基于图像处理的汽车点火波形故障诊断

朱桂英

（浙江经贸职业技术学院，浙江 杭州 310018）

1 前言

随着电子技术的发展，以及人们对使用简单可靠以及舒适性的高要求，汽车上的电子产品越来越多，汽车控制系统也向电子化、网络化改变。汽车系统的电子化对普通维修人员对现代的汽车故障诊断提出了新的挑战。当汽车出现故障，维修人员一般用万用表和解码器来进行诊断，通过数据流和波形进行故障分析。目前解码器是汽修人员诊断故障的的基本操作，故障码的读取和分析是故障诊断的第一步。但是，诊断汽车故障只读取故障码是不够的，有些故障并不生成故障码。汽车正常运行需要新鲜的空气、高压电以及合适的油进缸，点火系统是故障的高发系统，其由很多零部件组成，当发生点火故障时很难确定故障的部位。当用解码器无法进行故障诊断时，波形分析是一种很好的诊断方法。利用波形分析仪分析当前点火波形，对故障点的查找有一定的帮助。波形分析需要维修人员具有丰富的理论知识以及经验，往往点火波形摆在面前不知原因何在，因此需要一种直接给出故障原因的专家系统是有一定的意义的。

2 点火波形常见故障

汽车上点火系统经历了三个阶段，分别是传统点火系统，电子点火系统和计算机控制的点火系统。不管是哪种系统工作原理都是类似的，首先低压电输入到点火线圈初级，然后通过互感把低压电转变为高压电输入到气缸，通过火花塞跳火点燃混合气。通常是把实际测得的点火系统波形与正常工作情况下的点火电压波形进行比较并分析，即可判断出点火系统的故障。图1所示为标准正常点火波形。以某四缸发动机波形按照点火顺序1-2-4-3，检测点火波形，图2为该发动机的正常波形以及几种常见故障波形。

（2）图2（b）所示，全部气缸点火电压均高于标准值，说明高压回路有高阻，故障原因一般是点火线圈的高压线插孔、分电器高压线插孔及分火头等有积碳，或高压线有高阻等。当出现如第2缸的波形时，故障因为多为该缸的火花塞电极烧毁或间隙增大造成的。

（3）图 2（c）中只有个别缸点火电压过高，这是单缸故障，表现在汽车上会出现发动机运行不平稳，怠速抖动等现象，故障原因多为该缸火花塞间隙偏大，或高压线接触不良，以及分火头与该缸高压线接触刷间隙过大。

（4）图 2（d）所示，各缸点火电压都低于标准，故障原因一般是点火线圈高压端的高压电弱，或者是火花塞脏污或间隙太小。

（5）图 2（e）中只有个别缸点火电压低，这也是当缸故障，同样会出现发动机运行不平稳，怠速抖动等现象，除了该缸火花塞间隙小或脏污之外，一般还有该缸高压线或火花塞有漏电等情况，造成电压偏低，混合气燃烧不完全，甚至不点燃。

（6）图 2（f）一般为了判断点火线圈的性能或好坏，可拔掉某缸高压线，如果该缸点火电压应高于20KV以上，说明点火线圈性能良好，故障点不在点火线圈，可改变思路或分析方法继续查找原因所在。

波形分析需要把故障波和标准波进行比较进行故障原因的分析，对于经验少的维修人员分析起来有一定的困难，因此本文把图像处理技术运用到波形分析中，直接给出专家维修建议。

3 图像处理在点火波形中的应用

点火波形的分析对维修人员的整体素质有个较高的要求，因此用图像识别的方法让分析简单化是汽车检测设备的趋势。点火波形的故障特征不仅与波形的各种参数有关，而且与波形形态有直接关系，点火波形是点火电压随着时间变化的一组波形。本文采用的是直接计算实测波形与模板波形的差异来进行故障分析。把常见几种故障点火波作为模板，然后将模板的参数输入到神经网络，然后通过神经网络的自学习功能直接将诊断结果进行输出。

（1）设置模板

由于点火波形的电压信号是简单地时间波形图，所以我们采用定义了属性的曲线段作为基元，目标模板全部由这些基元通过一定的文法组成，基元是人工方法测得的各种点火故障波。设置的模板越多，对于故障诊断的精确性越高。

（2）波形采集

利用示波器采集当前波形，并用锁定模式抓取一段波形，输入图像处理系统。

（3）图像处理

实测波形与内置的模板进行波形比照，首先将采集到的波形灰度化，然后用Canny算子方法进行检测边缘的提取，并进行数学形态学的后处理，如果相似度在90%以上，即可判断此故障。

（4）智能输出

对于分析结果以专家维修建议的方法输出到屏幕，由于该系统输入了常见的故障波形，诊断类别有限，因此系统预留设置端口，当有新的故障波出现时，把这个波作为基元进行储存记忆，便于下次出现同类故障时进行比照分析。

4 总结

通过对实测波形的图像分析给出的维修建议和人工分析法相符，因此图像处理在点火波形的分析上对理论知识和经验缺乏者是个简易的方法。汽车工作系统很多都可以用波形的方法进行分析，图像处理方法可以直接给出专家维修建议，是维修智能设备的发展趋势。