Modelling and control of an electro-hydraulic active suspension system

• Autorzy: Ajala O. , Bestle D. , Rauh J.

Identyfikatory

DOI

10.2478/meceng-2013-0003

Warianty tytułu

PL

Modelowanie i sterowanie aktywnego, hydro-elektrycznego systemu zawieszenia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Active suspension systems ease the conflict between comfort and handling. This requires the use of suitable actuators that in turn need to be efficiently controlled. This paper proposes a model-based control approach for a nonlinear suspension actuator. Firstly the concept is derived in the linear framework in order to simplify the synthesis and analysis phase. There a linear model of the actuator is proposed and discussed. Further, this design phase includes a comparison between model-free PID controllers and a newly proposed two-degree-of-freedom controller which allows one to shape reference and disturbance responses separately. Subsequently, the two-degree-of-freedom controller, which proves to be superior, is adapted to the nonlinear framework by considering a linear parameter varying representation of the nonlinear plant. Finally, the nonlinear controller is implemented in a test car confirming the concept applicability to real hardware.

PL

Aktywne systemy zawieszenia łagodzą konflikt między komfortem a właściwościami jezdnymi samochodu. Wymagają one użycia odpowiednich siłowników, a te z kolei powinny być efektywnie sterowane. W artykule zaproponowano opartą na modelowaniu koncepcję sterowania nieliniowego siłownika w zawieszeniu samochodu. Koncepcja tego rozwiązania jest początkowo przedstawiona w ramach opisu liniowego, co ma uprościć fazę syntezy i analizy. Na tym etapie jest proponowany i dyskutowany model liniowy. Ta faza projektowania obejmuje ponadto porównanie między niezwiązanymi z modelem sterownikami PID i proponowanym, nowym sterownikiem o dwu stopniach swobody, który pozwala niezależnie kształtować odpowiedź referencyjną i odpowiedź na zakłócenia. W dalszym etapie, dla sterownika o dwu stopniach swobody, który okazał sie lepszy od pozostałych, wprowadza się opis nieliniowy, traktując parametr liniowy jak zmienną reprezentację nieliniowego obiektu regulacji. Ostatecznie, nieliniowy sterownik zawieszenia jest instalowany w samochodzie testowym, a badania potwierdzają celowość zastosowania tej koncepcji w rzeczywistym sprzęcie.

Słowa kluczowe

EN

vehicle dynamics; modelling; two-degree-of-freedom controler; active suspension system; full-car control

PL

dynamika pojazdu; modelowanie; sterownik o dwóch stopniach swobody; aktywny system zawieszenia; sterowanie samochodem

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. LX, nr 1
• Strony: 37--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Ajala O.

• Group Res. & Adv. Eng. Vehicle Dynamics Daimler AG 050/G005, 71059 Sindelfingen, Germany

autor

Bestle D.

• Engineering Mechanics and Vehicle Dynamics, Brandenburg University of Technology, 03046 Cottbus, Germany

autor

Rauh J.

• Group Res. & Adv. Eng. Vehicle Dynamics Daimler AG 050/G005, 71059 Sindelfingen, Germany

Bibliografia

• [1] Cao J., Liu H., Li P., Brown D.J.: State of the Art in Vehicle Active Suspension Adaptive Control Systems Based on Intelligent Methodologies. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Vol. 9, pp. 392-405, 2008.
• [2] Cao D., Song S., Ahmadian M.: Editors’s Perspectives: Road Vehicle Suspension Design, Dynamics, and Control. Vehicle System Dynamics, Vol. 49, pp. 3-28, 2011.
• [3] Esmailzadeh E., Taghirad H.D.: State-Feedback Control for Passenger Ride Dynamics. The Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, Vol. 19, pp. 495-508, 1995.
• [4] Fialho I., Balas G.J.: Road Adaptive Active Suspension Design Using Linear Parameter-Varying Gain-Scheduling. IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 10, pp. 43-54, 2002.
• [5] Du H., Zhang N.: Constrained H infin Control of Active Suspension for a Half-car Model with a Time Delay in Control. Proceedings of IMechE, Part D: Journal of Automobile Engineering, Vol. 222, pp. 665-508, 2008.
• [6] Bluethmann B., Herrera E., Hulse A., Figuered J., Junkin L., Markee M., Ambrose R.O.: An Active Suspension System For Lunar Crew Mobility. IEEE Aerospace Conference, Big Sky, MT, USA, pp. 1-9, 2010.
• [7] Lauwerys C., Swevers J., Sas P.: Linear Control of Car Suspension Using Nonlinear Actuator Control. Proceedings of the International Conference on Noise and Vibration Engineering, Leuven, Belgium, pp. 55-61, 2002.
• [8] Koch G., Fritsch O., Lohmann B.: Potential of Low Bandwidth Active Suspension Control with Continuously Variable Damper. Proceedings of the 17th IFAC World Congress, Seoul, Korea, pp. 3392-3397, 2008.
• [9] Cytrynski S.: Federungssystem für ein Fahrzeug. Patent DE102010007237A1, 2010.
• [10] Cominos P., Munro N.: PID Controllers: Recent Tuning Methods and Design to Specification. IEE Proceedings – Control Theory and Applications, Vol. 149, pp. 46-53, 2002.
• [11] Kamen E.W., Khargonekar P.P.: On the Control of Linear Systems whose Coefficients Are Functions of Parameters. IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 29, pp. 25-23, 1984.
• [12] Ajala O., Bestle D., Rauh J., Ammon D.: Zero-phase Filtering Control of an Active Suspension System with Preview. Proceedings of the 11th International Symposium on Advanced Vehicle Control, Seoul, Korea, 2012.