Fault detection in railway vehicle suspension systems under varying operating conditions

The current thesis deals with the vibration-based fault detection in suspension systems of in-service railway vehicles that operate under varying speed and moving on rails of similar quality (roughness). Vibration signals are measured from three different points on the vehicle which are at the right...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Γεωργούλης, Χρήστος-Χαράλαμπος
Άλλοι συγγραφείς: Georgoulis, Christos-Charalampos
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2021
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/14687
id nemertes-10889-14687
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Fault detection
Varying operational conditions
Railway vehicles
Simulations
Statistical time series methods
Ανίχνευση βλαβών
Μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας
Σιδηροδρομικά οχήματα
Προσομοιώσεις
Στατιστικές μέθοδοι χρόνο - σειρών
spellingShingle Fault detection
Varying operational conditions
Railway vehicles
Simulations
Statistical time series methods
Ανίχνευση βλαβών
Μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας
Σιδηροδρομικά οχήματα
Προσομοιώσεις
Στατιστικές μέθοδοι χρόνο - σειρών
Γεωργούλης, Χρήστος-Χαράλαμπος
Fault detection in railway vehicle suspension systems under varying operating conditions
description The current thesis deals with the vibration-based fault detection in suspension systems of in-service railway vehicles that operate under varying speed and moving on rails of similar quality (roughness). Vibration signals are measured from three different points on the vehicle which are at the right axle box of the front wheelset, at the right corner at the front side of the car body and at the front right corner of the leading bogie. The modeling of the healthy vehicle partial dynamics under different operational speeds is obtained, in a baseline, training, phase through two Functional Pooled Transmittance Function AutoRegressive with eXogenus input (FP-TF-ARX) models. This modeling corresponds to the formation of a proper subspace through the FP-TF-ARX model parameters, where the vehicle healthy dynamics is represented. Thus, fault detection is achieved using fresh signals obtained from a current unknown vehicle state by testing if they reside within this healthy subspace based on a proper optimization procedure. The vibration signals which are used in the baseline and inspection phase where the fault detection of unknown test cases is attempted, are produced from a detailed and realistic forty-two degrees of freedom railway vehicle model that is constructed in Simpack. Numerous Monte Carlo simulations are performed for healthy and faulty components in the primary and secondary suspensions for the assessment of the employed method. The results indicate that the appropriate extraction of information from vibration signals through advanced stochastic methods that employ TFs corresponding to properly selected measurements from the railway vehicle, may lead from very good up to excellent fault detection of even relatively small faults in the vehicle suspension systems.
author2 Georgoulis, Christos-Charalampos
author_facet Georgoulis, Christos-Charalampos
Γεωργούλης, Χρήστος-Χαράλαμπος
author Γεωργούλης, Χρήστος-Χαράλαμπος
author_sort Γεωργούλης, Χρήστος-Χαράλαμπος
title Fault detection in railway vehicle suspension systems under varying operating conditions
title_short Fault detection in railway vehicle suspension systems under varying operating conditions
title_full Fault detection in railway vehicle suspension systems under varying operating conditions
title_fullStr Fault detection in railway vehicle suspension systems under varying operating conditions
title_full_unstemmed Fault detection in railway vehicle suspension systems under varying operating conditions
title_sort fault detection in railway vehicle suspension systems under varying operating conditions
publishDate 2021
url http://hdl.handle.net/10889/14687
work_keys_str_mv AT geōrgoulēschrēstoscharalampos faultdetectioninrailwayvehiclesuspensionsystemsundervaryingoperatingconditions
AT geōrgoulēschrēstoscharalampos anichneusēblabōnsesystēmataanartēsēssidērodromikouochēmatosypometaballomenessynthēkesleitourgias
_version_ 1771297356862455809
spelling nemertes-10889-146872022-09-05T20:14:47Z Fault detection in railway vehicle suspension systems under varying operating conditions Ανίχνευση βλαβών σε συστήματα ανάρτησης σιδηροδρομικού οχήματος υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας Γεωργούλης, Χρήστος-Χαράλαμπος Georgoulis, Christos-Charalampos Fault detection Varying operational conditions Railway vehicles Simulations Statistical time series methods Ανίχνευση βλαβών Μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας Σιδηροδρομικά οχήματα Προσομοιώσεις Στατιστικές μέθοδοι χρόνο - σειρών The current thesis deals with the vibration-based fault detection in suspension systems of in-service railway vehicles that operate under varying speed and moving on rails of similar quality (roughness). Vibration signals are measured from three different points on the vehicle which are at the right axle box of the front wheelset, at the right corner at the front side of the car body and at the front right corner of the leading bogie. The modeling of the healthy vehicle partial dynamics under different operational speeds is obtained, in a baseline, training, phase through two Functional Pooled Transmittance Function AutoRegressive with eXogenus input (FP-TF-ARX) models. This modeling corresponds to the formation of a proper subspace through the FP-TF-ARX model parameters, where the vehicle healthy dynamics is represented. Thus, fault detection is achieved using fresh signals obtained from a current unknown vehicle state by testing if they reside within this healthy subspace based on a proper optimization procedure. The vibration signals which are used in the baseline and inspection phase where the fault detection of unknown test cases is attempted, are produced from a detailed and realistic forty-two degrees of freedom railway vehicle model that is constructed in Simpack. Numerous Monte Carlo simulations are performed for healthy and faulty components in the primary and secondary suspensions for the assessment of the employed method. The results indicate that the appropriate extraction of information from vibration signals through advanced stochastic methods that employ TFs corresponding to properly selected measurements from the railway vehicle, may lead from very good up to excellent fault detection of even relatively small faults in the vehicle suspension systems. Η παρούσα εργασία εστιάζει στο πρόβλημα της ανίχνευσης βλαβών σε συστήματα αναρτήσεως υπό λειτουργία σιδηροδρομικών οχημάτων με χρήση μετρήσεων ταλάντωσης, τα οποία κινούνται με μεταβαλλόμενη ταχύτητα λειτουργίας σε σιδηροτροχιά όμοιας ποιότητας. Τα σήματα ταλαντώσεων έχουν μετρηθεί από τρία διαφορετικά σημεία πάνω στο όχημα, ένα στο δεξί κιβώτιο του εμπρόσθιου άξονα σιδηροτροχών, ένα στην εμπρόσθια δεξιά γωνία του αμαξώματος και ένα στην εμπρόσθια δεξιά γωνία του εμπρόσθιου φορείου. Η μοντελοποίηση της υγιούς μερικής δυναμικής του οχήματος για μεταβαλλόμενη ταχύτητα λειτουργίας πραγματοποιείται κατά την φάση εκπαίδευσης μέσω δύο Συναρτησιακών Μοντέλων Αυτό – Παλινδρόμησης με Εξωγενή είσοδο (FP-TF-ARX). Αυτή η μοντελοποίηση αντιστοιχεί στον σχηματισμό ενός υπό χώρου μέσω των παραμέτρων του FP-TF-ARX, ο οποίος αναπαριστά την υγιή δυναμική του οχήματος. Επομένως, η ανίχνευση της βλάβης επιτυγχάνεται με τον έλεγχο των νέων σημάτων ταλάντωσης, που αντιστοιχούν στην τρέχουσα άγνωστη κατάσταση του οχήματος, για συμβατότητα με αυτό τον υγιή υπό χώρο. Τα σήματα ταλαντώσεων που χρησιμοποιήθηκαν κατά τις διαδικασίες εκπαίδευσης και ελέγχου όπου επιχειρήθηκε η ανίχνευση βλάβης για τις περιπτώσεις άγνωστης κατάστασης, παρήχθησαν από ένα λεπτομερές και ρεαλιστικό μοντέλο σιδηροδρομικού οχήματος 42 βαθμών ελευθερίας, το οποίο αναπτύχθηκε στο Simpack. Πολυάριθμες Monte Carlo προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν τόσο για υγιή όσο και για ελλαττωματικά στοιχεία πρωτεύουσας και δευτερεύουσας ανάρτησης, για την αξιολόγηση της μεθόδου που χρησιμοποιήθηκε. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως με την κατάλληλη εξαγωγή πληροφορίας από τα σήματα ταλαντώσεων μέσω προηγμένων στοχαστικών μεθόδων με την χρήση Συναρτήσεων Μετάδοσης που αντιστοιχούν σε κατάλληλα επιλεγμένες μετρήσεις από το σιδηροδρομικό όχημα, μπορεί να οδηγήσει από καλή έως άριστη ανίχνευση βλαβών ακόμα και για μικρές βλάβες στο σύστημα ανάρτησης. 2021-03-12T19:23:02Z 2021-03-12T19:23:02Z 2021-03-01 http://hdl.handle.net/10889/14687 en application/pdf