CN201293769Y - 一种氧传感器老化模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种氧传感器老化模拟装置，该装置包括滤波模块、衰减模块、方波转换模块以及控制单元，所述滤波模块、衰减模块、方波转换模块以及控制单元顺序电性连接。并且该装置还增加了可用于选通模拟氧传感器单边老化的开关组，通过选通所述开关组中的第一开关或第二开关，可准确有效的模拟氧传感器中氧离子浓度由浓变稀时老化而由稀变浓时正常，或者模拟氧传感器在氧离子浓度由稀变浓时老化而由浓变稀时正常的两种不同的氧传感器单边老化情况，解决了现有技术中只能模拟氧传感器双边老化的问题。

Description

一种氧传感器老化模拟装置

技术领域

本实用新型涉及汽车诊断系统(OBD，on board diagnostics)，尤其涉及OBD系统中模拟氧传感器老化的装置。

背景技术

氧传感器作为电喷系统的重要组成部分，对发动机的燃油喷射起着尤为重要的作用。喷油过程中，过浓或过稀的燃油不但会影响发动机的寿命，还会加快三元催化器的老化，更甚者是加大了车辆对大气的污染排放。氧传感器作为燃油过浓或过稀的检测器，如果氧传感器出现了老化情况，氧传感器就不能及时向计算机提供真实的信号，从而使发机动处于混合气过浓或过稀的燃烧状态。

为了解决氧传感器“说谎”而导致加大发动机工作量并造成超标排放和对大气污染的问题，世界上各国家和地区都实施严格的OBD法规。我国为了防止机动车污染物排放对环境的影响，以改善空气质量，也要求车辆必须安装OBD系统。我国的OBD系统的技术要求在《轻型汽车污染物排放限量及测量方法》(即国家标准GB18352.3--2005)中有详细的规定。根据国标的规定，在OBD认证试验中有三个必检的固定项目：氧传感器失效验证、催化转化器失效验证和失火失效验证。氧传感器失效验证是模拟当汽车氧传感器老化失效后，车辆OBD系统是否可以在规定的周期内检测到该故障，对故障代码和数据帧进行存储，并点亮故障指示灯(MIL，Malfunction Indicator Light)。

现在业界内有多种氧传感器老化模拟装置，但这些装置都只能模拟氧传感器双边老化的情况，即，当模拟氧传感器中氧离子浓度从浓变稀变化时老化实效时，一定也要模拟氧传感器中氧离子浓度从稀变浓变化时也出现了老化。然而实际过程中，氧传感器也有可能只是单边老化，即氧传感器老化模拟装置在模拟氧传感器中氧离子浓度从浓变稀时老化，而模拟氧传感器中氧离子浓度从稀变浓正常；或氧传感器老化模拟装置只是在模拟氧传感器中氧离子浓度从稀变浓时老化，而模拟氧传感器中氧离子浓度从浓变稀正常。

实用新型内容

鉴于现有氧传感器老化模拟装置只能模拟氧传感器双边老化的缺陷，本实用新型提供一种可靠的能够模拟氧传感器单边老化的氧传感器老化模拟装置。

本实用新型详细的技术方案为：

一种氧传感器老化模拟装置，包括，滤波模块以及控制单元，所述装置还包括：衰减模块以及方波转换模块，其中，

滤波模块，与外部信号源连接，接收输入的输入信号并作滤波处理，之后输出滤波信号；

衰减模块、与所述滤波模块连接，接收所述滤波信号并作衰减处理，输出衰减信号；

方波转换模块，与所述衰减模块连接，接收所述衰减信号并对之进行方波转换处理，输出方波信号；

控制单元，与所述方波转换模块连接，接收所述方波信号并进行老化判别处理。

本实用新型的优点是：由于增加了可选通模拟氧传感器单边老化的开关组，通过选通第一开关或第二开关，可准确有效的模拟氧传感器在氧离子浓度在由浓变稀时老化而由稀变浓时正常以及模拟氧传感器在氧离子浓度在由稀变浓时老化而由浓变稀时正常的两种情况，解决了现有技术中只能模拟氧传感器双边老化的问题。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一种实施例详细的结构示意图；

图3是本实用新型模拟氧传感器氧离子浓度由浓变稀单边老化流程图；

图4是本实用新型模拟氧传感器氧离子浓度由稀变浓单边老化流程图；

图5是本实用新型模拟氧传感器氧离子浓度由浓变稀单边老化波形图；

图6是本实用新型模拟氧传感器氧离子浓度由稀变浓单边老化波形图；

图7是本实用新型衰减模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型针对现有技术中的氧传感器老化模拟装置只能模拟氧传感器双边老化，即当氧传感器老化模拟装置在模拟氧传感器中氧离子浓度从浓变稀时出现了老化，从而氧传感器老化模拟装置在模拟氧传感器中氧离子浓度从稀变浓时也出现了老化，然而实际过程中，氧传感器也有可能只是单边老化，即氧传感器老化模拟装置在模拟氧传感器中氧离子浓度从浓变稀时老化，而模拟氧传感器中氧离子浓度从稀变浓正常；或氧传感器老化模拟装置只是在模拟氧传感器中氧离子浓度从稀变浓时老化，而模拟氧传感器中氧离子浓度从浓变稀正常。

针对以上所述的问题，本实用新型提供一种可靠的能够模拟氧传感器单边老化的氧传感器老化模拟装置。

如图1所示，本实用新型提供的氧传感器老化模拟装置包括，滤波模块2以及控制单元6，所述装置还包括：衰减模块4以及方波转换模块5，其中，

滤波模块2，与外部信号源连接，接收输入的输入信号并作滤波处理，之后输出滤波信号；

衰减模块4、与所述滤波模块2连接，接收所述滤波信号并作衰减处理，输出衰减信号；

方波转换模块5，与所述衰减模块4连接，接收所述衰减信号并对之进行方波转换处理，输出方波信号；

控制单元6，与所述方波转换模块5连接，接收所述方波信号并进行老化判别处理。

如图7，所述衰减模块4包括：放大器41、单片机42以及衰减延迟处理芯片43，其中，所述放大器41的输入端与所述滤波电路2连接，所述放大器41的输出端与所述单片机42的输入端连接；所述单片机42的输入端与所述放大器41的输出端连接，所述单片机42的输出端与所述衰减延迟处理芯片43的输入端连接；所述衰减延迟处理芯片43的输入端与所述单片机42的输出端连接，所述衰减延迟处理芯片43的输出端连接至所述方波转换模块5。所述单片机43为M32单片机，所述衰减延迟处理芯片43为5590衰减延迟处理芯片，所述单片机42与所述衰减延迟处理芯片43通过SPI通信总线电性连接。当然，在实际操作过程中，还可以选用其他的衰减设备以达到本实用新型所述的所有功能。

所述衰减模块4的工作步骤为：首先接收经滤波模块处理的氧传感器输入信号，然后经放大器41放大处理，再经过M32单片机处理，然后通过SPI通信总线将处理过后的波形信号给5590衰减延迟处理芯片，由5590衰减延迟处理芯片作衰减处理，最后把衰减后的输出信号送给方波转换模块5，之后再将之送至控制单元6作最后处理。

一种实施例中，所述氧传感器老化模拟装置中所述的外部信号源为氧传感器1，所述氧传感器1的输出端与所述滤波模块2的输入端电性连接，用于向所述装置输入信号。在本实施例中，所述氧传感器1为标准新鲜氧传感器，用于输出稳定的正弦波信号从而为本实用新型所述老化模拟装置提供准确的基础信号，在另外一种实施例中，本实用新型所提供的氧传感器老化模拟装置也可以采用信号发生器为本装置提供信号基础，所述信号发生器的输出端与所述滤波模块的输入端电性连接，优选情况下，所述信号发生器为正弦波发生器，用于产生正弦波信号，从而为本装置提供正弦波信号。综上，显然可以得知，此处所述的外部信号源并不仅仅限于氧传感器以及信号发生器，其他可用来模拟氧传感器的输出信号的信号发生器或其他替代设备都是可以由本实用新型能轻易想象得到的，亦包括在本实用新型的保护范围之内。

如图2所示，所述氧传感器老化模拟装置还包括开关组3，所述开关组3的输入端与所述滤波模块2的输出端电性连接，所述开关组3的输出端与所述衰减模块4电性连接。其中，所述开关组3包括第一开关31和第二开关32，所述第一开关31用于选择与所述衰减模块4的波形上升衰减口的电性连接或断开，所述第二开关32用于选择与所述衰减模块4的波形下降衰减口的电性连接或断开。

一般情况下，所述开关组3可以为单刀双掷开关、晶体管电子开关或其他开关元器件。例如，当所述开关组3为单刀双掷开关时，当单刀双掷开关倒向一边控制电路连接时，选通所述滤波模块2与所述衰减模块4的波形上升衰减口之间的电性连接，当倒向另外一边时，选通所述滤波模块2与所述衰减模块4的波形下降衰减口的电性连接。从而实现了模拟氧传感器不同单边老化的情况。

以上所述衰减模块4上的波形上升衰减口以及波形下降衰减口，为当所述第一开关31选择了与衰减模块4上的波形上升衰减口电性连接时，或当所述第二开关32选择了与衰减模块4上的波形下降衰减口电性连接时，衰减模块4会根据选通开关的不同，而分别对接收到的正弦波的上升段波形信号或下降段波形信号进行衰减处理的信号输入口，由此得到的由衰减模块4输出的波形也会不一样。

下面就对本氧传感器老化模拟装置如何模拟氧传感器1单边老化的情况进行说明。

参照图3和图5，当自氧传感器1采集到的信号经滤波电路2处理之后，所述信号将要经过衰减模块4进行衰减处理以及经方波转换模块5进行转换成方波信号处理，随后将所述方波信号输入至控制单元6进行最终的处理，包括氧传感器1老化故障处理，同时对故障代码和数据帧进行存储，以及点亮故障指示灯(MIL，Malfunction Indicator Light)，以验证OBD系统工作的可靠性。

当选择导通第一开关31与衰减模块4上的波形上升衰减口的电性连接时，本装置将要模拟氧传感器1中氧离子浓度从浓变稀时出现老化，而氧离子浓度从稀变浓时正常的情况。参照图5的v-t图，滤波模块2接收到的氧传感器输入信号s 11经滤波模块2处理过后在此种情况下输入至衰减模块4，当衰减模块4检测到所述输入信号S11的波形在上升阶段的斜率大于一设定值K时，所述衰减模块4执行对输入信号S11的衰减处理，一直衰减至所述输入信号s11处于波峰位置时才停止，所述输入信号S11经所述衰减模块4衰减处理后输出信号s12，其原输入信号S11上升段一定区间内出现了衰减，而在下降段则保持原来的波形信号。优选情况下，所述K值范围可为tg5°＜K＜tg20°。

经上述步骤衰减后的信号s12输入至方波转换模块5，所述方波转换模块2根据预先设置的V值，将输入的经过衰减后的信号s12转换为方波信号f11并将所述方波信号f11发送至所述控制单元6，控制单元6通过分析由所述方波转换模块5输送进来的方波信号f11，可以判断氧传感器1的老化情况。其中，上述提到的波形转换方法为本技术领域技术人员熟知的常识，这里不再对之解释。参见图4，可以看到经衰减后的波形转换成方波信号f11后，其 $\frac{t_1}{t_2}<1,$ 因此，当控制单元6接收到方波信号f11后通过计算

的大小，并判断

与1的大小关系，即可判别氧传感器1处于何种单边老化的情况，此种情况下，控制单元6可判别氧传感器1处于氧离子浓度从浓变稀时出现老化，而氧离子浓度从稀变浓时正常的单边老化情况。优选情况下，所述V值为所述衰减区间内任意一点的电压值。

参照图4和图6，当选择导通第二开关32与衰减模块4上的波形下降衰减口的电性连接时，本装置将要模拟氧传感器1中氧离子浓度从稀变浓时出现老化，而氧离子浓度从浓变稀时正常的情况。其处理步骤与上述另一单边老化判别步骤类似，不同在于所述K值范围可为tg-20°＜K＜tg-5°。参照图6的v-t图，当衰减模块4检测到所述输入信号s21的波形在下降阶段斜率大于一此设定值K时，所述衰减模块4执行对输入信号s21的衰减处理，一直衰减至所述输入信号s21处于波谷位置时才停止，经衰减模块4衰减处理后输出信号s22，可见，其原输入信号s21下降段一定区间内出现了衰减，而在上升段则保持原来的波形信号。

经上述步骤衰减后的信号s22输入至方波转换模块5，同样，所述方波转换模块5将输入的经过衰减后的信号s22转换为方波信号f21。参见图5，可以看到经衰减后的波形转换成方波信号f21后，其 $\frac{t_1}{t_2}>1,$ 因此，当控制单元6接收到方波信号f21后通过计算

的大小，当 $\frac{t_1}{t_2}>1$ 时，控制单元6即可判别氧传感器1处于氧离子浓度从稀变浓时出现老化，而氧离子浓度从浓变稀时正常的单边老化情况。所述V值范围与上述另一单边老化情况一致，为所述衰减区间内任意一点的电压值。

本实用新型由于增加了可选通模拟氧传感器1单边老化的开关组3，通过选通第一开关31或第二开关32，可准确有效的模拟氧传感器1在氧离子浓度由浓变稀时老化而由稀变浓时正常以及模拟氧传感器1在氧离子由稀变浓时老化而由浓变稀时正常的两种情况，解决了现有技术中只能模拟氧传感器1双边老化的问题。

以上举较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内，本实用新型所主张的权利范围应以实用新型申请范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (9)

1、一种氧传感器老化模拟装置，包括，滤波模块以及控制单元，其特征在于，所述装置还包括：衰减模块以及方波转换模块，其中，

滤波模块，与外部信号源连接，接收输入的输入信号并作滤波处理，之后输出滤波信号；

衰减模块、与所述滤波模块连接，接收所述滤波信号并作衰减处理，输出衰减信号；

方波转换模块，与所述衰减模块连接，接收所述衰减信号并对之进行方波转换处理，输出方波信号；

控制单元，与所述方波转换模块连接，接收所述方波信号并进行老化判别处理。

2、根据权利要求1所述的氧传感器老化模拟装置，其特征在于，所述外部信号源为氧传感器，所述氧传感器的输出端与所述滤波模块的输入端电性连接，用于向所述氧传感器老化模拟装置输入信号。

3、根据权利要求2所述的氧传感器老化模拟装置，其特征在于，所述氧传感器为标准新鲜氧传感器。

4、根据权利要求1所述的氧传感器老化模拟装置，其特征在于，所述氧传感器老化模拟装置还包括开关组，所述开关组的输入端与所述滤波模块的输出端电性连接，所述开关组的输出端与所述衰减模块电性连接。

5、根据权利要求4所述的氧传感器老化模拟装置，其特征在于，所述开关组包括第一开关和第二开关，所述第一开关用于选通所述滤波模块与所述衰减模块的波形上升衰减口之间的电性连接，所述第二开关用于选通所述滤波模块与所述衰减模块的波形下降衰减口的电性连接。

6、根据权利要求1所述的氧传感器老化模拟装置，其特征在于，所述衰减模块包括：放大器、单片机以及衰减延迟处理芯片，其中，

所述放大器的输入端与所述滤波电路连接，所述放大器的输出端与所述单片机的输入端连接；

所述单片机的输入端与所述放大器的输出端连接，所述单片机的输出端与所述衰减延迟处理芯片的输入端连接；

所述衰减延迟处理芯片的输入端与所述单片机的输出端连接，所述衰减延迟处理芯片的输出端连接至所述方波转换模块。

7、根据权利要求6所述的氧传感器老化模拟装置，其特征在于，所述单片机为M32单片机，所述衰减延迟处理芯片为5590衰减延迟处理芯片。

8、根据权利要求1所述的氧传感器老化模拟装置，其特征在于，所述外部信号源为信号发生器，所述信号发生器的输出端与所述滤波模块的输入端电性连接，用于向所述氧传感器老化模拟装置输入信号。

9、根据权利要求8所述的氧传感器老化模拟装置，其特征在于，所述信号发生器为正弦波发生器，用于向所述氧传感器老化模拟装置输入正弦波信号。

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