基于圖像處理的汽車(chē)點(diǎn)火波形故障診斷

朱桂英

（浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

1 前言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，以及人們對(duì)使用簡(jiǎn)單可靠以及舒適性的高要求，汽車(chē)上的電子產(chǎn)品越來(lái)越多，汽車(chē)控制系統(tǒng)也向電子化、網(wǎng)絡(luò)化改變。汽車(chē)系統(tǒng)的電子化對(duì)普通維修人員對(duì)現(xiàn)代的汽車(chē)故障診斷提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)汽車(chē)出現(xiàn)故障，維修人員一般用萬(wàn)用表和解碼器來(lái)進(jìn)行診斷，通過(guò)數(shù)據(jù)流和波形進(jìn)行故障分析。目前解碼器是汽修人員診斷故障的的基本操作，故障碼的讀取和分析是故障診斷的第一步。但是，診斷汽車(chē)故障只讀取故障碼是不夠的，有些故障并不生成故障碼。汽車(chē)正常運(yùn)行需要新鮮的空氣、高壓電以及合適的油進(jìn)缸，點(diǎn)火系統(tǒng)是故障的高發(fā)系統(tǒng)，其由很多零部件組成，當(dāng)發(fā)生點(diǎn)火故障時(shí)很難確定故障的部位。當(dāng)用解碼器無(wú)法進(jìn)行故障診斷時(shí)，波形分析是一種很好的診斷方法。利用波形分析儀分析當(dāng)前點(diǎn)火波形，對(duì)故障點(diǎn)的查找有一定的幫助。波形分析需要維修人員具有豐富的理論知識(shí)以及經(jīng)驗(yàn)，往往點(diǎn)火波形擺在面前不知原因何在，因此需要一種直接給出故障原因的專(zhuān)家系統(tǒng)是有一定的意義的。

2 點(diǎn)火波形常見(jiàn)故障

汽車(chē)上點(diǎn)火系統(tǒng)經(jīng)歷了三個(gè)階段，分別是傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)，電子點(diǎn)火系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)。不管是哪種系統(tǒng)工作原理都是類(lèi)似的，首先低壓電輸入到點(diǎn)火線(xiàn)圈初級(jí)，然后通過(guò)互感把低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘娸斎氲綒飧?，通過(guò)火花塞跳火點(diǎn)燃混合氣。通常是把實(shí)際測(cè)得的點(diǎn)火系統(tǒng)波形與正常工作情況下的點(diǎn)火電壓波形進(jìn)行比較并分析，即可判斷出點(diǎn)火系統(tǒng)的故障。圖1所示為標(biāo)準(zhǔn)正常點(diǎn)火波形。以某四缸發(fā)動(dòng)機(jī)波形按照點(diǎn)火順序1-2-4-3，檢測(cè)點(diǎn)火波形，圖2為該發(fā)動(dòng)機(jī)的正常波形以及幾種常見(jiàn)故障波形。

（2）圖2（b）所示，全部氣缸點(diǎn)火電壓均高于標(biāo)準(zhǔn)值，說(shuō)明高壓回路有高阻，故障原因一般是點(diǎn)火線(xiàn)圈的高壓線(xiàn)插孔、分電器高壓線(xiàn)插孔及分火頭等有積碳，或高壓線(xiàn)有高阻等。當(dāng)出現(xiàn)如第2缸的波形時(shí)，故障因?yàn)槎酁樵摳椎幕鸹ㄈ姌O燒毀或間隙增大造成的。

（3）圖 2（c）中只有個(gè)別缸點(diǎn)火電壓過(guò)高，這是單缸故障，表現(xiàn)在汽車(chē)上會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)，怠速抖動(dòng)等現(xiàn)象，故障原因多為該缸火花塞間隙偏大，或高壓線(xiàn)接觸不良，以及分火頭與該缸高壓線(xiàn)接觸刷間隙過(guò)大。

（4）圖 2（d）所示，各缸點(diǎn)火電壓都低于標(biāo)準(zhǔn)，故障原因一般是點(diǎn)火線(xiàn)圈高壓端的高壓電弱，或者是火花塞臟污或間隙太小。

（5）圖 2（e）中只有個(gè)別缸點(diǎn)火電壓低，這也是當(dāng)缸故障，同樣會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)，怠速抖動(dòng)等現(xiàn)象，除了該缸火花塞間隙小或臟污之外，一般還有該缸高壓線(xiàn)或火花塞有漏電等情況，造成電壓偏低，混合氣燃燒不完全，甚至不點(diǎn)燃。

（6）圖 2（f）一般為了判斷點(diǎn)火線(xiàn)圈的性能或好壞，可拔掉某缸高壓線(xiàn)，如果該缸點(diǎn)火電壓應(yīng)高于20KV以上，說(shuō)明點(diǎn)火線(xiàn)圈性能良好，故障點(diǎn)不在點(diǎn)火線(xiàn)圈，可改變思路或分析方法繼續(xù)查找原因所在。

波形分析需要把故障波和標(biāo)準(zhǔn)波進(jìn)行比較進(jìn)行故障原因的分析，對(duì)于經(jīng)驗(yàn)少的維修人員分析起來(lái)有一定的困難，因此本文把圖像處理技術(shù)運(yùn)用到波形分析中，直接給出專(zhuān)家維修建議。

3 圖像處理在點(diǎn)火波形中的應(yīng)用

點(diǎn)火波形的分析對(duì)維修人員的整體素質(zhì)有個(gè)較高的要求，因此用圖像識(shí)別的方法讓分析簡(jiǎn)單化是汽車(chē)檢測(cè)設(shè)備的趨勢(shì)。點(diǎn)火波形的故障特征不僅與波形的各種參數(shù)有關(guān)，而且與波形形態(tài)有直接關(guān)系，點(diǎn)火波形是點(diǎn)火電壓隨著時(shí)間變化的一組波形。本文采用的是直接計(jì)算實(shí)測(cè)波形與模板波形的差異來(lái)進(jìn)行故障分析。把常見(jiàn)幾種故障點(diǎn)火波作為模板，然后將模板的參數(shù)輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)功能直接將診斷結(jié)果進(jìn)行輸出。

（1）設(shè)置模板

由于點(diǎn)火波形的電壓信號(hào)是簡(jiǎn)單地時(shí)間波形圖，所以我們采用定義了屬性的曲線(xiàn)段作為基元，目標(biāo)模板全部由這些基元通過(guò)一定的文法組成，基元是人工方法測(cè)得的各種點(diǎn)火故障波。設(shè)置的模板越多，對(duì)于故障診斷的精確性越高。

（2）波形采集

利用示波器采集當(dāng)前波形，并用鎖定模式抓取一段波形，輸入圖像處理系統(tǒng)。

（3）圖像處理

實(shí)測(cè)波形與內(nèi)置的模板進(jìn)行波形比照，首先將采集到的波形灰度化，然后用Canny算子方法進(jìn)行檢測(cè)邊緣的提取，并進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的后處理，如果相似度在90%以上，即可判斷此故障。

（4）智能輸出

對(duì)于分析結(jié)果以專(zhuān)家維修建議的方法輸出到屏幕，由于該系統(tǒng)輸入了常見(jiàn)的故障波形，診斷類(lèi)別有限，因此系統(tǒng)預(yù)留設(shè)置端口，當(dāng)有新的故障波出現(xiàn)時(shí)，把這個(gè)波作為基元進(jìn)行儲(chǔ)存記憶，便于下次出現(xiàn)同類(lèi)故障時(shí)進(jìn)行比照分析。

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)波形的圖像分析給出的維修建議和人工分析法相符，因此圖像處理在點(diǎn)火波形的分析上對(duì)理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)缺乏者是個(gè)簡(jiǎn)易的方法。汽車(chē)工作系統(tǒng)很多都可以用波形的方法進(jìn)行分析，圖像處理方法可以直接給出專(zhuān)家維修建議，是維修智能設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。