Регулировка тепловых зазоров грм: РЕГУЛИРОВКА ЗАЗОРОВ В КЛАПАННОМ МЕХАНИЗМЕ — Студопедия

РЕГУЛИРОВКА ЗАЗОРОВ В КЛАПАННОМ МЕХАНИЗМЕ — Студопедия

Величина зазоров на холодном двигателе должна быть:

— для впускных клапанов – 0,25…0,30 мм;

— для выпускных клапанов – 0,35…0,40 мм.

Для 1, 2, 3 и 4-го цилиндров передний клапан впускной, а для 5, 6, 7 и 8-го цилиндров – выпускной.

Регулировку зазоров проводить на холодном двигателе. Перед регулировкой тепловых зазоров проверить моменты затяжки болтов крепления головок цилиндров и гаек стоек коромысел. Тепловые зазоры регулировать одновременно в двух цилиндрах при закрытых клапанах. При регулировке коленчатый вал устанавливать последовательно в положения I … IV, которые определяются его поворотом относительно положения начала впрыскивания топлива в первом цилиндре на угол, указанный ниже:

— положение коленчатого вала – I II III IV;

— угол поворота – 60º 240º 420º 600º;

— номера цилиндров регулируемых клапанов – 1, 5 4, 2 6, 3 7, 8.

Последовательность операций при регулировке зазоров следующая:

1 Снять крышки головок цилиндров.

2 Проверить затяжку болтов крепления головок цилиндров.

3 Оттянуть смонтированный на картере маховика фиксатор, повернуть его на 90° и установить в нижнее положение.

4 Снять крышку люка в нижней части картера маховика (для проворота маховика ломиком).

5 Проворачивая коленчатый вал по ходу вращения, установить его в такое положение, при котором фиксатор под действием пружины войдет в паз на маховике, при этом оба клапана пятого цилиндра должны быть закрыты (коромысла клапанов на пятом цилиндре должны находиться в одном положении).

Это положение коленчатого вала соответствует началу подачи топлива в 1-ом цилиндре.

Если в этом положении маховика и фиксатора выпускной клапан пятого цилиндра открыт (коромысло выпускного клапана наклонено по отношению к коромыслу впускного клапана, а его штанга не вращается от руки) необходимо вывести фиксатор из паза на маховике и провернуть коленчатый вал на один оборот до момента, когда фиксатор войдет в паз.

Проворачивать коленчатый вал нужно рычагом, вставляя его в отверстия, расположенные на боковой поверхности маховика. Поворот маховика на угол, равный промежутку между двумя соседними отверстиями, соответствует повороту коленчатого вала на 30º. Оттянуть фиксатор, преодолев усилие пружины, повернуть его на 90º и установить в верхнее положение.

6 Провернуть коленчатый вал по ходу вращения на угол 60º, установив его тем самым в положение I.

В этом положении клапаны первого и пятого цилиндров должны быть закрыты (штанги указанных цилиндров должны легко проворачиваться от руки).

7 Проверить динамометрическим ключом момент затяжки гаек крепления стоек коромысел регулируемых цилиндров, при необходимости подтянуть. Моменты затяжки приведены в приложении А.

8 Проверить щупом зазор между носками коромысел и торцами клапанов регулируемых цилиндров. Если они не укладываются в указанные выше пределы, их надо отрегулировать.

9 Для регулировки зазора необходимо ослабить контровочную гайку регулировочного винта, вставить в зазор щуп нужной толщины и, вращая винт отверткой, установить требуемый зазор.

Придерживая винт отверткой, затянуть гайку и проверить величину зазора. Щуп толщиной 0,25 мм для впускного клапана и 0,35 мм для выпускного клапана должен проходить свободно, а толщиной 0,30 мм для впускного и 0,40 мм для выпускного с усилием.

Отрегулировать остальные клапаны.

10 Установить на место крышки люка картера маховика и головок цилиндров. Фиксатор маховика установить в верхнее положение.

11 Пустить двигатель и прослушать его работу. При правильно отрегулированных зазорах стуков в клапанном механизме не должно быть.

Регулировка клапанов 2108 — Энциклопедия журнала «За рулем»

Регулировка тепловых зазоров в приводе газораспределительного механизма

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

Замер и регулировку зазоров проводим на холодном двигателе. Выводим наконечник троса привода дроссельной заслонки из кронштейна. (см. Снятие привода дроссельных заслонок карбюратора)

Снимаем переднюю крышку ремня привода ГРМ (см. Проверка натяжения и замена ремня привода газораспределительного механизма). Порядок проверки и регулировки зазоров в механизме привода клапанов следующий.
Поворачиваем коленчатый вал по часовой стрелке до совмещения установочных меток на зубчатом шкиве распределительного вала и задней крышке ремня привода ГРМ (см. Проверка натяжения и замена ремня привода газораспределительного механизма).

Зазор между кулачками распределительного вала и регулировочными шайбами должен быть 0,20 мм для впускных клапанов и 0,35 мм — для выпускных. Допуск на зазоры для всех кулачков составляет ±0,05 мм.

Вводим «клык» приспособления между кулачком и толкателем.
Разворачиваем толкатель так, чтобы прорезь в его верхней части была обращена вперед (по ходу автомобиля).

Зазор регулируем подбором толщины регулировочных шайб. Для этого микрометром замеряем толщину шайбы. Толщину новой регулировочной шайбы определяем по формуле:
Н = В+(А–С), мм,
где А – замеренный зазор; В – толщина снятой шайбы; С – номинальный зазор; Н – толщина нов

Регулировка теплового зазора

Чтобы обеспечить плотное прилегание головки клапана к седлу, необходим определенный тепловой зазор между стержнем клапана и носком (влитом) коромысла или болтом толкателя.

Тепловые зазоры в клапанах изменяются в следствии их нагрева, изнашивания и нарушения регулировок. Когда зазор в клапанах увеличен, они открываются не полностью, в результате чего ухудшается наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания, также повышаются ударные нагрузки на детали клапанного механизма.

При недостаточном зазоре они плотно садятся на седла, вследствие чего происходят утечки газов, образование нагара с обгаранием рабочих поверхностей седла и клапана. Из — за неплотной посадки клапанов, при такте сжатия рабочая смесь может попадать в выпускной газопровод, а в процессе такта расширения газы имеющие высокую температуру, могут прорываться во впускной газопровод, вследствие чего в этих газопроводах возможны хлопки или вспышки, что является признаком неплотной посадки клапанов. Для плотного прилегания головки клапана к седлу тепловой зазор устанавливают между носком коромысла (рис 3,1) и торцом стержня клапана 2 при нижнем распределительном валу.

Фазы газораспределения

Под фазами газораспределения понимают моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала. Из общей групповой диаграммы фаз газораспределения (рис 3,8 а) видно что при такте впуска выпускной клапан 1 (рис 3,8 г) начинает открываться с опережением, т.е. до подхода поршня в верхнюю мертвую точку. Угол «а» опережения открытия впускного клапана для двигателей различных моделей находится в пределах 10- 32^о. Закрывается впускной клапан с запозданием после прохождения поршнем нижней мертвой точки (во время такта сжатия). Угол запаздывания закрытия впускного клапана в зависимости от модели двигателя составляет 40 — 85

Выпускной клапан 2 (рис 3,8) начинает открываться до подхода поршня к нижней мертвой точке (во время такта рабочего хода) Угол Y опережения открытия выпускного клапана для различных двигателей колеблется в пределах 40 — 70^о. Закрывается выпускной клапан после прохождения поршнем верхней мертвой точки (во время такта впуска). Угол запаздывания закрытия выпускного клапана равен 10 — 50^о. Общая круговая диаграмма показывает, что в определенный период времени одновременно открыты впускной и выпускной клапаны. Угловой интервал а + б вращения коленчатого вала, при котором оба клапана открыты называется перекрытием клапанов, которое необходимо для своевременной и качественной очистки цилиндров от продуктов сгорания.

Техническое обслуживание

Существует четыре вида ТО: ЕО — ежедневное обслуживание, ТО-1 — техническое обслуживание 1, ТО-2 — техническое обслуживание 2 и СО — сезонное обслуживание. При ТО-1 проверяют посадку клапанов в седлах, нет ли изгиба стержня, клапана, трещины тарелки клапана, состояние пружины. Если стержень клапана изогнут, то его правят под прессом, при трещине тарелки клапан заменяют, при слабом действии пружины она также подлежит замене. При ТО-2 проделывают выше перечисленные процедуры и плюс к этому проверяют распределительный вал — нет ли изгиба; износ опорных шеек и кулачков.

После всех вышеприведенных операций выполняют регулировочные работы. Проверяют и регулируют тепловые зазоры между толкателями и носиками коромысел. Зазоры регулируют пластинчатым щупом при полностью закрытых клапанах на холодном двигателе. Регулировку зазоров в клапанах выполняют начиная с первого цилиндра в последовательности соответствующей порядку работы цилиндров двигателя.

Зазор регулируют до нужной величины, вращая регулировочный винт толкателя или винт коромысла, отпустив контргайку. Зазор должен соответствовать заводским данным. Например, для двигателей ЗАЗ-53, ЗИЛ-130, ЯМЗ-236 зазор должен быть равен 0,25 — 0,30 мм.

Для установки поршня первого цилиндра в верхней мертвой точке при также сжатия используют установочные метки двигателя.

Цилиндр, головка цилиндра, штанга и другие механизма привода клапанов нагреваются по мере прогрева двигателя до 80 — 150 ^оС, а клапаны до 300 — 600 ^оС. При этом тепловой зазор между деталями уменьшается, что не гарантирует плотной посадки клапана на седло при температурных деформациях деталей.

Например, при работе двигателя с чрезмерно малым тепловым зазором выпускного клапана происходит перегрев тарелки, на ней появляются трещины, размягчается седло клапана и ускоряется его износ вследствие прорывов газов. С другой стороны, если тепловой зазор больше необходимого, появляется сильный стук при работе клапанов, возникает интенсивный износ деталей механизма газораспределения.

На практике тепловой зазор обычно определяют с помощью стального щупа при 20 — 25 ^оС (рис 2,6). Если температура стальных деталей привода клапана и алюминиевых деталей, в которых они установлены, отличается от указанной, то необходимо вводить поправку, так как при уменьшении температуры деталей измеренный зазор будет меньше, а при увеличении — больше. Следует также учитывать, что при износе контактных поверхностей фактический зазор будет больше измеренного щупом из — за не учета канавок 4, которые оказываются под нижней полостью щупа (рис 2,6 а). Поэтому лучше пользоваться индикатором для изменения хода рычага привода в зоне его контакта с клапаном.

Ремонт

Основными дефектами распределительного вала являются изгиб, износ опорных шеек и шейки под распределительную шестерню, износ кулачков. Биение промежуточных опорных шеек проверяют при установке вала в призмы на крайние опорные шейки. Допустимое биение определено техническими условиями. Если биение превышает допустимое значение, то вал правят под прессом. Изношенные шейки шлифуют под меньший диаметр до одного из ремонтных размеров. После шлифования шейки полируют абразивной лентой или пастой ГОИ. При этом осуществляют замену изношенных опорных стоек на новые. Внутренние диаметры новых запрессованных втулок обрабатывают разверткой или расточкой резцом под размер перешлифованных шеек распределительного вала. Опорные шейки вала, вышедшие из ремонтных размеров можно восстанавливать хромированием или осталиванием под номинальный или ремонтный размер.

Небольшой износ кулачков устраняют шлифованием на шлифовальном станке. При значительном износе вершину кулачка можно восстановить наплавкой сормайтом №1 с последующим предварительным шлифованием на электро — шлифовальной установке и окончательной обработкой на шлифовальном станке.

Наиболее часто встречающимися дефектами клапанов являются износ и обгарание рабочей фаски, деформации тарелки, износ и изгиб стержня. Клапаны с небольшим износом рабочей фаски восстанавливают притиркой к седлу. При значительном износе или наличии глубоких раковин и рисок осуществляют шлифование и притирку. После шлифования фаски высота цилиндрической части головки клапана должна быть не менее установленной техническими условиями. Все клапаны притирают одновременно на специальном станке.

Допускаемое биение стержня клапана и рабочей фаски предусмотрено техническими условиями. При большом биении стержень клапана правят. Изношенный стержень клапана можно восстановить хромированием или осталиванием с последующим шлифованием до номинального размера. Изношенный торец стержня клапана шлифуют до получения гладкой поверхности.

У толкателей клапанов изнашиваются сферические и цилиндрические поверхности. Стержень восстанавливают шлифованием до ремонтного размере или хромированием. При этом отверстие у направляющих толкателей обрабатывают разверткой под размер устанавливаемых стержней или для запрессовки втулки. Втулки изготавливают из серого чугуна и запрессовывают с натягом 0,02 — 0,03 мм. После запрессовки внутренний диаметр втулок обрабатывают разверткой, обеспечивая необходимый зазор в соединении. Износ сферической поверхности стержня устраняют шлифованием по шаблону, выдерживаю установленную техническими условиями высоту.

В коромыслах клапанов изнашиваются втулки, которые заменяют на новые и растачивают отверстие в них до номинального или ремонтного размера. В новой втулке сверлят масляные отверстия. Изношенную сферическую поверхность носка коромысла обрабатывают шлифованием. Износ и раковины на фасках седел клапанов устраняют шлифованием или осуществляют замену седла. Производят притирку седла с клапаном или зенкование с последующим шлифованием и притиркой. При зенковании (рис 11,6) применяют комплект из четырех зенковок, имеющих углы наклона режущих кромок 30 или 45, 75 и 15^о. Зенковки с углами 75 и 15^о вспомогательные — их применяют для получения необходимой рабочей фаски.

Рабочие фаски седел клапанов шлифуют абразивными кругами под соответствующий угол. При больших износах седла клапана, когда утопание калибра превышает допустимое значение, указанное в тех условиях, седло клапана заменяют новым. Для этого изношенное клапанное седло растачивают, а затем запрессовывают вставное седло клапана, расчеканивая с помощью специальной оправки. Далее шлифуют и зенкуют рабочую фаску до получения требуемого размера. Затем осуществляют притирку с рабочей поверхностью клапана.

Притирку выполняют на специальных станках, которые полностью механизируют процесс и позволяют выполнять обработку всех клапанов одновременно. Для притирки применяют притирочную пасту или пасту ГОИ. Рекомендуется вначале притирку проводить более грубой пастой. Тонкая паста применяется для получения окончательной чистовой поверхности. Притирка должна обеспечивать плотное, герметичное соединение рабочих фасок клапана и седла, исключающее возможность проникновения газов. Притертые клапан и седло должны иметь по всей окружности фаски ровную матовую полоску «а» определенной ширины (рис 11,7). Качество притирки проверяют прибором (рис 11,8) с помощью которого создают над клапаном избыточное давление воздуха 0,07 МПа. Давление устанавливают по манометру, и оно не должно заметно снижаться в течение одной минуты.

При ослаблении посадки седла клапана в гнезде его выпрессовывают, а отверстие растачивают для установки седла ремонтного размера. При выпрессовке применяют различные съемники (рис 11,9)

Регулировка зазоров клапанов: принцип, инструменты

Диагностика и ремонт2 ноября 2019

Несмотря на то что клапаны автомобильного двигателя выглядят как простые детали, они выполняют важные функции в его работе – отвечают за своевременную подачу горючей смеси в цилиндры, вывод из них отработанных газов. А полнота сгорания топлива влияет на экономичность и мощность мотора, степень токсичности выхлопных газов. Поэтому регулировка зазоров клапанов – обязательная периодическая процедура во время эксплуатации ДВС.

Как должна осуществляться работа элементов?

Работа 4-тактного двигателя включает в себя 4 цикла.

Каждый цикл имеет свое назначение:

1. Впуск – открывается впускной клапан, в цилиндр подается топливная смесь.
2. Сжатие – клапаны закрыты, сжимается смесь топлива.
3. Рабочий ход – клапаны закрыты, горящая смесь расширяется, ее энергия направляется на перемещение поршней.
4. Выпуск – открывается выпускной клапан, удаляются отработанные газы.

Чтобы мотор работал эффективно, необходима правильная настройка зазоров.

Функция зазоров

В цилиндре автомобильного двигателя как минимум 2 клапана (может быть больше в зависимости от модели авто). Через впускной клапан горючая смесь попадает в цилиндр, а через выпускной удаляются газы. В действие деталь приводит газораспределительный механизм.

Во время эксплуатации мотор нагревается, в результате чего происходит расширение всех его элементов. Поэтому, когда мотор не работает (находится в холодном состоянии), между некоторыми деталями должен быть зазор, достаточный для теплового расширения металла.

Регулировка параметров

Процедура регулировки зазоров состоит из нескольких этапов. Предварительно осуществляется подготовка транспортного средства и помещения, в котором планируются ремонтные работы.

Подготовка элементов

Перед началом настройки деталей надо очистить от загрязнений, тщательно вымыть кузов машины, удалить загрязнения под капотом. Это необходимо, чтобы предупредить попадание сторонних частиц в цилиндры.

Транспортное средство устанавливается в помещении на ровной поверхности, затягивается стояночный тормоз, а под колеса дополнительно подкладываются упоры, способные предупредить самопроизвольное движение ТС. В помещении необходимо организовать хорошее освещение и дополнительные переносные осветительные приборы.

Непосредственно для выполнения регулировочных работ нужно подготовить комплект инструментов, в который входят:

• пинцет;
• отвертки;
• щуп;
• гаечные ключи;
• шайбы регулировочные;
• приспособление для регулирования клапанов;
• микрометр.

Головка блока цилиндров демонтируется также на подготовительной стадии.

Использование щупа

Для современных моделей авто при настройке цилиндровых клапанов с использованием щупа дополнительно применяются шайбы.

Порядок выполнения работ:

1. Осуществляется демонтаж клапанных крышек, трубок, корпуса фильтра. Рекомендуется также выкручивать свечи, тогда легче будет прокручиваться коленчатый вал.
2. Снимается крышка (надо выкрутить 2 гайки), удаляются остатки двигательного масла.
3. Извлекается кожух ремня ГРМ.
4. Процедура регулировки будет начинаться от поршня цилиндра. Его надо зафиксировать в верхней точке сжатия. Рекомендуется ориентироваться по меткам, которые были нанесены производителем.
5. Коленвал прокручивается по часовой стрелке. При этом риски, нанесенные на вал, должны совпасть с рисками, нанесенными на корпус подшипников.
6. Отжимается контргайка на винте, выполняется регулировка зазора. Щуп должен стать максимумом подворота болта.

После затягивания контргайки проверяется правильность показателей настройки. Риски относительно друг друга могут сдвинуться, если гайку сильно перетянуть. Данная процедура повторяется для остальных клапанов.

Работы с рейкой и индикатором

Часто регулировка клапанов выполняется с применением рейки и индикатора. Эта технология предоставляет возможность выставить более точные показатели, чем щупом.

Последовательность работ:

1. После подготовки авто, помещения и инструментов можно выполнять работы по настройке клапанов. Сначала надо прокрутить двигатель, чтобы метки корпуса совпали с метками распредвала.
2. С другой стороны шестерни распредвала надо поставить свои отметки маркером, через каждые 90º относительно метки, отмеченной производителем.
3. На блоке подшипников на 3 болта крепится рейка.
4. В специальное гнездо, сделанное на рейке, устанавливается индикатор. Шкала выставляется на 0.
5. Регулировочным приспособлением слегка подтягивается вверх кулачок. Стрелка индикатора должна переместиться на 50-52 деления.

Если после выполнения регулировки показатели отличаются от установленных параметров, необходимо повторить процедуру, но уже с использованием щупа. После завершения ремонтных работ запускается мотор и прослушивается его работа в разных режимах.

Признаки неудачной настройки

После запуска все составные элементы мотора, соответственно металл расширяется. Необходимо также учитывать естественный износ трущихся деталей.

Признаки неправильной регулировки:

• посторонний шум в головке блока;
• увеличился расход топлива;
• упала мощность двигателя;
• клапаны не регулировались более 20 тыс. км пробега машины.

Все эти симптомы являются основанием для проведения регулировки зазоров между установленными элементами двигателя ТС.

Последствия неправильно рассчитанного зазора

Например, если сделать его больше установленного значения, двигатель будет издавать характерные постукивания, которые вместе с его прогревом будут пропадать.

Последствия установки зазора больше нормы:

• снижение периода эксплуатации клапанов;
• посторонний шум в процессе работы мотора;
• расклепывание;
• скол торца и увеличение зазора.

Из-за неотрегулированного зазора происходит нарушение процессов газораспределения, снижается мощность автомобильного двигателя.

Последствия установки зазоров меньше нормы:

• увеличивается нагрузка на ремни ГРМ;
• прогорание клапанов;
• снижение компрессии;
• повышение окислительных процессов и коррозии;
• нарушение теплоотдачи.

Поэтому регулировку тепловых зазоров клапанов необходимо выполнять на протяжении всего периода эксплуатации транспортного средства. Специалисты рекомендуют осуществлять такие мероприятия через каждые 20-30 тыс. км пробега автомобиля.

Тепловой зазор клапана и его регулировка

В любом ДВС для организации нормальных клапанных механизмов применяются. Небольшая часть крутящего момента передается на привод коленчатого вала. При нагревании металл имеет свойство расширяться. Следовательно, размеры деталей двигателя меняются. Меняются и размеры элементов ГРМ. Если тепловой зазор клапана не предусмотрен в распределительном механизме, клапаны не будут плотно закрываться, когда двигатель нагревается до оптимальных рабочих температур.Как следствие, они не обеспечат необходимой герметичности.

Важность регулировки зазоров

После запуска двигатель и все его элементы прогреваются и, как следует из школьного курса физики, расширяются. Также трущиеся элементы изнашиваются по естественным причинам. Это делает необходимым наличие точного зазора между элементами системы хронометража. А расстояние между кулачком на распредвале и клапаном — один из важнейших факторов.

Если зазор увеличить, автовладелец услышит стук клапанов. Он исчезнет по мере прогрева двигателя. На больших расстояниях кулачок распредвала стучит по коромыслу коромысла, вместо того, чтобы давить на него.

Признаки необходимости настройки

О том, что тепловой зазор клапана выставлен неверно, скажут некоторые признаки.Итак, первый симптом — это характерные звонкие звуки в районе крышки ГБЦ. Еще один признак — пониженная мощность двигателя, а вместе с ней и большой расход топлива.

Также необходима регулировка зазоров, если проводился какой-либо ремонт газораспределительного механизма. Регулировку необходимо проводить, если последние зазоры обнажились более 20 тысяч километров назад.

Как часто нужно настраивать?

На автомобилях ВАЗ тепловые зазоры клапанов по регламенту завода-изготовителя необходимо регулировать каждые 45 тысяч километров. Но часто необходимость в настройке появляется намного раньше. Специалисты рекомендуют регулировать элементы ГРМ не менее 20 тысяч километров. А если двигатель работает на максимальных нагрузках, то 15. Эта цифра также обусловлена ​​качеством запчастей для отечественных автомобилей, которые быстро изнашиваются даже при идеальных условиях эксплуатации.

Измерение тепловых зазоров

Также можно убедиться, что указанные измерения. Проверка тепловых зазоров клапанов всегда проводится на холодном моторе. Для выполнения операции вам понадобится измерительный зонд и набор инструментов. Что войдет в этот комплект, зависит от типа толкателя клапана.

Для регулировки зазора коленчатый вал следует провернуть так, чтобы кулачок на распределительном валу выбранного клапана был направлен в сторону от толкателя. По последним наносятся легкие удары молотком. Затем пальцами качаем клапан.

Технологические настройки

Рассмотрим, как отрегулировать зазор теплового клапана на примере двигателей ВАЗ.Самое первое, что нужно сделать, — это поставить поршень первого цилиндра в положение верхней мертвой точки. Делается это очень просто. Коленчатый вал проворачивают до совпадения меток на звездочке распредвала со шкивом коленчатого вала и на блоке цилиндров. После этого вы можете приступить к настройке. Схема регулировки тепловых зазоров клапанов на дизелях аналогична этой.

Порядок регулировки тепловых зазоров клапанов

Первым регулирует восьмой клапан, расположенный на четвертом цилиндре. После него — шестой клапан третьего цилиндра. Зазоры регулируются попарно. Для каждого двигателя коленчатый вал поворачивается на 180 градусов. Для каждого из последующих оборотов отрегулируйте четвертый и седьмой клапаны, первый и третий, пятый и второй соответственно.

Контрольное измерение

Даже профессионалы не всегда могут отрегулировать зазоры, правильно их с первого раза.Поэтому контрольные замеры тепловых зазоров в приводе клапана являются обязательными. Если есть несоответствие, то нужно заново произвести корректировку. После такой настройки двигатель будет работать намного тише, стабильнее и будет радовать своего владельца.

Итак, мы выяснили, что такое тепловой зазор, и как его правильно отрегулировать самостоятельно.

границ | Метод динамической регулировки и распознавания фар автомобиля на основе доступа к данным тепловизионной камеры

Введение

В последние годы дорожно-транспортные происшествия стали обычной проблемой для водителей транспортных средств.Риск ДТП на неосвещенной дороге примерно в 1,5–2 раза выше, чем днем ​​[1]. Из-за сложности дороги и халатности водителей невозможно вовремя правильно переключать дальний и ближний свет автомобиля, что может привести к серии дорожно-транспортных происшествий. Кроме того, блики от встречных фар могут снизить видимость объектов на дороге, что может негативно сказаться на безопасности в ночное время. В случае катаракты воздействие встречного света фар более серьезно [2].Итак, необходимо реализовать различение фар автомобиля.

В настоящее время обнаружение транспортных средств в основном основано на визуальных изображениях [3–10]. Ночью визуальное изображение нечеткое, как и детали автомобиля. Чтобы решить эту проблему, был опубликован ряд работ по обнаружению транспортных средств в ночное время путем определения формы и траектории фар [3–10]. Во многих исследованиях было обнаружение транспортных средств с помощью спаривания фар и согласования траекторий [3, 4].Для извлечения деталей ночного изображения использовалось улучшение изображения для предварительной обработки перед обнаружением транспортного средства [5, 6]. Учитывая, что фары обычно были белого цвета, вводимые изображения обычно преобразовывались в разные цветовые пространства. Затем доминирующие цветовые компоненты в красно-зеленых синих (RGB) изображениях обрабатывались порогом для извлечения пятен для фары [7]. Однако этот метод обнаружения транспортных средств в ночное время зависел от ясности фар или формы задних фонарей [5, 8–10], и наличие бликов дальнего света не учитывалось.Когда фара транспортного средства была захвачена камерой, она могла создать ореол, который повлиял бы на оценку и измерение фары транспортного средства. Крошечные детали автомобиля могут быть сохранены в темноте с помощью теплового изображения. Одновременно с этим с помощью тепловизоров можно регистрировать температуру автомобилей. Значит, это не могло быть помехой от ореола. Для обнаружения транспортных средств в ночное время использовалась тепловизионная технология [11]. Разница температур между объектом и окружающей средой незначительна, и невозможно отделить объект от окружающей среды.Более того, значение температуры было преобразовано в псевдоцветное изображение, что может увеличить сложность обнаружения объекта. Для усиления счетчиков изображений использовался метод адаптивного выравнивания гистограмм [11]. Однако когда содержимое изображения было улучшено, фоновая информация также постоянно улучшалась, что может увеличить сложность распознавания. Кроме того, на тепловое изображение влияет разрешение, поэтому детали удаленных объектов невозможно уловить. При обнаружении объектов машинное обучение и глубокое обучение применялись в различных областях исследований.Обучение без учителя успешно применялось для классификации транспортных средств [12, 13]. Кроме того, сверточные нейронные сети (CNN), YOLO [14] и другие нейронные сети внесли выдающийся вклад в обнаружение транспортных средств как на изображениях RGB, так и на тепловых изображениях [11, 15, 16]. Однако для получения более подходящей модели обучения необходимы более подходящая оптимизация и корректировка. Недавние исследования показали, что многопоследовательные изображения и глубокие нейронные сети могут соответствовать типам транспортных средств [17]. Глубокая нейронная сеть YOLOv3 хорошо обнаруживает набор данных COCO [18, 19]. Но модель обнаружения нуждается в дальнейшем улучшении, чтобы добиться различения похожих объектов.

В статье предложен метод распознавания фар транспортного средства, основанный на динамической корректировке теплового изображения и динамическом распознавании. Улучшение теплового изображения и объединение функций многопоследовательного изображения содержалось в динамической настройке теплового изображения. В качестве динамического выделения теплового изображения применялась операция YOLOv3-Filter.Цель может быть эффективно отделена от окружающей среды путем улучшения теплового изображения. Одновременно детали тепловизионного изображения были дополнены слиянием признаков многопоследовательного изображения. Наконец, модель распознавания фар автомобиля была реализована с помощью операции YOLOv3-Filter.

Принцип

Динамическая регулировка теплового изображения

Улучшение теплового изображения

В случае низкой освещенности ночью характеристики транспортного средства могут быть нарушены ореолом фар, так что камера не может запечатлеть контур транспортного средства. Тепловизор не может быть нарушен таким сильным источником света, потому что тепловизионная карта генерирует визуальное изображение, измеряя температуру объекта. Кроме того, тепловизионная технология имеет множество недостатков. Разница в цвете между цветом объекта и окружающей среды не очевидна. На тепловизионную камеру также может влиять внешняя среда [20], такая как излучение неба, фоновое излучение земли, отражения излучения, изменения температуры, скорость ветра и географическая широта.Чтобы уменьшить эти помехи различения фар, в этой статье было использовано улучшение тепловизионного изображения.

Как показано на рисунке 1B, тепловая гистограмма показывает, что температура автомобиля и температура окружающей среды могут изменяться в пределах определенного интервала. Набор данных, используемых в этой статье, был получен нами при температуре 25 ° C и относительной влажности 55%. Максимальная температура транспортного средства в наборе данных составляла 125 ° C. Объект при температуре от –20 до 25 ° C и 125–400 ° C не нужно отображать на тепловизионных изображениях. Как показано на Рисунке 2, диапазон цветовой шкалы составляет 0–255; он позволяет отображать как можно больше объектов в этом интервале.

Рисунок 1 . Тепловизионное изображение и тепловая гистограмма. (A) Исходное тепловое изображение, снятое тепловизионной камерой. (B) Тепловая гистограмма исходного теплового изображения. Тепловая гистограмма представляет собой распределение значений пикселей на тепловой диаграмме.

Рисунок 2 . Цветовая гамма тепловизионного изображения.Температура объекта отображалась на тепловом изображении соответствующим цветом.

Для извлечения информации об объекте использован метод динамической настройки тепловизионного изображения. Во-первых, информация о температуре окружающей среды получается с тепловизионной камеры. Во-вторых, температура окружающей среды вычитается из каждого значения пикселя температуры на тепловом изображении, чтобы получить объект, который отличается от температуры окружающей среды. Наконец, изображение умножается на параметры устройства.Значение пикселя теплового изображения определяется уравнением (1).

В уравнении (1) λ — это параметры устройства, и его можно вычислить с помощью уравнения (2).

, где T _{( x 0, y 0) max} — максимальное значение температуры на тепловой карте. T _MAX — максимально допустимое значение температуры тепловизора.Температура объекта сначала вычитается из значения температуры окружающей среды, чтобы получить объект, который отличается от температуры окружающей среды. T _{( x 0, y 0)} — это значение пикселя температуры, а T _environment — это температура окружающей среды в уравнении (2). Затем разность температур можно умножить на соответствующий коэффициент λ, и, очевидно, можно получить характеристики объекта.

Функция многопоследовательного изображения Fusion

После улучшения теплового изображения следующим шагом будет объединение теплового изображения с изображением RGB.Как показано на рисунке 3, изображение RGB, извлеченное из исходных данных изображения, уменьшается до того же размера, что и тепловое изображение с разрешением 640 × 480. В этой статье контурные особенности фары транспортного средства могут быть извлечены оператором Собеля. , как показано в уравнении (3). Поскольку он может получить край цели, который имеет большой градиент с фоном, оператор Собеля на предварительно обработанном изображении для получения изображения края используется для поиска и извлечения прямоугольной области в исходном изображении, которое представляет собой номерной знак [21 , 22].

В горизонтальном варианте значение изображения I свернуто с ядром нечетного размера G _x . В вертикальном варианте значение изображения I свернуто с ядром нечетного размера G _y .

Наконец, контуры автомобиля и фары транспортного средства, извлеченные из изображения RGB, объединяются с тепловым изображением.Затем можно получить изображение с несколькими последовательностями. Многопоследовательное изображение содержит не только информацию о тепловом изображении, но также информацию о контурах изображения RGB.

Рисунок 3 . Блок-схема объединения функций для изображения с несколькими последовательностями.

Кроме того, области ореола фары автомобиля S _Свет в изображении RGB могут быть получены после пороговой обработки [22]. Таким же образом могут быть получены области лампы на изображении S _Лампа .Эти параметры используются в уравнении (9).

Система динамического распознавания фар автомобиля

Чтобы различить дальний и ближний свет, необходимо выполнить следующие действия. Во-первых, YOLOv3 используется для первоначального определения потенциальных зон транспортного средства и его фар. Во-вторых, расстояние между автомобилем и камерой можно определить по размеру ограничивающей рамки. Затем ореол и контур фары извлекаются из изображения RGB и теплового изображения соответственно.Наконец, расстояние между фарами дальнего и ближнего света можно определить путем расчета соотношения между нимбом и профилем фары.

Deep Network для обнаружения луча

Глубокая нейронная сеть YOLOv3 используется в качестве предварительной модели скрининга, как показано на рисунке 4. Координаты транспортного средства на изображении выбираются в качестве входных данных. Затем модель выводит оценку правдоподобия кандидата относительно дальнего и ближнего света. Сеть содержит 23 остаточных блока и трехкратный ап-выборку.Модель обнаруживается с субдискретизацией 32x, 16x и 8x, что может использоваться для многомасштабных измерений. Leaky Relu, который дает все отрицательные значения, может использоваться как функция активации для всех остаточных блоков. Общее количество параметров сети около 110 536.

Рисунок 4 . YOLOv3 с добавлением фильтра (YOLOv3-Filter).

Фильтр кандидатов с низкой вероятностью

Точность распознавания света транспортного средства может быть получена путем добавления условий дискриминанта к YOLOv3.Фильтр кандидатов с низкой вероятностью используется в этой статье в качестве фильтра дискриминантных условий.

Чтобы разработать фильтр-кандидат с низкой вероятностью, необходимо найти соотношение преобразования между изображением и трехмерным (3D) пространством. Модель визуализации точечного отверстия может использоваться для получения фактического местоположения объекта на изображении. Как показано на рисунке 5, целевой размер преобразуется в фактический целевой размер на изображении. A’B ‘ — это прямая линия дороги AB , нанесенная на изображение в точке Y .Точно так же C’D ‘ — это прямая линия дороги CD , сопоставленная с изображением на Y . Отношение между фактическим расстоянием до дороги и шириной дороги в пикселях на изображении можно записать в виде уравнения (6).

, где D _AB и D _CD — фактические расстояния дороги. DA’B ‘и DC’D’ — ширина дороги в пикселях на изображении.Следовательно, мы можем получить уравнение (8).

Как показано на рисунке 6, Y ₁ и Y ₂ — это вертикальные расстояния дороги, нанесенной на карту. В уравнении (6) D _PicRoad (Y) — это длина дороги, отображаемой на изображении, от исходной точки O до высоты Y . В уравнении (7) Δ X — это ширина целевого объекта на изображении.Δ x — это ширина фактической цели. С помощью этого метода можно получить фактический размер ореола автомобильных фар и лучей транспортного средства.

Рисунок 5 . Демонстрация перспективной проекции.

Рисунок 6 . Движение объекта на изображении.

Метод калибровки Чжана использовался для калибровки камеры для восстановления трехмерного пространства, как показано в уравнении (8) [23].

, где u, v — значения горизонтальной и вертикальной координат в системе координат изображения; Z _c — расстояние от поверхности камеры до объекта по оптической оси. d _x , d _y — это горизонтальные и вертикальные размеры пикселя. u ₀ и v ₀ являются центральными положениями плоскости изображения. f — фокусное расстояние камеры. R — матрица вращения калибровочного объекта. t — матрица трансляции. X _w , Y _w и Z _w — это положения характерных точек в мировой системе координат.Согласно уравнению (6) расстояние D может быть получено между транспортным средством и камерой. Δ X — ширина целевого объекта на изображении. Δ x — это ширина фактической цели. Δ Y — высота целевого объекта на изображении. Δ y — высота фактической цели.

Согласно уравнению (8), расстояние D может быть получено между транспортным средством и камерой. Дальний свет автомобиля можно определить, посмотрев взаимосвязь между S _Light , S _Lamp и D .Площадь ореола фары автомобиля S _Light и площадь лампы S _Lamp могут быть получены путем обработки порогов.

Как показано на рисунках 7, 8, два ореола фар выделяются только тогда, когда автомобиль находится в положении D _{по касательной} . Если расстояние между автомобилем и камерой меньше D _{по касательной} , ореол фар отделяется.Если расстояние между автомобилем и камерой больше, чем D _{, касательная} , ореол фар транспортного средства находится в совпадающем состоянии. Таким образом, можно классифицировать и обсудить две ситуации. Условия дискриминации ближнего и дальнего света удовлетворяют следующему соотношению в уравнении (9).

 Расширение и сжатие материала необходимо учитывать при проектировании больших конструкций, при использовании ленты или цепи для измерения расстояний для геодезических изысканий, при проектировании форм для литья горячего материала и в других инженерных приложениях, когда ожидаются большие изменения размеров из-за температуры .Диапазон для α составляет от 10  -7  для твердых веществ до 10  -3  для органических жидкостей. α меняется в зависимости от температуры, а некоторые материалы имеют очень большие колебания. Некоторые значения для обычных материалов, указанные в миллионных долях на градус Цельсия: (ПРИМЕЧАНИЕ: это также может быть в градусах Кельвина, поскольку изменения температуры имеют соотношение 1: 1)