Development of a semi-active damper prototype for railway vehicles

Comfort is actually one of the most important targets for the design of railway vehicles. It depends on track irregularity and on vehicle characteristics such as stiffness and damping of the suspensions. With high speed trains, the requirements for comfort are higher since excitation frequencies increase with the velocity of the train. Most common vehicles are equipped with passive solutions of hydraulic dampers. The problem of hydraulic passive dampers is that stiffness increases with excitation frequency, causing higher transmissibility of the vibrations to the chassis. For this reason, reducing stiffness with frequency would be useful to improve comfort, in particular for high speed train. Therefore, the aim of this project is the development of a semi active damper prototype based on external valve to vary damping and stiffness in a given frequency range. During the project, a semi active control logic is designed, tested and compared with the passive solution and with Sky-Hook logic, which is the most common semi active configuration available in literature.\linebreak This work also tries to solve another problem: the diagnostic of dampers. Nowadays, to find out if damper is working correctly, the only solution is to disassemble the component and to analyze it. Here a self diagnostic logic for semi active dampers based on vertical acceleration measurement is proposed.

Il comfort dei passeggeri è uno dei requisiti più importanti durante la progettazione di un veicolo ferroviario. Il comfort dipende dalle irregolarità del binario e da alcune caratteristiche del treno come la rigidezza e lo smorzamento delle sospensioni. Con l' introduzione dei treni ad alta velocità, le attenzioni sul comfort devono essere ancora maggiori siccome le frequenze di eccitazione crescono con la velocità del veicolo. La maggior parte dei veicoli ferroviari sono equipaggiati con configurazioni passive di ammortizzatori idraulici. Il problema di questi ammortizzatori è che la rigidezza fornita aumenta con la frequenza, causando alta trasmissibilità delle vibrazioni in cassa. Per questo motivo sarebbe utile ridurre la rigidezza all'aumentare della frequenza, in particolare per treni ad alta velocità. L'obiettivo di questo progetto è quindi sviluppare un prototipo di ammortizzatore semi attivo basato sull' aggiunta di una valvola esterna in maniera tale da poter modificare rigidezza e smorzamento dell' ammortizzatore stesso in un determinato range di frequenze. Una logica di controllo semi attiva è implementata, testata e confrontata con la configurazione passiva e con la logica 'Sky-Hook', che è la più comune configurazione semi attiva disponibile in letteratura. Inoltre con questo progetto si è anche cercato di risolvere il problema della diagnostica degli stessi ammortizzatori. Attualmente, l' unica soluzione per scoprire se un ammortizzatore sta lavorando correttamente è smontare il componente e analizzarlo. Questo studio invece propone una logica di auto diagnostica per ammortizzatori semi attivi basata sulla misurazione di accelerazioni verticali.