Modelling and Controller Design of a Self-Levelling Suspension for an Agricultural Vehicle

This master’s thesis aims to design an active suspension system for a prototype agricultural vehicle, the Paoli PF100. The design of the active suspension system starts with the modelling of the actuators, pneumo-hydraulic struts with incorporated air-springs and dampers which can absorb high frequency vibrations. The modelling process begins by building a mathematical model of the actuator using a block diagram, then progressing to a multiphysical model. This multiphysical model is then inserted into the multibody model of the vehicle, which had been assembled previously. A PID controller is built to control the pressure inside each of the actuators and meet the imposed targets of steady-state roll compensation and oscillation damping. The pump is sized, and a first hypothesis of the hydraulic circuit is presented. Finally, the new active suspension is tested through several numerical simulations to check whether it meets the imposed targets.

Questa tesi magistrale mira a progettare la sospensione attiva per il prototipo di una trattrice agricola, la Paoli FP100. Il processo inizia con la modellazione degli attuatori, cilindri ammortizzatori a singola mandata con camera d’aria incorporata capaci di assorbire vibrazioni ad alta frequenza. Prima vengono modellati con un diagramma a blocchi, poi con un modello multifisico più complesso; ciò viene inserito nel modello multibody del veicolo ottenuto in precedenza. Un sistema di controllo in retroazione PID viene progettato e usato per controllare la pressione all’interno di ogni attuatore e ottenere la compensazione del rollio e lo smorzamento delle oscillazioni laterali. La pompa è successivamente dimensionata e viene presentata una prima ipotesi del circuito idraulico. Infine la nuova sospensione viene testata mediante simulazioni numeriche per verificare che raggiunga gli obiettivi prefissati.