Improving Control Mechanism of an Active Air-Suspension System

Abstract

ABSTRACT: The technology of pneumatic vibration isolation for air-suspensions is developing gradually. As environmental vibroisolation requirements on precision equipment and air-suspensions become more stringent, the use of pneumatic isolators has become more popular, and their performance is subsequently required to be further improved. Due to air-suspension systems prevalence in heavy vehicles todays, improving control strategy and software base reformation can be an economical solution for performance improvement. In this study an active control technique, based on pressure is applied to a pneumatic isolator to enhance the isolation performance in the low frequency range where the passive techniques have difficulties. An air spring from air suspension system was modelled as the pneumatic isolator in a quarter-car model. The test plan for suspension model was in two approaches, model based simulation and experimental test, in order to evaluate the quarter-car suspension system. First, a mathematical model of an air-suspension for a quarter-car was built, in MATLAB-Simulink program. Then, the suspension prototype was prepared for the approach of experimental study. The experimental test design was based on physical equipment’s and performed in lab-view. Body acceleration, tire forces and suspension travel were outputs of experimental test. The optimization was investigated in two parts of dynamic performance including handling and comfort, and suspension travel as a structural performance. The results from experimental study were compared with simulative test from Simulink software in order to evaluate the percentage of simulation accuracy of active and passive approaches. The result comparison between active and passive suspension demonstrates 11.51% acceleration reduction during experimental test. Additionally, amplitude of suspension travel was reduced until 11.94% which shows structural improvement in vehicles suspension. Also dynamic forces were applied to the wheel, didn’t increase but also reduced until 3.04%. As conclusion, the new suspension performance was increased by applying control on system.

Keywords: suspension, pneumatic, air-spring, control strategy, simulation and experimental tests.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ÖZ: Havalı süspansiyon sistemleri’nin kullanımı araçların sürüş konforunu, dinamik davranışını ve yükseklik ayarlarını geliştirdiği için havalı titreşim söndürücülerin kontrol sistemleri modern koltuk, kabin ve şasi uygulamalarında gittikçe önem kazanmaktadır. Havalı süspansiyon sistemlerinin hava titreşim söndürücüsü teknolojisi günden güne gelişmekedir. Hassas cihazlara çevreden gelen titreşimin etkileri ve havalı titreşim söndürücülerin üzerlerindeki performans etkilerinin daha araştırılması gerekir. Havalı söndürücülerin dinamik performansları limitlidir ve alçak frekanslarda tasarım parametreleri daha karmaşık hale gelmektedir, bu etki rezonans frekansı veya hava bölmesinin hacmi tarafından sınırlanmaktadır. Aktif süspansiyon sistemi gelişen performans yaklaşımları için düşünülmüştür. Bugün havalı süspansiyon sistemleri birçok araçta yaygın olarak kullanılmaktadır, kontrol stratejisinin geliştirilmesi ve yazılım uygulamaları ile performans gelişimine ekonomik çözüm getirmek amaçlanmaktadır. Bu çalışmada basınca bağlı aktif kontrol tekniği pasif tekniğin zorlandığı alçak frekanstaki izolasyon performansını artırmak için pnömatik izolatöre uygulanmıştır. Havalı süspansiyon sistemindeki bir hava yayı çeyrek araç modeli pnömatik izolatörü olarak modellenmiştir. Çeyrek araç süspansiyon sistemini değerlendirmek amacıyla süspansiyon modeli için test planı, simülasyon ve deneysel test olarak iki kısımda ele alınmıştır. Öncelikle pasif, aktif ve pnömatik aktif süspansiyon sistemi için MATLAB-Simulink programında bir bilgisayar modeli inşa edilmiştir. Sonra, deneysel çalışma yaklaşımı için süspansiyon prototip hazırlanmıştır. Bu çalışma için inşa edilen deneysel model, yükseklik sensörleri, basınç sensörü, pnömatik aktüatörler ve denetleyici ihtiva eden çeyrek araç modeli oldu. Deneysel test çıkışı ivme ve mesafe olmuştur. Gövde ve tekerleğin ivmesi ile aralarındaki mesafe süspansiyon performans değerlendirmesinde önemli bir rol oynar. Optimizasyon dinamik performansın iki öğesi olan yol tutuşu ve konfor için incelenmiş ve yapısal performans olarak süspansiyon hareketi araştırılmıştır. Deneysel çalışmanın sonuçları aktif ve pasif yaklaşımların simülasyon doğruluk yüzdesini değerlendirmek için Simulink yazılımı sonuçları ile karşılaştırıldı. Aktif ve pasif arasındaki sonuçların karşılaştırılması sonucunda deneysel model gövdesinde %11.51 ivme azalması görülmüştür. Ayrıca, süspansiyon hareketi genliği % 11.94 kadar düşmüş ve araç süspansiyonunda yapısal iyileşme göstermiştir. Tekerleklere uygulanan dinamik kuvvetler artmamış fakat % 3,04 kadar azalmıştır. Sonuç olarak, sistem üzerinde kontrol uygulanarak yeni süspansiyon performans artırılmıştır.

Anahtar kelimeler: süspensiyon, pnömatik, hava yayı, kontrol stratejisi, simülasyon ve deneysel test.