CN102411311B - 一种氧传感器失效模拟器以及氧传感器失效模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氧传感器失效模拟器，包括通信模块、数据采集模块以及数据处理模块，所述数据采集模块采集氧传感器的信号并传送至所述数据处理模块，所述通信模块通过接收命令对数据处理模块进行控制，根据所接收到的命令，该氧传感器失效模拟器可以有多种工作模式。本发明的氧传感器失效模拟器在对信号进行正弦波处理时劣化的程度大，可以对输入的氧传感器信号进行深度劣化，并且在两种模式中，同时可以对信号的周期和幅值进行单项调整，根据需求设置周期和幅值参数。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子领域，具体地说，涉及一种氧传感器失效模拟器以及氧传感器失效模拟方法。
背景技术
汽车氧传感器安装在排气管上用于检测废气中的氧含量，根据废气中的氧气含量反映出燃烧的混合气的浓稀，汽车电子控制器根据氧传感器的反馈控制喷油量，从而实现混合气的闭环控制。氧传感器的主要类型有：对电源短路故障、对地短路故障、加热器故障以及传感器老化故障等。在OBD法规日益严格的今天，对排放系统的要求越来越高，因此对发动机控制算法的要求越来越严格，因而，在发动机控制策略的开发、标定及测试时，需要提供各种失效氧传感器的信号，这个信号就需要通过氧传感器失效模拟器给出。氧传感器失效模拟器对输入的正常氧传感器信号进行劣化处理，将劣化后的信号输出给发动机ECU，用以验证发动机OBD氧传感器失效诊断算法的开发、标定及测试需要试验各种故障对排放的影响。
现有的氧传感器失效模拟器通常情况下必须采用计算机进行控制，并且只能模拟部分失效情况、模拟效果不理想。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种氧传感器失效模拟器，该模拟器用于开发汽油机氧传感器失效模拟器，该模拟器提供多种操作模式，既可以在计算机的控制下进行运行，又可以脱离计算机独立运行，同时能够模拟多种氧传感器实效情况，并且模拟效果理想。
本发明的目的可以采取以下方法来实现：
一种氧传感器失效模拟器，包括通信模块、数据采集模块以及数据处理模块，所述数据采集模块采集氧传感器的信号并传送至所述数据处理模块，所述通信模块通过接收命令对数据处理模块进行控制，根据所接收到的命令，所述通信模块有以下工作模式：
(A)接收劣化参数，所述数据处理模块根据所述劣化参数对输入的信号进行劣化；
(B)将所述数据采集模块的所采集到的输入输出波形上传至计算机。
优选地，所述数据处理模块对输入信号进行劣化过程为：将当前采集到的信号A与上一个采样周期的信号数据B进行比较，如果A＞B，则按照设定的劣化系数对信号进行放大，如果A＜B，则按照设定的劣化系数对信号进行衰减。
优选地，所述数据处理模块对输入信号进行劣化过程为：将当前采集的信号A与设定的基准电压值V进行比较，如果A＞V，则延迟设定劣化时间后输出高电平信号；如果A＜V，则延迟设定劣化时间后输出低电平信号。
优选地，所述通信模块还包括工作模式(C)：接收数据为存储配置，将配置的劣化参数存储至本地FLASH中。
优选地，还包括中断服务模块。
一种氧传感器失效模拟方法，包括以下步骤：
(A)数据采集模块采集氧传感器信号，并将采集信号传送至数据处理模块；
(B)所述数据处理模块根据控制命令进行：
(1)根据所述劣化参数对输入的信号进行劣化；
(2)将信号的输入输出波形实时上传至计算机；
(3)将配置的劣化参数存储至本地FLASH中；
其中，根据控制命令步骤(1)中的劣化过程为：
a.将当前采集到的信号A与上一个采样周期的信号数据B进行比较，如果A＞B，则按照设定的劣化系数对信号进行放大，如果A＜B，则按照设定的劣化系数对信号进行衰减；
b.将当前采集的信号A与设定的基准电压值V进行比较，如果A＞V，则延迟设定劣化时间后输出高电平信号；如果A＜V，则延迟设定劣化时间后输出低电平信号。
本发明具有这样的优点：在对信号进行正弦波处理时劣化的程度大，可以对输入的氧传感器信号进行深度劣化；正常输入的波形是近似于正弦曲线，通过改变正弦曲线的幅值、周期等参数来达到劣化目的，可以将信号处理成近似于直线后输出；另外，对信号进行方波处理，可以精确设定信号的劣化时间。在两种模式中，同时可以对信号的周期和幅值进行单项调整，根据需求设置周期和幅值参数。
附图说明
图1是本发明模拟器的系统流程图；
图2是本发明模拟器模拟模拟氧传感器对电源短路时的波形图；
图3是本发明模拟器模拟模拟氧传感器对地短路时的波形图；
图4是本发明模拟器模拟模拟氧传感器加热故障时的波形图；
图5是本发明模拟器模拟模拟氧传感器信号响应延迟时的波形图；
图6是本发明模拟器模拟模拟氧传感器信号响应延迟时的另一种波形图；
图7是本发明模拟器模拟模拟由稀变浓和由浓变稀跳变时间延迟的波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。
参见附图1，示出了该模拟器的流程图，该模拟器包括系统模块、通信模块、数据采集模块、数据处理模块、中断服务模块、EV时间处理模块和驱动模块。
系统模块的功能有对TMS320F2810进行上电初始化工作，分配DSP系统资源并对其他功能模块进行初始化。
系统变量初始化；
IO管脚初始化；
定时器中断初始化；
串行通信初始化；
A/D采样模块初始化；
D/A输出模块初始化；
事件捕捉中断初始化；
通信模块采用了DSP的SCI串口和IO并口传输。SCI串口通过计算机计算设定氧传感器劣化参数。IO并口通过面板开关来设定氧传感器工作模式和设定氧传感器劣化参数。
串口中断采集计算机下传的控制命令，根据命令设置劣化参数、传输数据和存储配置。当控制命令为CMD1类型时，接收数据为劣化参数，模拟器根据劣化参数对输入的信号进行劣化；当控制命令为CMD2类型时，接收数据为数据上传，将氧传感器的输入输出波形通过SCI总线实时上传至PC机；当控制命令为CMD3类型时，接收数据为存储配置，将配置的劣化参数存储至本地FLASH中。
IO并口采集面板开关状态设定氧传感器工作模式和劣化参数。氧传感器工作模式分为MODEA和MODEB两种模式，分别对应于正弦波和方波。劣化参数分为OFFSET幅值偏移和RICK/LEAN-SHIFT劣化系数调整。
数据采集模块由16路12位ADC转换器组组成，该模块具有内部自带的采样保持电路，工作在25Mhz时最高转换速率为12.5Mhz，具有速度快，采样精度高的特点。数据采集模负责正常氧传感器的输入信号。
A/D采样电路每隔200us采集氧传感器信号，通过滤波后判断信号是否符合系统要求，如果符合则将信号存储；如果不符合则丢弃信号，初始化设备进行下次采样。
数据处理模块将采集模块传递过来的数据进行处理，通过设定的劣化参数，计算所需的劣化信号。数据处理流程通过微型实时操作系统实现，可以进行多任务处理，将每个任务分配到不同的时间段进行处理，提高了处理速度。
数据处理模块对输入信号进行分析处理后输出，分为两种模式：MODEA和MODEB。
在MODE A模式下，将当前采集的信号A和上一个采样周期所采集的信号数据B进行比较，如果符合条件A＞B，则按照设定的劣化系数对信号进行放大；如果A＜B，则按照设定的劣化系数对信号进行衰减。
在MODE B模式下，将当前采集的信号A与设定的基准电压值V进行比较，如果A＞V，则延迟设定劣化时间后输出信号高；如果A＜V，则延迟设定劣化时间后输出信号低。
在两种模式中，同时可以对信号的周期和幅值进行单项调整，根据需求设置周期和幅值参数。
驱动输出模块采用SPI总线的D/A输出模块，具有速度快、精度高的优点。
系统每隔200us将处理后的劣化信号发送SPI总线，驱动输出模块实时将信号发送至发动机ECU。
系统各个模块所用到的中断程序。TMS320F2810具有丰富的中断资源，该模拟器充分利用了该DSP的中断资源，以节省CPU的处理时间。该模拟器用到的系统中断资源如下：
串行数据SCI传输中断；
串行数据SPI传输中断；
事件捕捉中断；
定时器中断。
在串行数据传输时，采用中断的方式进行数据收发，可以节省CPU的处理时间，只有当有数据传送时，进入串行中断，CPU才会分配系统资源处理串行数据。
定时器中断作为系统时钟中断，系统的每个任务调度通过定时器中断来完成。
参见图2-4，图2为在MODEA情况下模拟的对电源短路的劣化曲线，图3为在MODEA情况下模拟的对地短路的劣化曲线，图4在MODEA情况下模拟的加热故障的劣化曲线。
参见图5-7，在MODEB模式下，对信号进行方波处理，可以精确设定信号的劣化时间。图5为将传感器信号输出的发动机空燃比由稀转浓劣化200ms，图6中为将氧传感器输出的发动机空燃比由浓转稀劣化200ms，图7为将传感器输出的发动机空燃比由稀转浓和由浓转稀的时间豆劣化200ms。
跳变电压是氧传感器工作在理论空燃比条件下输出的电压，约为0.45V，改变跳变电压值后就改变了氧传感器在理论空燃比条件下输出的电压。
当输入信号高于设置的跳变电压值时，氧传感器模拟器输出高电平，当输入信号低于设置的跳变电压值时，氧传感器模拟器输出低电平。
该氧传感器失效模拟器的面板开关包括以下开关：
1、Currently/PCMode：2档开关：
Currently：选择使用面板或者上位机配置参数；
PCMode：使用内部存储单元中存储的失效参数(选择此状态时，面板开关和上位机软件均不起作用)。
2、ModeA/B，2档开关：
Mode1A：通过正弦波模拟信号处理，改变氧传感器浓稀变化的响应时间，可以按比例调整氧传感器信号劣化程度。
Mode1B：用过方波模拟信号处理，改变氧传感器浓稀变化的响应时间，可以按时间(精确到毫秒)调整氧传感器信号劣化程度。
3、Bypass/Sim On键，2档开关：
Bypass：信号直接通过且不受影响；
Sim On：对接入的信号进行劣化。
4、Offset Up/Offset Dn/Cup/Cdn，3档开关：
三种劣化模式选择开关。
Offset Up：正向偏移及幅值调节；
Offset Dn：负向偏移及幅值调节；
Cup/Cdn：调节浓稀变化的响应时间。
5、RichLean-Shift/AMP，2档开关：
RichLean-Shift：在ModeB模式下，调节由稀到浓和由浓到稀的响应时间；
Amp：在ModeB模式下进行幅值调节。
6、Cup/Amp，3位拨码开关：
ModeA模式：
Cup：在Cup/Cdn模式下，调节由稀到浓的响应时间；
Amp：在Offset Up或Offset Dn模式下进行幅值调节。
ModeB模式：
在Rich/Lean-Shift模式下：Cup/Amp调节由稀到浓的响应时间，时间范围0～999ms；
在AMP模式下，Cup/Amp进行幅值的正向调节。
7、Cdn/Offset，3位拨码开关：
ModeA模式：
Cdn：在Cup/Cdn模式下，调节由浓到稀的响应时间；
Offset：在Offset Up或Offset Dn模式下进行正向偏移或负向偏移调节。
ModeB模式：
在Rich/Lean-Shift模式下：Cup/Amp调节由浓到稀的响应时间，时间范围0～999ms；
在AMP模式下，Cup/Amp进行幅值的负向调节。
8、POWER/GND，香蕉插孔：供电电源接孔。
9、INPUT/OUTPUT，香蕉插孔：信号输入/输出接孔。
10、4Pin插头：供电电源/信号输出/输出
11、DB9插头：计算机串口连接插头。
其中，对应功能如下：
具体地，该氧传感器失效模拟器通过开关控制，具有以下工作模式：
1、Bypass：氧传感器信号通过O2 Sensor Fault Generator且不受影响；
2、Sim On：对氧传感器信号进行劣化；在Sim On模式下的设置方法请参照下表；
3、Currently：使用当前面板或上位机软件配置失效参数；
4、PC Mode：使用内部存储单元中存储的失效参数。
(Rich Lean-Shift/AMP开关在ModeA模式下无作用)。
具体操作时，将模式选择开关设置到Sim On档，根据需要调整相应的劣化系数，得到有效的氧传感器失效信号
ModeA模式：
(1)Cup/Cdn模式，调整拨码开关Cup/Amp和Cdn/Offset为999，此时输出波形与输出波形一致，失效模拟器不对输出信号进行处理，直接输出给ECU。
(2)Cup/Cdn模式，调整拨码开关Cup/Amp为所需的劣化值，Cdn/Offset为999，此时输出波形改变了氧传感器由稀到浓的响应时间，输出给ECU。
(3)Cup/Cdn模式，调整拨码开关Cup/Amp为999，Cdn/Offset为所需的劣化值，此时输出波形改变了氧传感器由浓到稀的响应时间，输出给ECU。
(4)Cup/Cdn模式，调整拨码开关CCup/Amp所需的劣化值，Cdn/Offset所需的劣化值，此时输出波形改变了氧传感器由稀到浓的响应时间和由浓到稀的响应时间，输出给ECU。
(5)Offset Up模式，调整拨码开关CCup/Amp为所需信号幅值，Cdn/Offset为信号正向偏移量，输出给ECU。
(6)Offset Dn模式，调整拨码开关CCup/Amp为所需信号幅值，Cdn/Offset为信号负向偏移量，输出给ECU。
ModeB模式：
(1)Cup/Cdn、Rich/Lean-Shift模式，调整拨码开关Cup/Amp和Cdn/Offset为999，此时输出波形与输出波形一致，失效模拟器不对输出信号进行处理，直接输出给ECU。
(2)Cup/Cdn、Rich/Lean-Shift模式，调整拨码开关Cup/Amp为需要劣化的时间值(0～999ms)，Cdn/Offset为999，此时输出的波形改变了氧传感器由稀到浓的响应时间，输出给ECU。
(3)Cup/Cdn、Rich/Lean-Shift模式，调整拨码开关Cup/Amp为999，Cdn/Offset为需要劣化的时间值(0～999ms)，此时输出的波形改变了氧传感器由浓到稀的响应时间，输出给ECU。
(4)Cup/Cdn、Rich/Lean-Shift模式，调整拨码开关Cup/Amp和Cdn/Offset所需要劣化的时间值(0～999ms)，此时输出波形改变了氧传感器由稀到浓的响应时间和由浓到稀的响应时间，输出给ECU。
(5)Cup/Cdn、Amp模式，调整拨码开关Cup/Amp为所需的幅值正向偏移值，Cdn/Offset为999，此时输出的波形正向改变了氧传感器输出的最大幅值，输出给ECU。
(6)Cup/Cdn、Amp模式，调整拨码开关Cup/Amp为999，Cdn/Offse为所需的幅值负向偏移值t，此时输出的波形负向改变了氧传感器输出的最大幅值，输出给ECU。
(7)Offset Up模式，调整拨码开关Cup/Amp为所需信号幅值，Cdn/Offset为信号正向偏移量，输出给。
(8)Offset Dn模式，调整拨码开关CCup/Amp为所需信号幅值，Cdn/Offset为信号负向偏移量，输出给ECU。
Claims (3)
1.一种氧传感器失效模拟器，包括通信模块、数据采集模块以及数据处理模块，所述数据采集模块采集氧传感器的信号并传送至所述数据处理模块，所述通信模块通过接收命令对数据处理模块进行控制，其特征在于：所述通信模块采集计算机下传的命令，根据命令设置劣化参数、传输数据和存储配置，当控制命令为CMD1类型时，接收数据为劣化参数，所述数据处理模块根据劣化参数对输入的信号进行劣化；当控制命令为CMD2类型时，接收数据为数据上传，将所述数据采集模块所采集的输入波形以及数据处理模块的输出波形通过SCI总线实时上传至计算机；当控制命令为CMD3类型时，接收数据为存储配置，将配置的劣化参数存储至本地FLASH中；所述数据处理模块对输入信号进行劣化过程分为两种模式，其中，
MODE A为：输入信号为正弦波，将当前采集到的信号A与上一个采样周期的信号数据B进行比较，如果A＞B，则按照设定的劣化系数对信号进行放大，如果A＜B，则按照设定的劣化系数对信号进行衰减，该模式下能够通过改变信号幅值，同时使信号向负向偏移，或通过改变信号幅值，同时使信号向正向偏移，以模拟氧传感器信号线对地短路、信号线对电源短路以及氧传感器加热器故障；
MODE B为：输入信号为方波，将当前采集的信号A与设定的基准电压值V进行比较，如果A＞V，则延迟设定劣化时间后输出高电平信号；如果A＜V，则延迟设定劣化时间后输出低电平信号，该模式下能够模拟氧传感器信号响应滞后故障。
2.根据权利要求1所述的氧传感器失效模拟器，其特征在于还包括中断服务模块。
3.一种氧传感器失效模拟方法，包括以下步骤：(A)数据采集模块采集氧传感器信号，并将采集信号传送至数据处理模块；
(B)通过通信模块设置劣化参数、传输数据和存储配置，当控制命令为CMD1类型时，接收数据为劣化参数，所述数据处理模块根据劣化参数对输入的信号进行劣化；当控制命令为CMD2类型时，接收数据为数据上传，将所述数据采集模块所采集的输入波形以及数据处理模块的输出波形通过SCI总线实时上传至计算机；当控制命令为CMD3类型时，接收数据为存储配置，将配置的劣化参数存储至本地FLASH中；
其中，根据控制命令所述劣化过程分为两种模式：
MODE A：输入信号为正弦波，将当前采集到的信号A与上一个采样周期的信号数据B进行比较，如果A＞B，则按照设定的劣化系数对信号进行放大，如果A＜B，则按照设定的劣化系数对信号进行衰减，该模式下能够通过改变信号幅值，同时使信号向负向偏移，或通过改变信号幅值，同时使信号向正向偏移，以模拟氧传感器信号线对地短路、信号线对电源短路以及氧传感器加热器故障；
MODE B：输入信号为方波，将当前采集的信号A与设定的基准电压值V进行比较，如果A＞V，则延迟设定劣化时间后输出高电平信号；如果A＜V，则延迟设定劣化时间后输出低电平信号，该模式下能够模拟氧传感器信号响应滞后故障。
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