Theoretical and experimental analyses of active suspension using lQR, groundhook and skyhook control methods

Abstract

Süspansiyon sistemleri, araçları yoldaki rahatsızlıklarından izole etmeye yarar ve araclardaki titreşimlerin sönümlenmesini sağlar. Bu sistemde tekerlek, aks ve araç gövdesi birbirine bağlanır. Bir aracın lastikleri ile yol arasında sürekli teması sağlamak gerekmektedir. Araçların süspansiyon sistemleri, daha fazla konfor ve güvenlik için geliştirilmiş ve üretilmiştir. Bu noktada sürüş konforu için pasif süspansiyonlar ve yol tutuş yetersiz kalmaktadır. Özellikle elektronik ve bilgisayar teknolojisindeki gelişmeler ve kontrol alanındaki çalışmalar araçlardaki güvenlik, performans ve konfor bileşenlerini içeren sistemlerin geliştirilmesinde ve optimizasyonunda kilit rol oynamıştır. Bu önemli sistemlerden biri araç süspansiyon sistemleridir. Önerilen bu araştırmanın amacı, aktif süspansiyon kontrolü için lineer quadratik regülatör (LQR), Skykook ve Groundhook algoritmasını tasarlamak ve uygulamaktır. Araştırmanın amacına yönelik Quanser aktif süspansiyon deney cihazının çeyrek araç modeli kullanılarak LQR, skyhook ve groundhook kontrollü aktif süspansiyon sistemlerinin performansları karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, MATLAB-SIMULINK kontrol algoritmasını yürütmek için kullanılmıştır. Quarc Toolbox, Quanser Aktif Süspansiyon ünitesini MATLAB'a bağlar. Açık ve kapalı süspansiyon arasındaki fark, döngü simülasyon sistemindeki donanım tarafından test edilir.Anahtar Kelimeler: Çeyrek Araç Modeli, Aktif Süspansiyon Sistemi, skyhook, groundhook, Quanser, LQR.

Suspension systems are used to isolate vehicles from road disturbances and allow damping of the incentives in vehicles. In this system, the wheel, axle and vehicle body are connected together. It is necessary to maintain a constant contact between the tires of a vehicle and the road. At this point, passive suspensions and handling are insufficient for driving comfort. The fast growing developments specially in the fields of computer, electronics and control systems have been very important in optimizing and developing the systems that contain performance, safety and comfort elements in vehicles One of these important systems is vehicle suspension systems. The aim of this proposed research is to design and implement linear quadratic regulator (LQR), Skykook and Groundhook algorithm for active suspension control. For the purpose of this study the performance of LQR, skyhook and groundhook controlled active suspension were compared by using Quanser active suspension test device's quarter vehicle model. In this study, MATLAB-SIMULINK was used to carry out the control algorithm. Quarc Toolbox connects the Quanser Active Suspension unit to MATLAB. The differences between the active and passive suspension were tested by the equipment in the simulation system.Key Words: Quarter Car, Active Suspension System, Skyhook, Groundhook, Quanser, LQR.