Modellistica e controllo di un sistema attivo per antiribaltamento di veicoli articolati pesanti

Rollover of articulated heavy vehicles is a serious problem worldwide. As a matter of fact it can cause serioius consequences in terms of injury to people and it is the major cause of truck drivers’ death. The main purpose of this thesis is to design and validate an active roll control based on air suspension in order to maximize stability in critical maneuvers. A commercial multibody-software was used to model an articulated heavy vehicle with a two-axle tractor and three-axle trailer unit. The multibody-model was integrated with a nonlinear model of the active air. The control systems was designed on the basis of a linear model aimed at reproducing the fundamental system-dynamics, without a too complex structure. The aim of the two developed control strategies, based on PI regulator and LQ approach respectively, is to reduce the lateral load transfer through the forces generated by the activation of the air springs. The simulation results with the active roll controls show a maximum improvement of 17%, in terms of load transfer reduction, for various critical driving maneuvers. Additional simulations were also performed changing the speed, the suspension parameters, the payload distribution and the road conditions, in order to verify and discuss the controls’ robustness.

Il ribaltamento dei mezzi articolati pesanti è un problema di sicurezza stradale particolarmente importante a livello mondiale in quanto provoca le conseguenze peggiori in termini di danni alle persone, risultando la maggior causa di morte dei camionisti nell’esercizio del proprio lavoro. Scopo della tesi è progettare e validare un sistema di controllo per antiribaltamento basato sull’utilizzo di sospensioni pneumatiche attive, al fine di aumentare la stabilità dell’autoarticolato a fronte di manovre critiche. Utilizzando un software multibody commerciale è stato modellizzato un veicolo articolato pesante, caratterizzato da una motrice e un semirimorchio aventi rispettivamente due e tre assi. Il modello multibody è stato integrato con il modello non lineare del sistema attivo composto dalle molle ad aria. Per il progetto del controllo si è partiti dalla definizione di un modello lineare con l’obiettivo di descrivere al meglio le dinamiche di interesse del sistema fisico, senza presentare una struttura eccessivamente complessa. L’obiettivo delle due strategie di controllo sintetizzate, con regolatori PI e LQ, è di ridurre il trasferimento di carico laterale agendo sulle coppie di forze generate dall’attivazione delle molle ad aria. Le simulazioni effettuate con il veicolo controllato a fronte di diverse manovre critiche hanno evidenziato un miglioramento massimo del 17%, in termini di riduzione del trasferimento di carico. Infine sono state eseguite ulteriori simulazioni al variare della velocità di avanzamento, dei parametri del sospensioni, della distribuzione di carico e delle condizioni del manto stradale al fine di verificare e discutere la robustezza dei sistemi di controllo sviluppati.