CN113237931B - 一种氮氧传感器的自学习测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氮氧传感器的自学习测量方法，涉及传感器技术领域。该方法包括：在氮氧传感器的扩散障没有堵塞的情况下，获取氮氧传感器的修正常数；在检测到发动机停机后的预设时间段内，在判定空气正常吹至氮氧传感器的情况下，记录氮氧传感器的测量值；基于修正常数和测量值，对预设关系进行修正，以获得氮氧浓度修正关系；在利用氮氧传感器测量车辆的发动机排气中的氮氧浓度时，氮氧传感器基于氮氧浓度修正关系来输出氮氧浓度测量值。该测量方法利用尿素喷射系统在发动机停机后吹气，氮氧传感器仍适时采集排气管里气体信号，实现数据公式修正，从而提高氮氧测量值的准确性。

Description

一种氮氧传感器的自学习测量方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种氮氧传感器的自学习测量方法。

背景技术

柴油车尾气成分中颗粒物比汽油车多，当排气进入氮氧传感器感应探头后，依次经过多个扩散通道并流入对应的腔室中，以进行泵氧测量。由于扩散障是由许多微孔(孔隙率)构成或者是通过狭小的细缝扩散气体，气体中的颗粒物容易导致扩散障堵塞，也称之为积碳堵塞。积碳发生以后，气体扩散速度会变慢，泵氧电流抽取废气中的氧的阻力会变大，因而泵氧电流会变大，导致氮氧测量值变大而不准确，严重时OBD监测系统会报警使车辆不能正常行驶。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种氮氧传感器的自学习测量方法，以解决在氮氧传感器发生积碳堵塞时准确测量排气中的氮氧浓度的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种氮氧传感器的自学习测量方法，用于测量车辆的发动机排气中的氮氧浓度，该方法包括：

在氮氧传感器的扩散障没有堵塞的情况下，获取氮氧传感器的修正常数DEL，修正常数DEL用于表示氮氧传感器本身测量自带的误差的修正值；

在检测到发动机停机后的预设时间段内，通过氮氧传感器测量氧气浓度，并且根据所测量的氧气浓度判断空气是否正常吹至氮氧传感器，

在判定空气正常吹至氮氧传感器的情况下，在预设时间段内，记录氮氧传感器对于排气中的氮氧浓度的测量值NOx；

基于修正常数DEL和测量值NOx，对预设关系进行修正，以获得氮氧浓度修正关系，并且将氮氧浓度修正关系存储在氮氧传感器中，预设关系用于表示氮氧传感器测量到的氮氧浓度与氮氧传感器的泵氧电流之间的预设关系，预设关系预先存储在氮氧传感器中，氮氧浓度修正关系用于表示氮氧传感器测量到的氮氧浓度与氮氧传感器的泵氧电流之间的经修正的关系；

在利用氮氧传感器测量车辆的发动机排气中的氮氧浓度时，氮氧传感器基于氮氧浓度修正关系来输出氮氧浓度测量值。

可选地，所述在氮氧传感器的扩散障没有堵塞的情况下，获取氮氧传感器的修正常数，包括：

在氮氧传感器的扩散障没有堵塞的情况下，在氮氧传感器检测到发动机停机时，记录此时氮氧传感器对于排气中的氮氧浓度的测量值NO1，并且将DEL＝NO1-Ref作为氮氧传感器的修正常数，其中Ref表示实际吹气空气中的氮氧浓度，并且Ref＝5ppm。

可选地，在车辆的发动机在第一次停机后，记录此时氮氧传感器对于排气中的氮氧浓度的测量值，并且将此时的测量值作为测量值NO1。

可选地，所述基于修正常数DEL和测量值NOx，对预设关系进行修正，以获得氮氧浓度修正关系，并且将氮氧浓度修正关系存储在氮氧传感器中，包括：

预设关系为：NO＝K*Ip2+C，其中NO表示氮氧浓度测量值，K和C均是针对氮氧传感器预先标定的常数值，Ip2为氮氧传感器所获取的泵氧电流值；

采用C'＝C-(NOx-Ref)+DEL对预设关系进行修正，以获得如下氮氧浓度修正关系，并且将如下氮氧浓度修正关系存储在氮氧传感器中：

NO'＝K*Ip2+C-(NOx-Ref)+DEL，

其中NO'表示经修正的氮氧浓度测量值。

可选地，在将氮氧浓度修正关系存储在氮氧传感器中时，如果氮氧传感器已经存储有之前获得的氮氧浓度修正关系，则用新获得的氮氧浓度修正关系替换掉之前已经存储的氮氧浓度修正关系。

可选地，所述在检测到发动机停机后的预设时间段内，通过氮氧传感器测量氧气浓度，并且根据所测量的氧气浓度判断空气是否正常吹至所述氮氧传感器，包括：

在检测到发动机停机后的预设时间段内，通过氮氧传感器测量氧气浓度，

在确定氧气浓度在20％至21.5％之间时，判定空气正常吹至氮氧传感器，否则，判定空气未正常吹至氮氧传感器。

可选地，在判定空气未正常吹至氮氧传感器的情况下，在利用氮氧传感器测量车辆的发动机排气中的氮氧浓度时，氮氧传感器基于之前已经存储的氮氧浓度修正关系来输出氮氧浓度测量值。

可选地，预设时间段表示：在车辆的发动机停机后，从车辆的尿素喷射系统吹气开始时起至吹气持续的t秒内，10<t<40。

可选地，t＝30。

可选地，氮氧传感器通过从车辆的CAN总线中获取发动机的转速数据来检测发动机是否停机。

本发明的有益效果包括：

本发明提供的自学习测量方法包括：在氮氧传感器的扩散障没有堵塞的情况下，获取氮氧传感器的修正常数DEL，修正常数DEL用于表示氮氧传感器本身测量自带的误差的修正值；在检测到发动机停机后的预设时间段内，通过氮氧传感器测量氧气浓度，并且根据所测量的氧气浓度判断空气是否正常吹至氮氧传感器，在判定空气正常吹至氮氧传感器的情况下，在预设时间段内，记录氮氧传感器对于排气中的氮氧浓度的测量值NOx；基于修正常数DEL和测量值NOx，对预设关系进行修正，以获得氮氧浓度修正关系，并且将氮氧浓度修正关系存储在氮氧传感器中，预设关系用于表示氮氧传感器测量到的氮氧浓度与氮氧传感器的泵氧电流之间的预设关系，预设关系预先存储在氮氧传感器中，氮氧浓度修正关系用于表示氮氧传感器测量到的氮氧浓度与氮氧传感器的泵氧电流之间的经修正的关系；在利用氮氧传感器测量车辆的发动机排气中的氮氧浓度时，氮氧传感器基于氮氧浓度修正关系来输出氮氧浓度测量值。该测量方法能够实现自学习并纠正测量值的功能，利用尿素喷射系统(SCR)在发动机停机后吹气，氮氧传感器仍然适时采集排气管里气体信号，实现数据公式修正，从而提高氮氧测量值的准确性，避免用户维修，为用户节约了使用成本，提高了整车质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了氮氧传感器陶瓷芯片的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的氮氧传感器的自学习测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

柴油车尾气成分中颗粒物比汽油车多，当排气进入氮氧传感器感应探头后，依次经过多个扩散通道并流入对应的腔室中，以进行泵氧测量。由于扩散障是由许多微孔(孔隙率)构成或者是通过狭小的细缝扩散气体，气体中的颗粒物容易导致扩散障堵塞，也称之为积碳堵塞。积碳发生以后，气体扩散速度会变慢，泵氧电流抽取废气中的氧的阻力会变大，因而泵氧电流会变大，导致氮氧测量值变大而不准确，严重时OBD监测系统会报警使车辆不能正常行驶。为此，本发明提供一种氮氧传感器的自学习测量方法，以解决在氮氧传感器发生积碳堵塞时准确测量排气中的氮氧浓度的问题。

图1示出了氮氧传感器陶瓷芯片的结构示意图；如图1所示，氮氧传感器的陶瓷芯片包括从上至下依次层叠的6层氧化锆陶瓷层(ZrO₂-1、ZrO₂-2、ZrO₂-3、ZrO₂-4、ZrO₂-5、ZrO₂-6)，在ZrO₂-5与ZrO₂-6之间设置有加热器1，ZrO₂-2中设置有第一腔室2，第一腔室2的左侧是第一扩散障3，第一腔室2上侧设置有主泵电极4，ZrO₂-1上设置有公共电极5，ZrO₂-2中并且在第一腔室2的右侧设置有第二扩散障6，第二扩散障6右侧为第二腔室9，第二腔室9的上侧分别设置有辅助电极7和测量电极8，第二腔室9的下侧设置有钳位电极10，在ZrO₂-4层的右侧设置有参考氧腔室12，参考氧腔室12上侧设置有参考电极11。

在传感器工作时，尾气依次从第一扩散障3、第二扩散障6依次进入第一腔室2和第二腔室9，陶瓷芯片里的泵氧电极不断泵出腔室里的氧气，并将尾气的浓度值以电流的形式反馈到控制器电控单元中(Ip0表示氧电流；Ip2表示氮氧电流；Ip1是调整电流不输出)；电控单元同时控制传感器探头的加热温度(通过加热器1来进行加热)，并经过一系列信号调理，最后计算确定测量第二腔室9中Nox浓度以及氧气浓度。在车辆中使用时，电控单元通过CAN总线与整车控制中心通讯，将Nox及O2的浓度实时发送给汽车CAN总线，国六前氮氧为SCR喷射量提供依据，以减少Nox的排放。此外，国六后氮氧的信号被OBD系统读写然后判断排放是否合格；后氮氧与前氮氧形成闭环控制。

由于扩散障是由许多微孔(孔隙率)构成或者是通过狭小的细缝扩散气体，气体中的颗粒物容易导致扩散障堵塞，也称之为积碳堵塞。积碳发生以后，气体扩散速度会变慢，泵氧电流抽取废气中的氧的阻力会变大，因而泵氧电流会变大，导致氮氧测量值变大而不准确，严重时OBD监测系统会报警使车辆不能正常行驶。为此，本发明提供一种氮氧传感器的自学习测量方法，以解决在氮氧传感器发生积碳堵塞时准确测量排气中的氮氧浓度的问题。

图2示出了本发明实施例提供的氮氧传感器的自学习测量方法的流程示意图。本发明实施例提供的自学习测量方法用于测量车辆的发动机排气中的氮氧浓度。如图2所示，该方法包括：

S201：在氮氧传感器的扩散障没有堵塞的情况下，获取氮氧传感器的修正常数DEL。

修正常数DEL用于表示氮氧传感器本身测量自带的误差的修正值。

S202：在检测到发动机停机后的预设时间段内，通过氮氧传感器测量氧气浓度，并且根据所测量的氧气浓度判断空气是否正常吹至氮氧传感器。

S203：在判定空气正常吹至氮氧传感器的情况下，在预设时间段内，记录氮氧传感器对于排气中的氮氧浓度的测量值NOx。

S204：基于修正常数DEL和测量值NOx，对预设关系进行修正，以获得氮氧浓度修正关系，并且将氮氧浓度修正关系存储在氮氧传感器中。

预设关系用于表示氮氧传感器测量到的氮氧浓度与氮氧传感器的泵氧电流之间的预设关系，预设关系预先存储在氮氧传感器中，氮氧浓度修正关系用于表示氮氧传感器测量到的氮氧浓度与氮氧传感器的泵氧电流之间的经修正的关系；

S205：在利用氮氧传感器测量车辆的发动机排气中的氮氧浓度时，氮氧传感器基于氮氧浓度修正关系来输出氮氧浓度测量值。

综上所述，该测量方法能够实现自学习并纠正测量值的功能，利用尿素喷射系统(SCR)在发动机停机后吹气，氮氧传感器仍然适时采集排气管里气体信号，实现数据公式修正，从而提高氮氧测量值的准确性，避免用户维修，为用户节约了使用成本，提高了整车质量。

可选地，所述在氮氧传感器的扩散障没有堵塞的情况下，获取氮氧传感器的修正常数，包括：

在氮氧传感器的扩散障没有堵塞的情况下，在氮氧传感器检测到发动机停机时，记录此时氮氧传感器对于排气中的氮氧浓度的测量值NO1，并且将DEL＝NO1-Ref作为氮氧传感器的修正常数，其中Ref表示实际吹气空气中的氮氧浓度，并且Ref＝5ppm。

可选地，在车辆的发动机在第一次停机后，记录此时氮氧传感器对于排气中的氮氧浓度的测量值，并且将此时的测量值作为测量值NO1。

可选地，所述基于修正常数DEL和测量值NOx，对预设关系进行修正，以获得氮氧浓度修正关系，并且将氮氧浓度修正关系存储在氮氧传感器中，包括：

预设关系为：NO＝K*Ip2+C，其中NO表示氮氧浓度测量值，K和C均是针对氮氧传感器预先标定的常数值，Ip2为氮氧传感器所获取的泵氧电流值；

采用C'＝C-(NOx-Ref)+DEL对预设关系进行修正，以获得如下氮氧浓度修正关系，并且将如下氮氧浓度修正关系存储在氮氧传感器中：

NO'＝K*Ip2+C-(NOx-Ref)+DEL，

其中NO'表示经修正的氮氧浓度测量值。

可选地，在将氮氧浓度修正关系存储在氮氧传感器中时，如果氮氧传感器已经存储有之前获得的氮氧浓度修正关系，则用新获得的氮氧浓度修正关系替换掉之前已经存储的氮氧浓度修正关系。

可选地，所述在检测到发动机停机后的预设时间段内，通过氮氧传感器测量氧气浓度，并且根据所测量的氧气浓度判断空气是否正常吹至所述氮氧传感器，包括：

在检测到发动机停机后的预设时间段内，通过氮氧传感器测量氧气浓度，

在确定氧气浓度在20％至21.5％之间时，判定空气正常吹至氮氧传感器，否则，判定空气未正常吹至氮氧传感器。

可选地，在判定空气未正常吹至氮氧传感器的情况下，在利用氮氧传感器测量车辆的发动机排气中的氮氧浓度时，氮氧传感器基于之前已经存储的氮氧浓度修正关系来输出氮氧浓度测量值。

可选地，预设时间段表示：在车辆的发动机停机后，从车辆的尿素喷射系统吹气开始时起至吹气持续的t秒内，10<t<40。

可选地，t＝30。

可选地，氮氧传感器通过从车辆的CAN总线中获取发动机的转速数据来检测发动机是否停机。

在实际应用中，首先，氮氧传感器进行初学习：传感器氮氧输出值NO在软件里和泵氧电流的数值关系为NO＝K*Ip2+C，K和C是常数，K、C均是传感器出厂标定预设值；当积碳堵塞发生后，C值会增大，K值变化不明显，传感器安装在尿素喷射系统上下游，在第一次发动机停机后，尿素喷射系统的电机或者尿素泵会向排气系统吹气，以便吹干尿素催化器里残余尿素，防止残余尿素滞留在催化器结晶(结晶会导致整个尿素喷射系统失效)。此时的排气管中是吹进来的空气，气流成分稳定，氮氧传感器从CAN总线中获取停车信号(发动机转速为零)，记录此时测量值NO1，而实际吹气空气的氮氧浓度为已知值5ppm。NO1-5＝DEL即为应用修正常数(初次停机测量认为扩散障没有堵塞)。然后，氮氧传感器进行自学习：每次发动机停机后，从尿素系统吹气开始至吹气30秒内，传感器自学习功能打开，记录测量值NOx，并且更新软件公式NO'＝K*Ip2+C-(NOx-5)+DEL，同时传感器判断此时测得的氧浓度(氮氧传感器同时测量氮氧和氧气浓度)是否为20％-21.5％之间(空气浓度)，如果氧浓度不在这个范围，说明空气没有吹进来，那么此次自学习取消。传感器用过一段时间后积碳堵塞，产生“C”值偏移，但经过自学习修正“C”值在软件公式里变成了“C-(NOx-5)+DEL”，这样把积碳引起的偏差减掉了，实现正确的氮氧气体测量，DEL是为了纠正传感器本身测量自带的误差。自学习功能的开启使用(通过监控CAN里发动机转速信号和尾气里氧气浓度)，来决定自学习是否有效。自学习功能中的初学习，初学习数据DEL数据为永久有效，DEL可以纠正传感器本身制造过程的误差。通过上述方法，即使积碳堵塞，氮氧传感器的输出测量值依然准确，车辆不会报警。本发明实现了自我学习并纠正测量值的功能，利用尿素喷射系统(SCR)在发动机停机后吹气，氮氧传感器仍然适时采集排气管里气体信号，实现数据公式修正，从而提高氮氧测量值的准确性，避免用户维修，为用户节约了使用成本，提高了整车质量。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种氮氧传感器的自学习测量方法，其特征在于，用于测量车辆的发动机排气中的氮氧浓度，所述方法包括：

在所述氮氧传感器的扩散障没有堵塞的情况下，获取所述氮氧传感器的修正常数DEL，所述修正常数DEL用于表示所述氮氧传感器本身测量自带的误差的修正值；

在检测到所述发动机停机后的预设时间段内，通过所述氮氧传感器测量氧气浓度，并且根据所测量的氧气浓度判断空气是否正常吹至所述氮氧传感器，

在判定空气正常吹至所述氮氧传感器的情况下，在所述预设时间段内，记录所述氮氧传感器对于排气中的氮氧浓度的测量值NOx；

基于所述修正常数DEL和所述测量值NOx，对预设关系进行修正，以获得氮氧浓度修正关系，并且将所述氮氧浓度修正关系存储在所述氮氧传感器中，所述预设关系用于表示所述氮氧传感器测量到的氮氧浓度与所述氮氧传感器的泵氧电流之间的预设关系，所述预设关系预先存储在所述氮氧传感器中，所述氮氧浓度修正关系用于表示所述氮氧传感器测量到的氮氧浓度与所述氮氧传感器的泵氧电流之间的经修正的关系；

在利用所述氮氧传感器测量车辆的发动机排气中的氮氧浓度时，所述氮氧传感器基于所述氮氧浓度修正关系来输出氮氧浓度测量值。

2.根据权利要求1所述的氮氧传感器的自学习测量方法，其特征在于，所述在所述氮氧传感器的扩散障没有堵塞的情况下，获取所述氮氧传感器的修正常数，包括：

在所述氮氧传感器的扩散障没有堵塞的情况下，在所述氮氧传感器检测到所述发动机停机时，记录此时所述氮氧传感器对于排气中的氮氧浓度的测量值NO1，并且将DEL＝NO1-Ref作为所述氮氧传感器的修正常数，其中Ref表示实际吹气空气中的氮氧浓度，并且Ref＝5ppm。

3.根据权利要求2所述的氮氧传感器的自学习测量方法，其特征在于，在所述车辆的发动机在第一次停机后，记录此时所述氮氧传感器对于排气中的氮氧浓度的测量值，并且将此时的测量值作为所述测量值NO1。

4.根据权利要求2所述的氮氧传感器的自学习测量方法，其特征在于，所述基于所述修正常数DEL和所述测量值NOx，对预设关系进行修正，以获得氮氧浓度修正关系，并且将所述氮氧浓度修正关系存储在所述氮氧传感器中，包括：

所述预设关系为：NO＝K*Ip2+C，其中NO表示氮氧浓度测量值，K和C均是针对所述氮氧传感器预先标定的常数值，Ip2为所述氮氧传感器所获取的泵氧电流值；

采用C'＝C-(NOx-Ref)+DEL对所述预设关系进行修正，以获得如下氮氧浓度修正关系，并且将如下氮氧浓度修正关系存储在所述氮氧传感器中：

NO'＝K*Ip2+C-(NOx-Ref)+DEL，

其中NO'表示经修正的氮氧浓度测量值。

5.根据权利要求4所述的氮氧传感器的自学习测量方法，其特征在于，在将所述氮氧浓度修正关系存储在所述氮氧传感器中时，如果所述氮氧传感器已经存储有之前获得的氮氧浓度修正关系，则用新获得的氮氧浓度修正关系替换掉之前已经存储的氮氧浓度修正关系。

6.根据权利要求1所述的氮氧传感器的自学习测量方法，其特征在于，所述在检测到所述发动机停机后的预设时间段内，通过所述氮氧传感器测量氧气浓度，并且根据所测量的氧气浓度判断空气是否正常吹至所述氮氧传感器，包括：

在检测到所述发动机停机后的预设时间段内，通过所述氮氧传感器测量氧气浓度，

在确定所述氧气浓度在20％至21.5％之间时，判定空气正常吹至所述氮氧传感器，否则，判定空气未正常吹至所述氮氧传感器。

7.根据权利要求6所述的氮氧传感器的自学习测量方法，其特征在于，在判定空气未正常吹至所述氮氧传感器的情况下，在利用所述氮氧传感器测量车辆的发动机排气中的氮氧浓度时，所述氮氧传感器基于之前已经存储的氮氧浓度修正关系来输出氮氧浓度测量值。

8.根据权利要求1所述的氮氧传感器的自学习测量方法，其特征在于，所述预设时间段表示：在所述车辆的发动机停机后，从所述车辆的尿素喷射系统吹气开始时起至吹气持续的t秒内，10<t<40。

9.根据权利要求8所述的氮氧传感器的自学习测量方法，其特征在于，t＝30。

10.根据权利要求1所述的氮氧传感器的自学习测量方法，其特征在于，所述氮氧传感器通过从所述车辆的CAN总线中获取发动机的转速数据来检测所述发动机是否停机。