Tractor-semitrailer rollover prevention : air suspension system dimensioning and active control

Most articulated heavy goods vehicles are prone to rollover accidents, a great portion of road freight tonnage is shifted by tractor-semitrailer combination vehicles which represent a very common solution in commercial goods transport. After briefly reporting the dynamics of rollover, existing literature regarding control strategies aimed at preventing rollover accidents is presented. The aim of this study is to propose a simple yet robust and effective antiroll-worthy control strategy to be implemented on already existing large truck air suspension systems. First, a 14 degree of freedom vehicle plant model is modeled in Simscape Multibody by MatLab/Simulink. Then, the data of a tractor-semitrailer combination vehicle fitted with passive leaf springs and dampers is used to dimension a new air suspension system, consisting of air springs, able to counteract the natural tilting effect of the roll motion. The proposed active control logic consists of three Proportional-Integral-Derivative feedback loops: the first generates the reference suspension roll angles, the second contributes to open/close the servovalves of the air springs accordingly and the third one is responsible for leveling the vehicle throughout the manoeuvres it will be subjected to. The so dimensioned air suspension system and active control are tested using three different manoeuvres: ramp steer, step steer and double lane change. Results show that the active control effectively counter-tilts the vehicle inside the negotiated curves, ultimately reducing in considerable amounts the normalized lateral load transfer at all axles. The control strategy is effective in both transient and steady state conditions.

Molti mezzi articolati pesanti sono proni ad incidenti di ribaltamento, una grande porzione del tonnellaggio su strada é condotto da veicoli composti da motrice e semirimorchio, che rappresentano una soluzione molto comune nel trasporto commerciale di merci. Dopo aver riportato brevemente la dinamica del ribaltamento, un’analisi della letteratura riguardante strategie di controllo atte a prevenire il ribaltamento é presentata. L’obiettivo di questo studio é quello di proporre una strategia di controllo semplice e al contempo robusta e efficace, che stabilizzi il comportamento a rollio e che possa essere implementata sulle sospensioni pneumatiche già esistenti sui mezzi pesanti. Inizialmente, un modello a 14 gradi di libertá é stato creato in ambiente Simscape Multibody di MatLab/Simulink. In seguito, i dati del veicolo motrice-semirimorchio su cui erano installate molle a balestra e ammortizzatori passivi sono stati usati per dimensionare un nuovo sistema di sospensione pneumatica, consistente di molle ad aria, in grado di contrastare il naturale moto di rollio. La logica di controllo attivo proposta comprende tre rami regolati da strategie di tipo Proporzionale-Integrale-Derivativo ad anello chiuso: il primo genera il riferimento dell’angolo di rollio delle sospensioni, il secondo é responsabile dell’apertura/chiusura delle servovalvole e il terzo ha il compito di livellare il veicolo quando viene soggetto a diverse manovre. Le sospensioni pneumatiche e le logiche di controllo così dimensionate sono testate mediante tre manovre differenti: la rampa di sterzo, il gradino di sterzo e il doppio cambio di corsia. I risultati provano che il controllo attivo inclina efficacemente il veicolo verso l’interno delle curve riducendo considerevolmente il trasferimento di carico laterale normalizzato a tutti gli assali. La strategia di controllo risulta efficace sia in condizioni stazionarie che transitorie.