CN101434221B - 车辆故障诊断设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆的故障诊断设备，该设备包括：连接器部，通过数据缆线从车辆的OBD-II连接器输入车辆的传感器数据和故障代码数据；包括控制部和存储器部的微处理器，运算并处理通过连接器部输入的数据；显示器部和声音输出部，以画面和声音的方式输出由微处理器运算并处理后的数据；第1串行端口，为了传送从微处理器输出的数据并且接收外部的数据，与无线通信模块连接；第2串行端口，为了传送从微处理器输出的数据并且接收外部的数据，与外部设备连接；外部存储器插槽，用于将从微处理器输出的数据存储到外部存储器。根据上述结构，能在初期发现车辆的异常，防止扩大到其他部件故障，减少维护费用，能事前防范给车辆的行驶或者驾驶者带来的危险因素。

Description

车辆故障诊断设备
技术领域
本发明涉及一种车辆的故障诊断设备(Fault Diagnosis Apparatus forVehicle)，尤其涉及从车辆的OBD-II(On-Board Diagnosis-II，第二代车载诊断***)连接器获取车辆的传感器数据和故障代码数据，以画面和声音实时地输出车辆的当前状态或故障部位的车辆的故障诊断设备。
背景技术
目前，从汽车环境的变化角度来看，最大的变化是可以列举出车辆的快速电子化、多媒体产品的汽车部件化、以及伴随于此的车辆性能的提高和多种内容的提供等。具有代表性的例子是对引擎和传动装置(Transmission)、ABS(防锁死刹车***)、Air Bag(气囊)等进行控制的小型计算机和MP3播放器等的多媒体装置。随着这些装置的发展，相当地提高了车辆的性能和安全性，而且提高了驾驶中的方便性。
然而，作为因此而产生的副作用，由各种电子控制装置的异常而产生了安全问题，由在行驶中发生的多媒体装置的操作上的复杂性而产生了安全运行问题以及由购买装置而产生了消费者的费用负担等问题。
目前，虽然存在可以获知对车辆中附着的大部分普通电子装置的工作异常的方法，但是几乎不存在向行驶中的普通驾驶者实时地告知这些异常的装置。另外，大部分车辆用多媒体设备呈现了以导航器为中心逐渐统一的趋势，但是在现实中，与目前的车辆普及率相比，采用率相对非常低。这是因为，导航器等多媒体装置不仅价格很高，而且在车辆内部中应用场所受到限制。
一般，车辆故障诊断设备是指与电子控制装置(ECU；下面称为ECU)连接，以诊断车辆有无故障的装置，其中上述ECU包括自动变速器控制在内对驱动***、制动***、转向***等车辆的所有部分进行控制。
近年来，利用先进的电子技术，在车辆中设置了将各种传感器附着在车辆中来方便地确认故障部分的ECU。从而，当进行车辆的故障检验时，将上述ECU与车辆故障诊断装置相连，来检验车辆的故障部分。
这些现有的车辆故障诊断装置在为了获知车辆有无异常而带着车辆找到维修厂解读故障代码之前，无法获知，所以存在不能采取迅速的应对的问题点。另外，还存在无法对运行中发生的各种异常采取迅速的措施，所以难以事前防止安全事故的问题点。
发明内容
本发明是为了解决如上所述的问题点而提出的，其目的在于在车辆的运行中不仅实时地告知车辆有无异常，而且加工并输出可获知车辆的当前状态的有用的传感器信息，以使让普通驾驶者容易理解。
另外，其目的在于与无线通信模块结合，实时地获得针对车辆异常的专门的应付方法，并且实时地获得运行所需的道路信息和多种服务信息等。
本发明的车辆故障诊断设备是获取车辆的各个传感器数据，并且以驾驶者可识别的方式进行输出的设备，其特征在于，该车辆故障诊断设备包括：连接器部，其通过数据缆线，从车辆的OBD-II连接器输入车辆的传感器数据和故障代码数据；包括控制部和存储器部的微处理器，其运算并处理通过上述连接器部输入的数据；显示器部和声音输出部，其以画面和声音的方式输出由上述微处理器运算并处理后的数据；第1串行端口(Serial Port)，其为了传送从上述微处理器输出的数据并且接收外部的数据，与无线通信模块连接；第2串行端口，其为了传送从上述微处理器输出的数据并且接收外部的数据，与外部设备连接；和外部存储器插槽，其用于将从上述微处理器输出的数据存储到外部存储器。
上述车辆故障诊断设备在车辆的OBD-II连接器与连接器部之间，通过CAN或者K-Line进行数据的传送。
上述微处理器的存储器部由暂时存储数据的易失性存储器和存储有故障代码数据库的非易失性存储器构成。
上述车辆故障诊断设备还包括：用于接收该时刻数据、位置数据的GPS模块。
上述车辆故障诊断设备还形成有用于控制车辆故障诊断设备的小键盘部。
上述无线通信模块是CDMA模块、GSM模块或者无线LAN模块。
上述外部设备是PDA或者导航器(Navigation)。
上述车辆故障诊断设备如果在车辆的启动后没有小键盘部的故障诊断按钮的输入，则由微处理器运算并处理从OBD-II连接器所获取的车辆的传感器数据，并且通过显示器部和声音输出部进行输出。
上述传感器数据是轮胎空气压、变速器机油温度、引擎冷却水温度和电池的电压。
上述车辆故障诊断设备如果在车辆的启动后从OBD-II连接器输入车辆的故障代码数据，则与上述非易失性存储器中存储的故障代码数据库的数据比较并运算，并且通过显示器部和声音输出部输出故障代码解析内容、缺陷位置及其相应的应付方案。
上述车辆故障诊断设备通过小键盘部的输入，设定引擎机油、抗菌过滤器、轮胎位置、变速箱机油、制动器和同步带的更换周期，如果到达所设定的更换周期，则通过显示器部和声音输出部进行输出。
根据上述结构，本发明的车辆故障诊断设备能早期发现车辆的异常，来防止扩大到其他部件故障，从而能减少维护费用，而且向驾驶者实时地告知车辆的状态，从而能事前防范给车辆的行驶或者驾驶者带来的危险因素。
另外，具有能通过外部存储器或者无线通信模块等进行车辆的历史记录管理的优点，并且在车辆的维修厂，仅仅通过递交外部存储器，也能迅速地掌握车辆的故障部位，所以具有可以进行迅速的维修的效果。
附图说明
图1是本发明的车辆故障诊断设备的结构方框图。
图2是本发明的车辆故障诊断设备的顺序图。
附图编号：
10：OBD-II连接器
20：微处理器
21：连接器部
22：控制部
23：存储器部
24：非易失性存储器
25：易失性存储器
26：外部存储器插槽
27：第1串行端口
28：第2串行端口
29：GPS模块
30：显示器部
40：声音输出部
50：小键盘(keypad)部
60：无线通信模块
70：外部设备
具体实施方式
下面，参考附图，详细地说明本发明的车辆故障诊断设备。
图1是本发明的车辆故障诊断设备的方框图，图2是本发明的车辆故障诊断设备的顺序图。
如图1所示，本发明的车辆故障诊断设备包括：连接器部21，其通过数据缆线，从车辆的OBD-II连接器10输入车辆的传感器数据和故障代码数据；包括控制部22和存储器部23的微处理器20，其运算并处理通过上述连接器部21输入的数据；显示器部30和声音输出部40，其以画面和声音的方式输出由上述微处理器20运算并处理后的数据；第1串行端口27，其为了传送从上述微处理器20输出的数据并接收外部的数据，与无线通信模块60连接；第2串行端口28，其为了传送从上述微处理器20输出的数据并接收外部的数据，与外部设备70连接；和外部存储器插槽26，其用于将从上述微处理器20输出的数据存储到外部存储器。另外，进一步形成有：用于接收时刻数据、位置数据的GPS模块29；和用于控制车辆故障诊断设备的小键盘部50。须指出的是，虽然没有图示，但是还具备电源部(未图示)，该电源部为了使本发明的车辆故障诊断设备工作，而从车辆电池接受供电。
OBD-II是美国的汽车排气相关的规章之一，是规定为通过车辆中内置的计算机，来诊断车辆运行中排气控制部件或***，从而当判定为故障时，存储故障代码(DTC：Diagnostic Trouble Code)并点亮警示灯(MIL：Malfunction Indicator Light)的法规。由于最初应用的以往的OBD***只进行电子部件和接线的短路等的检验，所以不仅无法获知因催化剂或氧气传感器的热化、传感器或致动器(actuator)的非正常行为等而导致排气增加的情况，而且由于用于与诊断设备连接的连接器、故障代码、警示灯的点灭基准和所存储的信息的形式尚未标准化，因此按车辆或者制作厂商而需要不同的连接器，而且导致需要配备用于解析故障代码的各种不同的资料等很多混乱和不便。
为了解决这些问题，在OBD-II法规中，采用标准化的通用诊断设备连接连接器和通信规范电子控制部件的术语和故障代码，并且按发生故障时排气增加的项目来增加故障判定基准和诊断必要条件等，来加以改正。
基于OBD-II法规的诊断项目是催化剂、引擎失火、燃料系、冷气机致冷剂的流出、蒸发气体***的泄露，氧气传感器，EGR(废气再循环)，Thermostat(温度调节器)，PCV(Positive Crankcase Ventilation，曲轴箱强制通风)阀、使用于其他引擎或传动装置的控制或诊断的传感器和螺线管(solenoid)。
一般基于上述OBD-II法规的连接器10形成在车辆的驾驶席下端附近，本发明的车辆故障诊断设备在上述OBD-II连接器10与连接器部21之间利用数据缆线进行数据的传送。数据的传送是利用ISO9141-2或者KWP2000的车辆故障诊断标准协议，通过CAN或者K-Line来进行的。
上述ISO9141-2和KWP2000是ISO(International Organization forStandardization，国际标准化组织)和SAE(Society of AutomotiveEngineers，美国机动工程师协会)所指定的车辆故障诊断标准协议，CAN(Controller Area Network，控制器局域网)是在小规模范围内可使用的网络通信方式，其作为下一代车辆用诊断通信方式，速度是500Kbps～1Mbps，与以往的通信速度相比，快50倍以上，K-Line是OBD法规中定义的车辆用诊断通信线，其具有10.4Kbps的速度。
上述微处理器20包括控制部22和存储器部23，上述控制部22根据预先存储的程序，运算并处理通过连接器部21或者第1和第2串行端口27、28输入的数据，由上述控制部22所处理的数据被暂时存储在存储器部23的易失性存储器25中，或者在存储有故障代码数据库的非易失性存储器24中被存储为文件，基于上述文件，可管理车辆的历史记录。须指出的是，也可以通过外部存储器插槽26下载上述非易失性存储器24中存储为文件的在车辆运行中所获取的车辆的传感器数据或者故障代码数据，或者连接到外部设备70，下载文件，从而具有在任何地方都能掌握车辆的信息，并且可简便地管理车辆的历史记录的优点。
上述外部存储器插槽26具有如下优点：在如SD存储器等外部存储器中存储车辆故障诊断设备在工作中所处理的数据，下载车辆的传感器数据或故障代码，从而个人可通过计算机管理历史记录，在车辆的维修厂，仅仅通过递交外部存储器，也能迅速地掌握车辆的故障部位。须指出的是，也可以通过计算机，连接到相应的站点，在外部存储器中下载本发明的车辆故障诊断设备的升级数据，以使车辆故障诊断设备维持最新的数据。
上述车辆故障诊断设备通过与上述第1串行端口27连接的如CDMA、GSM或者无线LAN模块的无线通信模块60，以无线的方式发送车辆故障诊断设备的数据，从而可以向外部实时地传送与该数据对应的车辆的状态，当产生故障代码时，如果利用无线通信模块60向外部传送，则接收更详细的应对方案，能事先防止事故。须指出的是，也可以通过上述无线通信模块60从外部接收道路或天气信息等有用的信息，提供给驾驶者。另外，也可以利用无线通信模块60，以无线的方式下载车辆故障诊断设备的内部程序或故障代码数据库，实时地进行车辆故障诊断设备的升级。须指出的是，上述CDMA和GSM模块也可以是普通的手机。
上述车辆故障诊断设备通过与上述第2串行端口28连接的如PDA、导航器模块等外部设备70，可以作为多媒体设备来应用，或者也可以在行驶中作为导航设备来应用，当产生故障代码时，也可以通过声音输出部40或者显示器部30告知驾驶者，也可以将上述第2串行端口28与计算机连接，以升级车辆故障诊断设备的内部程序或故障代码数据库。
对上述第1和2串行端口27、28而言，也可以仅仅形成两者中的一个，利用一个串行端口选择性地连接无线通信模块60与外部设备70。
具有如下效果：如上所述，可通过外部存储器、与第1或者2串行端口连接的多种装置，来进行车辆故障诊断设备的升级，因此，能使车辆故障诊断设备维持最新的状态，当故障代码数据按安装车辆故障诊断设备的车类型而发生变化时，由于容易升级车辆故障诊断设备，因而在其他车类型中也能容易地使用。
在上述车辆故障诊断设备中还形成GPS(Global Positioning System，全球定位***)模块29，从卫星接收时刻数据和位置数据，可获知正确的时间和车辆的当前位置，还能获知车辆的移动速度。
上述显示器部30以画面输出由上述微处理器20运算处理的数据，作为上述显示器部30，优选采用耗电少、视角宽的LCD(Liquid CrystalDisplay，液晶显示器)，以使副驾驶席的乘客也能识别，由于驾驶时因驾驶者操作小键盘部50而有可能发生事故，所以优选在LCD中附着触控板(touch pad)，使驾驶者直接点击LCD的画面。上述声音输出部40通过车辆故障诊断设备中安装的扬声器，以声音输出由上述微处理器20运算处理后的数据，从而即使驾驶者不查看显示器部30的画面，也能识别车辆的状态，上述声音输出部40除了扬声器以外还可以具备线路输出(line out)端子或者光输出端子，与车辆的音频设备直接连接，从而能以更良好的音质来输出声音。
本发明的车辆故障诊断设备还具备启动安全模块(未图示)，当不是得到认证的驾驶者时，防止启动车辆，从而可以防止车辆被盗。上述启动安全模块与车辆的启动***电连接，通过搭乘车辆的驾驶者的指纹或虹膜识别等，对得到认证的驾驶者进行判别，在认证结束后，可以启动车辆，从而可以防止车辆被盗。作为驾驶者的认证方式，不仅仅是上述的指纹或虹膜识别，也可以是密码输入方式，为了加强安全，优选混合采用多种认证方式，而且考虑到多个人驾驶的车辆的情况，最好是可登记多个驾驶者。
须指出的是，也可以安装距离测定传感器，在向车辆的后方后退时，测定与物体之间的距离，根据车辆在后退时与物体之间的距离，通过声音输出部40使声音的高低或者声音发生周期不同，以告知驾驶者，或者也可以还具备后方距离传感器(未图示)，通过显示器部30可目视识别地输出与位于车辆后方的物体之间的距离。
另外，还可以具备可行驶距离计算模块(未图示)，在车辆中第一次安装车辆故障诊断设备后通过第一次行驶，分析车辆的行驶距离和来自燃料测定传感器的接收值，来分析平均耗油量和车辆的每分钟转速(RPM)或者基于速度的耗油量，从车辆的第二次行驶起，通过燃料测定传感器的接收值，来显示可行驶的距离，根据车辆的行驶速度等，实时地计算并输出耗油量，并且不断地更新可行驶距离，当驾驶者没来得及填充燃料的时候，通过声音或者画面，告知驾驶者注入燃料。
优选将上述启动安全模块、后方距离传感器和可行驶距离计算模块作为选项，让车辆故障诊断设备的购买者根据费用选择性地购买安装，以减轻购买者的负担。
图2是表示车辆的运行时车辆故障诊断设备的工作的顺序图的一例，若接通车辆故障诊断设备的电源，则从上述OBD-II连接器10通过连接器部21向车辆故障诊断设备实时地输入车辆的传感器数据，若驾驶者为了获知车辆有无异常，而按压小键盘部50的诊断按钮，则微处理器20的控制部22感知到该按压动作，通过上述OBD-II连接器10扫描车辆的各种传感器，来感知是否输出故障代码。如果没有输出故障代码，则通过显示器部30或者声音输出部40，向驾驶者以声音或者画面来输出车辆没有问题的情况，如果感知到故障代码，则上述微处理器20的控制部22从上述非易失性存储器24所存储的故障代码数据库中查找与此对应的故障代码，通过声音或者画面来输出车辆的缺陷位置、缺陷内容、以及与缺陷对应的应付方案，须指出的是，也可以通过无线通信模块60，以车辆管理服务器等发送故障代码数据，来获取与此对应的详细的应付方案。
如果对上述车辆故障诊断设备接通电源，并且驾驶者没有按压小键盘部的诊断按钮，则车辆故障诊断设备由上述微处理器20的控制部22来运算并处理从OBD-II连接器10实时地输入的车辆的各种传感器的传感器数据，并且以画面或者声音进行输出，如果在运行中车辆的传感器值大于预先设定的阈值，则以声音或者画面警告驾驶者，引起驾驶者的注意，即使驾驶者没有按压小键盘部的诊断按钮，如果在运行中输入故障代码，则微处理器20的控制部22也会从上述非易失性存储器24所存储的故障代码数据库中查找与此对应的故障代码，通过声音或者画面输出车辆的缺陷位置、缺陷内容、与该缺陷响应的应付方案，须指出的是，也可以通过无线通信模块60以车辆管理服务器等发送故障代码数据，来获取与此对应的详细的应付方案信息。
在普通车辆的运行中接受并处理从OBD-II连接器10输入的车辆的各种传感器的传感器数据，并且以画面或者声音进行输出以使驾驶者可识别，如果驾驶者按压小键盘部50的诊断按钮或者在车辆的运行中输入故障代码，则与此对应地进行处理，向驾驶者告知该情况。
上述车辆的传感器数据是电池的电压、轮胎空气压、变速器机油温度、引擎冷却水温度等，将这些数据应用于实际产品时，也可以调换，但是如果对车辆的结构不熟悉的驾驶者告知多种传感器值，则有可能加重混乱，所以最好是仅仅输出如上所述的基本的传感器值。须指出的是，也可以面向希望更具体地了解从车辆故障诊断设备输出的传感器数据的驾驶者，通过小键盘部50的操作，选择性地输出各种传感器数据。
另外，驾驶者通过小键盘部50的操作，存储车辆的各个消耗品的更换周期后，当到达各个消耗品的所存储的更换周期，则以画面或者声音向用户输出，以在各个消耗品的寿命用尽之前进行替换，从而可以事前防止车辆的运行中因消耗品的故障而无法运行车辆的情况。在上述的内容中，各个消耗品是引擎机油，抗菌过滤器，轮胎位置，变速箱机油，制动器，同步带等，但是并不局限于此，最好是可以存储更多种类的消耗品。

Claims (11)

1.一种车辆故障诊断设备，该设备是获取车辆的各个传感器数据，并且以驾驶者可识别的方式进行输出的设备，其特征在于，
该车辆故障诊断设备包括：
连接器部(21)，其通过数据缆线，从车辆的OBD-Ⅱ连接器(10)输入车辆的传感器数据和故障代码数据；
包括控制部(22)和存储器部(23)的微处理器(20)，其运算并处理通过上述连接器部(21)输入的数据；
显示器部(30)和声音输出部(40)，其以画面和声音的方式输出由上述微处理器(20)运算并处理后的数据；
第1串行端口(27)，其为了传送从上述微处理器(20)输出的数据并且接收外部的数据，与无线通信模块(60)连接；
第2串行端口(28)，其为了传送从上述微处理器(20)输出的数据并且接收外部的数据，与外部设备(70)连接；和
外部存储器插槽(26)，其用于将从上述微处理器(20)输出的数据存储到外部存储器，
其中通过无线通信模块(60)将车辆故障诊断设备的故障代码数据发送到外部，以接收与来自外部的故障代码对应的应付方案信息，并且通过无线通信模块(60)下载车辆故障诊断设备的故障代码数据库或内部程序，以实时地升级车辆故障诊断设备。
2.根据权利要求1所述的车辆故障诊断设备，其特征在于，
上述车辆故障诊断设备在车辆的OBD-Ⅱ连接器(10)与连接器部(21)之间，通过CAN或者K-Line进行数据的传送。
3.根据权利要求2所述的车辆故障诊断设备，其特征在于，
上述微处理器(20)的存储器部(23)由暂时存储数据的易失性存储器(25)和存储有故障代码数据库的非易失性存储器(24)构成。
4.根据权利要求3所述的车辆故障诊断设备，其特征在于，
上述车辆故障诊断设备还包括：用于接收时刻数据和位置数据的GPS模块(29)。
5.根据权利要求4所述的车辆故障诊断设备，其特征在于，
上述车辆故障诊断设备还形成有用于控制车辆故障诊断设备的小键盘部(50)。
6.根据权利要求5所述的车辆故障诊断设备，其特征在于，
上述无线通信模块(60)是CDMA模块、GSM模块或者无线LAN模块。
7.根据权利要求6所述的车辆故障诊断设备，其特征在于，
上述外部设备(70)是PDA或者导航器。
8.根据权利要求7所述的车辆故障诊断设备，其特征在于，
上述车辆故障诊断设备如果在车辆的启动后没有小键盘部(50)的故障诊断按钮的输入，则由微处理器(20)运算并处理从OBD-Ⅱ连接器(10)所获取的车辆的传感器数据，并且通过显示器部(30)和声音输出部(40)进行输出。
9.根据权利要求8所述的车辆故障诊断设备，其特征在于，
上述传感器数据是轮胎空气压、变速器机油温度、引擎冷却水温度和电池的电压。
10.根据权利要求9所述的车辆故障诊断设备，其特征在于，
上述车辆故障诊断设备如果在车辆的启动后从OBD-Ⅱ连接器(10)输入车辆的故障代码数据，则与上述非易失性存储器(24)中存储的故障代码数据库的数据比较并运算，并且通过显示器部(30)和声音输出部(40)输出故障代码解析内容、缺陷位置及其相应的应付方案。
11.根据权利要求10所述的车辆故障诊断设备，其特征在于，
上述车辆故障诊断设备通过小键盘部(50)的输入，设定引擎机油、抗菌过滤器、轮胎位置、变速箱机油、制动器和同步带的更换周期，如果到达所设定的更换周期，则通过显示器部和声音输出部进行输出。
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