Analysis and control design of advanced suspension systems

This dissertation deals with the technological analysis, modeling, and control design of advanced suspension systems for automotive applications. The suspension is fundamental for the well-being of vehicle passengers: it must ensure an adequate level of road disturbance filtering, and it must preserve the tire-road contact. For these reasons electronically controllable suspensions are subject of intensive research in both academy and industry. The main objective of this thesis consists in the analysis of the most promising state-of-the-art suspension technologies already available on the market, and in the design of control algorithms targeted to comfort and safety improvement. The cutting-edge suspension technology is currently represented by: Multichamber suspension: it is a semi-active suspension able to modulate both damping and stiffness coefficients at high frequency. In this dissertation, a mathematical model is developed and validated through test-bench experiments, then comfort-oriented control algorithms are proposed. Proactive suspension: it is a semi-active suspension technology, with short-term active capability, and energy-recuperation feature. Here, a mathematical model of the system is proposed and validated, then a comfort-oriented, and a safety-oriented algorithms are designed and validated in an advanced vehicle dynamic simulator. Hydro-pneumatic suspension: this type of architecture allows to change the system equilibrium position by injecting fluid in the suspension. We designed a load-leveling control algorithm, and we experimentally validated it in two different scenarios: a front-axle-suspension for small size agricultural tractor, and a fully suspended tractor cabin.

Quest tesi tratta l'analisi tecnologica, la modellistica, e il progetto di algoritmi di controllo per sistemi di sospensioni avanzati in ambito automotive. La sospensione è l'elemento fondamentale per il benessere dei passeggeri: deve garantire un adeguato livello di filtraggio dei disturbi stradali, e deve preservare il contatto tra ruota e strada. Per queste ragioni, le sospensioni elettronicamente controllabili sono ambito di ricerca sia in ambito accademico che industriale. L'obiettivo primario della tesi consiste nell'analisi delle tecnologie più promettenti che offre il mercato industriale, e nello sviluppo di algoritmi di controllo con l'obiettivo di migliorare il comfort e la sicurezza. Lo stato dell'arte tecnologico delle sospensioni è rappresentato da: Sospensione multicamera: è una sospensione semi-attiva che permette la modulazione simultanea dei coefficienti di smorzamento e rigidezza. In questo lavoro è presentato un modello matematico validato tramite test a banco, successivamente sono proposti algoritmi orientati al comfort in grado di sfruttare questa tecnologia. Sospensione proattiva: è una tecnologia semi-attiva con capacità attive di breve durata e recupero di energia. Anche in questo caso è proposto un modello matematico validato con test a banco. Successivamente sono stati progettati algoritmi di controllo orientati al miglioramento del comfort e al miglioramento della sicurezza. Le strategie di controllo sono state testate in un simulatore avanzato di veicoli. Sospensione idropneumatica: questo tipo ti architettura permette di cambiare la posizione di equilibrio del sistema iniettando fluido all'interno della sospensione. È stato progettato un algoritmo di controllo autolivellante, il quale è stato validato in due scenari differenti: livellamento di una cabina di un trattore di larghe dimensioni completamente sospesa, e livellamento di un assale anteriore per trattori di piccola taglia.