CN116066218A - 氮氧传感器或氧传感器的健康状况分析方法及相应的系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于评估分析车辆的尾气后处理装置的氮氧传感器(2)或氧传感器的健康状况的方法，包括：判断车辆是否处于为评估分析所设定的预定工况；以及在车辆处于预定工况时，至少基于氮氧传感器或氧传感器的历史响应值和当前响应值评估分析氮氧传感器或氧传感器的健康状况，其中，响应值表征氮氧传感器或氧传感器的响应特性，且在评估分析中包括将由当前响应值生成的第一响应参数和/或由历史响应值和当前响应值生成的第二响应参数与至少一个比较阈值进行比较的操作，比较阈值中的至少一个至少根据历史响应值动态调整。还公开了相应的评估分析系统(1)、尾气后处理系统及计算机程序产品。可更可靠地评估分析氮氧传感器或氧传感器的健康状况。

Description

氮氧传感器或氧传感器的健康状况分析方法及相应的系统

技术领域

本发明涉及一种用于评估分析车辆的尾气后处理装置的氮氧传感器或氧传感器的健康状况的方法以及一种相应的评估分析系统、一种相应的尾气后处理系统和一种相应的计算机程序产品。

背景技术

使用燃料工作的发动机、尤其是柴油发动机作为动力源得到了广泛使用，特别是广泛应用于车辆中。然而，发动机在工作时产生的尾气往往含有有害成分，例如一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒等，这些有害成分一方面会对环境造成直接或间接污染，例如引起酸雨，另一方面也会对人类健康有着各种不利影响，例如引起呼吸系统疾病等。

为此，需要对发动机的尾气进行处理，以净化尾气来满足日益严格的环保要求。目前，车辆通常配备有尾气后处理装置来对尾气进行处理。尾气后处理装置中使用氮氧传感器或氧传感器测量尾气中的氮氧化物含量或氧含量以判断尾气处理效果，并可作为反馈信号控制发动机的操作，以使经尾气后处理装置处理后的尾气能够满足预定排放要求。

因此，氮氧传感器或氧传感器的准确、可靠工作至关重要。然而，如上所述，尾气中含有诸多有害物质，实际中发现氮氧传感器或氧传感器的检测孔经常会出现堵塞现象，例如烟尘产生的碳堵，有时硫化物也会使得氮氧传感器或氧传感器出现硫中毒现象。这些情况要么会使得氮氧传感器或氧传感器损坏而不再能工作，要么会使得氮氧传感器或氧传感器无法再准确、真实地测量尾气中的氮氧含量。对于后一种情况，如果能及时地对氮氧传感器或氧传感器进行维护、例如清洁，则有可能恢复氮氧传感器或氧传感器的工作能力。

目前，有人尝试各种方法减少氮氧传感器或氧传感器的故障，例如加强对氮氧传感器或氧传感器的保护、扩大检测孔等，然而，这些措施要么增加了成本，要么带来了其它问题，例如，氮氧传感器或氧传感器更大的功率需求，防水溅功能的下降等。而且，即便采取了各种措施，也不能避免氮氧传感器或氧传感器出现碳堵、硫中毒等问题。这些问题至少也会使得氮氧传感器或氧传感器的响应时间变长，而这会给反馈控制带来各种不利影响。

因此，需要进行改进，以便能够特别是提前预判氮氧传感器或氧传感器的健康状况的变化趋势，及早地采取干预措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的用于评估分析车辆的尾气后处理装置的氮氧传感器或氧传感器的健康状况的方法以及一种相应的评估分析系统、一种相应的尾气后处理系统和一种相应的计算机程序产品。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于评估分析车辆的尾气后处理装置的氮氧传感器或氧传感器的健康状况的方法，包括以下步骤：判断车辆是否处于为评估分析所设定的预定工况；以及在车辆处于预定工况的情况下，至少基于所述氮氧传感器或氧传感器的历史响应值和当前响应值评估分析所述氮氧传感器或氧传感器的健康状况，其中，所述历史响应值和当前响应值用于表征所述氮氧传感器或氧传感器的响应特性，且在评估分析中包括将由所述当前响应值生成的第一响应参数和/或由所述历史响应值和所述当前响应值共同生成的第二响应参数与至少一个比较阈值进行比较的操作，所述比较阈值中的至少一个至少根据所述历史响应值动态调整。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于评估分析车辆的尾气后处理装置的氮氧传感器或氧传感器的健康状况的评估分析系统，其中，所述评估分析系统包括评估分析处理装置，所述评估分析处理装置被配置成用于执行上述方法。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于车辆的尾气后处理系统，所述尾气后处理系统包括：尾气后处理装置，所述尾气后处理装置的排气管处布置有氮氧传感器或氧传感器；以及上述评估分析系统。

根据本发明的第四方面，提供了一种计算机程序产品，其包括计算器程序指令，其中，当所述计算机程序指令被处理器执行时，所述处理器能够执行上述方法。

根据本发明的某些示例性实施例，可以更可靠地评估分析氮氧传感器或氧传感器的健康状况。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于评估分析、尤其是诊断车辆的氮氧传感器的健康状况的评估分析系统的原理框图。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于评估分析氮氧传感器的健康状况的方法的流程图。

图3示出了根据本发明的进一步的示例性实施例的用于评估分析氮氧传感器的健康状况的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。

首先，需要指出的是，某些类型的氮氧传感器也可测量气体中的氧含量或者通过测量氧含量推算出氮氧化物的含量或反之，因此，从某种意义上讲，氮氧传感器包含氧传感器或反之。换言之，下面对氮氧传感器的描述也适用于氧传感器。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于评估分析、尤其是诊断车辆的氮氧传感器的健康状况的评估分析系统的原理框图。

如图1所示，评估分析系统1主要包括：车辆的电子控制单元(ECU)11、通信单元12、远端评估分析单元13以及通知单元14，其中，所述电子控制单元11从设置在车辆的尾气后处理装置的排气管处的氮氧传感器2接收测量信号并可能结合其它参数进行车端分析处理，以产生车端输出信号、例如响应值(下面将更为详细地描述)，通信单元12用于将所述车端输出信号发送到远端评估分析单元13进行评估分析，远端评估分析单元13可以将评估分析结果通过通知单元14通知给相关的人员或装置。

根据本发明的一个示例性实施例，电子控制单元11与氮氧传感器2双向通信连接。换言之，电子控制单元11不仅可以从氮氧传感器2接收测量信号，而且还可控制氮氧传感器2的操作，以例如使氮氧传感器2处于最佳的工作状态。特别地，在氮氧传感器2为加热型氧化锆式传感器的情况下，为了确保氮氧传感器2正常、可靠地工作，可能需要控制氮氧传感器2的加热棒(未示出)的加热操作。此时，就需要电子控制单元11控制氮氧传感器2的工作状态，以使测量结果更为可靠。

本领域技术人员可以理解，如果氮氧传感器2随着工作的进行出现碳堵或硫中毒，其会出现反应迟钝和反应能力下降的现象，从而其跟随待检测的氮氧化物的含量变化的响应时间将会变长，因此，理论上讲基于响应时间可以判断出氮氧传感器2的健康状况。为此，根据本发明的一个示例性实施例，电子控制单元11输出的车端输出信号是与响应时间相关的参数值，在此称为响应值。换言之，车端输出信号可基于响应时间表征，即可以是响应时间的函数。下面，再结合示例性实施例对该参数值进行示例说明和描述。

根据本发明的一个示例性实施例，通信单元12可以是2G、3G、4G、5G或6G通信单元。当然，本领域技术人员可以理解，通信单元12并不局限于此，例如也可以为任何合适的车联网通信单元，只要能够将车端输出信号无线传输到远端评估分析单元13即可。通信单元12设置在车辆上。

根据本发明的一个示例性实施例，远端评估分析单元13可以是云服务器。该云服务器可以车辆的生产商构建的，或是第三方云服务器。

根据本发明的一个示例性实施例，通知单元14包括车辆的仪表板。当然，本领域技术人员可以理解，通知单元14并不局限于此，也可以包括车辆用户可随身携带的移动设备，例如手机等，只要通知单元14能够将评估分析结果通知给相关的人员或装置以允许在判断出氮氧传感器2的健康状况出现问题的情况下能够及时获知或采取措施即可。

本领域技术人员还可以理解，也可将电子控制单元11的功能转移给远端评估分析单元13，即，通信单元12将氮氧传感器2的测量信号直接传输给远端评估分析单元13进行评估分析。为此，通信单元12可以通过适配器与氮氧传感器2连接而直接从氮氧传感器2接收测量信号。

如果直接在车载自诊断系统(OBD)中基于氮氧传感器2的当前响应值与预定阈值的比较来判断氮氧传感器2的碳堵程度或硫中毒程度，由于没有考虑历史数据或历史数据不足，加之为了避免误判通常将预定阈值设定为一个较为保守的固定值，因此，车载自诊断系统一旦报警，往往意味着氮氧传感器2已经难以在维修站进行恢复(例如通过清洁恢复)而不得不更换一个全新的氮氧传感器，这会造成使用成本增加。

另外，传感器响应能力的下降是一个逐渐的过程。在该过程中，车辆排放和燃油消耗同时会增加，即使还没有恶化到低于预定阈值，但对环境也是不利的。

为此，根据本发明的一个示例性实施例，至少基于氮氧传感器2的测量信号的历史数据(包括响应值的历史数据)和当前测量数据对氮氧传感器2的健康状况进行评估分析，从而使得允许对氮氧传感器2的工作特性的恶化进度进行预测和判断，这样可以在氮氧传感器2真正损坏无法修复之前及时地进行干预。

在此，至少基于氮氧传感器2的测量信号的历史数据和当前测量数据对氮氧传感器2的健康状况进行评估分析是指，在当前评估分析氮氧传感器2的健康状况时还要考虑氮氧传感器2的逐渐劣化的情况，从而阈值是至少根据历史数据动态调整的，而非固定值。

这种评估分析特别是在远端评估分析单元13的情况下更容易实施，因为远端评估分析单元13能够存储更多的历史数据且可能具有更好的运算分析能力。而且，远端评估分析单元13也可以在评估分析过程中借助于其它车辆、尤其是同类型车辆和/或同类型的氮氧传感器2上传的数据来评估分析本车辆的氮氧传感器2的健康状况。这可以充分发挥大数据分析的有利优势。也可以通过远端评估分析单元13灵活地触发评估分析过程。

然而，本领域技术人员也可以理解，虽然以上以包括远端评估分析单元13的评估分析系统1为例描述了本发明的基本思想，但本发明的评估分析也可在本车辆上进行，例如在电子控制单元11上进行。如需要，其它车辆的数据可以例如借助于车联网传递到本车辆上。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于评估分析氮氧传感器2的健康状况的方法的流程图。

如图2所示，在步骤S1中，判断车辆是否处于预定工况下，以排除极端工况下氮氧传感器2可能出现的不可靠的响应值。本领域技术人员可以理解，氮氧传感器2的响应受多种因素影响，例如尾气后处理装置的排气管内的气流速度。因此，对于同一个氮氧传感器2，不同的工况可能具有不同的响应值，为此只允许预定工况下的响应值参与后续的评估分析可提高评估分析的可靠性。

根据本发明的一个示例性实施例，所述预定工况包括：发动机出口温度处于第一预定范围内，例如处于100℃-400℃的范围内；和/或发动机冷却液温度处于第二预定范围内，例如处于70℃-115℃的范围内；和/或发动机不处于快速升温模式和/或发动机的尾气后处理装置的柴油颗粒物过滤器(DPF)不处于再生操作模式下。

本领域技术人员可以理解，上面给出的预定工况仅是示例性的，而非限制性的。具体的车辆可以根据发动机的工况对氮氧传感器2的响应的实际影响来调整或改变上述对预定工况的限定。

在步骤S2中，至少基于氮氧传感器2的历史响应值和当前响应值评估分析氮氧传感器2的健康状况，其中，评估分析中响应值的比较阈值至少根据历史响应值动态调整。

具体地讲，氮氧传感器2的历史响应值和当前响应值共同反映了氮氧传感器2的发展变化，因此，引入历史响应值一方面可以更好地预测氮氧传感器2的健康状况的发展变化，另一方面可更好地避免仅依靠单次测量的氮氧传感器2的响应值可能造成的误判。

图3示出了根据本发明的进一步的示例性实施例的用于评估分析氮氧传感器2的健康状况的方法的流程图。

图3中的步骤S1可以与图2中的步骤S1相同，在此不再赘述。如图3所示，如果在步骤S1中判断车辆不处于预定工况下，则直接行进到框S29退出评估分析过程。

在此，以响应值越大表明氮氧传感器2的响应性能越好、从而健康状况越好为例进行描述。然而，本领域技术人员可以理解，响应值的定义可以为不同的方式，并不局限于此，只要响应值能够反映或表征氮氧传感器2的响应特性即可。

在步骤S1之后的步骤S21中，计算本车辆的最近N次(包括当前响应值)、例如最近10次的响应值R的平均值Mean_1，这相当于进行低通滤波，以去除异常数据。在步骤S22中，阈值Th可根据历史响应值R确定，例如可根据所有最后判断氮氧传感器2正常响应时的响应值R(或上述平均值Mean_1)计算出的平均值Mean_2和相应的偏差(在正态分布的情况下，称为标准差)Mean_d_2确定阈值Th，例如可以选择Mean_2-2*Mean_d_2作为阈值Th。在正态分布的情况下，在2倍标准差内的概率可以达到约95％，因此，这样确定的阈值Th是合理的。

本领域技术人员可以理解，步骤S21和S22以上描述的计算操作是示例性的，而非限制性的。特别地，只要阈值Th是至少根据历史数据动态调整的即可。而且，步骤S21和S22的顺序也并不限于图3所示的，而是可以前后调换或同时执行。

在步骤S23中，确定当前评估分析的结果是否为正常响应，目的是进一步提高评估分析的准确性和可靠性。背后的逻辑和考虑是，氮氧传感器2的性能恶化是一个缓慢变化的过程，在当前评估分析的结果为正常响应的情况下，下一次、即正要进行的评估分析的结果为正常的可能性极大。因此，在确定新的评估分析结果之前考虑当前评估分析的结果可以大大降低误判，减少误报。

如果确定当前评估分析的结果(即，最近一次的评估分析结果)为正常响应，则行进到步骤S24，以进一步评估分析氮氧传感器2的健康状况。根据本发明的一个示例性实施例，在步骤S24中，如果Mean_1>Th或最新确定的响应值R>Th，则认为氮氧传感器2的最新确定的响应值R仍然没有偏离太多而处于可接受的范围内，因此，可来到步骤S25，将最新的响应值R考虑在内更新Mean_2和Mean_d_2，以作为下一次评估分析的阈值确定的依据(例如可按上述步骤S22中的方式确定)。同时，确定氮氧传感器2的当前健康状况正常，响应为正常响应，为正常响应的评估分析结果对应于图3中的框S26。

如图3所示，如果确定当前评估分析的结果(即，最近一次的评估分析结果)不为正常响应，则行进到步骤S27，以进一步评估分析氮氧传感器2的健康状况。在步骤S27中，例如，如果Mean_1<Th或最新确定的响应值R<另一阈值Th1，则可以大概率确定氮氧传感器2的健康状况有问题而到表示异常响应(即，慢响应)的框S28。例如，另一阈值Th1可以为1.5*Th。

否则，如图3所示，回到框S26，确定氮氧传感器2的健康状况当前正常。

本领域技术人员可以理解，以上结合图3描述的逻辑和给出的示例是示例性的，而非限制性的，只要能够动态评估分析氮氧传感器2的健康状况以预测氮氧传感器2的健康状况的变化趋势即可。例如，也可以考虑采用其它评估分析方法，例如自适应滤波等。但无论采用何种方式，判断是否健康的比较阈值不是固定的，而是至少基于历史数据动态调整的。

下面，将结合一个示例性实施例描述如何确定响应值R。

氮氧传感器2实际测量的测量信号为M，该测量信号M经低通滤波处理后生成的信号为M1，其中，在车辆的发动机的过量空气系数λ>1且发动机不处于空转(怠速)的情况下，分别对上升阶段的测量信号Mr与滤波后的相应信号Mr1之差的平方和下降阶段的测量信号Mf与滤波后的相应信号Mf1之差的平方进行一段时间的积分，然后分别得到ωr和ωf。

另一方面，根据发动机工作模型确定氮氧含量(或氧含量)的理论计算值TM(例如，可通过已知的Pischinger Formel模型计算氧含量的理论计算值TM，此时可针对氧传感器进行诊断分析)，并且也对该理论计算值TM进行低通滤波得到TM1，以类似的方式分别对上升阶段和下降阶段进行同时段积分，然后分别得到Tωr和Tωf。

在这种情况下，例如可基于相应的比值ωr/Tωr或ωf/Tωf作为响应值R。

本领域技术人员可以理解，上述响应值的确定方式仅是示例性的，如上所述，只要响应值能够反映或表征氮氧传感器2的响应特性，也可采用其它任何合适的方式，本发明对此并不进行任何限制。

在以上公开内容的基础上可以认为，本发明还公开了一种计算机程序产品、例如计算机可读程序载体，其包括计算器程序指令，其中，当所述计算机程序指令被一个或多于一个处理器执行时，所述处理器能够执行上述方法。

尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

附图标记列表

1    评估分析系统

2    氮氧传感器

11   电子控制单元

12   通信单元

13   远端评估分析单元

14   通知单元。

Claims (13)

1.一种用于评估分析车辆的尾气后处理装置的氮氧传感器(2)或氧传感器的健康状况的方法，包括以下步骤：

判断车辆是否处于为评估分析所设定的预定工况；以及

在车辆处于预定工况的情况下，至少基于所述氮氧传感器(2)或氧传感器的历史响应值和当前响应值评估分析所述氮氧传感器(2)或氧传感器的健康状况，

其中，所述历史响应值和当前响应值用于表征所述氮氧传感器(2)或氧传感器的响应特性，且在所述评估分析中包括将由所述当前响应值生成的第一响应参数和/或由所述历史响应值和所述当前响应值共同生成的第二响应参数与至少一个比较阈值进行比较的操作，所述比较阈值中的至少一个至少根据所述历史响应值动态调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述第一响应参数基于预定的函数关系由所述当前响应值生成；和/或

在将所述第一响应参数和/或第二响应参数与所述至少一个比较阈值进行比较以对所述氮氧传感器(2)或氧传感器进行新的健康状况评估分析之前，获取所述氮氧传感器(2)或氧传感器的当前健康状况的评估分析结果；和/或

所述第二响应参数以低通滤波的方式基于所述车辆的所述氮氧传感器(2)或氧传感器的最近预定次数的响应值生成；和/或

所述至少一个比较阈值包括第一比较阈值，所述第一比较阈值基于历史上最后判断所述氮氧传感器(2)或氧传感器正常时所对应的响应值确定。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

所述第二响应参数基于所述车辆的所述氮氧传感器(2)或氧传感器的最近预定次数的响应值的平均值确定；和/或

所述第一比较阈值通过对历史上最后判断所述氮氧传感器(2)或氧传感器正常时所对应的响应值的统计分析确定。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

如果所述氮氧传感器(2)或氧传感器的当前健康状况的评估分析结果为正常，通过第一响应参数和/或第二响应参数与第一比较阈值的比较来评估分析所述氮氧传感器(2)或氧传感器的健康状况；和/或

如果所述氮氧传感器(2)或氧传感器的当前健康状况的评估分析结果为异常，通过第一响应参数与基于所述第一比较阈值生成的第二比较阈值的比较和/或所述第二响应参数与所述第一比较阈值的比较来评估分析所述氮氧传感器(2)或氧传感器的健康状况。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，

所述预定次数为10次；和/或

所述第二比较阈值为所述第一比较阈值的1.5倍。

6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其中，所述预定工况包括：

所述车辆的发动机出口温度处于第一预定范围内；和/或

所述车辆的发动机冷却液温度处于第二预定范围内；和/或

所述车辆的发动机不处于快速升温模式；和/或

所述车辆的发动机的尾气后处理装置的柴油颗粒物过滤器不处于再生操作模式下。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，

所述第一预定范围为100℃-400℃；和/或

所述第二预定范围为70℃-115℃；和/或

所述第一响应参数为所述当前响应值。

8.根据权利要求1-7中任一所述的方法，其中，

所述评估分析还引入其它车辆的尾气后处理装置的氮氧传感器或氧传感器的历史数据；和/或

将评估分析结果、尤其是健康状况异常的评估分析结果报告给相关的人员和/或装置。

9.一种用于评估分析车辆的尾气后处理装置的氮氧传感器(2)或氧传感器的健康状况的评估分析系统(1)，其中，所述评估分析系统(1)包括评估分析处理装置，所述评估分析处理装置被配置成用于执行根据权利要求1-8中任一所述的方法。

10.根据权利要求9所述的评估分析系统(1)，其中，

所述评估分析处理装置包括所述车辆的电子控制单元(11)；和/或

所述评估分析系统(1)还包括用于将评估分析结果、尤其是健康状况异常的评估分析结果报告给相关的人员和/或装置的通知单元(14)。

11.根据权利要求10所述的评估分析系统(1)，其中，

所述电子控制单元(11)被配置成适于与远端评估分析单元(13)配合来评估分析所述车辆的尾气后处理装置的氮氧传感器(2)或氧传感器的健康状况。

12.一种用于车辆的尾气后处理系统，所述尾气后处理系统包括：

尾气后处理装置，所述尾气后处理装置的排气管处布置有氮氧传感器(2)或氧传感器；以及

根据权利要求9-11中任一所述的评估分析系统(1)。

13.一种计算机程序产品，其包括计算器程序指令，其中，当所述计算机程序指令被处理器执行时，所述处理器能够执行根据权利要求1-8中任一所述的方法。

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