Control and temperature estimation of a magnetorheological damper for a high-performance sports car

The automotive industry is undergoing significant technological advances, employing an increasing number of electronic devices. A key role in the dynamics of the vehicle is played by the suspensions, complex systems that have profited from notable research developments in the recent years. Among the different electronically controlled suspensions, the semi-active ones allow to modify the dissipative action with relatively small power consumption. In this framework, the ones based on Magnetorheological (MR) dampers exploit the possibility to control the current flowing into the coil inside the piston head, which allows to vary the damping coefficient according to the generated magnetic field. MR shock absorbers are having remarkable commercial success with respect to other technologies, thanks to their fast actuation and wide controllability range. This Thesis aims at presenting some innovative contributions for this type of dampers employed in a high-performance sports car. In particular, the focus is put on the control part of these devices: given a set-point force, the regulator has to inject the right amount of current to produce the desired dissipative force. To this end, two different controllers have been designed: open-loop and closed-loop. A validation phase carried on with both simulation and road tests on actual vehicle revealed that the closed-loop controller is able to guarantee excellent tracking performances, while limiting the chattering of the control variable. Due to the high influence of temperature in the characteristics of the MR dampers, a deep analysis in the relationship between dissipative force and temperature for these devices has been conducted. Since it is not possible to employ thermal sensors in automotive applications, the estimation is obtained by means of resistance-based methods, exploiting the coil circuit signals. In this research, two alternative algorithms for the computation of the resistance are presented, showing their reliability with some real tests for the on-line temperature estimation.

L'industria automobilistica sta godendo di importanti progressi tecnologici, con l'impiego di un numero sempre maggiore di dispositivi elettronici. Un ruolo chiave nella dinamica veicolo è svolto dalle sospensioni, sistemi complessi che hanno beneficiato negli ultimi anni di notevoli sviluppi della ricerca. Tra le diverse tipologie di sospensioni elettroniche, quelle semi-attive permettono di modulare l'azione dissipativa con un consumo di potenza relativamente ridotto. In tale contesto, le sospensioni basate su ammortizzatori Magnetoreologici (MR) sfruttano la possibilità di controllare la corrente che scorre nella bobina all'interno del pistone, permettendo modificare il coefficiente di smorzamento in base al campo magnetico generato. Gli ammortizzatori MR stanno avendo rimarchevole successo commerciale rispetto ad altre tecnologie, grazie alla loro velocità di attuazione e vasta area di controllabilità. Questa Tesi ha lo scopo di presentare alcuni contributi innovativi per questo tipo di ammortizzatori impiegati su un'auto sportiva ad alte prestazioni. Nello specifico, l'attenzione è posta sul controllo di questi dispositivi: dato un riferimento di forza, il regolatore ha il compito di fornire la giusta quantità di corrente per produrre la forza dissipativa desiderata. A tale fine, due differenti controllori sono stati progettati: uno in anello aperto, l'altro in anello chiuso. La fase di validazione, svolta tramite test di simulazione e test su pista con il veicolo reale, ha evidenziato che il regolatore in anello chiuso è in grado di tracciare in maniera eccellente il riferimento, limitando le oscillazioni della variabile di controllo. Data l'alta influenza della temperatura sul comportamento dell'ammortizzatore MR, è stata condotta un'attenta analisi della relazione tra forza dissipata e temperatura. Dal momento che non è possibile utilizzare sensori termici nelle applicazioni automobilistiche, la stima è ottenuta tramite metodi basati sulla resistenza, sfruttando i segnali circuitali dell'avvolgimento. In questo studio, due diversi algoritmi per il calcolo della resistenza sono presentati, mostrando la loro affidabilità per la stima della temperature tramite test reali.