MODELING AND CONTROL OF ACTIVE AIR SUSPENSION SYSTEM OF 2011 PORSCHE CAYENNE

Tìm hiểu mô hình và điều khiển hệ thống treo khí nén chủ động trên xe Porsche Cayenne 2011. Nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ ô tô hiện đại.

• Tác giả: Nguyễn Thế Phong Vũ
• Người hướng dẫn: PTS. Huỳnh Phước Sơn
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Automotive Engineering Technology
• Đề tài: Mô Hình và Điều Khiển Hệ Thống Treo Khí Nén Chủ Động Trên Porsche Cayenne 2011
• Loại tài liệu: graduation thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENT
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. The research justification and necessity
• 1.2. The main purpose of the project
• 1.3. The objective of the project
• 1.4. The research methodology
• 1.5. The limit and scope of the project
• 1.6. The outline of this article
• 2. CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. Introduction of independent air suspension
• 2.2. Literature review
• 2.3. Conclusion of literature review
• 3. CHAPTER 3: THE STRUCTURE AND OPERATING PRINCIPLE OF THE AIR SUSPENSION SYSTEM OF PORSCHE CAYENNE
• 3.1. Overview of the active and semi – active air suspension system
• 3.2. The air suspension system of Porsche Cayenne
• 3.3. The development of air suspension system in Cayenne model
• 3.4. The air suspension in Cayenne model 2004-2010
• 3.5. The air suspension in Cayenne model 2011
• 3.6. The components of air suspension system of the 2011 Porsche Cayenne
• 3.6.1. The air spring struts
• 3.6.2. The PASM-map controlled damper/shock absorber
• 3.6.3. The valve block and air pipe lines
• 3.6.4. The PASM leveling control unit
• 3.6.5. The sensors of air suspension system
• 3.7. The operational analysis of the active air suspension system of the 2011 Porsche Cayenne
• 3.7.1. The control of ride height level and spring rate
• 3.7.2. The control of damping force
• 4. CHAPTER 4: MODELING THE AIR SUSPENSION SYSTEM
• 4.1. Overview of Matlab SIMULINK
• 4.2. Modeling the suspension system
• 4.3. Modeling the conventional active suspension system (quarter car)
• 4.4. Modeling the active air suspension system
• 4.5. Modeling the air suspension of 2011 Porsche Cayenne
• 4.6. Define the parameters of the air suspension system of Porsche Cayenne
• 4.7. Determine control strategy for the air suspension system
• 4.8. Building the model in SIMULINK
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Treo Khí Nén Porsche Cayenne 2011

Hệ thống treo đóng vai trò then chốt trong kỹ thuật ô tô hiện đại, ảnh hưởng lớn đến khả năng điều khiển, chất lượng di chuyển và tải trọng. Các xe được trang bị hệ thống treo khí nén, đặc biệt là Porsche Cayenne 2011, vượt trội hơn hẳn về hiệu suất và khả năng thích ứng. Ví dụ, Land Rover sử dụng hệ thống treo khí nén điều chỉnh điện tử để nâng cao trải nghiệm lái. Mercedes-Benz cũng nổi tiếng với hệ thống Airmatic tự động, nhấn mạnh sự thoải mái. Việc nghiên cứu hệ thống treo khí nén trên Porsche Cayenne 2011 sẽ đóng góp vào lĩnh vực ô tô. Mục tiêu là xây dựng mô hình và mô phỏng hệ thống treo này, phát triển sơ đồ khối điều khiển trong SIMULINK dựa trên sơ đồ điều khiển thực tế, và cuối cùng, áp dụng các thông số xe vào Carsim để mô phỏng.

1.1. Vai Trò Quan Trọng Của Hệ Thống Treo Ô Tô Hiện Đại

Hệ thống treo không chỉ là bộ phận giảm xóc, mà còn là cầu nối giữa thân xe và bánh xe. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định, khả năng bám đường và sự thoải mái của hành khách. Một hệ thống treo tốt giúp xe vận hành êm ái trên mọi địa hình, đồng thời đảm bảo an toàn khi vào cua hoặc phanh gấp. Các hãng xe sang như Porsche luôn chú trọng đến việc phát triển hệ thống treo tiên tiến để mang lại trải nghiệm lái tốt nhất cho khách hàng. Theo tài liệu nghiên cứu, "Suspension system, among other dynamic systems, plays a critical role in modern automotive engineering..."

1.2. Ưu Điểm Vượt Trội Của Hệ Thống Treo Khí Nén Chủ Động

So với hệ thống treo thông thường, hệ thống treo khí nén chủ động có nhiều ưu điểm vượt trội. Khả năng điều chỉnh độ cao gầm xe giúp xe vượt qua các địa hình khó khăn, đồng thời cải thiện tính khí động học khi di chuyển trên đường trường. Hệ thống cũng tự động cân bằng xe khi chở nặng, đảm bảo sự ổn định và an toàn. Quan trọng hơn, hệ thống treo khí nén có thể điều chỉnh độ cứng/mềm của giảm xóc, mang lại sự thoải mái tối đa cho hành khách. Porsche Cayenne 2011 là một ví dụ điển hình cho sự kết hợp hoàn hảo giữa thể thao và tiện nghi nhờ hệ thống treo này. "Land Rover offers products with the electronic, adaptive and height adjustable air suspension to ensure that the driving experience is enhanced."

II. Thách Thức Mô Hình Hóa Điều Khiển Treo Khí Nén Cayenne 2011

Mục đích của nghiên cứu này là mô hình hóa và mô phỏng hệ thống treo khí nén của Porsche Cayenne 2011. Việc này bao gồm thiết kế sơ đồ khối điều khiển trong Matlab SIMULINK sử dụng bộ điều khiển PID. Lực tác động và độ dịch chuyển của bánh xe và lò xo khí được tính toán và đưa vào phân tích. Sau khi mô hình hóa thành công, mô phỏng sẽ được thực hiện để đánh giá khả năng phản hồi và lực giảm chấn của hệ thống. Việc hiểu rõ các thông số và chiến lược điều khiển của hệ thống treo khí nén là yếu tố then chốt để xây dựng mô hình chính xác.

2.1. Xác Định Thông Số Hệ Thống Treo Khí Nén Porsche Cayenne

Để mô hình hóa chính xác hệ thống treo khí nén của Porsche Cayenne 2011, việc xác định các thông số kỹ thuật là vô cùng quan trọng. Các thông số này bao gồm kích thước và đặc tính của lò xo khí, van điều khiển, cảm biến và bộ điều khiển ECU. Bên cạnh đó, cần xem xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống như áp suất khí nén, nhiệt độ và tải trọng của xe. Việc thu thập đầy đủ và chính xác các thông số này là nền tảng để xây dựng mô hình toán học đáng tin cậy. "Developing and establishing the parameters along with control strategy of the air suspension for building block control diagram."

2.2. Phát Triển Chiến Lược Điều Khiển Phù Hợp Với PID

Sau khi xác định được các thông số của hệ thống, bước tiếp theo là phát triển chiến lược điều khiển phù hợp. Bộ điều khiển PID là một lựa chọn phổ biến nhờ tính đơn giản và hiệu quả. Tuy nhiên, để đạt được hiệu suất tối ưu, cần điều chỉnh các tham số PID một cách cẩn thận. Chiến lược điều khiển cần phải đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, đáp ứng nhanh chóng với các thay đổi của điều kiện vận hành, và mang lại sự thoải mái tối đa cho hành khách. Điều này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí nén và kinh nghiệm trong việc thiết kế hệ thống điều khiển. "Designing block diagram control in Matlab SIMULINK using PID controller."

III. Mô Hình Hóa Hệ Thống Treo Khí Nén trên Matlab SIMULINK

Chương này tập trung vào việc mô hình hóa hệ thống treo khí nén trên Matlab SIMULINK. Quá trình này bao gồm xây dựng sơ đồ khối điều khiển, định nghĩa các thông số, và thiết lập các phương trình toán học mô tả hành vi của hệ thống. Các khối chức năng như lò xo khí, van điều khiển, cảm biến và bộ điều khiển ECU sẽ được sử dụng để tạo ra một mô hình hoàn chỉnh. Mục tiêu là tạo ra một mô hình có khả năng mô phỏng chính xác hoạt động của hệ thống treo khí nén trong các điều kiện vận hành khác nhau.

3.1. Xây Dựng Sơ Đồ Khối Điều Khiển Hệ Thống Treo

Sơ đồ khối điều khiển là trái tim của mô hình Matlab SIMULINK. Nó mô tả cách các thành phần của hệ thống treo khí nén tương tác với nhau. Các tín hiệu từ cảm biến được đưa vào bộ điều khiển ECU, sau đó bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến van để điều chỉnh áp suất khí nén trong lò xo khí. Sơ đồ khối cần phải được thiết kế một cách rõ ràng và chính xác để đảm bảo mô hình hoạt động đúng như mong đợi. Việc sử dụng các khối chức năng có sẵn trong SIMULINK giúp đơn giản hóa quá trình xây dựng sơ đồ khối. "Modeling the air suspension system in Matlab SIMULINK and comparing results of different configuration of the system."

3.2. Mô Phỏng Hoạt Động Hệ Thống với Các Tình Huống

Sau khi xây dựng xong sơ đồ khối, bước tiếp theo là tiến hành mô phỏng hoạt động của hệ thống treo khí nén. Các tình huống mô phỏng có thể bao gồm xe di chuyển trên đường bằng phẳng, đường gồ ghề, hoặc khi vào cua. Kết quả mô phỏng sẽ cho thấy cách hệ thống phản ứng với các điều kiện vận hành khác nhau, và giúp đánh giá hiệu quả của chiến lược điều khiển. Việc phân tích kết quả mô phỏng là cần thiết để tinh chỉnh mô hình và cải thiện hiệu suất của hệ thống treo khí nén. Các thông tin cần thu thập trong quá trình mô phỏng là: Áp suất khí nén, độ dịch chuyển của lò xo, và gia tốc thân xe.

IV. Đánh Giá Hiệu Suất Hệ Thống Treo Khí Nén trên Carsim

Sau khi mô hình hóa trên Simulink, bước tiếp theo là tích hợp vào Carsim để đánh giá hiệu suất thực tế. Carsim là phần mềm chuyên dụng để mô phỏng động lực học xe, cho phép đánh giá khả năng vận hành và ổn định của xe trong các điều kiện khác nhau. Bằng cách kết hợp mô hình hệ thống treo khí nén với mô hình xe Porsche Cayenne 2011 trong Carsim, có thể đánh giá một cách toàn diện các ưu điểm và nhược điểm của hệ thống treo này.

4.1. Tích Hợp Mô Hình SIMULINK vào Nền Tảng CARSIM

Việc tích hợp mô hình SIMULINK vào Carsim đòi hỏi sự hiểu biết về cả hai phần mềm. Mô hình SIMULINK được chuyển đổi thành một khối chức năng có thể sử dụng trong Carsim. Sau đó, khối chức năng này được kết nối với mô hình xe Porsche Cayenne 2011 trong Carsim. Quá trình này đòi hỏi sự cẩn thận để đảm bảo tính tương thích và đồng bộ giữa hai mô hình. Khi đã tích hợp thành công, có thể bắt đầu mô phỏng và đánh giá hiệu suất của hệ thống treo khí nén. "Once the block control diagram is completed, those data will be used for a desirable and optimized simulation in Carsim."

4.2. So Sánh Kết Quả Giữa Mô Phỏng và Thực Tế Vận Hành

Để đánh giá độ tin cậy của mô hình, cần so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực tế thu thập được từ xe Porsche Cayenne 2011. Các thông số cần so sánh bao gồm độ cao gầm xe, gia tốc thân xe, và góc nghiêng thân xe. Nếu có sự khác biệt lớn giữa kết quả mô phỏng và thực tế, cần xem xét lại mô hình và điều chỉnh các thông số cho phù hợp. Việc so sánh và đối chiếu này giúp đảm bảo mô hình có khả năng dự đoán chính xác hành vi của hệ thống treo khí nén trong các điều kiện vận hành khác nhau. Cần thu thập dữ liệu vận hành thực tế để xác thực tính chính xác của mô hình.

V. Ứng Dụng và Kết Quả Nghiên Cứu Hệ Thống Treo Khí Nén Porsche

Việc nghiên cứu và mô hình hóa hệ thống treo khí nén trên Porsche Cayenne 2011 mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn. Mô hình này có thể được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế hệ thống treo, cải thiện khả năng điều khiển và sự thoải mái cho hành khách. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng để phát triển các hệ thống điều khiển tiên tiến hơn, chẳng hạn như hệ thống điều khiển thích ứng có khả năng tự động điều chỉnh các tham số của hệ thống treo dựa trên điều kiện vận hành thực tế.

5.1. Ứng Dụng Trong Thiết Kế và Tối Ưu Hóa Hệ Thống Treo

Mô hình hệ thống treo khí nén có thể được sử dụng như một công cụ để thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống treo mới. Bằng cách mô phỏng các thiết kế khác nhau và đánh giá hiệu suất của chúng, các kỹ sư có thể tìm ra thiết kế tốt nhất đáp ứng các yêu cầu cụ thể. Mô hình cũng có thể được sử dụng để xác định các thông số quan trọng nhất của hệ thống treo, và để tìm ra cách điều chỉnh các thông số này để cải thiện hiệu suất. Ví dụ, có thể sử dụng mô hình để tìm ra cách điều chỉnh độ cứng của lò xo khí để mang lại sự thoải mái tối đa cho hành khách. Cần thu thập các đánh giá chủ quan từ người lái và hành khách để đánh giá hiệu quả của việc tối ưu hóa.

5.2. Phát Triển Các Hệ Thống Điều Khiển Treo Thích Ứng Tiên Tiến

Mô hình hệ thống treo khí nén cũng có thể được sử dụng để phát triển các hệ thống điều khiển treo thích ứng tiên tiến. Các hệ thống này có khả năng tự động điều chỉnh các tham số của hệ thống treo dựa trên điều kiện vận hành thực tế. Ví dụ, hệ thống có thể tự động điều chỉnh độ cứng của lò xo khí và lực giảm chấn dựa trên tốc độ xe, gia tốc thân xe, và góc lái. Các hệ thống điều khiển thích ứng có thể mang lại sự cải thiện đáng kể về khả năng điều khiển, sự thoải mái, và an toàn. Cần sử dụng các thuật toán điều khiển thông minh, chẳng hạn như điều khiển mờ hoặc mạng nơ-ron, để phát triển các hệ thống điều khiển thích ứng hiệu quả. Việc thử nghiệm và đánh giá hệ thống điều khiển thích ứng trong các điều kiện vận hành thực tế là rất quan trọng để đảm bảo tính tin cậy và hiệu quả.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Hệ Thống Treo Khí Nén Tương Lai

Nghiên cứu hệ thống treo khí nén trên Porsche Cayenne 2011 đã làm sáng tỏ các nguyên tắc hoạt động và các yếu tố then chốt ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Kết quả mô phỏng trên SIMULINK và Carsim cung cấp những thông tin giá trị để tối ưu hóa thiết kế và phát triển các hệ thống điều khiển tiên tiến. Trong tương lai, các hệ thống treo khí nén sẽ ngày càng thông minh và linh hoạt hơn, mang lại trải nghiệm lái xe an toàn, thoải mái và thú vị hơn.

6.1. Tổng Kết Các Kết Quả Nghiên Cứu Quan Trọng Đạt Được

Nghiên cứu đã đạt được các kết quả quan trọng sau: Xây dựng thành công mô hình hệ thống treo khí nén trên SIMULINK và Carsim. Xác định các thông số và chiến lược điều khiển quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Đánh giá hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện vận hành khác nhau. Đề xuất các ứng dụng thực tiễn của mô hình trong thiết kế và phát triển các hệ thống treo tiên tiến. Các kết quả này đóng góp vào sự hiểu biết sâu sắc hơn về hệ thống treo khí nén và mở ra những hướng nghiên cứu mới trong tương lai. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các hệ thống điều khiển thông minh hơn để tận dụng tối đa tiềm năng của hệ thống treo khí nén.

6.2. Hướng Phát Triển Hệ Thống Treo Khí Nén Trong Tương Lai

Trong tương lai, hệ thống treo khí nén sẽ tiếp tục được phát triển theo hướng thông minh và linh hoạt hơn. Các hệ thống này sẽ có khả năng tự động điều chỉnh các tham số dựa trên điều kiện vận hành thực tế, mang lại trải nghiệm lái xe an toàn, thoải mái và thú vị hơn. Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các hệ thống điều khiển tiên tiến. Ngoài ra, việc sử dụng các vật liệu mới và thiết kế sáng tạo cũng sẽ giúp cải thiện hiệu suất và độ bền của hệ thống treo khí nén. Cần tập trung vào việc phát triển các hệ thống treo có khả năng tái tạo năng lượng, giảm thiểu tác động đến môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS AUTOMOTIVE ENGINEERING TECHNOLOGY MODELING AND CONTROL OF ACTIVE AIR SUSPENSION SYSTEM OF 2011 PORSCHE CAYENNE INSTRUCTOR: HUYNH PHUOC SON, PhD. STUDENT: NGUYEN THE PHONG VU NGUYEN TIEN DAT SKL012848 Ho Chi Minh City, March 2024 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION PROJECT REPORT MODELING AND CONTROL OF ACTIVE AIR SUSPENSION SYSTEM OF 2011 PORSCHE CAYENNE Major: AUTOMOTIVE ENGINEERING TECHNOLOGY Supervisor: HUYNH PHUOC SON, PhD. NGUYEN THE PHONG Student ID: 20145002 VU NGUYEN TIEN ĐAT Student ID: 20145409 Ho Chi Minh City, March 2024 i ACKNOWLEDGEMENT We would like to express our sincere and deep gratitude to our research supervisor, PhD. HUYNH PHUOC SON, Lecturer in automotive chassis system, Faculty Dean of Vehicle and Energy Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology and Education, for giving us the opportunity to do research and providing invaluable guidance throughout this research.

His care, guidance, vision, sincerity and motivation have deeply inspired us. He has taught us the methodology to carry out the research and to present the research works as clearly as possible. It was a great privilege and honor to work and study under his guildance.We would love to express our most gratitude to PhD. HUYNH PHUOC SON’s effort and passion.

In addition to that, we would like to say thanks to our friends and all the people who have supported us to complete the research work directly or indirectly. Ho Chi Minh City, March, 2024 Students carrying out the research. Nguyễn Thế Phong Vũ Nguyễn Tiến Đạt vi TABLE OF CONTENT PROJECT REPORT. i GRADUATION PROJECT ASSIGNMENT.

ii PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET. iv EVALUATION SHEET OF DEFENSE COMMITTEE MEMBER. vi TABLE OF CONTENT. vii LIST OF FIGURES.

ix LIST OF TABLES. xii CHAPTER 1: INTRODUCTION. The research justification and necessity. The main purpose of the project.

The objective of the project. The research methodology. The limit and scope of the project.2 CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW. Introduction of independent air suspension.

Conclusion of literature review .6 CHAPTER 3: THE STRUCTURE AND OPERATING PRINCIPLE OF THE AIR SUSPENSION SYSTEM OF PORSCHE CAYENNE. Overview of the active and semi – active air suspension system. The air suspension system of Porsche Cayenne. The development of air suspension system in Cayenne model.

The air suspension in Cayenne model 2004-2010. The air suspension in Cayenne model 2011. The components of air suspension system of the 2011 Porsche Cayenne. The air spring struts.

The PASM-map controlled damper/shock absorber. The valve block and air pipe lines. The PASM leveling control unit. The sensors of air suspension system.

The operational analysis of the active air suspension system of the 2011 Porsche Cayenne. The control of ride height level and spring rate. The control of damping force.72 CHAPTER 4: MODELING THE AIR SUSPENSION SYSTEM. Overview of Matlab SIMULINK.

Modeling the suspension system. Modeling the conventional active suspension system (quarter car). Modeling the active air suspension system. Modeling the air suspension of 2011 Porsche Cayenne.

Define the parameters of the air suspension system of Porsche Cayenne. Determine control strategy for the air suspension system. Building the model in SIMULINK.117 viii LIST OF FIGURES Figure 3. The ASS components and their variations.

The required damping force and relative speed in 4 quadrants. The optimization of damping force in 4 quadrants.The controllability potential of various types of systems. The main differences between the passive and semi-active, active suspension system. The overview of the air spring-based (pneumatic) suspension system.

The AIRmatic system developed by Mercedes-Benz. The schematic diagram of AIRmatic system. The Porsche Cayenne equipped with air suspension. The components of air suspension system of Porsche Cayenne.

The overview of components of air suspension system in Porsche Cayenne (2004-2010). The pneumatic schematics of open – air suspension system. The front and rear axle with air springs of Cayenne model 2011. The overview of components of air suspension system in Porsche Cayenne (2011).

The pneumatic schematics of closed – air suspension system. The positions of suspension components of 2011 Porsche Cayenne. The front air spring with integrated damper. The main components of air supply unit.

Air spring with additional volume. The position of the damper. The cross section of the damper. The compressor actuation by relay.

Schematic design of compressor. The Air flow pathway inside the compressor and air drier. The air accumulator. The solenoid valve block.

Solenoid valve block in diagram. The solenoid valve block with color-marked air lines. The control unit block with all its wiring. The PASM control unit diagram.

The control unit. Illustration of Sensor positions. The subcomponents of level sensor. The illustration of level sensor.

The body acceleration sensor. The position of pressures sensor within the solenoid valve block. The position of pressure sensor (7). The pressure sensor.

The position of temperature sensor inside compressor (3). The temperature sensor. The rocker switch of 2011 Porsche Cayenne. The selection of height level.

The control unit with indicated signals for ride height control. The control diagram of the system. The flow of control process between control unit and the other components. The control block diagram of the system with additional volume.

The control block diagram of the system without additional volume. Rocker switch in raising process. Rocker switch input signal to control unit. The process of raising the vehicle.

Valve block and the corresponding connecting air lines. Rocker switch in lowering process. Rocker switch input signal to control unit. The process of lowering the vehicle.

The process of draining the suspension system. Valve block and the corresponding venting air lines for vent valve. Rocker switch in automatic filling process. The first stage of automatic filling process.

The second stage of automatic filling process. The process of air leakage compensation. The additional volume valve. The additional volume of front air spring strut.

The additional volume of rear air spring strut. The control strategy of switching volume. Spring rate being inversely proportional to internal volume. Power travel control map for spring rate.

The control switch for PASM. Control unit of PASM. The mechanism of hard damping and soft damping effect. The PASM buttons for 3 chassis settings.

Suspension setting in PASM Comfort. Suspension setting in PASM Sport. The damper in Comfort mode. The damper in Sport mode.

The Matlab Workspace. The starting page of SIMULINK. The passive suspension system model. The conventional active suspension model.

The illustration of control actuator for active suspension model. The active air suspension model. The active Pneumatic model of 2011 Porsche Cayenne. The PID control scheme.

The conventional active suspension model in Simulink. The steel spring stiffness value. The subsystem of air spring. The air spring blocks for two stiffness values.

The road roughness coefficient ISO 8608. The selected road profile model. The irregularities of road profile class C. The illustration of Skyhook damping control strategy.

The Skyhook damping control subsystem. The switch case of the damping coefficient. The PID controller for the model. The active air suspension model.

The pressure changes within the air spring in two modes. The difference in spring rate. The Desired deflection first attempt. The suspension deflection with soft spring rate and low force.

The suspension deflection with hard spring rate and high force. The car body acceleration in Comfort mode. The car body acceleration in Sport mode. The deflection comparison between the air spring and steel spring.

113 xi LIST OF TABLES Table 3. The suspension travel of 2011 Porsche Cayenne (air spring and steel spring). Height level control value of Cayenne model 2004-2010. Height level control value of Cayenne/ Cayenne S model year 2011.

Height level control value of Cayenne Turbo model year 2011. Comparison between open – air and closed – air system. The parameters of 2011 Porsche Cayenne. 99 xii CHAPTER 1: INTRODUCTION 1.

The research justification and necessity The suspension system, among other dynamic systems, plays a critical role in modern automotive engineering which means a great deal in terms of handling, ride quality, load capacity and the overall performance an automobile. One would argue that a version equipped with air spring or air chamber can guarantee the enhanced performance and push beyond the limit of an ordinary suspension system, for instance, Land Rover offers products with the electronic, adaptive and height adjustable air suspension to ensure that the driving experience is enhanced. Another prime example of this system would be the Airmatic suspension system of Mercedes- Benz, which emphasizes the pneumatic (air) nature of the system and focus on automatic operation prompting a comfortable ride. Therefore, it is the essential norm for these luxury and high-performance automotive brands to develop and facilitate their products with either semi-active or active air suspension system and Porsche would be of no exception.

With an open mind set and eager to learn more about air suspension system, we as a team of two are looking forward to the humble contribution to this automotive field by the means of conducting research in the air suspension system of the 2011 Porsche Cayenne. In this research, the modeling and simulation of air suspension will be presented. We will develop the control block diagram in SIMULINK based on the control unit diagram of air suspension system considering all the existing parameters. After that we will apply the vehicle parameters to Carsim and run simulation based on SIMULINK control block diagram.

The main purpose of the project The purpose of this paper is to demonstrate the modeling and simulation of the air suspension system of 2011 Porsche Cayenne. This includes designing block diagram control in Matlab SIMULINK using PID controller. The acting force and displacement of wheels and air springs of an automobile are formulated and included in the analysis whenever necessary. The simulation will be conducted after the 1 successful modeling of the air suspension system in order to evaluate the responsiveness and damping force.

The objective of the project. • Understanding the theoretical basis of the air suspension system, particularly the semi-active air suspension of 2011 Porsche Cayenne. • Developing and establishing the parameters along with control strategy of the air suspension for building block control diagram. • Modeling the air suspension system in Matlab SIMULINK and comparing results of different configuration of the system.

The research methodology. • Reference from material for data, parameters and specifications. • Control logic analysis for building block diagram. • Mathematical model development: simulation, trial and practice.

The limit and scope of the project. The project solely focuses on the modeling and simulation that involves all parameters, damping force actuation and responsiveness of the air suspension system of only 2011 Porsche Cayenne. Once the block control diagram is completed, those data will be used for a desirable and optimized simulation in Carsim. The outline of this article is as follows: • Chapter 1: Introduction: The purpose and objective of the project • Chapter 2: Literature review: a critical and informative summary of some research papers and articles relating to modeling and simulation of air suspension system.

• Chapter 3: The structure and operating principle of the air suspension system of Porsche Cayenne: explain design and function, control unit and sensors • Chapter 4: Modeling the air suspension system: building block control diagram in Matlab SIMULINK and performing simulation in Carsim. 2 • Conclusion: further application and reflection on the objective of the project, summarize the role and performance of the air suspension system. • Reference: a summary of all sources of materials, research papers about modeling air suspension. 3 CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW 2.

Introduction of independent air suspension. The air suspension can be considered to be the pinnacle of automotive suspension system owing to the fact that it is the system utilizing the pneumatic characteristic and high versatility to improve the performance and handling of an automobile.