基于圖像處理的汽車點火波形故障診斷

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，以及人們對使用簡單可靠以及舒適性的高要求，汽車上的電子產(chǎn)品越來越多，汽車控制系統(tǒng)也向電子化、網(wǎng)絡(luò)化改變。汽車系統(tǒng)的電子化對普通維修人員對現(xiàn)代的汽車故障診斷提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)汽車出現(xiàn)故障，維修人員一般用萬用表和解碼器來進(jìn)行診斷，通過數(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)生點火故障時很難確定故障的部位。當(dāng)用解碼器無法進(jìn)行故障診斷時，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)前點火波形，對故障點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以及經(jīng)驗，往往點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家系統(tǒng)是有一定的意義的。

2 點火波形常見故障

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

（2）圖2（b）所示，全部氣缸點火電壓均高于標(biāo)準(zhǔn)值，說明高壓回路有高阻，故障原因一般是點火線圈的高壓線插孔、分電器高壓線插孔及分火頭等有積碳，或高壓線有高阻等。當(dāng)出現(xiàn)如第2缸的波形時，故障因為多為該缸的火花塞電極燒毀或間隙增大造成的。

（3）圖 2（c）中只有個別缸點火電壓過高，這是單缸故障，表現(xiàn)在汽車上會出現(xiàn)發(fā)動機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)，怠速抖動等現(xiàn)象，故障原因多為該缸火花塞間隙偏大，或高壓線接觸不良，以及分火頭與該缸高壓線接觸刷間隙過大。

（4）圖 2（d）所示，各缸點火電壓都低于標(biāo)準(zhǔn)，故障原因一般是點火線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）中只有個別缸點火電壓低，這也是當(dāng)缸故障，同樣會出現(xiàn)發(fā)動機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)，怠速抖動等現(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，甚至不點燃。

（6）圖 2（f）一般為了判斷點火線圈的性能或好壞，可拔掉某缸高壓線，如果該缸點火電壓應(yīng)高于20KV以上，說明點火線圈性能良好，故障點不在點火線圈，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，對于經(jīng)驗少的維修人員分析起來有一定的困難，因此本文把圖像處理技術(shù)運(yùn)用到波形分析中，直接給出專家維修建議。

3 圖像處理在點火波形中的應(yīng)用

點火波形的分析對維修人員的整體素質(zhì)有個較高的要求，因此用圖像識別的方法讓分析簡單化是汽車檢測設(shè)備的趨勢。點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，點火波形是點火電壓隨著時間變化的一組波形。本文采用的是直接計算實測波形與模板波形的差異來進(jìn)行故障分析。把常見幾種故障點火波作為模板，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

由于點火波形的電壓信號是簡單地時間波形圖，所以我們采用定義了屬性的曲線段作為基元，目標(biāo)模板全部由這些基元通過一定的文法組成，基元是人工方法測得的各種點火故障波。設(shè)置的模板越多，對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

實測波形與內(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

對于分析結(jié)果以專家維修建議的方法輸出到屏幕，由于該系統(tǒng)輸入了常見的故障波形，診斷類別有限，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，把這個波作為基元進(jìn)行儲存記憶，便于下次出現(xiàn)同類故障時進(jìn)行比照分析。

4 總結(jié)

通過對實測波形的圖像分析給出的維修建議和人工分析法相符，因此圖像處理在點火波形的分析上對理論知識和經(jīng)驗缺乏者是個簡易的方法。汽車工作系統(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家維修建議，是維修智能設(shè)備的發(fā)展趨勢。