CN106379168A - 一种车辆振动能量收集及车况监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆振动能量收集及车况监测系统及方法，其方法包括：采集车辆在行驶过程中的振动信号，同时将车辆行驶过程中的振动机械能转化为电能，并进行存储；根据所述信号采集模块采集的振动信号分析车况，并在车况出现异常时控制所述报警模块发出报警信息。本发明的一种车辆振动能量收集及车况监测系统及方法，提供所述能量收集模块把车辆运行中的振动能量转化为电能并加以储存利用，同时对车辆的振动信息进行采集，并根据振动信号监测车辆的状况，在车辆出现机械异常时及时提醒驾驶员，能起到发电储能利用和车辆运行状态监控的双重作用。
Description
技术领域
本发明涉及车辆监测技术领域，尤其涉及一种车辆振动能量收集及车况监测系统及方法。
背景技术
近年来，能量收集技术发展迅速，存在多种不同的能量收集技术可以将环境中的能量转换为电能。能量收集技术的发展与其应用环境和能量供给方式密切相关，不同能量收集技术的供能水平也参差不齐。
光电能量转化是其中最成熟的技术之一，通过阳光照射到光电材料上，最高可以达到20％的转换效率，产生数uW至kW量级的电能输出，应用于消费电子产品、卫星、照明和加热器等，但这种转化受到光照条件的限制。
结合汽车在行驶过程中，振动无法避免，当车辆自身出现剧烈的振动时，一方面可能是车辆在运动过程中自身故障而产生振动，另一方面是由于路面的不平整引起车辆的振动。上述两种振动都无法避免，对于振动时产生的机械能会直接浪费，同时根据车辆振动信号的变化规律可以监测车辆是否出现了故障。为此，需要开发一种车辆振动能量收集及车况监测系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种车辆振动能量收集及车况监测系统及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
依据本发明的一方面，提供了一种车辆振动能量收集及车况监测系统，包括能量收集模块、信号采集模块、信号发射模块、后台监控模块和报警模块，所述信号采集模块、信号发射模块和后台监控模块顺次连接，所述报警模块与所述后台监控模块连接。
其中，所述能量收集模块设置在车辆的减振机构处，用于将车辆行驶过程中的振动机械能转化为电能，并进行存储；所述信号采集模块设置在车辆的减振机构处，用于采集车辆在行驶过程中的振动信号；所述信号发射模块用于将所述信号采集模块采集的振动信号发送至所述后台监控模块；所述后台监控模块用于根据所述信号采集模块采集的振动信号分析车况，并在车况出现异常时控制所述报警模块发出报警信息。
依据本发明的一方面，提供了一种车辆振动能量收集及车况监测方法，包括如下步骤：
步骤1：采集车辆在行驶过程中的振动信号，同时将车辆行驶过程中的振动机械能转化为电能，并进行存储；
步骤2：根据所述信号采集模块采集的振动信号分析车况，并在车况出现异常时控制所述报警模块发出报警信息。
本发明的有益效果是：本发明的一种车辆振动能量收集及车况监测系统及方法，提供所述能量收集模块把车辆运行中的振动能量转化为电能并加以储存利用，同时对车辆的振动信息进行采集，并根据振动信号监测车辆的状况，在车辆出现机械异常时及时提醒驾驶员，能起到发电储能利用和车辆运行状态监控的双重作用。
附图说明
图1为本发明的一种车辆振动能量收集及车况监测系统结构示意图；
图2为本发明的一种车辆振动能量收集及车况监测方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一、一种车辆振动能量收集及车况监测系统。下面将结合附图1对本实施例的一种车辆振动能量收集及车况监测系统进行详细地介绍。
如图1所示，一种车辆振动能量收集及车况监测系统，包括能量收集模块、信号采集模块、信号发射模块、后台监控模块和报警模块，所述信号采集模块、信号发射模块和后台监控模块顺次连接，所述报警模块与所述后台监控模块连接。
其中，所述能量收集模块设置在车辆的减振机构处，用于将车辆行驶过程中的振动机械能转化为电能，并进行存储；所述信号采集模块设置在车辆的减振机构处，用于采集车辆在行驶过程中的振动信号；所述信号发射模块用于将所述信号采集模块采集的振动信号发送至所述后台监控模块；所述后台监控模块用于根据所述信号采集模块采集的振动信号分析车况，并在车况出现异常时控制所述报警模块发出报警信息。
本实施例中，所述能量收集模块包括压电发电单元、电能转换单元和储能单元，所述压电发电单元、电能转换单元和储能单元顺次连接，所述电能转换单元和储能单元还分别与车辆用电负载连接。
所述压电发电单元用于将车辆行驶过程中的振动机械能转化为交流电；所述电能转换单元用于将交流电转化为直流电，并为车辆用电负载供电和/或存储至所述储能单元；所述储能单元用于对直流电进行存储，还用于为车辆用电负载连接供电。
通过压电发电单元可以将车辆行驶过程中振动的机械能转化为电能并存储，提高了能量的利用率，绿色低碳，节能环保，非常适合大面积推广使用。
优选地，所述压电发电单元包括多个压电发电片，多个所述压电发电片叠置，且多个所述压电发电片顺次串联，所述压电发电片采用无机压电材料、有机压电材料和/或者复合压电材料。压电转换是压电材料在外力作用下产生电荷，当所生成的电荷量较大时，可用来构造微型发电装置或直接为电子元器件提供能源供应。压电材料的优点在于结构简单、不发热、无电磁干扰、易于加工制作和实现结构上的小型化、集成化等，尤其适用于各类传感和监测系统。
优选地，所述后台监控模块还与所述储能单元连接，用于实时监测所述储能单元的电量并显示。通过上述方式可以对所述能量收集模块中的电量进行实时监测，便于驾驶员随时了解能量收集模块中的电量状况。
本实施例中，所述信号采集模块包括信号采集单元、信号处理单元和信号转换单元，所述信号采集单元、信号处理单元和信号转换单元顺次串联。
所述信号采集单元用于采集车辆行驶过程中的振动信号；所述信号处理单元用于对所述信号采集单元采集的振动信号进行滤波和电气隔离处理；所述信号转换单元用于将经过滤波和电气隔离处理后的振动信号进行模数转换处理；其中，振动信号包括车辆的振动幅度和振动的频率。
通过所述信号采集模块可以准确地对车辆行驶过程中的振动状况进行实时监测，并对振动信号进行滤波和电气隔离处理，提高信号的质量和稳定性，保证了后续监测结果的准确性；通过所述信号转换单元对经过滤波和电气隔离处理后的振动信号进行模数转换处理，可以得到所述后台监控模块能够识别的数字信号，并将检测结果发送至所述后台监控模块，方便所述后台监控模块根据采集的振动信号分析车辆的状况。
优选地，所述信号发射模块采用无线射频网络、ZigBee网络和/或有线网络将所述信号采集模块采集的振动信号发送至所述后台监控模块。
本实施例中，所述后台监控模块包括比对单元和控制单元。
所述比对单元模块用于将所述信号采集模块输出的振动信号与预先存储的该车辆正常行驶时的标准振动信号进行比对，并将比对结果发送至所述控制单元；所述控制单元用于判断所述振动信号与所述标准振动信号中的任一项参数对应的差值是否超过设定的对应偏差阈值，如果是，则控制所述报警模块发出预警信息并在预警信息的持续时间是否大于设定时间阈值，控制所述报警模块发出报警信息。
通过所述后台监控模块可以对振动信号进行分析，准确地排除由于道路不平整而引起的行驶中车辆的振动，并判断车辆由于自身机械故障而引起的振动异常，从而及时提醒驾驶员，大大降低了由于车辆机械故障时未及时采取措施而造成人员伤亡。
实施例二、一种车辆振动能量收集及车况监测方法。下面将结合附图2对本实施例的一种车辆振动能量收集及车况监测方法进行详细地介绍。
如图2所示，一种车辆振动能量收集及车况监测方法，包括如下步骤：
步骤1：采集车辆在行驶过程中的振动信号，同时将车辆行驶过程中的振动机械能转化为电能，并进行存储；
步骤2：根据所述信号采集模块采集的振动信号分析车况，并在车况出现异常时控制所述报警模块发出报警信息。
本实施例中，所述步骤1中，采集车辆在行驶过程中的振动信号，还对所述振动信号进行滤波和电气隔离处理，再进行模数转换处理。
通过对车辆行驶过程中的振动状况进行实时监测，并对振动信号进行滤波和电气隔离处理，提高信号的质量和稳定性，保证了后续监测结果的准确性；通过对经过滤波和电气隔离处理后的振动信号进行模数转换处理，可以得到系统可识别的数字信号，方便根据采集的振动信号分析车辆的状况。
本实施例中，所述步骤2中分析车况的具体实现为：
步骤21：将所述振动信号与预先存储的该车辆正常行驶时的标准振动信号进行比对，判断所述振动信号与预先存储的该车辆的标准振动信号中的任一项参数对应的差值是否超过设定的对应偏差阈值，如果是，则发出预警信息，进入步骤22，否则不做任何处理；
步骤22：判断所述预警信息的持续时间是否大于设定时间阈值，如果是，则发出报警信息，否则停止发出预警信息；
其中，振动信号的参数包括振动幅度和振动频率。
通过对振动信号进行比对，可以初步判断振动信号是否出现异常，并在振动信号出现异常时进一步判断引起振动信号异常的诱因是车辆本身的机械故障还是路面状况不良，并在由于车辆本身的机械故障引起振动信号异常时发出报警信息，及时提醒驾驶员，便于驾驶员及时停车检查，避免引起交通事故而造成人员伤亡。
通常来讲，车辆在经过不平整的路面时，会出现振动信号异常，但是这种异常不会持续很久，并且没有规律性，一旦车辆行驶至平整路面时，振动信号的异常会及时消失，而如果车辆出现机械故障时，振动信号的异常会持续出现，并且有一定的规定性，这种情况下，振动信号的异常即使在平整的路面也不糊会消失，因此可以通过上述方式初步判断车辆的振动信号异常是车辆本身的机械故障还是路面状况不良引起的。
优选的，所述步骤2之后，还可以通过采集随后车辆的信号来进一步判断前行车辆的振动信号异常是车辆本身的机械故障还是路面状况不良而引起。比如，采集随后车辆的振动信号，如果随后车辆在相同的位置均出现振动异常，则可以判断该振动信号的异常是由于路面出现状况而引起，并将报警信号发送至路政部门，如果随后车辆中，有部分车辆的振动信号正常，则可以证明前行车辆的振动信号异常是由于自身的机械故障而引起，此时，向对应车辆的驾驶员再次发送报警信息，并提升报警信号强度，以警示驾驶员车辆出现故障。
本发明的一种车辆振动能量收集及车况监测系统及方法，提供所述能量收集模块把车辆运行中的振动能量转化为电能并加以储存利用，同时对车辆的振动信息进行采集，并根据振动信号监测车辆的状况，在车辆出现机械异常时及时提醒驾驶员，能起到发电储能利用和车辆运行状态监控的双重作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车辆振动能量收集及车况监测系统，其特征在于：包括能量收集模块、信号采集模块、信号发射模块、后台监控模块和报警模块，所述信号采集模块、信号发射模块和后台监控模块顺次连接，所述报警模块与所述后台监控模块连接；
所述能量收集模块设置在车辆的减振机构处，用于将车辆行驶过程中的振动机械能转化为电能，并进行存储；
所述信号采集模块设置在车辆的减振机构处，用于采集车辆在行驶过程中的振动信号；
所述信号发射模块用于将所述信号采集模块采集的振动信号发送至所述后台监控模块；
所述后台监控模块用于根据所述信号采集模块采集的振动信号分析车况，并在车况出现异常时控制所述报警模块发出报警信息。
2.根据权利要求1所述一种车辆振动能量收集及车况监测系统，其特征在于：所述能量收集模块包括压电发电单元、电能转换单元和储能单元，所述压电发电单元、电能转换单元和储能单元顺次连接，所述电能转换单元和储能单元还分别与车辆用电负载连接；
所述压电发电单元用于将车辆行驶过程中的振动机械能转化为交流电；
所述电能转换单元用于将交流电转化为直流电，并为车辆用电负载供电和/或存储至所述储能单元；
所述储能单元用于对直流电进行存储，还用于为车辆用电负载连接供电。
3.根据权利要求2所述一种车辆振动能量收集及车况监测系统，其特征在于：所述压电发电单元包括多个压电发电片，多个所述压电发电片叠置，且多个所述压电发电片顺次串联，所述压电发电片采用无机压电材料、有机压电材料和/或者复合压电材料。
4.根据权利要求2所述一种车辆振动能量收集及车况监测系统，其特征在于：所述后台监控模块还与所述储能单元连接，用于实时监测所述储能单元的电量并显示。
5.根据权利要求1所述一种车辆振动能量收集及车况监测系统，其特征在于：所述信号采集模块包括信号采集单元、信号处理单元和信号转换单元，所述信号采集单元、信号处理单元和信号转换单元顺次串联；
所述信号采集单元用于采集车辆行驶过程中的振动信号；
所述信号处理单元用于对所述信号采集单元采集的振动信号进行滤波和电气隔离处理；
所述信号转换单元用于将经过滤波和电气隔离处理后的振动信号进行模数转换处理；
其中，振动信号包括车辆的振动幅度和振动的频率。
6.根据权利要求1所述一种车辆振动能量收集及车况监测系统，其特征在于：所述信号发射模块采用无线射频网络、ZigBee网络和/或有线网络将所述信号采集模块采集的振动信号发送至所述后台监控模块。
7.根据权利要求1所述一种车辆振动能量收集及车况监测系统，其特征在于：所述后台监控模块包括比对单元和控制单元；
所述比对单元用于将所述信号采集模块输出的振动信号与预先存储的该车辆正常行驶时的标准振动信号进行比对，并将比对结果发送至所述控制单元；
所述控制单元用于判断所述振动信号与所述标准振动信号中的任一项参数对应的差值是否超过设定的对应偏差阈值，如果是，则控制所述报警模块发出预警信息，并在预警信息的持续时间是否大于设定时间阈值，控制所述报警模块发出报警信息。
8.一种车辆振动能量收集及车况监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采集车辆在行驶过程中的振动信号，同时将车辆行驶过程中的振动机械能转化为电能，并进行存储；
步骤2：根据所述信号采集模块采集的振动信号分析车况，并在车况出现异常时控制所述报警模块发出报警信息。
9.根据权利要求8所述一种车辆振动能量收集及车况监测方法，其特征在于，所述步骤1中，采集车辆在行驶过程中的振动信号，还对所述振动信号进行滤波和电气隔离处理，再进行模数转换处理。
10.根据权利要求8所述一种车辆振动能量收集及车况监测方法，其特征在于，所述步骤2中分析车况的具体实现为：
步骤21：将所述振动信号与预先存储的该车辆正常行驶时的标准振动信号进行比对，判断所述振动信号与预先存储的该车辆的标准振动信号中的任一项参数对应的差值是否超过设定的对应偏差阈值，如果是，则发出预警信息，进入步骤22，否则不做任何处理；
步骤22：判断所述预警信息的持续时间是否大于设定时间阈值，如果是，则发出报警信息，否则停止发出预警信息；
其中，振动信号的参数包括振动幅度和振动频率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170208 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |