Uppgiften var att ta fram ett dämpningssystem till Volvos hjulgrävmaskin EW160C med uppdrag från Swecon. Den typ av lösning som skulle komma att vara aktuell visade sig vara en typ av ackumulatorsystem. Genom att ansluta en ackumulator till kolvsidan på den cylinder som skall dämpas fungerar ackumulatorn då som en stötdämpare genom att oljeflödet från cylindern på kranen, som rör sig upp och ner vid ojämnt underlag, strömmar in i ackumulatorn och dämpas med hjälp av ett membran eller en kolv i ackumulatorn som är trycksatt av en gas. När gasen komprimeras dämpas oljeflödet.   Examensarbetet började med att en projektplan gjordes med tidsplan och riskanalys. Därefter sattes researcharbetet igång där olika eftermarknads kitt och företag eftersöktes. Ett möte arrangerades med Anders Tågmark som jobbar för Hydac, som är ett företag som säljer hydraulikkomponenter. Efter mötet beslutades att det fortsatta arbetet skulle göras i samarbete med Anders då jag skulle ta fram koncept på lösningar, och Anders skulle ta fram de komponenter som behövs. Researcharbetet innebar även ett studiebesök hos Swecon där personerna som gjort förfrågan om detta arbete intervjuades. En prioriteringslista gjordes med de saker som de tyckte var viktigast att ha i åtanke vid framtagningen av koncept. Resultatet av researcharbetet blev att den lösning som skulle tas fram skulle vara så enkel och billig som möjligt, detta för att inte konkurrera med en eventuell lösning som Volvo själva kan komma att ta fram. Därmed blev målet att göra ett så kallat eftermarknadskitt. Några av kraven var att systemet skulle få kosta mellan 15- 25 000 kronor för kund att köpa, och att systemet skulle vara enkelt och snabbt att montera på maskinen. Vid konceptframtagningen var huvudfrågorna vilken typ av ackumulator man skulle använda sig av, och vart man skulle placera systemet. Det ena konceptet var att dämpa bomcylindrarna på maskinen och det andra konceptet var att dämpa tiltcylindern. Det visade sig att båda koncepten uppfyllde kostnadskraven som Swecon satt, komponentmässigt. Dock tillkommer även kostnader för färdigställande av lösningen med tillverknings, montage, inköp och reservdels-underlag. Resultatet blev att välja kolvackumulator och att man skulle placera systemet på tiltcylindern, då konceptet för tiltcylindern var enklare och billigare. / The task was to design a damping system to Volvo´s wheeled excavator EW160C with assignments from Swecon. The type of solution that would be relevant turned out to be a kind of accumulator system. By connecting an accumulator to the piston side of the cylinder, the accumulator operates as a shock absorber as the oil-flow from the cylinder of the crane, which moves up and down on uneven surfaces, flows into the accumulator and gets suppressed by means of a diaphragm or a piston in the accumulator that is pressurized by a gas. The oil flow attenuates when the gas is compressed. At the beginning of the thesis work, a project plan was made with a time schedule and a risk analysis. Then the research began for different types of aftermarket kits and companies that are working with this type of solutions. A meeting was arranged with Anders Tågmark who´s working for Hydac, a company that is selling hydraulic components. After the meeting we decided to cooperate. A decision was made that I should bring Anders concepts of the solution and Anders should give me examples of components that were needed. The research work also contained a study visit at Swecon in Eskilstuna, where the people that made the request about this work in the beginning was interviewed. At this meeting they made a priority list of what they thought was most important to have in mind in the concept development. The result of the research was that the solution should be simple and as cheap as possible, so it wouldn´t compete with a solution that Volvo might develop in the future. The goal in this project was therefor to make an aftermarket kit. Some of the requirements was that the damping system was allowed to cost between 15-25 000 Swedish crowns for the customers to buy, and that the system should be easy and quick to mount on the machine.   The main questions of the concept development, was which type of accumulator that should be used and where to place the system. One of the concepts was to place it on the boom-cylinders, and the other concept was to place it on the tilt-cylinder. It turned out that both concepts met the cost requirements from Swecon in terms of components. However, costs will be added for the completion of the solution for manufacturing, mounting, purchasing and spare parts support. The result was to use a piston-accumulator and place it on the tilt-cylinder, because the concept for the tilt-cylinder was simpler and less expensive

In the development of battery electric trucks is one of the main concerns how to minimize the energy consumption of all the different subsystems on the truck. One of these energyconsuming systems is the active cab suspension. The load sensing (active) cab systems used today is using pressurized air, pneumatics, to keep the cab at correct ride height. Currently is this pressurized air produced with a big, bulky and heavy compressor that continuously is running to compress air for multiple different subsystems. The alternative to the load sensing active cab suspension is to use non-load sensing (passive) suspension. This option is limiting the comfort and appearance of the cab but is neither using any energy. The goal of this master thesis is to find a suspension solution that is both load sensing and energy-efficient. To find a suitable load sensing solution was cab suspension system on other types of heavy machines inspected, together with suspension systems overall. There could be seen that the use of hydraulics gave the adjustability needed, without consuming any energy when the adjustments had been done. The system could also be very compact. It is easy to adapt the existing suspension components to work together with the hydraulic cylinders, and the hydraulic suspension systems have the possibility to be merged with other hydraulic systems on the truck. / I utvecklingen av el- och batteridrivna lastbilar är en stor del av utmaning att minimera energianvändningen hos lastbilens alla olika delsystem, där ibland hyttfjädringen. Dagens lastkännande (aktiva) fjädringssystem på lastbilshytter drivs med tryckluft och arbetar kontinuerligt med att hålla lastbilshytten på rätt höjd. Tryckluften kommer ifrån en stor och tung kompressor som ständigt arbetar för att komprimera luft till lastbilens alla olika delsystem. Alternativet till den aktiva lastkännande hyttfjädringen är att använda en icke lastkännande (passiv) fjädring. Detta begränsar dock lastbilens komfort och utseende, men förbrukar heller ingen energi. Målet med detta examensarbete var att finna en fjädringslösning som både är lastkännande och energieffektiv. För att hitta en lämplig lastkännande lösning gjordes en grundlig undersökning av hyttfjädringslösningar på andra tunga fordon, samt olika fjädringssystem överlag. Det visade sig att användandet av hydraulik ger en tillfredsställande justerbarhet, utan att förbruka någon energi när systemet är i vila (inte aktivt justerar). Systemet skulle även kunna göras mycket kompakt. Det är lätt att anpassa dagens befintliga fjädringskomponenter för att kunna fungera ihop med justerbara hydraulcylindrar, och fjädringens hydraulsystem skulle kunna drivas ihop med övriga hydraulsystem på lastbilen.

The forwarder acts as an important role in mechanized Cut-to-Length timber harvesting system. But the majority of forwarder products on the market are not suspended or simply suspended by bogies which limit the riding quality of forwarder and result in soil damage due to large tireground interaction force. The Forestry Research Institute of Sweden is developing an active controlled pendulum arm suspension system actuated by hydraulic cylinders on the forwarder prototype named XT28. The aim of this active suspension system is to compensate the inherent shortcomings of the current suspension solutions. The thesis project focuses on implementing a heterogeneous simulation methodology which integrates the Multi-Body System model of XT28 built in MSC ADAMS/View with active suspension control model developed in MATLAB/Simulink. Thus, the co-simulation process is visualized in ADAMS/View. The results show that the active controlled pendulum arm suspension could improve the riding quality in a large extend and reduce the force between tire and ground at the same time. The cosimulation between ADAMS and Simulink is proved as a feasible and efficient approach to study the active control system for pendulum arm suspension on XT28 forwarder. / Skotaren har tillsammans med skördaren en central roll i den fullt mekaniserade kortvirkesmetoden för skogsavverkning. Majoriteten av dagens skotare på marknaden har sex eller åtta hjul, som är monterade parvis på boggilådor. Det innebär att de saknar chassidämpning, vilket begränsar operatörens komfort och orsakar även stora markskador på mjuk mark. Skogforsk koordinerar realiseringen av en fullskaleprototyp, som går under arbetsnamnet XT28, med sex hjul monterade på varsin pendelarm. Pendelarmarna har varsin hydraulcylinder som möjliggör aktiv helmaskinsdämpning. Detta examensarbete är inriktat på att skapa, demonstrera och verifiera en heterogen simuleringsmetodik, som integrerar och möjliggör samsimulering av en dynamisk mekanikmodell utvecklad i MSC Adams/View med en reglermodell för aktiv styrning av pendelarmarna. Reglermodellen har utvecklats i MATLAB / Simulink. Simuleringsresultaten, som visualiseras i Adams-miljön, visar att den aktiva pendelarmregleringen skulle kunna förbättra åkkomforten signifikant, och också kraftigt markkontaktkrafterna. Det visas att samsimulering mellan ADAMS och Simulink är en effektiv metod för att verifiera prestandan hos aktiva reglersystem för pendelarmsfjädring på prototypskotaren XT28.

Electric buses often have batteries installed on the roof structure to have a better space utilization. This increases the height of the centre of gravity of the vehicle, affecting its roll stability. The existing vehicle setup uses an anti-roll bar to provide the roll stiffness. However, increasing the roll stiffness of the anti-roll bar for providing the required roll stability of an electric bus is limited due to the increase in weight of the anti-roll bar, its material properties and the design constraints. An alternate for the air suspension system is identified through a literature study. The identified system, an interconnected hydro-pneumatic suspension, is modelled analytically and compared to the air spring system. Multi-body simulations are performed to understand the roll performance.\par The thesis work also estimates the system's energy efficiency, and the feasibility of packaging the system within the existing vehicle architecture is studied in CAD software. The roll gradient of the vehicle is shown to improve compared to the existing air-spring system. The study also find that implementation of hydraulic-interconnected system can result in reduction of the unsprung mass of the vehicle. / Elektriska bussar har ofta batterier installerade på takkonstruktionen för att få ett bättre utrymmesutnyttjande. Detta ökar fordonets tyngdpunktshöjd och påverkar dess krängstabilitet. Den befintliga fordonskonfigurationen använder en krängningshämmaren tillsammans med luftfjädrar för att ge den krängsstabilitet som krävs. Men att öka krängstyvheten hos krängningshämmaren för att ge den nödvändiga krängstabilitet hos en elektrisk buss är begränsad på grund av ökningen av vikten av krängningshämmaren, dess materialegenskaper och konstruktionsbegränsningar. Ett alternativ till luftfjädringssystemet identifieras genom en litteraturstudie. Det identifierade systemet, ett sammanlänkat hydro-pneumatiskt fjädringssystem, modelleras analytiskt och jämförs med luftfjädringssystemet. Multibody-simuleringar utförs för att förstå fordonets krängprestanda. par Avhandlingsarbetet uppskattar också systemets energieffektivitet och möjl-igheten att paketera systemet inom den befintliga fordonsarkitekturen studeras i CAD-programvara. Fordonets krängningsgradient har visat sig förbättras jämfört med det befintliga luftfjädringssystemet. I studien konstateras också att införandet av hydrauliskt sammankopplade system kan leda till en minskning av fordonets ofjädrade massa.

Tyre wear is a vital problem in vehicles, especially in articulated vehicles because of their heavier axle loads. Tyre wear can not only do harm to vehicle dynamics but also cause tyre particle emissions. Therefore, solutions that can minimise tyre wear are where this thesis work focuses. The suspension design is one of the main factors affecting tyre wear. This thesis considers different kinds of semi-active (such as ADD, SH-2 and GH-2) and active suspensions (\(H_\infty\) control) and compares them with a passive suspension with regards to tyre wear. Driving comfort and road holding are considered as well. The simulation starts by running a IPG/TruckMaker model on a route introducing a certain road roughness profile, and outputs lateral slip angles, which together with vehicle parameters and route data are input into a Simulink model. Then, based on the static vertical load on each axles of the articulated vehicle, three different quarter car models corresponding to the axles with various suspension systems are built in Simulink. Simulation results show that the active suspension (\(H_\infty\) control approach) works best in minimising tyre wear, reducing tyre wear by 1-10\% compared to the passive suspension when the vehicle is driving on road profile Class C (country road). Meanwhile, several control strategies of \(H_\infty\) control are applied in order to result in overall good vehicle performance considering comfort and road holding. Semi-active suspensions also work well in reducing tyre wear, but the amount of tyre wear reduction is lower than that of the \(H_\infty\) controllers. / Däckslitage är ett viktigt problem för fordon, särskilt för tunga ledade fordon på grund av deras högre axellaster. Däckets slitage påverkar inte bara fordonets dynamik utan orsakar också utsläpp av däckpartiklar. Olika lösningar behöver utvecklas som kan minimera däckslitage och det är fokus för detta examensarbete. Hjulupphängningens konstruktion är en viktig faktor som påverkar däckslitaget. Detta arbete studerar olika typer av semiaktiva (såsom ADD, SH-2 och GH-2) och aktiva fjädringssystem (\(H_\infty\) reglering) och jämför dem med ett passivt fjädringssystem när det gäller däckslitage, samtidigt som även körkomfort och väghållning beaktas. Simuleringarna inleds med att en IPG/TruckMaker fordonsmodell kör längs en sträcka med en viss typ av vägojämnhet. Simuleringarna resulterar i avdriftsvinklar för fordonet som tillsammans med fordonsparametrar och ruttinformation skapar indata till en Simulink-modell. Därefter, baserat på den statiska vertikala belastningen på varje axel i det ledade fordonet, skapas tre olika kvartsbilsmodeller i Simulink som motsvarar axlarna med deras olika hjulupphängningssystem.Simuleringsresultaten visar att den aktiva fjädringen (\(H_\infty\)) fungerar bäst när det gäller att minimera däckslitage, där slitaget minskar med 1-10\% jämfört med den passiva fjädringen när fordonet kör på vägprofil klass C (landsväg). Samtidigt tillämpas flera olika \(H_\infty\) reglerstrategier för att åstadkomma överlag goda fordonsprestanda även med avseende på komfort och väghållning. Semiaktiva fjädringssystem fungerar också bra för att minska däckslitaget, men minskningen av slitaget är lägre än den för den aktiva \(H_\infty\) fjädringen.

The development of forestry machines is currently heading towards new solutions that reduce their impact on the environment and in particular on the soft forest soil in which the machines operate. The terrain conditions that forestry machines encounter in their regular duties can be very rough, and if the vehicle-ground interaction is not properly controlled cumulative damage can progressively aggravate these conditions and potentially render a route or a zone impracticable, apart from causing a detrimental effect in the forest environment. In addition, new machine solutions must be considerably less damaging, both physically and mentally, to operators. There are certain imposed limits to the whole body vibrations to which industrial workers are exposed daily, which are very hard to fulfil in the context of wood harvesting operations with the current technological state of the machines. Chassis-suspended solutions in the market of forestry vehicles are practically inexistent. Multiple wheeled tracks and/or bogies are current solutions that improve dynamic performance and ground contact area of forestry vehicles, but they do not include suspension elements. Cab and seat suspensions are also used to reduce whole body vibrations, but they are only effective up to a certain degree, due to their relatively short stroke length and directional limitations. The implementation of chassis suspensions in forestry machines is therefore a very interesting open area of research in forestry technology. In this context the XT28, a forwarder prototype with active pendulum arm suspension, is currently being developed by Extractor AB in collaboration with Skogforsk; the Forestry Research Institute of Sweden. The present project focuses in analysis and comparison of the performance that active, semi-active and passive suspension systems with pendulum arm architecture would present, by studying their application in the XT28 machine. These systems have the potential to significantly improve forestry vehicle performance in terms of terrain friendliness and whole body vibrations over an unsuspended system. The task is carried out with the help of Multi-Body Dynamics simulation software along with other simulation and computational tools. Additionally, a general method to optimize and analyse forestry vehicle suspension performance is proposed and applied to the case of the XT28, which provides a fair and standardized way to compare the performance of the different suspensions. Keywords: Forestry machine, suspension, multi-objective optimization, forwarder, pendulum arm, active, semi-active, passive, XT28, Multibody Dynamics, soil-friendly, off-road. / Utvecklingen av skogsmaskiner är för närvarande på väg mot nya lösningar som minskar deras påverkan på miljön och i synnerhet på mjuk skogsmark. Skogsmaskinerna verkar ofta i mycket oländig och ojämn terräng, och om interaktionen mellan fordon och mark är alltför okontrollerad, så kan interaktionen ge upphov till kumulativa markskador som gradvis förvärras efter flera passager och eventuellt göra en rutt eller en zon oframkomlig, bortsett från att de orsaka skador på skogsmiljön. Dessutom måste nya maskinlösningar vara skonsammare, både fysiskt och mentalt, för förarna. Det finns nya gränser för maximala helkroppsvibrationer och maximala dagliga vibrationsdoser, som är mycket svåra att uppfylla vid skogsavverkning med dagens skogsmaskinsteknik. Chassidämpade lösningar är praktiskt taget obefintliga på dagens skogsmaskiner. Band och/eller boggier är aktuella lösningar som i viss mån förbättrar maskinernas dynamisk interaktion med marken, men de innehåller inga dämpelement, utan det är enbart däckens flexibilitet som ger maskinen en dämpfunktion. Hytt-och stolsdämpning används också för att minska helkroppsvibrationer, men de är endast effektiva till en viss grad, på grund av deras relativt korta slaglängd och riktningsbegränsningar. Införande av chassidämpning för skogsmaskiner är därför ett mycket intressant skogstekniskt forskningsområde. För närvarande utvecklas en skotare med aktivt dämpade pendelarmar av Extractor AB i samarbete med Skogforsk. Maskinen går under beteckningen XT28. Detta projekt fokuserar på att analysera och jämföra prestandan hos aktivt, semi-aktivt och passivt dämpade pendelarmlösningar, genom att implementera dessa i XT28-maskinen. Dessa system har potential att avsevärt förbättra skogsmaskinernas framkomlighet i oländig terräng och att minska helkroppsvibrationerna, jämfört med ofjädrade system. Uppgiften genomförs med hjälp av dynamiksimuleringsprogram i kombination med andra simulerings- och beräkningsverktyg. Dessutom föreslås en generell metodik för att optimera och analysera prestandan hos chassidämpningslösningar för skogsmaskiner. Metodiken tillämpas sedan på en XT28, som då, i detta fall, får fungera som en demonstrator för att jämföra prestandan hos olika chassidämplösningar. Nyckelord: Skogsmaskin, fjädring, optimering, skotare, pendelarm, aktiv, semi-aktiv, passiv, XT28, flerkroppsdynamik, markvänlig, off-road.

Autonomous driving is one of the megatrends in today’s automotive industry. Passengers are expected to do more non-driving tasks in an autonomous driving vehicle. Therefore, the comfort of the vehicle has become a more important factor for the passengers. This thesis investigates the possibility of increasing comfort through an integrated active chassis control strategy. First, this thesis has defined comfort in objective ways. Then, the objective comfort evaluation variables are used for comfort evaluation of the vehicle in different scenarios. The improvement in comfort is evaluated for four active chassis systems, including active suspension, active anti-roll bar, active rear-wheel steering and torque vectoring systems. Since more than one active chassis system can affect vehicle body motion in one direction, those four active chassis systems should be controlled in an integrated way. The model predictive control (MPC) is used because it can control a multi-input multi-output system in an optimized way. Two MPC controllers have been developed in this thesis to control multiple active chassis systems for comfort improvement. The original MPC controller is a linear MPC controller that uses a time-invariant state-space vehicle model. The adaptive MPC controller is a linear MPC controller that uses a time-variant state-space vehicle model. These two controllers are tested in the simulation software CarMaker with various scenarios, such as slalom, double lane-change, and bumps that are both symmetrical and shifted unsymmetrical. Finally, the simulation results are evaluated with objective comfort evaluation methods to assess the controller performances in comfort improvement. In conclusion, the model predictive control can be a feasible way to improve comfort with multiple active chassis systems. The simulation results show that the two MPC controllers can reduce the objective comfort evaluation variables. The discussions of the design process and simulation results point out future works that need to be done before this project becomes a product of real vehicles. / Autonom körning är en av megatrenderna i dagens bilindustri. Passagerare förväntas utföra fler icke-körrelaterade uppgifter i ett autonomt fordon. Därför har fordonets komfort blivit en allt viktigare faktor för passagerarna. Denna avhandling undersöker möjligheten att öka komforten genom en integrerad aktiv chassikontrollstrategi. Som utgångspunkt har denna avhandling definierat komfort på objektiva sätt. Sedan används de objektiva komfortvärderingsvariablerna för komfortutvärdering av fordonet i olika scenarier. Förbättringen av komfort utvärderas för fyra aktiva chassisystem, inkluderande aktiv fjädring, aktiv krängningshämmare, aktiv bakhjulsstyrning och drivmomentvektorisering. Eftersom mer än ett aktivt chassisystem kan påverka fordonets rörelse i en riktning, bör dessa fyra aktiva chassisystem styras på ett integrerat sätt. Modellprediktiv reglering (MPC) används eftersom den kan styra ett multi-input multi-output system på ett optimerat sätt. Två MPC-reglersystem har utvecklats för att styra flera aktiva chassisystem för komfortförbättring. Den ursprungliga MPC-reglerenheten är en linjär MPC-regulator som använder en tidsinvariant fordonsmodell. Den adaptiva MPC-reglerenheten är en linjär MPC-regulator som använder en tidsvariant fordonsmodell. Dessa två reglersystem testas i simuleringsprogramvaran CarMaker i olika scenarier, till exempel slalom, dubbelt körfältsbyte och väg-gupp som är både symmetriska och osymmetriska. Slutligen utvärderas simuleringsresultaten med objektiva komfortutvärderingsmetoder för att bedöma reglersystemens komfortförbättring. Sammanfattningsvis kan modellprediktiv reglering vara ett genomförbart sätt att förbättra komforten med flera aktiva chassisystem. Simuleringsresultaten visar att de två MPC-regulatorerna kan reducera de objektiva komfortutvärderingsvariablerna. Diskussionerna om designprocessen och simuleringsresultaten tar upp framtida arbeten som behöver göras innan detta projekt kan förverkligas i riktiga fordon.