USAGE OF SHORT TIME FOURIER TRANSFORM IN IDENTIFICATION OF VEHICLE SHOCK ABSORBER TECHNICAL CONDITIONS RESEARCHED BY FORCE VIBRATION METHOD

Podobne dokumenty
ANALIZA SYGNAŁÓW DRGANIOWYCH HYDRAULICZNYCH AMORTYZATORÓW TELESKOPOWYCH UZYSKANYCH NA ZMODYFIKOWANYM STANOWISKU HARMONICZNYM

THE INFLUENCE OF OIL LEAK IN MODERN VEHICLE SHOCK ABSORBER ON ITS DUMPING CHARACTERISTICS

WPŁYW WYBRANYCH PARAMETRÓW NA CHARAKTERYSTYKI TŁUMIENIA AMORTYZATORÓW HYDRAULICZNYCH

WYKORZYSTANIE EFEKTÓW NIELINIOWYCH W DIAGNOSTYCE WIBROAKUSTYCZNEJ ZAWIESZEŃ HYDROPNEUMATYCZNYCH

BADANIA MODELOWE ZAWIESZEŃ SAMOCHODOWYCH

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ 2010 Seria: TRANSPORT z. 66 Nr kol. 1825

Scientific Journal of Silesian University of Technology. Series Transport Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej. Seria Transport

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

TRANSPORT PROBLEMS 2009 PROBLEMY TRANSPORTU Volume 4 Issue 3 Part 2

WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYKI TŁUMIENIA KOLUMNY HYDROPNEUMATYCZNEJ CITROENA C5 DETERMINING OF DAMPING CHARACTERISTIC OF CITROEN C5 HYDROPNEUMATIC STRUT

WYKORZYSTANIE CIĄGŁEJ TRANSFORMATY FALKOWEJ W DIAGNOSTYCE STANU TECHNICZNEGO AMORTYZATORA ZABUDOWANEGO W POJEŹDZIE SAMOCHODOWYM

WYKORZYSTANIE OPROGRAMOWANIA ADAMS/CAR RIDE W BADANIACH KOMPONENTÓW ZAWIESZENIA POJAZDU SAMOCHODOWEGO

Badanie amortyzatorów na uniwersalnym stanowisku do diagnostyki układu nonego pojazdu samochodowego

PROCEDURE OF LINEAR DECIMATION IN CAR SUSPENSION DIAGNOSIS

TECHNICZNEGO AMORTYZATORÓW NA STANOWISKU EUSAMA

BADANIA SYMULACYJNE UKŁADU ZAWIESZENIA POJAZDU SAMOCHODOWEGO W ŚRODOWISKU ADAMS/CAR SIMULATION RESEARCH OF CAR SUSPENSION SYSTEM IN ADAMS/CAR SOFTWARE

Fig 5 Spectrograms of the original signal (top) extracted shaft-related GAD components (middle) and

WPŁYW ZMIAN STANU TECHNICZNEGO AMORTYZATORÓW NA ICH CHARAKTERYSTYKI TŁUMIENIA

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(98)/2014

WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYK TŁUMIENIA KOLUMNY HYDROPNEUMATYCZNEJ Z UWZGLĘDNIENIEM WYBRANYCH PARAMETRÓW

THE INFLUENCE OF THE ROTATIONAL SPEED OF ENGINE ON VIBRATIONS TRANSFERRED ON VEHICLE CONSTRUCTION

THE RESEARCH OF VIBRATION OF VEHICLE FLOOR PANEL

PROCEEDINGS OF THE INSTITUTE OF VEHICLES 2(106)/2016 (12 pt)

Discretization of continuous signals (M 19) Dyskretyzacja sygnałów ciągłych

5.3 Frequency contents

DIAGNOSING WEAR AND TEAR OF PISTON PACKING IN CAR HYDRAULIC SHOCK ABSORBERS

CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

ANALIZA DRGAŃ ELEMENTÓW STRUKTURY POJAZDU SAMOCHODOWEGO, GENEROWANYCH PODCZAS PRACY SILNIKA I UKŁADU PRZENIESIENIA NAPĘDU

WYKAZ PRÓB / SUMMARY OF TESTS. mgr ing. Janusz Bandel

Installation of EuroCert software for qualified electronic signature

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture11. Random Projections & Canonical Correlation Analysis

ANALIZA PRZYSPIESZEŃ DRGAŃ PODPÓR W RÓŻ NYCH STANACH PRACY SILNIKA LM 2500

WPŁYW WZROSTU DAWKI PALIWA NA ZMIANY AMPLITUD SKŁADOWYCH HARMONICZNYCH DRGAŃ SKRĘTNYCH WAŁU ZESPOŁU SPALINOWO-ELEKTRYCZNEGO

EXAMPLES OF CABRI GEOMETRE II APPLICATION IN GEOMETRIC SCIENTIFIC RESEARCH

Urbanek J., Jabłoński A., Barszcz T ssswedfsdfurbanek J., Jabłoński A., Barszcz T., Wykonanie pomiarów

Pomoc do programu konfiguracyjnego RFID-CS27-Reader User Guide of setup software RFID-CS27-Reader

POLITECHNIKA ŚLĄSKA INSTYTUT AUTOMATYKI ZAKŁAD SYSTEMÓW POMIAROWYCH

4. EKSPLOATACJA UKŁADU NAPĘD ZWROTNICOWY ROZJAZD. DEFINICJA SIŁ W UKŁADZIE Siła nastawcza Siła trzymania

Selection of controller parameters Strojenie regulatorów

Medical electronics part 10 Physiological transducers

ZAWIESZENIA SAMOCHODU NA REZULTATY

PRACA DYPLOMOWA Magisterska

BADANIE CHARAKTERYSTYK DYNAMICZNYCH DLA RÓŻNYCH KONFIGURACJI ROBOTA CHIRURGICZNEGO

WAVELET TRANSFORM OF SELECTED SIMULATION SIGNALS USING DETAILS AS INFORMATION SOURCE

CZTEROKULOWA MASZYNA TARCIA ROZSZERZENIE MOŻLIWOŚCI BADAWCZYCH W WARUNKACH ZMIENNYCH OBCIĄŻEŃ

BLACKLIGHT SPOT 400W F

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture 11. Spectral Embedding + Clustering

METODA DIAGNOSTYKI USZKODZEŃ ELEKTRYCZNYCH SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

Zastosowanie spektroskopii EPR do badania wolnych rodników generowanych termicznie w drotawerynie

SSW1.1, HFW Fry #20, Zeno #25 Benchmark: Qtr.1. Fry #65, Zeno #67. like

Zakopane, plan miasta: Skala ok. 1: = City map (Polish Edition)

DIAGNOZOWANIE Ł O Ż YSKA ROLKI NAPINACZA PASKA ROZRZĄ DU SILNIKA SPALINOWEGO PRZY WYKORZYSTANIU DRGAŃ

BADANIA SYMULACYJNE PROCESU HAMOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO W PROGRAMIE PC-CRASH

WYKAZ PRÓB / SUMMARY OF TESTS

F-16 VIRTUAL COCKPIT PROJECT OF COMPUTER-AIDED LEARNING APPLICATION WEAPON SYSTEM POWER ON PROCEDURE

BADANIE WRAŻ LIWOŚ CI WIBROAKUSTYCZNEJ SYMPTOMÓW MECHANICZNYCH USZKODZEŃ SILNIKÓW SPALINOWYCH

MULTI CRITERIA EVALUATION OF WIRELESS LOCAL AREA NETWORK DESIGNS

RESEARCH ON THE TRIBOLOGICAL PARAMETERS FOR MATERIALS COUPLES USED FOR VALVES, VALVE GUIDES AND SEAT INSERTS

WYKAZ PRÓB / SUMMARY OF TESTS. mgr ing. Janusz Bandel

OCENA SKUTECZNOŚCI ANALIZ FFT, STFT I FALKOWEJ W WYKRYWANIU USZKODZEŃ WIRNIKA SILNIKA INDUKCYJNEGO

PROCEEDINGS OF THE INSTITUTE OF VEHICLES 5(109)/2016

TACHOGRAPH SIMULATOR DTCOSIM

FOTEL KIEROWCY JAKO ELEMENT UKŁADU TŁUMIENIA DRGAŃ DRIVER S SEAT AS AN ELEMENT MINIMIZING SUPPRESSIONS OF VIBRATIONS

OPBOX ver USB 2.0 Mini Ultrasonic Box with Integrated Pulser and Receiver

OCENA WPŁYWU ZUŻYCIA NA POZIOM HAŁASU URZĄDZEŃ Z JEDNOCYLINDROWYMI SILNIKAMI SPALINOWYMI

DIAGNOSTYKA PRZEKŁADNI KLATEK WALCOWNICZYCH Z ZASTOSOWANIEM WIDM WYŻSZYCH RZĘDÓW INDUSTRIAL GEARBOXES DIAGNOSIS BY USED HIGHER ORDER SPECTRUM

INFLUENCE OF WEAR OF BEARINGS CARRIAGEABLE WHEELS ON ACOUSTICS PRESSURE

Vibroacoustic methods of assessing valve clearance in combustion engines * An analysis of signals in the area of frequency

METODY KLASYFIKACJI USZKODZEŃ AMORTYZATORÓW SAMOCHODÓW OSOBOWYCH METHODS OF DEFECTS CLASSIFICATION OF PASSENGER CARS SHOCK-ABSORBERS

CWF - Piece komorowe ogólnego przeznaczenia

WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

CIENKOWARSTWOWE CZUJNIKI MAGNETOREZYSTANCYJNE JAKO NARZĘDZIA POMIAROWE W DIAGNOSTYCE TECHNICZNEJ 1. WSTĘP

PARAMETRY TECHNICZNE DEKLAROWANE PRZEZ PRODUCENTA POTWIERDZONE BADANIAMI / RATINGS ASSIGNED BY THE MANUFACTURER AND PROVED BY TESTS

PTNSS Numerical method of vibroacoustic estimators analysis in a frequency domain for IC engine

Strona główna > Produkty > Systemy regulacji > System regulacji EASYLAB - LABCONTROL > Program konfiguracyjny > Typ EasyConnect.

BADANIA WYTRZYMA OŒCI NA ŒCISKANIE PRÓBEK Z TWORZYWA ABS DRUKOWANYCH W TECHNOLOGII FDM

Analysis of Movie Profitability STAT 469 IN CLASS ANALYSIS #2

LED WASHER 30x3W WHITE IP65 F

Lecture 18 Review for Exam 1

WERYFIKACJA MODELU DYNAMICZNEGO PRZEKŁADNI ZĘBATEJ W RÓŻNYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

Charakterystyka parametrów drgań w gruntach i budynkach na obszarze LGOM

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

Patients price acceptance SELECTED FINDINGS

Nazwa projektu: Kreatywni i innowacyjni uczniowie konkurencyjni na rynku pracy

The Overview of Civilian Applications of Airborne SAR Systems

WPŁYW AMPLITUDY WIBRACJI NARZĘDZIA RĘCZNEGO ORAZ UKŁADU WIBROIZOLACJI NA PROCES STEROWANIA BADANIA DOŚWIADCZALNE

PRZYRZĄD WIRTUALNY DO POMIARU KĄTA PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO

DIAGNOSTYKA INTENSYWNOŚCI ZUŻYCIA OLEJU SILNIKOWEGO W CZASIE EKSPLOATACJI

Krytyczne czynniki sukcesu w zarządzaniu projektami

ANALIZA WIDMOWA SYGNAŁÓW (1) Podstawowe charakterystyki widmowe, aliasing

ANALIZA ROZPRASZANIA ENERGII DRGAŃ W AKTYWNYCH ZAWIESZENIACH POJAZDU DLA WYBRANYCH ALGORYTMÓW STEROWANIA

Zagadnienia DIAGNOSTYKA TECHNICZNA MASZYN. Rozdział 1 Wprowadzenie 1

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

Equipment for ultrasound disintegration of sewage sludge disseminated within the Record Biomap project (Horizon 2020)

Przetworniki. Przetworniki / Transducers. Transducers. Przetworniki z serii PNT KON PNT CON Series Transducers

1. WSTĘP 2. PRZYCZYNY POWSTAWANIA HAŁASU W AGREGATACH HYDRAULICZNYCH

Standardized Test Practice

WYŁĄCZNIK CZASOWY OUTDOOR TIMER

RESEARCH OF THE INFLUENCE OF AIR PRESSURE IN CAR TIRES ON DAMPING EFFECTIVENESS OF THEIR SUSPENSION SYSTEM

OpenPoland.net API Documentation

Transkrypt:

TRANSPORT PROBLEMS 2009 PROBLEMY TRANSPORTU Volume 4 Issue 3 Part 1 Łukasz KONIECZNY, Rafał BURDZIK, Bogusław ŚLEZIAK Department of Automotive Vehicle Construction Faculty of Transport, Silesian University of Technology ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice Corresponding author. E-mail: lukasz.konieczny@polsl.pl USAGE OF SHORT TIME FOURIER TRANSFORM IN IDENTIFICATION OF VEHICLE SHOCK ABSORBER TECHNICAL CONDITIONS RESEARCHED BY FORCE VIBRATION METHOD Summary. The paper presents results of vibro-acoustic signal analysis (acceleration of the unsprung mass of passenger s car suspension actuated to vibration by harmonic, kinematic vibration). The range of research has included front shock absorber for Fiat Seicento with simulated fault (oil leak). Force process consisted of three phases: increase of frequency, vibration with constant frequency (above 21 Hz) and decreases of frequency. For the analysis process Short Time Fourier Transform method was used with superposition of rectangles window and with zero complement method. On STFT spectrum resonance frequency of unsprung mass was identified. The estimator was the means of maximum acceleration amplitude peak in frequency band round resonance frequency. The result of investigation was presented on diagrams with changeable value of estimator for different technical conditions of shock absorber (with different volume of oil inside the shock absorber) WYKORZYSTANIE STFT W IDENTYFIKACJI STANU TECHNICZNEGO AMORTYZATORÓW ZABUDOWANYCH W POJEŹDZIE BADANYCH METODĄ DRGAŃ WYMUSZONYCH Streszczenie. W pracy przedstawiono wyniki analiz wibroakustycznych sygnałów drganiowych przyśpieszeń drgań mas nieresorowanych zawieszania samochodu osobowego pobudzonych do drgań kinematycznym wymuszeniem harmonicznym. Badania obejmowały amortyzatory przednie zabudowane w samochodzie marki Fiat Seicento z zaprogramowanymi usterkami w postaci ubytku płynu amortyzatorowego. Proces wymuszenia składał się z trzech kolejnych etapów: wzrostu częstości wymuszenia pracy ze stałą częstością oraz z malejącą częstością drgań. Do analizy sygnału drganiowych wykorzystano krótkoczasową transformatę Fouriera (Short Time Fourier Transform) z zastosowaniem okna prostokątnego z nakładaniem się okien oraz uzupełnianiem zerami. Wyznaczono częstotliwość rezonansową mas nieresorowanych i jako estymator przyjęto średnią wartości przyspieszeń maksymalnych dla analizowanego pasma zawierającego częstotliwość rezonansową. Rezultaty badań przedstawiono na wykresie obrazującym zmiany wartości wybranych estymatorów w zależności od stanu napełnienia amortyzatora płynem amortyzatorowym.

72 Ł. Konieczny, R. Burdzik, B. Śleziak 1. INTRODUCTION The research was done in Laboratory of Vehicle Suspension Dynamic in Faculty of Transport, Silesian University of Technology. The research of shock absorber built in vehicle was realized on laboratory test stand (fig. 1.) with vibration excitation (continuous of frequency regulation in 0-21 Hz range). This test stand was controlled by inverter. Fig. 1. View and scheme of laboratory test stand where: 1. electric engine, 2. rotated mass, 3. crankshaft system, 4. moving platform, 5. hold down springs, 6. vertical slideway, 7. mount of platform Rys. 1. Widok i schemat stanowiska wymuszającego gdzie: 1. silnik napędowy, 2. masa wirująca, 3. układ korbowy, 4. płyta najazdowa, 5. sprężyny dociskowe, 6. pionowe kolumny prowadzące, 7. mocowanie płyty Force process consisted of three phases: increase of frequency, vibration with constant frequency and decrease of frequency. The accelerations of platform, sprung and unsprung mass were recorded. The signals were recorded in digital form with 500 Hz sampling frequency. The scheme of measurement system is showed on fig. 2. Acceleration sensor ADXL Analog Digital converter µdaq Computer with MatLab software Fig. 2. Scheme of measurement system Rys. 2. Schemat toru pomiarowego For acceleration measure were used the ADXL 204 and ADXL 321 sensors produced by Analog Devices. These are modern parametric sensors built in chip. Table 1 shows the parameters of these sensors.

Usage of Short Time Fourier Transform 73 Table1 Parameters of ADXL sensors ADXL 204 ADXL 321 Measurement range +/- 1,7g +/- 18 g Nonlinearity 0.2 % FS 0.2 % FS Sensitivity 595mV/g 57 mv/g Frequency band 2,5 khz 2,5 khz Resonant frequency of sensor 5,5 khz 5,5 khz Temperature range -55... 125 o C -20... 70 o C Power supply 3-6 V 3-6 V The acceleration sensors were mounted (fig. 3) on test platform, unsprung mass (on the arm near the wheel) and sprung mass (on the point of upper McPherson strut mount) of Fiat Seicento. Fig. 3. Points of sensors mounted: A on sprung mass, B on unsprung mass Rys. 3. Miejsca mocowania przetworników A na nadwoziu, B na wahaczu In Fiat Seicento was built front shock absorber with simulated fault (oil leak the volume of oil was changed in the range 100% -50% with 10% step). The construction of this shock absorber was modified in order to make oil volume variable (fig. 4.) Fig. 4. The shock absorber before and after modification Rys. 4. Amortyzator przed i po modyfikacji 2. METHOD OF ANALYSIS The digital signals of accelerations were analysed with MatLab software. For the analysis this no stationary signals (signals with changeable frequency) the Short Time Fourier Transform method were used. The result of this method is 3-dimensional spectrum presenting the behavior of signal amplitude in time and frequency domain.

74 Ł. Konieczny, R. Burdzik, B. Śleziak The Short Time Fourier Transform equation: S( b, f ) + j2πft = x( t) e w( t b) dt where: (t-b)- window width. In STFT method, frequency analysis (FFT) is made for the following fragment of signal multiply by window function with constant width w(t-b)=const. The following fragments are analysed independently. The main disadvantage of this method is constant width of window (using narrow window in time domain we can get good time resolution but in the resolution in frequency domain will be worst). So the windows width is some kind of compromise between resolution in time and frequency domain). One way of improving the resolution in frequency domain for the single fragment of FFT analysis, is zero-complementing method. In this process to the original signal are added samples with zero value of amplitude to increase length of this signal (this method should be used carefully because the law of decreasing profits is valid here).the shape of the window is also very important. For rectangle window the jump changes at the beginning and at the end of windows are the source of leak in spectrum. For minimalizing of this effect can be used other windows decreasing the amplitude for the beginning and the end (for example triangle, Hanning, Hamming). The next way of improving the selectivity of STFT method is superposition of windows (each sample is used several times for single FFT process). In this research the acceleration of unsprung mass was analysed by STFT with the rectangle window with interval of time 0,5 s. Each fragment was 100% elongated by using complement zero method and analysed with FFT process. The windows were superpositioned in 50%. The example time realization of unsprung mass with each of the three phases of vibration excitation is showed on fig. 5. (1) Fig. 5. Example time realization of unsprung mass accelerations Rys. 5. Przykładowy przebieg czasowy przyśpieszeń drgań mas nieresorowanych There was obtained STFT spectrum with 1 Hz resolution in frequency domain. In this spectrum the frequency band (fig. 6) with resonance frequency was isolated (middle frequency was 12 Hz, width of frequency band 3Hz).

Usage of Short Time Fourier Transform 75 Rys. 6. The example of STFT spectrum with sign middle frequency 12 Hz Rys. 6. Przykładowe widmo STFT z zaznaczoną analizowaną częstotliwością f=12 Hz Fig. 7 presents time section of STFT for chosen frequency band (11-13Hz) including the resonance frequency of unsprung mass. In this band the estimators W1 and W2 are mean of maximum amplitude in this band for phase increases frequency (W1) and phase decreases frequency (W2). Fig. 7. Time section of STFT for chosen frequency band Rys. 7. Przekrój czasowy STFT dla analizowanego zakresu

76 Ł. Konieczny, R. Burdzik, B. Śleziak 3. EXAMPLE RESULTS OF RESEARCHES The fig. 8 presents the STFT spectrum for new shock absorber (without oil leak) Fig. 8. STFT spectrum for new shock absorber Rys. 8. Widmo STFT dla amortyzatora w stanie nominalnym Fig. 9 presents the STFT spectrum for shock absorber with oil leak (60% volume of oil) Fig. 9. STFT spectrum for shock absorber with oil leak (60% volume of oil) Rys. 9. Widmo STFT dla amortyzatora w stanie nominalnym z 60% napełnieniem olejem amortyzatorowym

Usage of Short Time Fourier Transform 77 4. CONCLUSION oil. Fig. 10 presents the value of estimators W1 and W2 for shock absorbers with different volume of Fig. 10. Juxtaposition in value of estimators W1 and W2 for shock absorbers with different volume of oil Rys. 10. Zestawienie wartości estymatorów W1 i W2 dla amortyzatora w różnym stanie napełnienia The chosen estimators are sensitive to changes of oil volume in shock absorber. For small oil leak (volume of oil higher than 80%) the changes of W1 and W2 estimators are very small. For large oil leak (in case of oil volume below 80%) the amplitudes in chosen frequency band are increasing. These increases aren t the same for both estimators. For phase increase frequency the increase of estimator W1 is monotonic function. For phase decreases frequency the values of W2 estimator are larger and similar (below 80%volume of oil). These results in the following researches where other methods of signal analysis will be used. References 1. Gardulski J.: Simulation studies of mechanical system with non-linear parameters of the structure for operating construction needs. Machine Dynamics Problems. Vol. 23 No 3, 1999. 2. Gardulski J.: Bezstanowiskowa metoda oceny stanu technicznego zawieszeń samochodów osobowych. Wydaw. Instytutu Technologii Eksploatacji, Radom, 2003. 3. Gardulski J., Warczek J.: Zastosowanie krótkoczasowej transformaty Fouriera w diagnostyce zawieszeń pojazdów samochodowych. Zeszyty Naukowe Pol. Śl., Seria Transport, z. 44, nr 1562, 2002, str. 23-29. 4. Gardulski J., Konieczny Ł, Burdzik R.: Wykorzystanie STFT w identyfikacji stanu technicznego amortyzatorów badanych metodą drgań swobodnych. Zeszyty Naukowe Pol. Śl., Seria Transport, z. 57, nr 1675, 2005, str. 107-114. 5. Gardulski J., Konieczny Ł., Burdzik R.: Diagnostyka stanu technicznego amortyzatora zabudowanego w pojeździe samochodowym z wykorzystaniem STFT. Diagnostyka maszyn roboczych i pojazdów. XII Konferencja naukowa, Bydgoszcz - Borówno, 23-25 czerwiec 2005. Warszawa: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej, Diagnostyka. vol.33, 2005, s. 25-28, 6. Lyons R.: Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów. WKiŁ, Warszawa, 1999. 7. Zieliński T.: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań. WKiŁ, Warszawa, 2007. Received 9.01.2008; accepted in revised form 2.07.2009