Study of control strategies for active carbody roll in railway vehicles using hydraulic actuation

The thesis means to develop novel control strategies for providing a limited amount of carbody tilt using hydraulic actuation. The device consists of interconnected hydraulic actuators attached to the carbody and bogies, replacing the passive anti-roll bar used in railway vehicles and in addition permitting active tilt control. The synthesis of three linear controllers (PID with feedforward, IMC with feedforward and optimal control LQ with error integration) is based on a linearized model of both the vehicle and hydraulic anti-roll bar, while the performance assessment is carried out using a Multi-Body model previously developed by the Department of Mechanical Engineering of Politecnico di Milano. The numerical results show that it is possible to increase significantly the vehicle's running speed in fast curves compared with a vehicle equipped with passive suspension, with a 12 \% speed increase (from 300 to 338 [km/h]), for the same as improved ride comfort.

Questa tesi si propone di sviluppare delle innovative strategie di controllo al fine di realizzare il pendolamento della cassa di un veicolo ferroviario attraverso l'utilizzo di un sistema di attuazione idraulico. Il dispositivo e' costituito da attuatori idraulici interconnessi tra di loro e attaccati alla cassa e ai carrelli, che sostituiscono la barra anti-rollio passiva utilizzata nei veicoli ferroviari e permettono un controllo attivo del pendolamento. Lo sviluppo di tre controlli lineari (PID in feedforward, IMC in feedforward e controllo ottimo LQ con regolazione a zero dell'errore) e' basato su un modello linearizzato del veicolo e della barra anti-rollio idraulica, mentre la valutazione delle prestazioni e' stata effettuata utilizzando un modello Multi-Body precedentemente sviluppato dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica del Politecnico di Milano. I risultati numerici dimostrano che e' possibile aumentare significativamente la velocita' di percorrenza del veicolo in curve veloci rispetto ad un veicolo equipaggiato con una sospensione passiva, ottenendo un aumento di velocita' del 12\% (da 300 a 338 km/h), mantenendo un livello uguale o superiore di comfort di marcia.