Effect of passive vehicle design in semi active primary suspension control

In the vehicle engineering, the passengers comfort has always represented a critical feature because of the intrinsic conflicting behaviour of the suspensions: from one side, it would be preferred a soft suspension in order to isolate the car body from the external disturbances; on the other side, a stiff suspension is required in order to sustain the vehicle weight. In the last years, thanks to the growth of the Mechatronic Engineering, the introduction of control devices has been proposed in order to improve the dynamic behaviour of the mechanical systems and to solve this duality. In particular, several researches have demonstrated that it's possible to isolate the vehicle from the external disturbances by controlling the secondary suspension, which is directly connected to the car body itself. In this work, an advanced semi active primary suspension control strategy for the improvement of the passenger comfort in a railway vehicle is investigated, together with the issues related to the dynamic property of the passive system. In fact as long as the control force is no longer acting directly on the car body, the dynamics properties of the passive system play a central role. For the numerical simulations, it has been developed a mathematical model describing the vehicle vertical dynamics, with the advanced introduction of the car body bending modes and the air spring modelling. For what concerns the controller, the classical two state SkyHook and ADD - Acceleration Driven Damper logic have been employed. Furthermore, the critical evaluation of the results allowed to understand how the coupling of the mechanical and control system may enhance the positive features of the passive system rather than compensate its gaps. Very interesting results have been pointed out and they may represent a starting point for a new challenging development in control engineering, compliant with greater design flexibility, more demanding requests and ambitious goals.

Nell'ingegneria del veicolo, il comfort del passeggero ha sempre rappresentato un aspetto critico a causa dell'intrinseco comportamento conflittuale delle sospensioni: da un lato, è preferibile una sospensione morbida al fine di isolare la carrozzeria dai disturbi esterni; dall'altro, è richiesta una sospensione rigida per sostenere il peso del veicolo. Negli ultimi anni, grazie alla crescita dell'Ingegneria Meccatronica, è stata proposta l'introduzione di dispositivi di controllo in modo tale da migliorare il comportamento dinamico dei sistemi meccanici e risolvere questa dualità. In particolare, diverse ricerche hanno dimostrato la possibilità di isolare il veicolo dai disturbi esterni attraverso il controllo della sospensione secondaria, in quanto direttamente connessa alla carrozzeria. In questo studio viene investigata un'innovativa strategia di controllo semiattivo della sospensione primaria, al fine di migliorare il comfort del passeggero nei veicoli ferroviari, in parallelo ai problemi relati alle proprietà dinamiche del sistema passivo. Infatti, dal momento in cui la forza di controllo non agisce più direttamente sulla cassa, le proprietà dinamiche del sistema passivo giocano un ruolo centrale. Per le simulazioni numeriche, è stato sviluppato un modello matematico che descrive la dinamica verticale del veicolo, con l'innovativa introduzione dei modi flessionali della cassa e della modellazione della molla ad aria. Per quanto riguarda il controllore, sono state impiegate le classiche logiche ADD - Acceleration Driven Damper e SkyHook a due stati. In aggiunta, la valutazione critica dei risultati ha permesso di valutare come l'accoppiamento del sistema di controllo a quello meccanico possa valorizzare le caratteristiche positive del sistema passivo piuttosto che compensare i suoi limiti. I risultati osservati sono molto interessanti e potrebbero rappresentare la base di partenza per uno stimolante sviluppo nell'ingegneria del controllo, in linea con l'esigenza di una maggiore flessibilità di progettazione, le sempre più stringenti richieste e i nuovi ambiziosi obiettivi.