Comfort-oriented control of a multichamber suspension

In this dissertation, a particular architecture of reactive suspension is studied, composed of a semi-active shock-absorber in parallel with a multi-chamber air spring, whose pneumatic chambers (a main one with variable volume and an auxiliary one with fixed volume) are connected via a controllable valve. The objective of this work is the design of real-time suspension control techniques, aimed at the maximization of comfort, which allow to modify both the dissipative and elastic properties of the suspension, by proper modulation of the damping coefficient and the valve position respectively. Two control strategies are developed and the comfort improvements with respect to the state-of-the-art control technique are computed via numerical simulations. The first strategy, or LQR-based algorithm, makes use of discrete valve modulation, that means valve position can only be fully open or fully closed: this strategy does not require road preview and allows to obtain a comfort improvement of 10% at 100Hz control frequency. The second, or MPC-scheme, exploits continuous valve modulation, hence accounting for partial positions as well: in the ideal case where road preview is available, the improvement is around 28%, whereas in the more realistic case where road profile is not measured, but estimated, the maximum improvement is of 14%, again at 100Hz control frequency.

In questa tesi viene studiata una particolare architettura di sospensione reattiva, composta da un ammortizzatore semi-attivo in parallelo ad una molla pneumatica multicamera, le cui camere d'aria (una principale a volume variabile ed una ausiliaria a volume fisso) sono connesse da una valvola regolabile. L'obbiettivo di questo lavoro è la sintesi di tecniche real-time di controllo della sospensione, mirate a massimizzare il comfort, che permettano di modificare le sue proprietà dissipative ed elastiche attraverso un'opportuna modulazione del coefficiente di smorzamento e della posizione di valvola, rispettivamente. Sono sviluppate due strategie di controllo e i miglioramenti in comfort rispetto alla tecnica standard di controllo sono calcolati attraverso simulazioni numeriche. La prima strategia, chiamata LQR-based algorithm, fa uso di una modulazione discreta di valvola, considerando la sua apertura e chiusura completa: non prevede preview del profilo stradale e permette di ottenere un miglioramento del 10% ad una frequenza di controllo di 100Hz. La seconda, o MPC-scheme, sfrutta una modulazione continua, prendendo in considerazione anche posizioni parziali di valvola: nel caso ideale di preview della strada, il miglioramento è del 28%, mentre nel caso più realistico in cui il profilo stradale viene stimato, ma non misurato, il miglioramento si assesta al 14%.