Analysis and control of multichamber suspension stiffness to improve handling performances in dynamic manoeuvres

This thesis is based on a study in the field of automotive semi-active pneumatic suspensions. More in detail, it aims to describe how to improve the handling performances of a vehicle during braking and steering manoeuvres, acting on the stiffness of a multichamber pneumatic suspension. The first analysis describes the architecture of the studied suspension and the physical laws that govern an air spring. During the research, three different models are proposed for simulating the behaviour of the suspension with increasing complexity and accuracy. The possible drawbacks deriving from a change in stiffness of a multichamber architecture have been studied, describing the undesirable suspension behaviour that may occur. Furthermore, in the simulation environment, the possible improvements in terms of handling performances reachable through changing stiffness of the suspension have been analyzed. The experimental study was conducted by evaluating both the longitudinal dynamics, studying the pitch movement of the vehicle during a braking manoeuvre, and the lateral dynamics, analyzing the roll of the car during a steering manoeuvre. Finally, different control strategies are proposed in order to improve the handling performances considering the limits of this suspension architecture. For each developed strategy, a probabilistic analysis was carried out in order to quantify the achievable improvements and the possible drawbacks.

In questo lavoro di tesi è proposto uno studio dei potenziali miglioramenti in termini di handling di un veicolo durante le manovre di frenata e sterzata, che possono essere apportati tramite il controllo della rigidezza di una sospensione pneumatica multicamera. In prima analisi viene descritta l’architettura della sospensione in esame e le leggi fisiche che la governano, e sono proposti tre differenti modelli per la rappresentazione della sospensione con crescente grado di complessità e accuratezza. Sono state successivamente studiate le possibili problematiche e i comportamenti non intuitivi dovuti al cambio di rigidezza della sospensione in esame. Sulla base di tali considerazioni, è stata condotta un’analisi sperimentale in ambiente di simulazione sui possibili miglioramenti, in termini di handling, ottenibili attraverso un controllo della rigidezza della sospensione. In particolare, sono state studiate le dinamiche longitudinali e laterali rispettivamente riferite alle manovre di frenata e sterzata, mettendo in evidenza gli effetti della rigidezza della sospensione sui movimenti di beccheggio e rollio del veicolo. Infine, vengono proposte diverse strategie di controllo per migliorare le handling performances considerando i limiti dell’architettura della sospensione in analisi. Di ogni strategia sviluppata è stata condotta un’analisi probabilistica per quantificare i possibili miglioramenti ottenibili e i possibili drawbacks.