Development of an algorithm for automotive component diagnostics based on vibration analysis Sviluppo di un algoritmo per la diagnostica di componenti automobilistici basato sull’analisi delle vibrazioni

Questa tesi analizza l’impiego della diagnostica vibrazionale per identificare le sorgenti meccaniche associate a un comportamento anomalo in una trasmissione automotive. La risposta vibrazionale misurata contiene contributi provenienti da alberi, ingranaggi e cuscinetti volventi in diverse condizioni operative. La risposta vibrazionale sperimentale viene interpretata insieme alla cinematica della trasmissione. Le componenti caratteristiche associate agli ingranamenti, agli alberi e ai cuscinetti vengono calcolate a partire dai dati meccanici disponibili e confrontate con mappe Frequenza-RPM, rappresentazioni nel dominio degli ordini e analisi eseguite in condizioni quasi stazionarie. Nell’analisi degli ingranaggi, le principali differenze tra i casi OK e KO si concentrano nella regione di ingranamento G1-G2. Bande laterali distanziate di circa un ordine rispetto all’albero 1 indicano G1 come candidato più plausibile. La maggiore risposta del caso KO a coppia negativa è inoltre compatibile con un difetto localizzato su un fianco del dente. Per l’analisi dei cuscinetti dell’assale posteriore, il confronto tra le famiglie BPFO, BPFI, 2×BSF e FTF supporta l’attribuzione del difetto al gruppo di cuscinetti B1+B2. Diverse componenti misurate seguono la sequenza armonica 2×BSF di B1+B2, con strutture adiacenti poste approssimativamente alla corrispondente spaziatura FTF. Il lavoro sviluppa una procedura diagnostica basata sulla meccanica del sistema, che mette in relazione le strutture vibrazionali misurate con i componenti della trasmissione attraverso le corrispondenti grandezze cinematiche. Nei dataset disponibili, le diverse fasi dell’analisi conducono ad attribuzioni meccaniche coerenti. Le attribuzioni diagnostiche relative a G1 e al gruppo B1+B2 sono state successivamente confermate mediante l’ispezione fisica dei componenti dopo lo smontaggio.

This thesis investigates vibration-based diagnostics for identifying mechanical sources associated with abnormal behavior in an automotive driveline. The measured vibration response contains contributions from shafts, gears and rolling element bearings under different operating conditions. The experimental vibration response is interpreted together with the driveline kinematics. Gear mesh, shaft and bearing characteristic components are calculated from the available mechanical data and compared with Frequency-RPM maps, order-domain representations and analyses performed under quasi-stationary conditions. In the gear-oriented analysis, the main OK/KO differences occur around the G1 G2 mesh region. Sidebands spaced by approximately one order relative to shaft 1 indicate G1 as the more plausible candidate. The stronger KO response under negative torque is also consistent with a localized defect affecting one tooth flank. For the rear-axle bearing analysis, comparison of BPFO, BPFI, 2×BSF and FTF related families supports the attribution of the defect to the B1+B2 bearing group. Several measured components follow the B1+B2 2×BSF harmonic sequence, with neighboring structures at approximately the corresponding FTF spacing. The work develops a mechanically based diagnostic procedure that relates measured vibration structures to driveline components through the corresponding kinematic quantities. Within the available datasets, the different analysis stages lead to consistent mechanical attributions. The vibration-based attributions to G1 and the B1+B2 bearing group were subsequently confirmed through physical inspection after disassembly.