CN106384402A - 一种车载自动诊断系统及其诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载自动诊断系统及其诊断方法。该诊断系统包括：用于与输出接口连接，获取车辆行驶数据的电子控制模块、存储数据的存储器、用于与外界通信连接以及传输车辆行驶数据的通信模块；其特征在于，还包括：能量收集单元；所述能量收集单元为悬臂梁式压电能量收集器，包括至少两个宽度或长度不相等的悬臂梁结构以及设置在悬臂梁结构上采集电能的能量采集器；所述能量收集单元与所述电子控制模块、存储器以及通信模块连接，作为电源供电。通过增设能量收集单元，实现了对于车辆行驶过程中机械能的采集并转换为电能，有利于降低车载自动诊断系统在使用过程中的功耗。

Description

一种车载自动诊断系统及其诊断方法

技术领域

本发明涉及车载设备技术领域，尤其涉及一种车载自动诊断系统及其诊断方法。

背景技术

现代电子技术的发展使得汽车上大量使用电控装置及传感器，这对于汽车的控制及其性能的提高有极大的好处。由于电子设备在汽车上的大量使用，为了管理这些车载电子设备及取得上述分布于汽车各处的传感器的状态、即取得汽车各部分的工作状态，通常在汽车上设置有中央处理器，并通过总线与各车载电子设备或传感器连接，这样的系统通常叫做车载自动诊断系统(On-Board Diagnostics，OBD)。车载自动诊断系统为汽车用户和维修人员提供了一种访问各种汽车子系统工况信息的技术手段。车载诊断系统随着1980年代车载计算机的出现而兴起，最初只能通过指示灯显示系统的故障。现在的车载诊断系统利用标准化的数字通信接口，提供实时数据和一系列标准化诊断错误码(DTC：diagnostictrouble codes)，为快速识别和修复各种车辆故障提供了方便。1994年美国汽车工程师协会(SAE)提出了第二代随车自诊断系统(OBD-II)的标准规范，它在汽车自诊断的软件协议、硬件接口、物理尺寸、故障码、数据流定义等诸多方面都作了统一规定。随着时间的推移，OBD-II的标准也得广泛的发展。该系统通常会收集汽车各部分的工作状态，例如，发动机异常、发动机温度过高或机油液面状态等等，并将其存储起来，当某部分的状态值超出设定值时，通常会通过各种手段对驾驶人员发出警告。通常这些数据都只是存在于该车载自动诊断系统之内，需要用专用的OBD设备才能读出。专用OBD设备插入到车辆OBD接口中，将各种车辆行驶数据读出，并基于此些数据拓展出各种功能，比如车辆状态，里程油耗，故障解码等等。但是OBD设备长期插在车辆OBD接口上，并处于不断电工作状态，会造成车辆电源的损耗。

能量收集装置或其思想自2000年初就出现了，但只是凭借近期的技术发展才将其推近至商业化阶段。其运用在运输基础设施，无线医疗设备，轮胎压力检测，楼宇自动化等等多个方面。能量收集技术主要包括压电能量收集技术、电磁能量收集技术、热电能量收集技术、薄膜电池材料与技术、生物MEMS能量收集技术等。

但现有的能量收集技术的装置体积较大，小型化过程存在着一定的困难，而由于OBD设备本身体积较小。因此，在OBD设备中应用能量收集技术来降低其能耗是亟需解决的问题之一。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种车载自动诊断系统及其诊断方法，旨在解决现有的OBD设备功耗大，损耗汽车电源的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种车载自动诊断系统，包括用于与输出接口连接，获取车辆行驶数据的电子控制模块、存储数据的存储器、用于与外界通信连接以及传输车辆行驶数据的通信模块；其中，还包括：能量收集单元；

所述能量收集单元为悬臂梁式压电能量收集器，包括至少两个宽度或长度不相等的悬臂梁结构以及设置在悬臂梁结构上采集电能的能量采集器；

所述能量采集器的压电陶瓷片为等边三角形，顶点设置有至少一个金属压点；

所述能量收集单元与所述电子控制模块、存储器以及通信模块连接，作为电源供电。

所述的车载自动诊断系统，其中，所述悬臂梁结构包括若干独立的子悬臂梁；

所述子悬臂梁的一端设置有能量采集器；所述若干子悬臂梁的长度依次减小，宽度依次变大。

所述的车载自动诊断系统，其中，所述悬臂梁结构为矩形波形状；所述悬臂梁结构的宽度沿悬臂梁结构向设置能量采集器的延伸方向变大。

所述的车载自动诊断系统，其中，所述车辆行驶数据包括：发动机温度，机油液面状态，里程油耗，车辆行驶时间、速度，水箱温度，排气氧浓度和故障代码。

所述的车载自动诊断系统，其中，所述通信模块包括蓝牙模块和GPRS通信模块。

所述的车载自动诊断系统，其中，所述车载自动诊断系统还包括GPS定位模块。

一种应用如上所述的车载自动诊断系统的诊断方法，其中，包括：

通过电子控制模块读取当前车辆行驶数据；

通过通信模块将所述车辆行驶数据上传；

根据所述上传的车辆行驶数据，判断车辆运行状况；

通过能量收集单元采集车辆运行过程中的机械能并转换为电能为所述车载自动诊断系统供电。

有益效果：本发明提供的一种车载自动诊断系统及其诊断方法，通过增设能量收集单元，实现了对于车辆行驶过程中机械能的采集并转换为电能，有利于降低车载自动诊断系统在使用过程中的功耗。而且该能量收集单元结构设计能够很好的实现小型化，便于在车载自动诊断系统这样小型的设备中实现，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的车载自动诊断系统的功能框图。

图2为现有技术中的压电能量收集器的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的悬臂梁结构的示意图。

图4为本发明另一实施例提供的悬臂梁结构的示意图。

图5为本发明实施例提供的智能封条的示意图。

图6为本发明实施例提供的数据处理与移动传输模块的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种车载自动诊断系统及其诊断方法。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种车载自动诊断系统。该车载自动诊断系统包括：用于与输出接口连接，获取车辆行驶数据的电子控制模块100、存储数据的存储器200、用于与外界通信连接从而传输车辆行驶数据的通信模块300以及能量收集单元400。所述能量收集单元与所述电子控制模块、存储器以及通信模块连接，作为电源供电。

具体的，所述车辆行驶数据可以包括：发动机温度，机油液面状态，里程油耗，车辆行驶时间、速度，水箱温度，排气氧浓度和故障代码，还可以根据实际的传感器设置情况，增加或者减少一些车辆行驶数据。

在本发明实施例中，如图1所示，所述通信模块可以包括：蓝牙模块310和GPRS通信模块320。蓝牙模块310可以向外部移动媒体模块发送车辆行驶数据，实现车辆本地故障诊断。而包括SIM卡的GPRS通信模块320可以向外部的服务器发送车辆行驶数据以及GPS模块采集的车辆位置信息，实现车辆远程故障诊断及定位。存储器200具体可以使用任何合适的非易失性存储介质，例如SD卡，SF卡等。

在相对的服务器一端，可以基于接收到的车辆行驶数据来实现包括车辆状态、故障解码、车辆防盗和油耗分析在内的诊断功能。

较佳的是，所述车载自动诊断系统还包括GPS定位模块600。通过GPS定位模块600可以采集车辆位置信息，作为行驶数据的一部分上传。

图2为现有技术中常用的压电能量收集器，其中Si基片(101)基础上制备的SiO2悬臂梁是结构支撑层，Pt/Ti复合层(102)作为上下电极采集压电层PZT材料(103)模式下的压点电荷。

压电能量收集器其基本工作原理是压电效应，当器件谐振工作于外界振动激励时，压电结构发生最大形变，压电材料产生相应的应力应变，从而诱发材料内部电荷位移产生最强电场/电压。通过电路整流、电荷存储等即可实现机械能向电能的转换和采集。

虽然采用压电能量收集技术的压电能量收集单元能够很好的实现小型化，但是由于通常车辆内环境的振动源基本特征频率比较低(在1KHz以下甚至低于100Hz)。而通常情况下随着装置尺寸的减小，结构的固有频率会上升，导致压电能量收集装置难以应用在低频环境中，需要设计压电能量收集器结构谐振工作于低频振动。

所述能量收集单元的压电陶瓷片为等边三角形，顶点设置有至少一个金属压点。设置为等边三角形的压电陶瓷片能够具有较其他几何形状更优秀的许用应力，避免压点陶瓷片因震动而受到疲劳损伤等情况发生，与实际应用过程中的低频震动更为适应。该金属压点可以提高悬臂梁式压电能量收集器的带宽，避免在偏离工作频率时，发电效率迅速下降。

与图2所示，单一结构不相同的是，该所述能量收集单元为悬臂梁式压电能量收集器，包括至少两个宽度或长度不相等的悬臂梁结构以及设置在悬臂梁结构上采集电能的能量采集器。

采用本发明实施例提供的悬臂梁结构设置，通过提供多种宽度或者长度不同的支撑结构，能够更好的降低能量收集单元的结构固有频率，并且能够与更多不同频率的震动相适应，具有更好的能量收集效果。

图3为本发明实施例提供的悬臂梁结构的示意图。如图3所示，该悬臂梁结构410由若干个独立的子悬臂梁411组成(图中所示为4个)。

所述子悬臂梁411的一端设置有能量采集器412。所述若干子悬臂梁411的长度依次减小，宽度依次变大。亦即不同的子悬臂梁411具有不同的宽度和长度，形成不同的固有频率。由此，不同的悬臂梁可以对应于不同的振动频率，提升了能量收集的效果。

图4为本发明另一实施例提供的悬臂梁结构的示意图。如图4所示，所述悬臂梁结构410为矩形波形状。所述悬臂梁结构的宽度沿悬臂梁结构向设置能量采集器的延伸方向变大。

通过图4所示的结构设置，可以降低能量收集单元的固有频率，提升压电能量收集的能量收集效果。

应当说明的是，图3和图4所示的结构也可以合并使用，例如，在设置有多个子悬臂梁411时，将其设置为相类似的矩形波形状以取得更好的能量收集效果。

本发明实施例还提供了一种应用如上所述的车载自动诊断系统的诊断方法。该诊断方法包括：通过电子控制模块读取当前车辆行驶数据；通过通信模块将所述车辆行驶数据上传；根据所述上传的车辆行驶数据，判断车辆运行状况以及通过能量收集单元采集车辆运行过程中的机械能并转换为电能为所述车载自动诊断系统供电。

通过额外增设的能量收集单元，能够采集车辆运行过程中的机械能并转换为电能为所述车载自动诊断系统供电，从而很好的降低了系统的整体功耗，具有很好的节能环保的意义。

在设置过程中，还可以增设如图5所示的智能封条。所述智能封条包括：封条锁钢丝1，电子锁扣2以及数据处理与移动传输模块3。

数据处理和移动传输模块3具体可以包括如图6所示的功能模块(包括数据传输模块37，处理器31，第一信号转换模块32，复用端口33、第二信号转换模块36、数据编码模块35以及数据源模块34)。其中，智能封条的数据可以通过数据源模块34获得，其位置或者其他合适的信息则可以通过例如移动蜂窝网络等方式，由数据传输模块37向外传输。

通过设置该智能封条，可能很好的保持在OBD系统设置过程中的位置，若不慎在修理或者进行其他操作时，破坏了封条，也可以及时的反馈信息，从而更好的避免对OBD系统的正常工作造成影响。进一步地，该数据传输模块37与OBD系统中通信模块还可以整合为同一个模块。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种车载自动诊断系统，包括用于与输出接口连接，获取车辆行驶数据的电子控制模块、存储数据的存储器、用于与外界通信连接以及传输车辆行驶数据的通信模块；其特征在于，还包括：能量收集单元；

所述能量收集单元为悬臂梁式压电能量收集器，包括至少两个宽度或长度不相等的悬臂梁结构以及设置在悬臂梁结构上采集电能的能量采集器；

所述能量采集器的压电陶瓷片为等边三角形，顶点设置有至少一个金属压点；

所述能量收集单元与所述电子控制模块、存储器以及通信模块连接，作为电源供电。

2.根据权利要求1所述的车载自动诊断系统，其特征在于，所述悬臂梁结构包括若干独立的子悬臂梁；

所述子悬臂梁的一端设置有能量采集器；所述若干子悬臂梁的长度依次减小，宽度依次变大。

3.根据权利要求1所述的车载自动诊断系统，其特征在于，所述悬臂梁结构为矩形波形状；所述悬臂梁结构的宽度沿悬臂梁结构向设置能量采集器的延伸方向变大。

4.根据权利要求1所述的车载自动诊断系统，其特征在于，所述车辆行驶数据包括：发动机温度，机油液面状态，里程油耗，车辆行驶时间、速度，水箱温度，排气氧浓度和故障代码。

5.根据权利要求1所述的车载自动诊断系统，其特征在于，所述通信模块包括蓝牙模块和GPRS通信模块。

6.根据权利要求1所述的车载自动诊断系统，其特征在于，所述车载自动诊断系统还包括GPS定位模块。

7.一种应用如权利要求1-6任一所述的车载自动诊断系统的诊断方法，其特征在于，包括：

通过电子控制模块读取当前车辆行驶数据；

通过通信模块将所述车辆行驶数据上传；

根据所述上传的车辆行驶数据，判断车辆运行状况；

通过能量收集单元采集车辆运行过程中的机械能并转换为电能为所述车载自动诊断系统供电。