CN110018216B - 用于运行用于验证测量气体中具有结合的氧的测量气体成分的份额的至少三个传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于运行至少三个传感器(12，14，16)的方法，所述至少三个传感器用于验证测量气体中具有结合的氧的测量气体成分的至少一个份额。所述方法包括：将所述三个传感器(12，14，16)与供电电压源(18)连接；借助CAN线路(30)将所述三个传感器(12，14，16)与控制设备(20)连接；向所述三个传感器(12，14，16)请求关于施加在所述三个传感器(12，14，16)上的供电电压的信息；并且基于所述信息确定所述三个传感器(12，14，16)相对于所述供电电压源(18)的安装位置。

Description

用于运行用于验证测量气体中具有结合的氧的测量气体成分的份额的至少三个传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行至少三个传感器的方法，所述至少三个传感器用于验证测量气体中具有结合的氧的测量气体成分的至少一个份额。本发明还涉及一种计算机程序、一种电子存储介质、一种电子控制设备以及一种传感器系统。
背景技术
由现有技术已知多种方法和传感器，所述方法和所述传感器用于在存在氧分子时，通过检测通过具有结合的氧的测量气体成分的还原而产生的氧的份额来验证气体混合物(尤其内燃机的废气)中具有结合的氧的测量气体成分的至少一个份额。
EP 0 769 693A1公开一种方法和一种NOx传感器，所述方法和所述NOx传感器用于在氧分子尤其通过借助适用此目的的催化器对氮氧化物NOx进行还原而出现时通过检测氧的份额来验证气体混合物中具有结合的氧的测量气体成分的至少一个份额。其中所述的传感器包括施加在第一空腔上的第一泵单元，该第一空腔与测量空间连接，其中，第一泵单元用于从第一空腔输送氧，由此在第一空腔中产生较小的氧分压。此外，该传感器包括参考单元，该参考单元施加在参考气体室上并且用于从第二空腔如此输送氧，使得可以如此调节第二空腔中的气氛中的氧分压，使得该氧分压具有基本上不妨碍对测量气体成分的份额的检测。最后，该传感器包括施加在第二空腔上的第二泵单元，其中，施加在第二空腔上的电极尤其通过为此而引入电极中的催化器设置用于还原或消解引入到第二空腔中的气氛中的、具有结合的氧(优选氮氧化物NOx)的测量气体成分。借助第二泵浦流，将通过对第二空腔中的气体成分进行还原或消解而产生的氧(所述氧优选来源于氮氧化物NOx的还原)输送到参考气体室中并且借助第二泵电流所调节到的值来验证该氧的份额。以所描述的方式，可以借助至少三个彼此相继布置的泵单元的级联来确定测量气体室中的气体混合物中的氮氧化物NOx的份额，该气体混合物除了氮氧化物NOx以外还包括氧。
与氧传感器(例如λ传感器)类似，目前在汽车技术中使用的氮氧化物传感器(＝NOx传感器)按照极限电流原理工作。在此，借助电化学电池(所谓的O2电池)将氧从第一空腔中移除，该第一空腔通过扩散阻挡物与废气连接。然后，由此产生的泵浦电流与测量气体流或废气流中的周围环境空气的氧含量成比例。NOx传感器具有一个另外的电池(所谓的NOx电池)，该另外的电池与泵出氮氧化物的第一内部空腔连接。为此，NOx传感器具有NOx电极和NOx对应电极，所述NOx电极与NOx对应电极通过固体电解质连接。传感器元件中的NOx对应电极(NOCE)也称为IP2。NOx对应电极与用于操控NOx电池的集成电路之间的电连接称为IP2线路。在此引起的泵浦流IP2是测量气体流或废气流中的周围环境空气的NOx浓度的量度。在这种装置中，重要的是不在氧电池处泵出氮氧化物，因为否则在NOx电池处不再能测量信号。这通过O2电池的金掺杂来实现。附加地，O2电池仅允许在低泵压下运行，否则NOx分子将会再次解离。
在日益严格的排放极限值和车载诊断极限值的过程中，将来在排气系统中将会增加使用更多数量的至少两个NOx传感器。目前，标准情况是在机动车中设有1-2个NOx传感器。这通常如此实现，使得所有的NOx传感器在相同的CAN总线上运行。重要的是可以区分CAN总线上的传感器，以便例如将露点端部(Taupunkt-Ende)的消息发送到正确的传感器上，并且将传感器信号纳入正确的计算中。因此，传感器在排气系统的上游需要与排气系统下游不同的CAN标识符(CAN-ID)。
此外，在使用两个传感器时，需要自动地自识别传感器的安装位置。这通过对传感器控制单元的AK2插头上的第5引脚(CAN-ID开关)的占用来实现，该AK2插头与电子控制单元的插头连接。取决于该插头引脚是开路的(未施加电压)还是置于定义的电位(例如0V)上，传感器识别出其安装在上游还是下游。相应地，这些传感器中的每个都在不同的CAN-ID上发送信号。所分配的CAN-ID作为能够后续调用的信息存储在传感器控制单元的永久性存储器中。在下次重新启动传感器时调用这些信息。对传感器的上游安装位置与下游安装位置进行区分的这种方式的优点在于，可以使用两个相同的传感器，而这两个传感器仅通过车辆线缆束中的插头编码进行区分。这不仅在传感器的制造中、而且也在传感器的操作中具有如下优点：可以使用同一类型部件号并且因此产生较少的区分开销和分类开销。而且在车间中和在维修时也具有这种优点。
尽管由现有技术已知的传感器和用于运行所述传感器的方法具有所述优点，但是这些传感器和方法仍具有改善潜力。对系统中的两个NOx传感器的上游安装位置与下游安装位置之间的区分是当前广泛使用的标准，但是该标准难以转到三个或更多的NOx传感器上。用于借助电子装置通过传感器控制设备的其他部件(尤其第六个引脚)进行区分的变型方案昂贵得多。在使用三个NOx传感器情况下的当前考虑倾向于给第三NOx传感器分配一个固定的标识符。然而，这具有以下缺点：该传感器包含单独的类型部件号，这增加了变型多样性并且使操作变得困难。因此，这产生了用于额外引脚和额外线缆的成本。给三个传感器分配安装位置的另一可能性是：给第五个引脚分配三个电位。然而，这需要电路上的其他部件并且因此增加了制造成本。
发明内容
因此，提出一种用于运行至少三个传感器的方法，所述三个传感器用于验证测量气体中具有结合的氧的测量气体成分的至少一个份额，该方法可以至少在很大程度上避免用于运行这些传感器的已知方法的缺点，并且借助该方法可以通过分配不同的CAN-ID而在驱动系统中安装并且运行三个NOx传感器。
根据本发明的用于运行用于验证测量气体中具有结合的氧的测量气体成分的至少一个份额的至少三个传感器的方法包括：将三个传感器与供电电压源连接，借助CAN线路将所述三个传感器与控制设备连接，向所述三个传感器请求关于施加在所述三个传感器上的供电电压的信息，并且基于所述信息确定所述三个传感器相对于供电电压源的安装位置。
通过本发明，可以省去传感器电子装置(SCU)上的额外电路、额外引脚和额外线缆，并且可以自动地分配三个不同的安装位置。传感器电子装置借助脉宽调制调节接通传感器探测器上的加热元件。由此，大电流流过传感器的供电线缆。然后，由于线缆电阻，在线缆上下降电压的一部分。电压降在前面的安装位置处最小，因为线缆在此由于靠近供电电压源(例如电池)而最短。然后，电压降在后面的安装位置处最大。传感器电子装置已经具有用于测量供电电压的电路，该电路被需要用于诊断目的。本发明的核心在于：传感器电子装置通过与排气系统中的其他NOx传感器的CAN进行通信来比较供电电压。
在一种扩展方案中，在电流流过加热器期间，传感器相对于供电电压源的安装位置被确定得越远，则所施加的供电电压越小。因为所有传感器电子装置均由相同的供电电压源供电，所以测量到最小电压的传感器电子装置安装在最后面的安装位置上，并且测量到最大电压的传感器电子装置安装在最前面的安装位置上。
在一种扩展方案中，该方法还包括：在三个传感器中的一个传感器接通的情况下，借助控制设备执行CAN标识符检查：该传感器是否具有所分配的CAN标识符。因此在每次接通传感器时，通过软件检查该传感器是否具有所分配的CAN-ID。因此，这可以防止错误地分配传感器。
在一种扩展方案中，如果CAN标识符检查得出该传感器具有所分配的CAN标识符，则使该传感器开始运行，其中，如果CAN标识符检查得出该传感器不具有所分配的CAN标识符，则执行CAN信号检查：是否在预确定的CAN标识符上发送其他传感器的信号。如果传感器确实具有已经分配的CAN标识符，则该传感器可以完全正常地开始其运行并且在已知的CAN-ID上进行发送。如果该传感器还不具有固定的CAN-ID，则在确定的CAN-ID上进行接收。检查：是否在该CAN-ID上已经发送了其他传感器的信号。
在一种扩展方案中，如果CAN信号检查得出在预确定的CAN标识符上未发送其他传感器的信号，则该传感器将CAN指令发送给其他传感器，以便在预确定的CAN标识符上将关于施加在其他传感器上的供电电压的信息传输给控制设备。如果没有接收到信号，则该传感器发送CAN消息，以便请求所有其他传感器在该CAN-ID上传输其电压值。
在一种扩展方案中，如果CAN信号检查得出在预确定的CAN标识符上发送了其他传感器的信号，则在预确定的CAN标识符上将关于施加在其他传感器上的供电电压的信息传输给控制设备。因此，每个传感器都在预确定的CAN标识符上接收其他传感器的供电电压。
在一种扩展方案中，在预确定的CAN标识符上将关于施加在其他传感器上的供电电压的信息传输给控制设备传输之后，所述传感器接收关于施加在其他传感器上的供电电压的信息。从而所述传感器相互交换关于施加在这些传感器上的供电电压的信息。
在一种扩展方案中，传感器中的每个基于所接收的关于施加在其他传感器上的供电电压的信息来设置CAN安装位置标识符，该CAN安装位置标识符说明相对于供电电压源的安装位置。因为每个传感器都知道其自身的供电电压，所以每个传感器都可以按照供电电压大小的顺序来给其位置排序并且因此自身确定所属的CAN-ID。
在一种扩展方案中，所述三个传感器分别具有带有电阻的加热元件，其中，基于关于施加在传感器上的供电电压的信息来对三个传感器相对于供电电压源的安装位置的确定考虑到加热元件的电阻。供电线缆上的电压降也取决于流过加热元件的电流。该电流取决于加热元件的电阻。该电阻经受制造公差所引起的发散(Fertigungsstreuung)。通过测量加热器电流可以改善所述方法的分辨率，在该加热器电流中排除了加热元件的电阻影响。
在一种扩展方案中，三个传感器中的每个在安装之前具有预确定的标识符，其中，借助控制设备删除预确定的标识符。因此，一种可能的实现方式是：给每个传感器提供一个预先确定的ID。但是这也可以通过(马达)控制设备的指令被重置。因此，在仅需要一个传感器或多个传感器的汽车中例如可以安装相同类型部件号的传感器。仅运行一个NOx传感器的汽车不发送该指令。
此外，设置一种计算机程序，该计算机程序设置用于执行根据本发明的方法的每个步骤。
此外，提出一种电子存储器介质，在该电子存储器介质上存储有用于执行根据本发明的方法的计算机程序。
此外，本发明包括一种电子控制设备，该电子控制设备包括根据本发明的电子存储器介质，该电子存储器介质具有所提及的用于执行根据本发明的方法的计算机程序。
最后，本发明也涉及一种传感器系统，该传感器系统包括：至少三个传感器、供电电压源和这种电子控制设备，所述至少三个传感器用于验证测量气体中的具有结合的氧的测量气体成分的至少一个份额。所述三个传感器与供电电压源连接，其中，所述三个传感器借助CAN线路与控制设备连接。
本发明可以代替目前通过额外引脚的实现方式，或者可以附加于该实施方式来使用本发明。
在本发明的范畴内，“CAN线路”可以理解为CAN总线(CAN——控制器局域网络)的线路。CAN总线是串行总线系统并且属于现场总线。总线是用于通过共同的传输路径在多个参与者之间进行数据传输的系统。在总线系统中，所有部件通过短支线(Stichleitung)连接到共同的数据线路上。由此使用于布线的成本最小化，并且可以容易地连接附加部件。如果在两个参与者之间进行数据传输，则其余参与者必须沉默，否则这些参与者将会彼此干扰。在CAN总线中进行传输数据时不寻址节点，而消息的内容通过唯一明确的标识符(也称为CAN辨识符)表征。除了内容标记以外，辨识符还确定消息的优先级。
在本发明的范畴内，“固体电解质”应理解为具有电解特性(即具有离子传导特性)的主体或物体。这尤其可以涉及陶瓷固体电解质。这也包括固体电解质的原材料并且因此包括作为所谓的生坯或褐变的形成，其在烧结后才变成固体电解质。该固体电解质尤其可以构造为固体电解质层或者由多个固体电解质层构成。在本发明的范畴内，“层”应理解为呈一定高度面式延伸的整体质量，该整体质量处于其他元件上方、下方或之间。
在本发明的范畴内，“电极”通常应理解为如下元件：该元件能够如此接通固体电解质，使得可以使电流保持流过固体电解质和电极。相应地，电极可以包括如下元件：在该元件上，离子可以结合到固体电解质中和/或从固体电解质中分离。通常，电极包括贵金属电极，该贵金属电极例如可以作为金属-陶瓷电极被施加在固体电解质上，或者可以以其他的方式与固体电解质连接。常见的电极材料是铂-金属陶瓷电极。然而原则上也能够使用其他贵金属(例如金或钯)。
在本发明的范畴内，“加热元件”应理解为如下元件：该元件用于将固体电解质和电极至少加热到其功能温度上并且优选加热到其运行温度上。功能温度是如下温度：从该温度起，固体电解质对于离子导电并且该温度大约是350℃。运行温度与功能温度的区别在于，运行温度是如下温度：传感器元件通常在该温度下运行，并且该温度高于功能温度。运行温度例如可以是700℃至950℃。加热元件可以包括加热区域以及至少一个馈电导轨。在本发明的范畴内，“加热区域”应理解为加热元件的如下区域：该区域在层结构中沿着垂直于传感器元件表面的方向与电极重叠。通常，加热区域在运行期间比馈电导轨更强烈地发热，使得所述加热区域与馈电导轨是能够被区分的。例如可以通过如下实现不同的加热：加热区域具有比馈电导轨更大的电阻。加热区域和/或馈电导轨例如构造成电阻导轨并且通过施加电压而发热。该加热元件例如可以由铂-金属陶瓷制成。本发明可以直接通过如下方面而被证明是有利的：直至启动传感器之后达到的运行准备就绪的等待时间被缩短。可以在馈电导轨上测量相应的电位。如果通过更换供电线缆而实现标识符的更换，则可以很好地证明本发明是有利的。
附图说明
本发明的其他可选的细节和特征由优选的实施例的以下描述得出，所述优选实施例在附图中示意性示出。
附图示出：
图1示出根据本发明的传感器系统的原理性结构；
图2示出根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的传感器系统10的原理性结构。传感器系统10包括至少三个传感器12、14、16，供电电压源18和电子控制设备20。传感器12、14、16构造用于验证测量气体(例如内燃机的废气)中的具有结合的氧(以下例如称为氮氧化物NOx)的测量气体成分的至少一个份额。在下文中，三个传感器12、14、16也称为第一传感器12、第二传感器14和第三传感器16，但没有给这些传感器赋予确定的权重或意义，而是仅仅在概念上区分这些传感器。传感器12、14、16示例性地布置在未进一步示出的内燃机(例如机动车的内燃机)的排气系统22中。三个传感器12、14、16分别通过线路24、26、28与供电电压源18连接。供电电压源18例如是机动车的电池。三个传感器12、14、16借助CAN线路30与控制设备20连接。如图1所示的那样，传感器12、14、16以相对于供电电压源18不同的距离布置。因此，第一传感器12以相对于供电电压源18的第一距离32布置，第二传感器14以相对于供电电压源18的第二距离34布置，并且第三传感器16以相对于供电电压源18的第三距离36布置。在所示出的实施例中，根据供电电压源18至传感器12、14、16的线路24、26、28的线缆长度来确定距离32、34、36。第三传感器16的第三距离36最大，并且第一传感器12的第一距离32最小。距离32、34、36定义传感器12、14、16相对于供电电压源18的安装位置。
图2示出根据本发明的用于运行至少三个传感器12、14、16的方法的流程图。如在下文中更详细地阐述的那样，该方法原则上包括：将三个传感器12，14，16与供电电压源18连接，借助CAN线路30将三个传感器12、14、16与控制设备20连接，向三个传感器12、14、16请求关于施加在三个传感器12、14、16上的供电电压的信息，并且基于所述信息确定三个传感器12、14、16相对于供电电压源18的安装位置。在此，三个传感器12、14、16相对于供电电压源18的安装位置被确定得越远，则在负载和电流流动下所施加的供电电压越小。因此，线路24上的电压降越大，则相应的线路24、26、28越长。相应地，在线缆长度最大的情况下存在最大的电压降，使得在线缆端部上施加最小的供电电压。
在步骤S10中，接通三个传感器12、14、16中的一个传感器——例如第一传感器12。在步骤S12中，在接通三个传感器12、14、16中的一个传感器12时，借助控制设备20执行CAN标识符检查。在此检查：传感器12是否具有已经分配的CAN标识符。如果步骤S12中的CAN标识符检查得出传感器12具有已经分配的CAN标识符，则转到步骤S14并且使该传感器12开始正常运行。如果步骤S12中的CAN标识符检查得出传感器12不具有所分配的CAN标识符，则转到步骤S16。在步骤S16中，执行CAN信号检查。在此检查，是否在预确定的CAN标识符(例如CAN-ID A)上发送了其他传感器14、16的信号。如果步骤S16中的CAN信号检查得出在预确定的CAN标识符CAN-ID A上未发送其他传感器14、16的信号，则转到步骤S18。在步骤S18中，传感器12将CAN指令发送给其他传感器14、16，以便在预确定的CAN标识符CAN-ID A上将关于施加在其他传感器14、16上的供电电压的信息传输给控制设备20。因此，由传感器12将用于重置CAN-ID的CAN消息传输给所有传感器14、16。接下来返回步骤S12。
在预确定的CAN标识符CAN-ID A上将关于施加在其他传感器12、14、16上的供电电压的信息传输给控制设备20之后，在步骤S20中，传感器12、14、16接收关于施加在其他传感器12、14、16上的供电电压的信息。在CAN-ID A上，例如由第一传感器12发送值13.20V，第二传感器14发送值12.51V，并且第三传感器16发送值12.76V。在步骤S22中，传感器12、14、16按照所接收的值的顺序来给所施加的供电电压的自身值排序。在步骤S24中，传感器12、14、16中的每个基于所接收的关于施加在其他传感器12、14、16上的供电电压的信息来设置CAN安装位置标识符，该CAN安装位置标识符说明相对于供电电压源18的安装位置。因为每个传感器12、14、16知道其自身的供电电压，所以该传感器按照供电电压的大小的顺序来对其位置进行排序，并且因此自身确定所属的CAN-ID。第一传感器12例如设置CAN-ID 1，该CAN-ID1说明至供电电压源18的最小距离，第二传感器14设置的CAN-ID 2，该CAN-ID 2说明至供电电压源18的中等距离，并且第三传感器16设置CAN-ID 3，该CAN-ID 3说明至供电电压源18的最长距离。
该方法可以按照如下方式进行修改。三个传感器12、14、16分别具有带有电阻的加热元件。基于关于施加在传感器上的供电电压的信息对三个传感器12、14、16相对于供电电压源的安装位置的确定考虑到加热元件的电阻。替代地或附加地，三个传感器12、14、16中的每个可以在安装之前具有预确定的标识符，随后借助控制设备删除该标识符。

Claims (12)

1.一种用于运行至少三个传感器(12，14，16)的方法，所述至少三个传感器用于验证测量气体中具有结合的氧的测量气体成分的至少一个份额，所述方法包括：
将所述三个传感器(12，14，16)与供电电压源(18)连接；
借助CAN线路(30)将所述三个传感器(12，14，16)与电子控制设备(20)连接；
向所述三个传感器(12，14，16)请求关于施加在所述三个传感器(12，14，16)上的供电电压的信息；
基于所述信息确定所述三个传感器(12，14，16)相对于所述供电电压源(18)的安装位置；
其中，所述三个传感器(12，14，16)相对于所述供电电压源(18)的安装位置被确定得越远，则在电流流动下所施加的供电电压越小。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：在所述三个传感器(12，14，16)中的一个传感器(12)接通的情况下，借助所述电子控制设备(20)执行CAN标识符检查：所接通的传感器(12)是否具有所分配的CAN标识符。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所述CAN标识符检查得出所接通的传感器(12)具有所分配的CAN标识符，则使所接通的传感器(12)开始运行，其中，如果所述CAN标识符检查得出所接通的传感器(12)不具有所分配的CAN标识符，则执行CAN信号检查：是否在预确定的CAN标识符上发送了其他的传感器(14，16)的信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，如果所述CAN信号检查得出在预确定的CAN标识符上未发送所述其他的传感器(14，16)的信号，则所接通的传感器(12)将CAN指令发送给所述其他的传感器(14，16)，以便在所述预确定的CAN标识符上将关于施加在所述其他的传感器(14，16)上的供电电压的信息传输给所述电子控制设备(20)。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，如果所述CAN信号检查得出在所述预确定的CAN标识符上发送所述其他的传感器(14，16)的信号，则在所述预确定的CAN标识符上将关于施加在所述其他的传感器(14，16)上的供电电压的信息传输给所述电子控制设备(20)。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，在所述预确定的CAN标识符上将关于施加在所述其他的传感器(14，16)上的供电电压的信息传输给所述电子控制设备(20)之后，所述三个传感器(12，14，16)中每个接收关于施加在其他两个传感器上的供电电压的信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述三个传感器(12，14，16)中的每个基于所接收的关于施加在其他两个传感器上的供电电压的信息来设置CAN安装位置标识符，所述CAN安装位置标识符说明相对于所述供电电压源(18)的安装位置。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述三个传感器(12，14，16)分别具有带有电阻的加热元件，其中，基于关于施加在所述三个传感器(12，14，16)上的供电电压的信息对所述三个传感器(12，14，16)相对于所述供电电压源(18)的安装位置的确定考虑到所述加热元件的电阻。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述三个传感器(12，14，16)中的每个在安装之前分别具有预确定的标识符，其中，借助所述电子控制设备(20)删除所述预确定的标识符。
10.一种电子存储器介质，在所述电子存储器介质上存储有计算机程序，所述计算机程序设置用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的每个步骤。
11.一种电子控制设备(20)，所述电子控制设备包括根据权利要求10所述的电子存储器介质。
12.一种传感器系统，所述传感器系统包括至少三个传感器(12，14，16)、供电电压源(18)和根据权利要求11所述的电子控制设备(20)，所述至少三个传感器用于验证测量气体中具有结合的氧的测量气体成分的至少一个份额，其中，所述三个传感器(12，14，16)与所述供电电压源(18)连接，其中，所述三个传感器(12，14，16)借助所述CAN线路(30)与所述电子控制设备(20)连接。
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