CN102235256B - 具有偏压电压触发器的闭环控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有偏压电压触发器的闭环控制。一种氧气传感器电路包括氧气传感器、偏压电压模块和开关模块。所述偏压电压模块与所述氧气传感器进行通信且产生偏压电压。所述开关模块将所述偏压电压模块选择性地连接到所述氧气传感器。

Description

具有偏压电压触发器的闭环控制

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年12月23日提交的美国临时申请No.61/140,263的权益。上述申请的公开内容在此作为参考全文引入。

技术领域

本发明涉及氧气传感器输入电路的控制。

背景技术

在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作(在背景技术部分描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。

现在参考图1，车辆100包括被连接到发动机控制模块(ECM)104的氧气传感器102。氧气传感器102确定由车辆100的发动机燃烧的空气/燃料混合物中的氧气量。氧气传感器102可提供与氧气水平相对应的电压输出。ECM 104基于氧气水平控制各种发动机功能。例如，ECM104测量跨过被连接到氧气传感器102的负载电阻器R_Load的电压，并基于测量电压控制被添加到空气/燃料混合物中的燃料量。

当车辆100最初启动时，氧气传感器102可能未“准备好”。例如，当车辆100最初启动时，氧气传感器102可能不会提供可靠测量值。因而，ECM 104可最初忽略所测量氧气水平，且取而代之使用预定(即，存储)数据。ECM 104可继续使用预定数据，直到氧气传感器102提供可靠测量值为止。因而，车辆100以开环模式操作，直到氧气传感器102测量值被使用为止。

当氧气传感器102准备好时，ECM 104使用所测量氧气水平且系统以闭环模式操作。当车辆100以闭环模式操作时，可改进整体发动机操作。例如，ECM 104可基于所测量氧气水平更准确地调节被添加到空气/燃料混合物中的燃料量，从而减少车辆排放物。

氧气传感器102的测量值可跨过R_Load获得。氧气传感器102可建模为电阻器R₁和电压源V₁。最初，当车辆100启动时，R₁可以是大的。然后，R₁的电阻可随着氧气传感器102的温度增加而减小。例如，氧气传感器102的温度最初可以是200℃且R₁可测得4MΩ。当温度增加至700℃时，R₁可测得20Ω。

当R₁基于温度变化时，V₁由空气/燃料混合物的氧气水平确定。例如，0.2伏的电压可对应于由低空气/燃料比引起的氧气水平，而0.8伏的电压可对应于高空气/燃料比。ECM 104测量跨过R_Load的电压以确定氧气水平并从而调节空气/燃料混合物。

氧气传感器102可被诊断故障(如开路)。偏压电压模块106可被包括在系统中，从而可执行诊断。偏压电压模块106可包括串联的电压源V₂和电阻器R₂。电压源V₂是固定电压源。偏压电压模块106电阻器R₂被固定。例如，V₂可以是1.9伏且R₂可以是600Ω。R_Load也可以是固定电阻器。

发明内容

一种氧气传感器电路包括氧气传感器、偏压电压模块和开关模块。所述偏压电压模块与所述氧气传感器进行通信且产生偏压电压。所述开关模块将所述偏压电压模块选择性地连接到所述氧气传感器。在另外的特征中，所述开关模块将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。在其它特征中，所述开关模块基于自发动机启动以来的预定时间段将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

在其它特征中，所述氧气传感器电路还包括传感器监测模块，所述传感器监测模块将所述氧气传感器的至少一个参数与预定氧气传感器值进行比较，所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。在另外的特征中，至少一个参数包括电压，在电压等于预定氧气传感器值之后，所述开关模块将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

在其它特征中，所述比较包括自发动机启动以来的预定时间段，所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。在另外的特征中，所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块连续地连接到所述氧气传感器。在另外的特征中，所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。

一种氧气传感器控制方法包括：与氧气传感器进行通信；使用偏压电压模块产生偏压电压；以及将所述偏压电压模块选择性地连接到所述氧气传感器。在另外的特征中，所述氧气传感器控制方法还包括将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。在其它特征中，所述氧气传感器控制方法还包括基于自发动机启动以来的预定时间段将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

在其它特征中，所述氧气传感器控制方法还包括：将所述氧气传感器的至少一个参数与预定氧气传感器值进行比较，以及基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。在另外的特征中，氧气传感器控制方法还包括：在预定氧气传感器值等于所述至少一个参数之后，将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器，其中，所述至少一个参数包括电压。

在其它特征中，氧气传感器控制方法还包括基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器，其中，所述比较包括自发动机启动以来的预定时间段。在其它特征中，所述氧气传感器控制方法还包括基于所述比较将所述偏压电压模块连续地连接到所述氧气传感器。在其它特征中，所述氧气传感器控制方法还包括基于所述比较将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。

方案1.一种氧气传感器电路，包括：

氧气传感器；

偏压电压模块，所述偏压电压模块与所述氧气传感器进行通信且产生偏压电压；和

开关模块，所述开关模块将所述偏压电压模块选择性地连接到所述氧气传感器。

方案2.根据方案1所述的氧气传感器电路，其中，所述开关模块将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。

方案3.根据方案1所述的氧气传感器电路，其中，所述开关模块基于自发动机启动以来的预定时间段将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

方案4.根据方案1所述的氧气传感器电路，还包括传感器监测模块，所述传感器监测模块将所述氧气传感器的至少一个参数与预定氧气传感器值进行比较，其中，所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

方案5.根据方案4所述的氧气传感器电路，其中，所述至少一个参数包括电压，在所述电压等于所述预定氧气传感器值之后，所述开关模块将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

方案6.根据方案4所述的氧气传感器电路，其中，所述比较包括自发动机启动以来的预定时间段，所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

方案7.根据方案4所述的氧气传感器电路，其中，所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块连续地连接到所述氧气传感器。

方案8.根据方案4所述的氧气传感器电路，其中所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。

方案9.一种氧气传感器控制方法，包括：

与氧气传感器进行通信；

使用偏压电压模块产生偏压电压；以及

将所述偏压电压模块选择性地连接到所述氧气传感器。

方案10.根据方案9所述的氧气传感器控制方法，还包括将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。

方案11.根据方案9所述的氧气传感器控制方法，还包括基于自发动机启动以来的预定时间段将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

方案12.根据方案9所述的氧气传感器控制方法，还包括：

将所述氧气传感器的至少一个参数与预定氧气传感器值进行比较；以及

基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

方案13.根据方案12所述的氧气传感器控制方法，还包括：在所述预定氧气传感器值等于所述至少一个参数之后，将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器，其中，所述至少一个参数包括电压。

方案14.根据方案12所述的氧气传感器控制方法，还包括基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器，其中，所述比较包括自发动机启动以来的预定时间段。

方案15.根据方案12所述的氧气传感器控制方法，还包括基于所述比较将所述偏压电压模块连续地连接到所述氧气传感器。

方案16.根据方案12所述的氧气传感器控制方法，还包括基于所述比较将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。

本发明的进一步应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅旨在用于说明的目的且并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

从详细说明和附图将更充分地理解本发明，在附图中：

图1是根据现有技术的氧气传感器输入电路的功能框图；

图2是根据本发明的氧气传感器输入电路的示例性实施方式的功能框图；

图3是在连接根据本发明的偏压电压模块时示例性氧气传感器电压读数对比发动机运行时间的曲线图；

图4是在未连接根据本发明的偏压电压模块时示例性氧气传感器电压读数对比发动机运行时间的曲线图；和

图5是示出了在根据本发明的氧气传感器控制方法中的示例性步骤的流程图。

具体实施方式

以下说明本质上仅为示例性的且绝不旨在限制本发明、它的应用、或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C的至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑“或”的一种逻辑(A或B或C)。应当理解的是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。

如在此所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适的部件。

发动机控制模块可通过使用例如开关来将偏压电压模块与氧气传感器输入电路连接或断开。开关可包括可控开关且基于来自于发动机控制模块的指令将偏压电压模块连接或断开。通过使得偏压电压模块与氧气传感器断开，可减少氧气传感器被认为可靠所需的时间。当偏压电压模块被连接时，电路可被诊断故障，所述故障包括但不限于开路。

现在参考图2，示出了根据本发明原理的氧气传感器输入电路200的示例性实施方式的功能框图。开关模块202与偏压电压模块204串联设置。偏压电压模块204可包括与电阻器R₂串联的电压源V₂。开关模块202将偏压电压模块204从氧气传感器输入电路200选择性地移开。例如，开关模块202可以是可软件编程的开关。在各种实施方式中，开关模块202可被包括在偏压电压模块204中。

氧气传感器206基于氧气水平输出电压。氧气传感器206可包括电压源V₁和电阻器R₁。可测量跨过负载电阻器R_Load的输出电压。

发动机控制模块208可包括传感器监测模块210。传感器监测模块210可测量跨过R_Load的值。传感器监测模块210将测量值与阈值进行比较。开关激活模块212可基于所述比较被触发。例如，当测量值达到阈值时，传感器监测模块210可触发开关激活模块212。开关激活模块212可控制开关模块202。

当发动机启动时，开关模块202可断开偏压电压模块204。当偏压电压模块204从电路断开时，偏压电压模块204不影响氧气传感器输入电路200以闭环模式操作所需的时间量。例如，当偏压电压模块204被连接到氧气传感器输入电路200时，跨过R_Load的电压受偏压电压模块204和氧气传感器206两者影响。

最初，从氧气传感器206输出的电压对跨过R_Load的电压具有微小的影响。当氧气传感器206被认为可靠时，偏压电压模块204对跨过R_Load的电压具有微小的影响。由于氧气传感器206必须与偏压电压模块204进行竞争，因而增加了氧气传感器输入电路200以闭环模式操作所需的时间量。

当偏压电压模块204被包括在氧气传感器输入电路200中时，跨过R_Load的电压值的样本可被收集且用于诊断目的。当氧气传感器输入电路200以闭环模式操作时，开关模块202闭合以包括偏压电压模块204。在开关模块202闭合之后获得的样本可用于诊断目的。

在各种实施方式中，开关模块202可在闭合和断开位置之间交替。开关激活模块212可控制开关模块202以一定频率使开关闭合一定时间段。仅作为示例，开关可以以每5秒一次的频率闭合1秒的时段。在开关模块202闭合的1秒的时段期间，系统可被取样用于诊断目的，而开关模块202断开的4秒的时段可用于闭环操作。因此，开关模块202可允许系统更快地进入闭环模式且对氧气传感器输入电路200执行诊断。

在各种实施方式中，开关模块202可在启动之后保持闭合或者可在断开和闭合位置之间交替。开关激活模块212可在发动机启动之后的阈值时间段后开始控制开关模块202。例如，开关激活模块212可在发动机启动之后8秒开始控制开关模块202。

在其它实施方式中，开关激活模块212可在阈值时段之后或者在被触发时开始控制开关模块202。例如，阈值时段可以是10秒。开关激活模块212可在10秒标记时或者在跨过R_Load的电压达到阈值时(不管哪个首先发生)控制开关模块202。

现在参考图3，示出了在偏压电压模块204被连接到氧气传感器输入电路200时的示例性氧气传感器电压读数的曲线图。测量电压以1.9V开始，且随着氧气传感器206升温而降低。由于偏压电压模块204的示例性电压，测量电压以1.9V开始。从氧气传感器206输出的电压与从偏压电压模块204输出的电压竞争。当氧气传感器206升温时，偏压电压模块204对测量电压的影响减少。

当电压下降低于阈值(如450mV)时，氧气传感器206可被认为是可靠的。因而，450mV可以是所示的闭环开关点300(示例性阈值)。闭环开关点300可确定氧气传感器206何时为提供准确测量值做好准备。当跨过负载电阻器R_Load的测量电压第一次下降低于闭环开关点300时，氧气传感器输入电路200可进入闭环模式。如图3所示，测量电压直到发动机启动之后大约17秒才下降低于闭环开关点300。

在图4中，示出了在偏压电压模块204未被连接到氧气传感器输入电路200时的示例性氧气传感器电压读数的曲线图。电压增加高于闭环开关点300所需的时间是大约9秒。借助于在氧气传感器输入电路200中不包括偏压电压模块204，进入闭环模式所需的时间显著减少。测量电压不受偏压电压模块204的影响且不会被偏压电压模块204的1.9V输出偏压。

从氧气传感器206输出的电压不会与从偏压电压模块204输出的电压竞争。相反，测量电压受到从氧气传感器206输出的电压的影响。当氧气传感器206升温时，从氧气传感器206输出的电压增加。因而，测量电压在氧气传感器输入电路200进入闭环模式之前开始增加。在氧气传感器输入电路200以闭环模式操作之前的时间的减少会减少车辆排放物。

现在参考图5，示出了描绘根据本发明原理的氧气传感器控制方法的示例性步骤的流程图。在步骤500中，控制方法以开环模式启动发动机(即，ECM 208基于预定数据控制各种发动机功能)。在步骤502，控制方法监测氧气传感器206的电压输出。在步骤504，控制方法确定氧气传感器206是否准备好(即，电压输出下降低于阈值)。如果氧气传感器206尚未准备好，那么控制方法返回步骤502；否则，控制方法转到步骤506。

在步骤506，控制方法进入闭环模式。在步骤507，控制方法在闭合开关以连接偏压电压之前等待一定时间段(例如4秒)。在步骤508，控制方法通过闭合开关将偏压电压连接到系统。在步骤510，控制方法取样用于诊断目的。仅作为示例，诊断取样可持续1秒。在步骤512，控制方法断开开关。控制方法继续步骤514。在步骤514，控制方法检查发动机是否关闭。如果发动机关闭，那么控制方法结束；否则，控制方法转到步骤506。

现在本领域技术人员能够从前述说明理解到，本发明的广泛教示可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定的示例，由于当研究附图、说明书和所附权利要求书时，其他修改对于技术人员来说是显而易见的，所以本发明的真实范围不应如此限制。

Claims (16)

1.一种氧气传感器电路，包括：

氧气传感器；

偏压电压模决，所述偏压电压模块与所述氧气传感器并联连接，与所述氧气传感器进行通信且产生偏压电压；和

开关模块，所述开关模块与所述偏压电压模块串联连接，与所述氧气传感器并联连接且将所述偏压电压模块选择性地连接到所述氧气传感器。

2.根据权利要求1所述的氧气传感器电路，其中，所述开关模块将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。

3.根据权利要求1所述的氧气传感器电路，其中，所述开关模块基于自发动机启动以来的预定时间段将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

4.根据权利要求1所述的氧气传感器电路，还包括传感器监测模块，所述传感器监测模块将所述氧气传感器的至少一个参数与预定氧气传感器值进行比较，其中，所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

5.根据权利要求4所述的氧气传感器电路，其中，所述至少一个参数包括电压，在所述电压等于所述预定氧气传感器值之后，所述开关模块将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

6.根据权利要求4所述的氧气传感器电路，其中，所述比较包括自发动机启动以来的预定时间段，所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

7.根据权利要求4所述的氧气传感器电路，其中，所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块连续地连接到所述氧气传感器。

8.根据权利要求4所述的氧气传感器电路，其中所述开关模块基于所述比较将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。

9.一种氧气传感器控制方法，包括：

与氧气传感器进行通信；

使用与所述氧气传感器并联连接的偏压电压模块产生偏压电压；以及

使用开关模块将所述偏压电压模块选择性地连接到所述氧气传感器，所述开关模块与所述偏压电压模块串联连接，且与所述氧气传感器并联连接。

10.根据权利要求9所述的氧气传感器控制方法，还包括将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。

11.根据权利要求9所述的氧气传感器控制方法，还包括基于自发动机启动以来的预定时间段将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

12.根据权利要求9所述的氧气传感器控制方法，还包括：

将所述氧气传感器的至少一个参数与预定氧气传感器值进行比较；以及

基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器。

13.根据权利要求12所述的氧气传感器控制方法，还包括：在所述预定氧气传感器值等于所述至少一个参数之后，将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器，其中，所述至少一个参数包括电压。

14.根据权利要求12所述的氧气传感器控制方法，还包括基于所述比较将所述偏压电压模块连接到所述氧气传感器，其中，所述比较包括自发动机启动以来的预定时间段。

15.根据权利要求12所述的氧气传感器控制方法，还包括基于所述比较将所述偏压电压模块连续地连接到所述氧气传感器。

16.根据权利要求12所述的氧气传感器控制方法，还包括基于所述比较将所述偏压电压模块定期地连接到所述氧气传感器。