[发明专利]宽域氧传感器温度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车电子传感检测技术领域，尤其是一种宽域氧传感器温度控制方 法。

背景技术

随着经济的快速发展，世界各国的汽车保有量迅速增加，这一趋势提高了居民的生活水平，但也加剧环境污染和能源短缺问题。汽车排放的尾气中主要包含CO,NOx,SOx和PM2.5等有害气体和物质，这些是温室效应和雾霾形成主要原因。宽域氧传感器，简称（空气燃油比例）传感器，是现实应用最为广泛的汽车尾气氧含量检测装置，其通过检测汽车尾气中的氧气浓度，并将检测结果反馈给发动机电子控制单元（ECU）以提高发动机的燃烧性能，同时，提高汽车尾气处理系统中三元催化剂的催化效率，减少有害气体排放。高性能的宽域氧传感器控制器是保证宽域氧传感器检测精度的关键，因此宽域氧传感器控制器的设计开发显得尤为重要，其中宽域氧传感器的温度控制是其中的关键技术难点。

宽域氧传感器的加热控制是一个非常复杂的过程，其典型特点主要有:

（1）非线性特性。氧浓差电池额内阻随温度升高呈非线性递减变化趋势，因此对宽域氧 传感器施加的控制量不能死固定值，应当随着温度升高而相应地变化。

（2）单向升温性。宽域氧传感器的升温过程与降温过程完全不对称，升温是通过内 部加热器实现，降温过程则是通过自然冷却实现。

（3）恒温保持特性。由于宽域氧传感器的精确测量是在特定温度下进行的，理想状 态下要将其工作温度控制在恒定值。

（4）环境复杂性。宽域氧氧传感器直接与汽车尾气接触，而尾气的温度会因为发动 机工况的变化而变化，因此其温度控制要具有较强的抗干扰能力。

通过检索发现关于宽域氧传感器的研究主要集中在宽域氧传感器的内部材料和 内部测量结构以及生产制造方面。同时国内在宽域氧传感器控制器方面的研究不具有系统 性，例如扬州清玛汽车科技有限公司公开的一种汽车发动机宽域氧传感器泵单元的控制及 信号采集电路，仅提供了一种针对控制器内部某一模块的硬件设计,另外，扬州清玛汽车科 技有限公司公开的一种宽域氧传感器加热监控电路，其温度控制通过PWM实现，但是没有公 开具体的控制算法实现；上海格令汽车有限公司公开的一种宽域氧传感器控制器，其温度 控制主要是通过单纯的PID实现，没有建立被控对象的精确模型，而且没有公开具体的硬件 和软件设计以及最终的实现结果。东风汽车公司公开的一种宽域氧传感器信号加热电压处 理电路，没有闭环控制，没有具体的控制算法；同时还有一些涉及电子模拟氧传感器，故障 诊断方面的研究。现有的技术研究只停留在涉及宽域氧传感器部分硬件的实际开发和模拟 方面，由于控制算法的限制，温度控制方面精度不是很高。日本，美国，德国一些汽车公司在 宽域氧传感器控制器研究方面的技术相对比较成熟，例如丰田，沃尔沃，Bosch等，但是公开 的技术文档非常少。

现有关于宽域氧传感器控制器温度控制方面的研究存在以下缺陷：

（1）温度控制设计针对性不强，没有针对宽域氧传感器的温度特性设计温度控制算法；

（2）温度控制算法过于简单，PID控制没有建立精确的对象模型，满足不了温度控制的 精度要求；

（3）温度控制抗干扰性不强，动静态性能有待提高。

发明内容

为了克服现有的现有宽域氧传感器控制器温度控制方面的研究存在的不足，本发 明提供了一种宽域氧传感器温度控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种宽域氧传感器温度控制方法， 所述方法包括以下步骤：

（一）确定系统及模糊PID控制器的输入输出变量

（1-1）系统的输入变量为温度测量电压信号U_T，输出变量为温度控制PWM信号，

（1-2）模糊PID控制器的输入变量为温度测量电压信号与温度控制目标信号U_T0之间的偏差e以及偏差变化率e_Δ，

模糊PID控制器的输出为温度控制PWM信号的占空比值；

（二）模糊PID控制器参数设计