri tercih edilmiş ve hücreler üzerinde gelişmiş bir batarya yönetim sistemi (BMS) yerleştirilmiştir. Günümüzde elektrikli kamyonlar homologasyon süreçleri nedeni ile piyasada aktif olarak kullanılmadıkları için ÇEKSAN yol süpürme aracının monte edildiği kamyon dizel yakıtlı standart bir kamyondur. Çalışmada önce araç gereksinimleri belirlenerek, uygun işlemci ve komponent seçimleri ve ardından donanım tasarımı yapılmış, son olarak hedeflenen prototip kart üretilmiştir. Kart üzerine gömülen yazılım C dilinde kodlanmış ve birçok kütüphane oluşturulmuştur. Yazılım testleri ve simülasyonlar başarıyla sonuçlandıktan sonra elektronik kart standart EMC testlerine sokulmuş ve testlerden geçmiştir. Son olarak EKÜ yol süpürme aracına monte edilmiş ve saha testleri başarıyla uygulanmıştır. Yapılan çalışma ile ÇEKSAN tarafından piyasaya sunulan ticari bir elektronik kontrol ünitesi elde edilmiştir.

Electronic control units (ECU) are embedded systems in automotive electronics that control one or more electrical systems or subsystems in any motor vehicle. Electronic control units are essentially minicomputers that monitor, control and manage different aspects of a vehicle's functionality. Data from various sensors installed in vehicles are used by electronic control units to make real-time decisions. Road sweepers are vehicles equipped with brush and vacuum or mechanical sweeping mechanisms designed to clean the streets in cities. Diesel engine is used as the power unit in existing road sweeping vehicles, and with the widespread use of electric vehicle technology, electric engine usage studies have started in road sweeping vehicles. The negative effects of diesel engines on the environment in terms of carbon emissions and noise can be prevented by using electric motors. In addition, the control parameters of electric vehicles differ from diesel engine vehicles. The electronic control units (ECU) of the existing fossil fueled vehicles used until today have been designed considering the needs of these vehicles. For electric motor vehicles, these units are partially used or tried to be used by supporting them with additional modules. In this study, a complete vehicle electronic control unit has been designed in line with the needs of electric road sweeping vehicles. In this study, a 100% electric vacuum road sweeper mounted on a truck manufactured by our sponsor ÇEKSAN Yol Süpürme Araçları A.Ş. was used. In this vehicle, a new generation electric motor was used instead of a conventional diesel engine as the power unit. Lithium-ion battery cells are used in the battery pack and there is an advanced battery management system (BMS) on it. Since electric trucks are currently in homologation processes and are not active in the market, the truck on which the road sweeper is mounted is a standard diesel fueled truck. In the study, first the vehicle requirements were determined, hardware design was made by selecting the appropriate processor and components, and then the prototype card was produced. The software was coded in C language and many libraries were created. When the software tests and simulations were successfully completed, the electronic card was subjected to EMC tests and successful results were obtained. Afterwards, the ECU was mounted on a road sweeper and field tests were successfully carried out. A commercial electronic control unit was obtained with this study.