Analisi e sviluppo di un sistema di controllo sospensioni per assale frontale di un trattore da frutteto

The objects of this dissertation are the analysis and the control of an innovative electronically controlled hydropneumatic suspension system for the front axle of an orchard tractor. With this particular type of suspension, it’s possible to perform a load leveling control, in which the damping and the low frequency stiffness can be modulated, and a semi-active control of the damping. The entire work was done in collaboration with the company Argo Tractors S.p.A. The first part of the work was focused on the load leveling control. Firstly, the hydropneumatic suspension model was obtained and it was identified through appropriate characterization tests. Subsequently, since the system has discrete inputs, in order to apply the classic control and analysis techniques, they had been made equivalent to continuous inputs through PWM approach. In addition, the system had been deeply analysed in order to verify its stability and its robustness to constant disturbances and to approximations done during the modeling; the sensitivity analysis was also carried out to find out the most suitable values for the controller tuning. The second part of the work was focused on semi-active control; some passive tests were performed to analyse the perceived comfort in the tractor cab in the different configurations and in the different driving conditions. From these tests, the most and fewer damping configurations were identified and then used for the implementation of a two-state control logic, the Acceleration Driven Damping, an algorithm based on the reduction of vertical accelerations. Finally, the effectiveness of this controller in improving vehicle comfort was tested.

Oggetto di questa dissertazione sono l’analisi e il controllo di un innovativo sistema di sospensioni idropneumatiche elettronicamente controllabili per l’assale frontale di un trattore da frutteto. Con questo particolare tipo di sospensione è possibile effettuare un controllo attivo auto livellante, in cui si può andare a modulare oltre allo smorzamento la rigidezza a bassa frequenza, ed un controllo semi-attivo dello smorzamento. L’intero lavoro è stato svolto in collaborazione con l’azienda Argo Tractors S.p.A. La prima parte del lavoro è stata incentrata sul controllo auto-livellante; inizialmente è stato ricavato il modello delle sospensioni idropneumatiche ed è stato identificato mediante degli appositi test di caratterizzazione. Successivamente, dal momento che il sistema dispone di input discreti, per poter applicare le classiche tecniche di controllo e analisi, essi sono stati resi equivalenti ad input continui tramite modulazione PWM. Il sistema è successivamente stato analizzato nel dettaglio per verificarne la stabilità e la robustezza a disturbi costanti e ad approssimazioni fatte durante la modellazione; sono state svolte anche delle analisi di sensitività per trovare i valori più adeguati per la taratura del controllore. Nella seconda parte del lavoro ci si è focalizzati sul controllo semi-attivo; sono stati eseguiti dei test senza controllore per analizzare il comfort percepito in cabina nelle diverse configurazioni e in varie situazioni di guida. Dai test sono state individuate le configurazioni più e meno smorzanti in seguito utilizzate per l’implementazione di una logica di controllo a due stati, l’Acceleration Driven Damping, algoritmo basato sulla riduzione delle accelerazioni verticali. Infine, sono stati eseguiti dei test per dimostrare l’efficacia di tale controllore nel migliorare il comfort sul veicolo.