Modelling and control of innovative active and semi-active suspension technologies

In the last years, the potentialities of semi-active suspensions in the automotive sector have become subject of growing interest. By now, most of the efforts have been concentrated on damping control. However, little has been done to investigate the possible advantages of controlling the elastic component. In the present dissertation, an air spring linked through a connection valve to an auxiliary chamber is analysed. More in detail, the valve control methods providing comfort if compared to standard architectures have been investigated. After the development of a model, an offline optimization procedure was implemented to retrieve the best control sequence possible. This analysis has revealed how the use of the innovative architecture considered so far can lead to satisfying performance even in the case of moderate irregularities in the road surface. Nevertheless, using the data obtained with the optimization procedure, an online control, based on the application of a Neural Network, was designed. Simulations proof the possibility of achieving significant improvements even with a causal control. At the same time, an experimental setup of the multi-chamber suspension, subject of this study, was carried out to validate the model through suitable bench tests. A second part of the dissertation was reserved to the study of an innovative active hydraulic suspension with regenerative capabilities, i.e. able to convert the vertical oscillation into energy. The particular interest in this product arises from the desire to overcome the traditional trade-off between the two classical semi-active and active suspensions. Finally, a series of experimental data was examined to draw up a preliminary performance analysis and through the information existing in literature, two different physical models were proposed.

Negli ultimi anni, in ambito automobilistico, le potenzialità delle sospensioni semi-attive sono diventate oggetto di crescente interesse. In particolare, ad oggi, la maggior parte degli sforzi si sono concentrati sul controllo dello smorzamento. Poco, invece, è stato fatto al fine di indagare gli eventuali vantaggi relativi al controllo del componente elastico. Nel presente elaborato viene analizzata una molla ad aria dotata di camera ausiliaria e valvola di connessione. In particolare, è stato indagato come il controllo della valvola permetta di ottenere un livello di comfort maggiore rispetto alle architetture standard. Una volta definito un adeguato modello matematico, si è sviluppata una procedura di ottimizzazione offline che, in relazione al profilo stradale considerato, derivasse la migliore sequenza di controllo. Quest'analisi ha evidenziato come l'utilizzo dell'innovativa architettura considerata possa effettivamente condurre a delle buone prestazioni anche in caso di moderate irregolarità del manto stradale. In seguito, sfruttando i dati ottenuti con la procedura di ottimizzazione, è stato realizzato un controllo online basato sull’applicazione di una Rete Neurale. Dalle simulazioni risulta evidente il forte miglioramento raggiungibile anche con un controllo causale. Parallelamente, è stato realizzato un setup sperimentale della sospensione oggetto di questo studio, al fine di validare il modello attraverso opportuni test svolti a banco. Una seconda parte della trattazione è stata riservata allo studio di una sospensione idraulica attiva con capacità rigenerativa, in grado di convertire l’oscillazione verticale in energia. Il particolare interesse per questo prodotto ha origine dalla volontà di superare il tradizionale trade-off fra le due classiche sospensioni semi-attive e attive. Una serie di dati sperimentali è stata quindi utilizzata al fine di elaborare una analisi delle performance, e sulla base delle informazioni presenti in letteratura, sono stati proposti due diversi modelli fisici.