基于机器视觉的发动机机油消耗量监测方法、系统及车辆与流程

1.本发明涉及机油消耗量监测技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的发动机机油消耗量监测方法、系统及车辆。


背景技术：

2.随着车用柴油机高功率密度提升，其缸内压力以及活塞线速度也随之大幅提高，使得润滑油膜不易形成，当柴油机缸内摩擦副发生严重磨损时，会导致柴油机的机油消耗量增加，并影响柴油机的动力性，还会使其排放和能耗增加，所以柴油机机油油耗的变化与缸内摩擦副磨磨损有一定的关联度。目前，商用车服务站对柴油机缸内摩擦副磨损状态的判断是基于柴油机机油的消耗状态，即通过一定时间内的机油标尺液位变化度来判断柴油机缸内磨损状态。
3.目前对发动机机油消耗量监测大多基于液位测量，有电容法，电阻法液位测量。建立液位高度与机油量的关系，从而通过识别液位变化来识别机油量的变化，进而计算出发动机机油消耗量。
4.发动机运行过程中机油流道及其分布及其复杂，电容法，电阻法液位在试验室环境下能识别机油消耗量及液位，通过电阻丝的液位高度与电压信号的关系，识别机油液位，但是由于发动机运行过程中机油液面试波动且存在气泡，测量误差较大，难以实现工程化应用，另外，机油的飞溅也会影响监测的精度。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的发动机机油消耗量监测方法、系统及车辆，能够解决现有技术中采用的电阻法液位测量，由于存在飞溅和挂壁的机油，有些还存在气泡，会导致监测的数据不准确的问题。
6.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
7.第一方面，本发明提供一种基于机器视觉的发动机机油消耗量监测方法，包括以下步骤：
8.获取发动机内回流机油的液面图像；
9.根据发动机内回流机油的液面图像，确定发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，根据发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，确定发动机内回流的机油量，结合发动机的转速，确定发动机内剩余总机油量。
10.在一些可选的方案中，通过在发动机底壳上连接连通器来显示发动机回流机油的液面。
11.在一些可选的方案中，所述的根据发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，确定发动机内回流的机油量，结合发动机的转速，确定发动机内剩余总机油量，包括：
12.根据发动机机油的液面高度和液面倾角，结合发动机油底壳的形状，确定发动机内回流机油的截面积；
13.根据发动机内回流机油的截面积，结合发动机油底壳的形状，确定发动机回流的机油量；
14.根据发动机转速，确定与发动机转速对应的挂壁飞溅机油量，
15.结合挂壁飞溅机油量和发动机回流的机油量，确定发动机内剩余总机油量。
16.在一些可选的方案中，若发动机油底壳的截面由一个长方形和一个梯形组成，当液面倾角为0时：
[0017][0018]
其中，y为液位高度，l为油底壳长方体长度，h为油底壳长方体高度，a为液面倾角为0时梯形面与水平面的夹角；
[0019]
当液面向梯形伸出部倾斜b角度时：
[0020][0021]
其中，l1为l/cosb，h1为
[0022]
当液面向梯形伸出部相反的方向倾斜b角度时：
[0023][0024]
其中，l1为l/cosb，h1为s
油底壳
为发动机内回流机油的截面积。
[0025]
在一些可选的方案中，该基于机器视觉的发动机机油消耗量监测方法，还包括通过两次获取发动机内剩余总机油量，以及两次获取发动机内剩余总机油量的间隔时间，计算机油消耗的速率。
[0026]
在一些可选的方案中，所述根据发动机内回流机油的液面图像，确定发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，包括：
[0027]
将液面图像的rgb空间转换为hsv色彩空间；
[0028]
采用改进的双边滤波函数代替多尺度retinex算法中的高斯滤波函数作为中心环绕函数，对hsv空间中的v亮度分量进行增强处理，并对反射分量进行非线性函数校正；
[0029]
通过增强后的v分量对s分量进行校正，通过色彩恢复函数恢复图像色彩，最后将hsv图像转换至rgb图像，得到增强后的液面图像；
[0030]
根据增强后的液面图像，识别发动机机油的液面高度和液面倾角。
[0031]
第二方面，本发明还提供一种基于机器视觉的发动机机油消耗量监测系统，包括：
[0032]
图像采集设备，其用于获取发动机底壳内机油的液面图像；
[0033]
处理器，其用于根据发动机内回流机油的液面图像，确定发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，根据发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，确定发动机内回流的
机油量，结合发动机的转速，确定发动机内剩余总机油量。
[0034]
在一些可选的方案中，基于机器视觉的发动机机油消耗量监测系统还包括连通器，其与发动机底壳连通，用于显示发动机回流机油的液面。
[0035]
在一些可选的方案中，所述连通器与发动机底壳的连接处设有阀块。
[0036]
第三方面，本发明还提供一种车辆，包括上述任一项所述的基于机器视觉的发动机机油消耗量监测系统。
[0037]
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过图图像采集设备3获取发动机内回流机油的液面图像，利用获取的发动机内回流机油的液面图像，确定发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，根据发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，确定发动机内回流的机油量，结合发动机的转速，确定发动机内剩余总机油量。本方案可避免采用的电阻法液位测量，由于存在飞溅和挂壁的机油，有些还存在气泡，会导致监测的数据不准确的问题。本方案，不仅考虑了飞溅挂壁导致的监测液位数据不准确，还考虑了飞溅挂壁对纵梁的影响，并考虑了发动机转速对飞溅挂壁量的影响，可提高监测发动机内机油量的准确性。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本发明实施例中基于机器视觉的发动机机油消耗量监测方法的流程图；
[0040]
图2为本发明实施例中图像处理的流程图；
[0041]
图3为本发明实施例中液位识别的流程图；
[0042]
图4为本发明实施例中液面倾角为0时的示意图；
[0043]
图5为本发明实施例中车上坡时的液面示意图；
[0044]
图6为本发明实施例中车下坡时的液面示意图；
[0045]
图7为本发明实施例中基于机器视觉的发动机机油消耗量监测系统的示意图。
[0046]
图中：1、连通器；2、发动机底壳；3、图像采集设备；4、阀块；5、支架。
具体实施方式
[0047]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0048]
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
[0049]
图1为本发明实施例中基于机器视觉的发动机机油消耗量监测方法的流程图，，如图1所示，本发明提供一种基于机器视觉的发动机机油消耗量监测方法，包括以下步骤：
[0050]
s1：获取发动机内回流机油的液面图像。
[0051]
在发动机静止一段时间后，发动机内回流的机油，即是发动机内机油的总剩余量；在发动机运转时，发动机内的总剩余量包括回流至发动机底壳2内的机油、飞溅的机油和挂
壁的机油，飞溅机油指的是正甩在空中的机油，挂壁的机油为挂在齿轮和发动机缸内壁上的机油。
[0052]
采用图像采集设备来获取发动机内回流机油的液面图像。本例中，利用工业相机采集发动机内回流机油的液面图像。
[0053]
为了得到发动机内回流机油的液面图像，在一些可选的实施例中，通过在发动机底壳2上连接连通器1来显示发动机回流机油的液面。一般情况下无法直接获取到发动机内回流机油的液面，本方案中采用连通器原理将发动机内的机油液面，显示到发动机外，连通器采用透明材料之间，以使相机可以获取连通器1内的液面图像。
[0054]
在其他的实施例中，也可以采用将油箱设计为透明开窗的方式，以使相机可以直接获取到发动机内有机油的液面。
[0055]
s2：根据发动机内回流机油的液面图像，确定发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，根据发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，确定发动机内回流的机油量，结合发动机的转速，确定发动机内剩余总机油量。
[0056]
在本例中，通过改进retinex算法识别液位高度，利用发动机不同状态(倾斜角度)的试验图像，在基于支持向量机的监督学习方法，识别不同状态的机油液位。
[0057]
图2为本发明实施例中图像处理的流程图；图3为本发明实施例中液位识别的流程图；如图2和图3所示，在一些可选的实施例中，根据发动机内回流机油的液面图像，确定发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，包括：
[0058]
s21a：将液面图像的rgb空间转换为hsv色彩空间。
[0059]
s22a：采用改进的双边滤波函数代替多尺度retinex算法中的高斯滤波函数作为中心环绕函数，对hsv空间中的v亮度分量进行增强处理，并对反射分量进行非线性函数校正。
[0060]
s23a：通过增强后的v分量对s分量进行校正，通过色彩恢复函数恢复图像色彩，最后将hsv图像转换至rgb图像，得到增强后的液面图像。
[0061]
s24a：根据增强后的液面图像，发动机机油的液面高度和液面倾角。
[0062]
在得到增强后的图像后，利用canny边缘算法检测液位线，然后通过几何参数法提取液位高度与倾角。
[0063]
当然，在其他实施例中，还可以在车上安装基于发动机的陀螺仪，通过陀螺仪直接反应发动机内回流机油的液面倾角。
[0064]
在一些可选的实施例中，所述的根据发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，确定发动机内回流的机油量，结合发动机的转速，确定发动机内剩余总机油量，包括：
[0065]
s21b：根据发动机机油的液面高度和液面倾角，结合发动机油底壳的形状，确定发动机内回流机油的截面积。
[0066]
一般情况下，发动机底壳用来容纳回流机的部分是一个不规则的形状，例如在本例中，若发动机油底壳的截面由一个长方形和一个梯形组成。发动机油底壳下半部分为长方体，上半部分的截面为梯形。发动机油底壳的截面为从发动机设有连通器1一侧视角的截面，连通器1设置在长方体的中部位置。
[0067]
图4为本发明实施例中液面倾角为0时的示意图，如图1所示，当液面倾角为0时：
[0068][0069]
其中，y为液位高度，l为油底壳长方体长度，h为油底壳长方体高度，a为液面倾角为0时梯形面与水平面的夹角。
[0070]
图5为本发明实施例中车上坡时的液面示意图，如图5所示，当车上坡时，液面向梯形伸出部倾斜b角度时：
[0071][0072]
其中，l1为l/cosb，h1为
[0073]
图6为本发明实施例中车下坡时的液面示意图，如图6所示，当车下坡时，液面向梯形伸出部相反的方向倾斜b角度时，：
[0074][0075]
其中，l1为l/cosb，h1为s
油底壳
为发动机内回流机油的截面积，该截面同样为从发动机设有连通器1一侧视角的截面。
[0076]
s22b：根据发动机内回流机油的截面积，结合发动机油底壳的形状，确定发动机回流的机油量。
[0077]
本例中，发动机回流的机油量v＝s
油底壳
×k油底壳
，其中，k
油底壳
为油底壳长方体宽度。
[0078]
在其他实施例中，发动机油底壳形状不同，发动机内回流机油的截面积也不相同，总体计算方式都是根据发动机油底壳形状和倾斜角度，先求出发动机内回流机油的截面积，再结合发动机油底壳形状确定发动机回流的机油量。
[0079]
若在车上安装基于发动机的陀螺仪，通过陀螺仪直接反应发动机内回流机油的液面倾角。利用连通器1和相机的结合获取发动机内回流机油的高度，从而确定发动机回流的机油量，可提高识别的准确性，还可以提高计算速度。
[0080]
s23b：根据发动机转速，确定与发动机转速对应的挂壁飞溅机油量。
[0081]
发动机运行时，机油泵将油底壳中的泵入油道，继而通过油道输送到各摩擦副中，然后再滴落到油底壳，这样导致液位存在波动。现有技术中，采用的电子机油标尺安装在油底壳内，由于油底壳液位的波动，导致其存在很大的测量误差。再加上发动机不同倾角影响液位高度，导致电子机油标尺只能作为报警的开关量，没法实现实时机油量监测。另外，在发动机运转时，发动机内的总剩余量包括回流至发动机底壳2内的机油、飞溅的机油和挂壁的机油，飞溅机油指的是正甩在空中的机油，挂壁的机油为挂在齿轮和发动机缸内壁上的机油。现有技术中，采用的电阻法液位测量，由于存在飞溅和挂壁的机油，有些还存在气泡，会导致监测的数据不准确。
[0082]
在本实施例中，首先在cae软件中利用油底壳实体模型和液位模型，并考虑不同工况下发动机油道存在的机油。进行机油消耗量实时监测，既要考虑境地状态下油底壳机油量识别，也得考虑运动状态下的机油量监测，根据固定循环工况的液位动态变化曲线，进行循环工况液位拟合分析，标定油底壳液位——发动机工况——机油量的关系。
[0083]
在标定时，标定不同的油底壳液位，即回流至发动机底壳2内的机油，对应不同的发动机转速时，飞溅和挂壁的机油量。
[0084]
然后再实际监测时，即可通过发动机的转速，和回流至发动机底壳中的机油量，获得此时对应的飞溅和挂壁的机油量。
[0085]
可先获得静置一定时间段后，获得油底壳液位，即全部回流至发动机底壳2内的机油。然后启动发动机，获取不同转速下的发动机底壳中回流的机油量。通过标定不同油底壳液位，即全部回流至发动机底壳2内的机油，即可获取全部回流至油底壳的不同油底壳液位，即不同的总机油量，对应不同的发动机转速时，飞溅和挂壁的机油量。
[0086]
在其他实施例中，在标定时，也可以通过标定设定数量的不同的总机油量，对应不同的发动机转速时，飞溅和挂壁的机油量，建立标定表。结合差值的方法，获得整个标定数据，或者在计算时通过差值的方法计算。
[0087]
s24b：结合挂壁飞溅机油量和发动机回流的机油量，确定发动机内剩余总机油量。
[0088]
本例中，将挂壁飞溅机油量和发动机回流的机油量相加，即的得到发动机内的总机油量。
[0089]
在一些可选的实施例中，该基于机器视觉的发动机机油消耗量监测方法还包括：通过两次获取发动机内剩余总机油量，以及两次获取发动机内剩余总机油量的间隔时间，计算机油消耗的速率。
[0090]
另外，还可以通过间隔时间获得的发动机内剩余总机油量，以及间隔时间，计算机油消耗的速率。另外，还可以结合车辆行驶的里程，和获取机油消耗的速率与行驶里程之间的关系，这样的设计可以预测车辆需要添加机油时间，使驾驶员可以更好的规划自己的行程，避免在长途行驶时，需要中途添加机油的窘境。
[0091]
图7为本发明实施例中基于机器视觉的发动机机油消耗量监测系统的示意图，如图7所示，另一方面，本发明还提供一种基于机器视觉的发动机机油消耗量监测系统，包括：图像采集设备3和处理器。
[0092]
其中，图像采集设备3用于获取发动机底壳2内机油的液面图像；处理器用于根据发动机内回流机油的液面图像，确定发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，根据发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，确定发动机内回流的机油量，结合发动机的转速，确定发动机内剩余总机油量。
[0093]
在本方案中，通过图图像采集设备3获取发动机内回流机油的液面图像，利用获取的发动机内回流机油的液面图像，确定发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，根据发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，确定发动机内回流的机油量，结合发动机的转速，确定发动机内剩余总机油量。本方案可避免采用的电阻法液位测量，由于存在飞溅和挂壁的机油，有些还存在气泡，会导致监测的数据不准确的问题。本方案，不仅考虑了飞溅挂壁导致的监测液位数据不准确，还考虑了飞溅挂壁对纵梁的影响，并考虑了发动机转速对飞溅挂壁量的影响，可提高监测发动机内机油量的准确性。
[0094]
本例中，采用图像采集设备3来获取发动机内回流机油的液面图像。利用的图像采集设备3为工业相机。
[0095]
为了得到发动机内回流机油的液面图像，在一些可选的实施例中，该基于机器视觉的发动机机油消耗量监测系统还包括连通器1，其与发动机底壳2连通，用于显示发动机回流机油的液面。
[0096]
本例中，通过在发动机底壳2上连接连通器1来显示发动机回流机油的液面。一般情况下无法直接获取到发动机内回流机油的液面，本方案中采用连通器原理将发动机内的机油液面，显示到发动机外，连通器采用透明材料之间，以使相机可以获取连通器1内的液面图像。
[0097]
在其他的实施例中，也可以采用将油箱设计为透明开窗的方式，以使相机可以直接获取到发动机内有机油的液面。
[0098]
另外，本例中，利用支架5固定工业相机，并使工业相机对焦连通器1，通过支架5将工业照相机固定在车架上，可避免发动机的高频振动对系统的影响。在其他实施例中，根据现场结构的不同，也可以将工业相机设置在其他地方，只要是将工业相机聚焦至焦连通器1即可。
[0099]
在一些可选的实施例中，所述连通器1与发动机底壳2的连接处设有阀块4。
[0100]
本例中，拍照需要连通器较干净，长时间的机油会导致连通器表面很脏，需要定期更换连通器1。更换连通器1时，关闭阀块4避免发动机底壳2内的油流出。在连通器1与发动机底壳2的连接处设有阀块4，可控制发动机底壳2内的机油与连通器1的连接，使得装置与发动机润滑系统的相对独立，便于安装与更换设备。
[0101]
第三方面，本发明还提供一种车辆，包括上述任一一种基于机器视觉的发动机机油消耗量监测系统。
[0102]
该基于机器视觉的发动机机油消耗量监测系统，包括：图像采集设备3和处理器。其中，图像采集设备3用于获取发动机底壳2内机油的液面图像；处理器用于根据发动机内回流机油的液面图像，确定发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，根据发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，确定发动机内回流的机油量，结合发动机的转速，确定发动机内剩余总机油量。
[0103]
且该基于机器视觉的发动机机油消耗量监测系统可执行上述任一基于机器视觉的发动机机油消耗量监测方法。
[0104]
该方法通过获取发动机内回流机油的液面图像；根据发动机内回流机油的液面图像，确定发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，根据发动机内回流机油的液面高度和液面倾角，确定发动机内回流的机油量，结合发动机的转速，确定发动机内剩余总机油量。
[0105]
为了得到发动机内回流机油的液面图像，在一些可选的实施例中，通过在发动机底壳2上连接连通器1来显示发动机回流机油的液面。一般情况下无法直接获取到发动机内回流机油的液面，本方案中采用连通器原理将发动机内的机油液面，显示到发动机外，连通器采用透明材料之间，以使相机可以获取连通器1内的液面图像。
[0106]
通过间隔时间获得的发动机内剩余总机油量，以及间隔时间，计算机油消耗的速率。另外，还可以结合车辆行驶的里程，和获取机油消耗的速率与行驶里程之间的关系，这样的设计可以预测车辆需要添加机油时间，使驾驶员可以更好的规划自己的行程，避免在
长途行驶时，需要中途添加机油的窘境。
[0107]
本方案可避免采用的电阻法液位测量，由于存在飞溅和挂壁的机油，有些还存在气泡，会导致监测的数据不准确的问题。本方案，不仅考虑了飞溅挂壁导致的监测液位数据不准确，还考虑了飞溅挂壁对纵梁的影响，并考虑了发动机转速对飞溅挂壁量的影响，可提高监测发动机内机油量的准确性。
[0108]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0109]
需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0110]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。