Model of the vibration signal of the vehicle drive system as a diagnostic tool

• Autorzy: Komorska I.

Warianty tytułu

PL

Model sygnału drgań zespołu napędowego pojazdu jako narzędzie diagnostyczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Propositions of modelling vibrations signals of a vehicle drive system in such a way that it will become an efficient tool of diagnostic mechanical defects are presented in the paper. In order to fulfil such requirements the model must be easily identifiable. The base model and its measures are established for a new engine to which the control measurements, performed at definite time intervals of vehicle operation, are compared. This base model must be actualised after each engine overhaul and as the casual wear progresses, since the vibration characteristics are - is such cases - changing. A complicated structural model of the vehicle drive system was given up for the mathematical description at a high abstraction stage. Since diagnostics is carried out during the normal engine exploitation, the defect signals must be really 'strong'. Depending on the place of recording, the vibration signal can be either cyclostationary or transient. Three methods of modelling were proposed in the dependence of the tested element and frequency range: the harmonic series, the parametric model, and the wavelet model. These methods allow the on-board diagnostics of the gearbox, main gearbox, differential gear, and triple joints. They make possible engine fault detection, such as the exhaust valve burning-out, valve clearance change, and the head gasket defect. These defects are, in general, not detected by the diagnostic system of the modern OBD engines, since they are masked by the electronic system of the engine control. The diagnostic method was verified on the example of the vibration signals recorded for the drive system of a Fiat Punto automobile.

PL

W artykule przedstawiono propozycje modelowania sygnału drgań zespołu napędowego pojazdu w taki sposób, aby był skutecznym narzędziem diagnozowania uszkodzeń mechanicznych. Aby model spełniał takie wymagania, musi być łatwo identyfikowalny. Dla nowego silnika tworzony jest model bazowy i jego miary, do których porównywane są pomiary kontrolne przeprowadzane w określonych odstępach czasu lub przebiegu samochodu. Model bazowy musi być uaktualniany po remoncie silnika oraz w miarę zużywania się silnika z powodu zmiany charakterystyk drganiowych. Zrezygnowano ze skomplikowanego modelu strukturalnego zespołu napędowego pojazdu na rzecz opisu matematycznego na wysokim szczeblu abstrakcji. Ponieważ diagnozowanie odbywa się w czasie normalnej eksploatacji samochodu, symptomy uszkodzenia muszą być naprawdę 'silne'. W zależności od miejsca rejestracji sygnał drganiowy może być cyklostacjonarny lub przejściowy. Zaproponowano trzy sposoby modelowania w zależności od badanego elementu i zakresu częstotliwości: ciąg harmonicznych, model parametryczny oraz model falkowy. Opisane metody pozwalają na diagnozowanie on-board skrzyni biegów, przekładni głównej, mechanizmu różnicowego, przegubów trójramiennych. Umożliwiają także wykrywanie uszkodzeń silnika jak wypalenie zaworu wylotowego, zmiana luzu zaworowego, uszkodzenie uszczelki głowicy, które to uszkodzenia w zasadzie nie są wykrywane przez system diagnostyczny nowoczesnych silników OBD z powodu maskowania przez elektroniczny system sterowania silnikiem. Metodę diagnozowania zweryfikowano na przykładzie sygnału drgań zarejestrowanego dla zespołu napędowego samochodu Fiat Punto.

Słowa kluczowe

EN

vehicle drive system; vibration signal; diagnostic model

PL

zespół napędowy pojazdu; sygnał drganiowy; model diagnostyczny

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 46, nr 1
• Strony: 71--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Komorska I.

• Technical University of Radom, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Maintenance of Vehicles and Machines, Chrobrego 45, 26-600 Radom, Poland,

Bibliografia

• [1] Antoni J., Badaoui M.El, Guillet F., Daniere J.: Some New Diagnostic Parameters for Reciprocating Engines, SAE Paper 1999-01-1714.
• [2] Antory D.: Application of a data-driven monitoring technique to diagnose air leaks in an automotive diesel engine: A case study, Mechanical Systems and Signal Processing, 2007; 21, pp.795-808.
• [3] Lee H.W., Park S.H., Park M.W., Park N.G.: Vibrational characteristics of automotive transmission, International Journal of Automotive Technology, 2009; 10(4), pp. 459-467.
• [4] Kiciński J.: Model Based Diagnostics - Today and Tomorrow, International Journal of COMADEM, 2005; 8(2), pp. 17-22.
• [5] Komorska I.: The Diagnostic Model Proposition of the Engine Vibration Signal, Journal of KONES Powertrain and Transport, 2008; 15(2), pp. 191-198.
• [6] Komorska I.: Modeling of Vibration Signal for Reciprocating Engine Diagnostics, Diagnostyka, 2009;50, pp. 23-26.
• [7] Cheli F., Pedrinelli M., Zorzutti Α.: Integrated Vehicle and Driveline Modeling, SAE Technical Papers 2007-01-1583.
• [8] Dąbrowski Z., Komorska I.: Identification of engine vibroacoustic model for diagnostics of mechanical defects, Proc. of 12th Pan American Congress of Applied Mechanics, 02-06.01.2012, Port of Spain, Trinidad (in press).
• [9] Komorska I.: Vibroacoustic diagnostic model of the vehicle driving system, ITeE Editor, Radom 2011.
• [10] Nagwa Α., Nabil H., Magdy Α., et all: Dynamic Modeling of Vehicle Gearbox for Early Detection of Localized Tooth Defect, SAE Technical Paper 2008-01-2630.
• [11] Srinivas J., Murthy B.S.N.: Fault Diagnosis of Driveline System Using Response Optimization, SAE Technical Paper 2007-01-3727.
• [12] Dąbrowski Z., Komorska I., Puchalski Α.: Diagnozowanie błędów wykonania i montażu układów wirujących. ITeE Editor, Radom 2001.
• [13] Komorska I.: Badanie wpływu błędów montażowych na dynamikę szeregowych układów przeniesienia mocy, Rozprawa doktorska, Warszawa 1999.
• [14] Komorska I.: Selection of a rotating system model for vibration diagnostics of assembly errors, Proc. of 6th International Congress on Sound and Vibration, Lyngby Denmark 1999.
• [15] Cholewa W., Kaźmierczak J.: Data Processing and Reasoning in Technical Diagnostics. WNT Editor. Warsaw 1995.
• [16] McMormick, Nandi: Condition Monitoring of Reciprocating Machinery Using Cyclic Autoregressive Models, Eurasip, Prague 1997.
• [17] Lin J., Qu L.: Feature Exstraction Based on Morlet Wavelet and It's Application for Mechanical Fault Diagnosis, Journal of Sound and Vibration, 2000;234, pp. 135-148.
• [18] Madej Η., Łazarz Β., Pieruń G.: Application of the wavelet transform in SI engine valve faults diagnostics, Diagnostyka, 2008;4(48), pp. 97-102.
• [19] Madej Η., Wojnar G., Łazarz Β., Stanik Ζ.: Fault diagnosis of internal combustion engine using wavelet analysis of vibration signals, Trans. Univ. Košice. 2009;3, pp. 91-94.
• [20] Komorska I.: Diagnostic-oriented vibroacoustic model of the reciprocating engine, Solid State Phenomena: Mechatronic Systems, Mechanic and Materials. Trans Tech Publications Editor, 2012;180, pp. 214-221.
• [21] Białasiewicz J.T.: Falki i aproksymacje, WNT, Warszawa 2000.
• [22] Daubechies I. Ten Lectures on Wavelets. CBMS-NSF Lecture Notes. SIAM Editor. 1994;61.