Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/14065
Title: Ανίχνευση βλαβών σε ανάρτηση εν κινήσει οχήματος υπό αβεβαιότητες μέσω ταλαντωτικών σημάτων και συναρτήσεων transmittance
Other Titles: Fault detection for in-motion vehicle suspension systems under uncertainty via vibration signals and transmittance functions
Authors: Μαντάς, Παναγιώτης
Keywords: Προσομοίωση συστήματος ανάρτησης
Ανίχνευση βλαβών
Στοχαστικά ταλαντωτικά σήματα
Παρακολούθηση υγείας κατασκευών
Συναρτήσεις transmittance
Keywords (translated): Suspension system fault detection
Suspension system simulation
Structural health monitoring
Random vibration signals
Transmittance functions
Abstract: Σκοπός της εργασίας, είναι η ανίχνευση αρχόμενων βλαβών σε σύστημα ανάρτησης εν κινήσει οχήματος, υπό αβεβαιότητες που σχετίζονται με την απροσδιοριστία επιμέρους συνθηκών λειτουργίας του συστήματος ανάρτησης, που σχετίζονται με την διέγερση και την ταχύτητα του. Η ανίχνευση των βλαβών βασίστηκε σε μετρήσεις στοχαστικών ταλαντωτικών σημάτων, κανονικής (υγιούς) λειτουργίας και υπό βλάβη, και διαμορφώνεται στα πλαίσια της επεξεργασίας στοχαστικών σημάτων. Σε κάθε περίπτωση τα ταλαντωτικά σήματα προκύπτουν από προσομοίωση της λειτουργίας ενός μοντέλου ανάρτησης, το οποίο βρίσκεται υπό την επίδραση του Φαινομένου Φιλτραρίσματος Μεταξονίου. Το φαινόμενο αυτό επιδρά στα συστήματα ανάρτησης, ώστε μεγέθη όπως η Φασματική Πυκνότητα Ισχύος των σημάτων απόκρισης και οι Συναρτήσεις Απόκρισης Συχνότητας των συστημάτων παρουσιάζουν περιοδική συμπεριφορά, η οποία εξαρτάται καθοριστικά από την ταχύτητα του οχήματος. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται επίσης η επίδραση του φαινομένου αυτού. Για να αντιμετωπιστεί η αβεβαιότητα ως προς την διέγερση του συστήματος ανάρτησης, γίνεται η Μη Παραμετρική εκτίμηση συναρτήσεων Transmittance (MISO Output-Only Case FRFs) που προκύπτουν μεταξύ ταλαντωτικών σημάτων απόκρισης μόνο, τα οποία αντιστοιχούν στην κατακόρυφη επιτάχυνση που καταγράφεται σε τρία σημεία πάνω στο σασί του μοντέλου ανάρτησης, ενώ τα σήματα διέγερσης θεωρούνται άγνωστα. Οι συναρτήσεις αυτές παρουσιάζουν ευρωστία ως προς τα δυναμικά χαρακτηριστικά των σημάτων διέγερσης, καθώς το σασί (sprung mass) του οχήματος απομονώνεται από την διέγερση μέσω της λειτουργίας της ανάρτησης. Επίσης, η Μη Παραμετρική εκτίμηση είναι μια από τις απλούστερες και υπολογιστικά αποδοτικές μεθόδους για την εκτίμηση συναρτήσεων απόκρισης συχνότητας. Για να αντιμετωπιστεί η αβεβαιότητα ως προς την ταχύτητα του οχήματος, κατά την εν κινήσει ανίχνευση βλαβών, παρουσιάζεται η μέθοδος Non Parametric Transmittance Magnitude in Multiple Model Sense. Στην φάση εκπαίδευσης της μεθόδου, περιλαμβάνονται μοντέλα των δυναμικών χαρακτηριστικών του υγιούς συστήματος ανάρτησης, για κάθε τιμή της ταχύτητας του οχήματος, και τα οποία μαζί σχηματίζουν ένα αντίστοιχο πολλαπλό μοντέλο, που παρουσιάζει ευρωστία ως προς την ταχύτητα του οχήματος. Τα μοντέλα αυτά (feature vectors) σχηματίζονται από τις αντίστοιχες Μη Παραμετρικές εκτιμήσεις των συναρτήσεων Transmittance. Στη συνέχεια μέσω της αντίστοιχης εκτίμησης νέων συναρτήσεων Transmittance από την λειτουργία του συστήματος υπό άγνωστη κατάσταση (υγιές/βλάβη), και υπό αβεβαιότητα της διέγερσης και της ταχύτητας του, μπορεί να ληφθεί απόφαση σχετικά με την κατάστασή του.
Abstract (translated): This work aims at the detection of initial faults for in-motion vehicle suspension system, under uncertainty which relates to the undetermined suspension operating conditions, in terms of the excitation signals and vehicle speed. Fault detection is based on stochastic vibration signal processing, of measured signals from the normal (healthy) operation of the vehicle and under fault. The measured signals arise from the simulation of a vertical suspension model, which is subjected to the Wheelbase Filtering Effect. This affects the suspension system in such way, that the Power Spectral Density of the response signals and the Frequency Response Functions of the system exhibit periodic behavior, which is crucially dependent on the vehicle speed. This effect is also examined in the present work. To deal with the uncertainty regarding the excitation of the suspension system, the Non Parametric Estimation of Transmittance functions (MISO Output-Only Case FRFs) that occur between vertical acceleration vibration signals recorded on the chassis (sprung mass) of the vehicle is performed, while the excitation signals are considered unobservable. These Estimations show robustness in terms of the dynamic characteristics of the excitation signals, because the operating suspension system ensures the isolation of the vibrating chassis from the vertical unevenness of the track. Also, the Non Parametric estimation is one of the simplest and computationally more cost effective methods of estimating Frequency Response Functions in general. To deal with vehicle speed uncertainty during in-operation fault detection, the Non Parametric Transmittance Magnitude in Multiple Model Sense method is introduced. This method's training (baseline) phase, consists of simple models of the dynamic characteristics of the healthy suspension system, for each vehicle speed considered. These models are formed by corresponding Non Parametric Estimations of the aforementioned Transmittance functions. The above simple models, together form a Multiple Model of the dynamic characteristics of the healthy suspension system, that shows robustness in terms of vehicle speed. Finally, through the Non Parametric estimation of new Transmittance functions from the operation of the system under unknown state (healthy / faulty), and under the uncertainty of its excitation and speed, a decision can be made about its current state.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Mantas(aer).pdf28.74 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.