Modelling and Simulation of a Semi-activeMotorcycle Damper

Hydrauliska stötdämpare har länge varit en central komponent i fordonsbranschen och de påverkarväsentligt komfort, köregenskaper och väghållning. Var och en av dessa egenskaper kräver olikadämpningskaraktär, vilket med en konventionell dämpare leder till kompromisser av t.ex. komfort ochväghållning. Dessa kompromisser har lett till utvecklingen av stötdämpare med elektriskt ställbardämpningskaraktär som ersätter konventionella dämpare i flera segment. Möjligheterna att förbättrafordonens egenskaper är stora men val av reglerstrategi är avgörande för dämparnas prestanda.Detta arbete behandlar en semiaktiv CES-dämpare från Öhlins Racing och syftet är att undersöka hurregleringen kan förbättras med avseende på precision och snabbhet med hjälp av modellbaseradreglering. CES-dämparen styrs av en tryck- och flödeskompenserad CES-ventil som styr tryckfallet överkolven och därmed dämpkraften. CES-ventilen är strömstyrd via en kontrollenhet på motorcykeln. Enfysikalisk dämparmodell tas fram i MATLAB Simulink©, men den visar sig bli för komplex och ha för dålignoggrannhet för att tillämpas i någon modellbaserad reglering, varför experimentellt framtagna NARXmodellerutvecklas i MATLAB©. NARX-modellerna tas fram genom en iterativ metod där bådemodellernas struktur och parametrar skattas automatiskt.NARX-modellernas goda simuleringsprestanda utvärderas med mätdata från en CES-dämpare underdynamiska och statiska tester i testbänk. CES-dämparens arbetsområde är mycket stort och tester visaratt dess egenskaper ändras kraftig för olika styrström. Speciellt vid låg ström skiljer sig egenskapernafrån medel och hög ström. Detta motiverar en uppdelning av arbetsområdet och tre olika NARXmodellertas fram för tre olika strömnivåer vilket avsevärt förbättrar prestandan i simulering.En stor fördel med NARX-modellerna är att de är lätta att invertera för att skapa en framkoppling av eninversmodell, men det visar sig att inversmodellerna lätt blir instabila i simulering.NARX-modellernas resultat är lovande, men för att ta fram ett reglerkoncept som går att utvärdera bådei simulering och på riktig hårdvara bör mer arbete utföras.Hydraulic dampers have been a key component in the vehicle industry for a long time and they effectcomfort, handling and traction. Each of these properties requires different damper characteristics,which for a conventional damper leads to compromises in for example comfort and traction. Thesecompromises have lead to the development of dampers with electrically controllable characteristicswhich are set to replace conventional dampers in many applications. The possibilities to improvevehicles properties are great, but the control strategy of these dampers is crucial for the performance.This thesis involves a semi-active CES damper from Öhlins Racing and the purpose is to research how thecontrol can be improved with respect to precision and speed with model based control. The CES damperis controlled by a pressure and flow compensated CES valve which control the pressure drop over thepiston in the damper, and in turn control the damping force. The CES valve is controlled by current froma control unit on the motorcycle. A physical damper model is developed in MATLAB Simulink©, but itproves to be to complex and not have good enough correlation with experimental data to be used in anymodel based control. Instead NARX based models are conceived in MATLAB© using an iterativealgorithm were both model structure and model parameters are evaluated automatically.The NARX models show good performance in simulation compared to a CES damper in dynamic andstatic experiments in a dyno rig. The CES damper has a very large working area and experiments showthat its characteristics change severely with different levels of control current. Especially the low currentcharacteristics differ from the mid and high current characteristics. This motivates the use of threedifferent NARX models, one for low, medium and high current respectively, which leads to substantialperformance increases in simulation.A big advantage with the NARX models is that they are easily inverted to be used as an inverted modelin feed forward control, but it turns out the inverted models often are unstable in simulation.The results of the NARX based models are promising, but to develop control algorithms for evaluation inboth simulation and on real hardware more work should be performed