Design and analysis of a comfort and stability-oriented semi-active magneto-rheological damper control system

In the last decades, both academia and vehicle industry's interest in semi-active suspensions increased with the development of an abundance of various technologies and approaches. Their huge impact is largely because of their influence on comfort, safety, and drivability of vehicles. The purpose of the Thesis, developed in collaboration with an industrial partner, is the design and analysis of control strategies for semi-active suspensions that include Magneto-rheological dampers. The control strategies aim at providing comfort along with sprung mass stability in terms of pitch and roll dynamics. To fulfill the comfort criteria, several vertical dynamics controllers were designed and analyzed; influenced by some of them, a new control strategy, Rotated Smooth Sky-Hook, is proposed. To fulfill the second criteria, stability, a scheduled approach is adopted. The scheduling is based on measured longitudinal and lateral jerk, and it is applied on the output of the High Level Control and/or an inner state of the Low Level Control. Another integrated approach is proposed, in which a new High Level Control strategy, Integrated Smooth SH, includes feedback rotational dynamics terms along with vertical dynamics terms to directly influence both comfort and stability. The proposed algorithms are implemented on a simulated vehicle and are all validated on a number of maneuvers, proving the effectiveness of the developed control systems.

Negli ultimi decenni, l'interesse sia del mondo accademico che dell'industria automobilistica per le sospensioni semi-attive è aumentato grazie allo sviluppo nuove tecnologie. I vantaggi dell’uso di queste sospensioni sono molteplici, in particolare migliorano il comfort, la sicurezza e la guidabilità dei veicoli. Lo scopo della tesi, sviluppata in collaborazione con un partner industriale, è la progettazione e l'analisi di strategie di controllo per sospensioni semi-attive basate su ammortizzatori magnetoreologici. Le strategie di controllo mirano a migliorare il comfort e allo stesso tempo la stabilità della cassa in termini di dinamica di beccheggio e rollio. Per soddisfare i criteri di comfort, sono stati progettati e analizzati diversi controllori della dinamica verticale; in particolare, viene proposta una nuova strategia di controllo chiamata Rotated Smooth Sky-Hook. Parallelamente, per soddisfare la seconda richiesta, la stabilità, viene adottato un approccio schedulato. La schedulazione si basa sul jerk longitudinale e laterale e viene applicata all'uscita del controllo di alto livello e/o al controllo di basso livello. Infine, è stato proposto un approccio integrato, in cui il controllore di alto livello, Integrated Smooth Sky-Hook, include termini della dinamica rotazionale e termini della dinamica verticale per influenzare direttamente sia il comfort che la stabilità. Gli algoritmi proposti sono implementati su un veicolo simulato e sono tutti validati su una serie di manovre, dimostrando l'efficacia dei sistemi di controllo sviluppati