Comfort and stability oriented semi-active and stiffness switching suspension control for forestry tractors

This thesis dissertation, regarding electronic suspensions on agricultural vehi- cles, deals with the control and the analysis of an innovative front axle electronic suspension system which equips a forestry tractor. The project has been developed in collaboration with the company Argo Tractors Spa and the results reported in this dissertation have been obtained through numerical simulations. Semi-active suspensions provide the best compromise between cost and perfor- mances but their potential has not been fully exploited in the market of agricultural vehicles. The proposed new semi-active and stiffness switching suspension system is able to provide improvements in comfort and lateral stability. Firstly, the vehicle’s kinematics and the innovative hydraulic circuit’s capabilities have been analysed. Afterwards, both the suspensions and the complete vehicle model were obtained. In a second moment, a method for the analysis of comfort performances has been designed, with the aim of providing an objective evaluation of the new suspension’s potential to enhance the tractor’s comfort level. Then, four well known two state semi-active control logics have been considered for the closed loop control of the suspensions. Finally, a preliminary analysis of the vehicle stability during cornering has been carried out with the objective of controlling the suspensions to avoid the tractor’s rollover.

In questa tesi, nell’ambito delle sospensioni elettroniche su veicoli agricoli, è stato analizzato un innovativo prototipo di sospensione elettronica per assale frontale montato su un trattore da frutteto. Questo progetto è stato sviluppato in collaborazione con l’azienda Argo Tractors Spa e i risultati descritti in questa tesi sono stati ottenuti in simulazione. Le sospensioni semi-attive che garantiscono il miglior compromesso tra costi e prestazioni sono state impiegate solo recentemente nell’ambito dei veicoli agricoli. Il nuovo sistema di sospensioni semi-attive e stiffness switching proposto è in grado di portare migliorie considerevoli al comfort e alla stabilità laterale del trattore. Innanzitutto sono state analizzate la cinematica del veicolo e le capacità dell’innovativo circuito idraulico proposto. Successivamente sono stati ricavati sia il modello delle sospensioni sia il modello completo del veicolo. Si è poi ideato un metodo di analisi delle performance di comfort con lo scopo di fornire una valutazione oggettiva del potenziale della nuova sospensione per migliorare il livello di comfort del trattore. In seguito sono state considerate quattro note logiche di controllo semi-attive a due stati per il controllo in anello chiuso delle sospensioni. Infine è stata affrontata un’analisi preliminare della stabilità del veicolo in curva con l’obiettivo di controllare le sospensioni per evitare il ribaltamento del trattore.