一种具有能量收集装置的OBD设备及其诊断方法与流程

本发明属于OBD设备领域，特别是涉及一种具有能量收集装置的OBD设备及其诊断方法。

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：diagnostic trouble 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。但是由于OBD设备插在车辆OBD接口上，会造成车辆电源的损耗。

能量收集自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，但是能实现微型化的能量收集技术不多，而OBD设备本身体积较小，如何采取有效的能量收集技术来实现其本身的低能耗也是亟需解决的问题之一。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明基于现有的OBD设备，首次提供了一种具有能量收集装置的OBD设备及其诊断方法，使得能降低汽车电源的损耗，并能实现能量收集装置的小型化，以及更加便捷实用的车辆诊断方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有能量收集装置的OBD设备，包括OBD电子控制模块，与车辆OBD接口连接以读取车辆行驶数据；SD卡存储器用于存储各种数据；GPS模块采集车辆位置信息；蓝牙模块用于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；GPRS通信模块，包括SIM卡，用于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；服务器通过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；SD卡存储器、GPS模块、蓝牙模块、GPRS通信模块分别与OBD电子控制模块连接；能量收集模块也连接到OBD电子控制模块并对整个设备供电，能量收集模块为悬臂梁式压电能量收集器。

进一步的，具有能量收集装置的OBD设备，其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，故障代码。

进一步的，具有能量收集装置的OBD设备，其悬臂梁式压电能量收集器包括多组悬臂梁结构单元，其中的每一根悬臂梁都是一独立的能量采集器单元，多组悬臂梁的每个依顺序逐渐变短并逐渐变宽。

进一步的，具有能量收集装置的OBD设备，其悬臂梁式压电能量收集器的单根悬臂梁设计成矩形波形状，并随着悬臂梁延伸的方向逐渐变宽。

还提供了一种基于具有能量收集装置的OBD设备的车辆诊断方法，包括通过OBD电子控制模块与车辆OBD接口连接以读取车辆行驶数据；通过SD卡存储器用于存储各种数据；通过GPS模块采集车辆位置信息；通过蓝牙模块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；通过包括SIM卡的GPRS 通信模块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；通过服务器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；SD卡存储器、GPS模块、蓝牙模块、GPRS通信模块分别与OBD电子控制模块连接；通过连接到OBD电子控制模块的能量收集模块对整个设备供电，其中，能量收集模块为悬臂梁式压电能量收集器，通过收集振动能量实现机械能向电能的转换和采集。

附图说明

图1：为本发明的具有能量收集装置的OBD设备构架示意图；

图2：为现有技术的压电能量收集器示意图；

图3：为本发明的压电能量收集器的多组悬臂梁结构单元示意图；

图4：为本发明的另一实施例的压电能量收集器的单根悬臂梁结构示意图。

具体实施方式

如图1所示：本发明的具有能量收集装置的OBD设备包括：OBD电子控制模块，与车辆OBD接口连接以读取车辆行驶数据，例如，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、故障代码等等；SD卡存储器用于存储各种数据；GPS模块采集车辆位置信息；蓝牙模块用于向外部移动媒体模块(例如手机)发送车辆行驶数据，实现车辆本地故障诊断；GPRS通信模块，包括SIM卡，用于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；服务器通过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；SD卡存储器、GPS模块、蓝牙模块、GPRS通信模块分别与OBD电子控制模块连接；能量收集模块也连接到OBD电子控制模块并对整个设备供电。

图2所示为现有技术的压电能量收集器，其中Si基片基础上制备的SiO₂悬臂梁是结构支撑层，Pt/Ti复合层作为上下电极采集压电层PZT材料31模式下的压点电荷，悬臂梁自由端引入质量块来降低整体结构固有频率。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。本发明之所以采用压电能量收集器，是由于通常压电能量收集器能够实现小型化，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，而通常情况下随着尺寸的减小，结构的固有频率会上升，因此，设计压电能量收集器结构谐振工作于低频振动是必要工作。

图3为本发明的压电能量收集器的多组悬臂梁结构单元示意图，其设计了多组悬臂梁结构单元，其中的每一根悬臂梁都是一独立的能量采集器单元，其依顺序逐渐变短并逐渐变宽，这样使得不同的悬臂梁可以对应于不同的振动频率，提升了能量收集器的效果。

图4为本发明的另一实施例的压电能量收集器的单根悬臂梁结构示意图，其将单根悬臂梁设计成矩形波形状，并随着悬臂梁延伸的方向逐渐变宽，这样可以降低压电能量收集器的固有频率，提升压电能量收集器的能量收集效果。

本发明还提供了一种基于具有能量收集装置的OBD设备的车辆诊断方法，包括通过OBD电子控制模块与车辆OBD接口连接以读取车辆行驶数据；通过SD卡存储器用于存储各种数据；通过GPS模块采集车辆位置信息；通过蓝牙模块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；通过包括SIM卡的GPRS通信模块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；通过服务器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；SD卡存储器、GPS模块、蓝牙模块、GPRS通信模块分别与OBD电子控制模块连接；通过连接到OBD电子控制模块的能量收集模块对整个设备供电，其中，能量收集模块为悬臂梁式压电能量收集器，通过收集振动能量实现机械能向电能的转换和采集。