氧传感器信号处理电路及应用该电路的氧传感器加热闭环控制方法与流程
本发明涉及一种信号处理电路及应用该电路的控制方法，具体而言，涉及一种氧传感器信号处理电路及应用该电路的氧传感器加热闭环控制方法，属于汽车发动机电控技术领域。
背景技术：
在电喷车辆的设计和使用中，为获得高排气净化率，降低排气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物成份，必须使用三元催化器。有效使用三元催化器，就要求必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比，在这样的使用需求下，氧传感器开始逐步应用并推广。
氧传感器的作用是测定发动机燃烧后的排气中氧是否过剩、即获取氧气含量，并将氧气含量转换成电压信号传递到发动机计算机，使发动机能够实现以过量空气因数为目标的闭环控制；确保三元催化转化器对排气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化合物三种污染物都有最大的转化效率，最大程度地进行排放污染物的转化和净化。
在实际的应用过程中，由于燃料在汽车发动机内燃烧后会生成水，在高温条件下，所生成的水以气态存在，当车辆低温启动时，由于排气管内温度较低，这些生成的水会凝结成水滴。而这些生成的水滴，很有可能会进入安装在排气管内的氧传感器的内部、影响氧传感器的正常使用。因此，目前常见的各类车用的氧传感器,为了能够快速达到工作温度、使车辆进入闭环控制，通常具有自加热功能。
在现有技术中，对于氧传感器的加热控制一般采用预先标定开环控制电压的方式实现，但这样的方式并不能实现对不同环境和工况下氧传感器内锆元件温度的精确控制，很容易出现由于氧传感器工作温度异常而导致输出信号精确性降低的问题；另外，这种方式对于预设开环控制电压实车标定的准确度要求很高，标定工作量很大。
综上所述，如果能够提出一种氧传感器加热闭环控制方法，利用闭环控制的原理尽可能地消除上述影响，并根据实车中锆元件内部电阻来完成对氧加热相关故障的排查和判断、进而方便后续的obd（onboarddiagnostics）诊断，这也就成为了本领域内技术人员所亟待解决的问题。
技术实现要素：
鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种氧传感器信号处理电路及应用该电路的氧传感器加热闭环控制方法，具体如下。
一种氧传感器信号处理电路，与发动机控制单元相匹配，包括氧传感器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、定额电阻以及三极管；
所述氧传感器的一端跟别电性连接有所述第三电阻、所述第四电阻及所述定额电阻；
所述第一电阻的一端电性连接有外部电源正极，所述第一电阻的另一端电性连接有所述第二电阻；
所述第二电阻的一端分别电性连接有所述第一电阻及所述第三电阻；
所述第三电阻的一端分别电性连接有所述第一电阻及所述第二电阻，所述第三电阻的另一端分别电性连接有所述第四电阻、所述定额电阻及所述三极管；
所述第四电阻的一端电性连接有所述三极管，所述第四电阻的另一端分别电性连接有所述第三电阻、定额电阻及所述氧传感器；
所述定额电阻的一端分别电性连接有所述第三电阻、所述第四电阻及所述氧传感器，所述定额电阻的另一端作为氧传感器电压采集端与所述发动机控制单元电性连接；
所述三极管的一端电性连接有外部电源正极，所述三极管的另一端电性连接有所述第四电阻，所述三极管的再一端作为氧传感器电阻测量控制端与所述发动机控制单元电性连接。
优选地，所述第一电阻的电阻值范围为1kω~5kω；所述第二电阻的电阻值范围为0.5kω~5kω；所述第三电阻的电阻值范围为20kω~100kω；所述第四电阻的电阻值范围为1kω~10kω。
优选地，所述第一电阻的电阻值为1.78kω；所述第二电阻的电阻值为1kω；所述第三电阻的电阻值为56.2kω；所述第四电阻的电阻值为8.25kω。
优选地，所述定额电阻的电阻值为10kω。
一种氧传感器加热闭环控制方法，使用如上所述的氧传感器信号处理电路，包括如下步骤：
s1、发动机控制单元在内部单片机的中断阶段控制氧传感器电阻测量控制端输出信号、导通三极管，同时读取氧传感器电压采集端的ad值；
s2、发动机控制单元使用s1中所获取的数据计算氧传感器实际电阻值，计算公式为
其中，
s3、发动机控制单元计算得到氧传感器实际电阻值后，使用pi闭环控制算法、利用氧传感器加热电压使氧传感器实际电阻值保持在氧传感器目标电阻值附近。
优选地，s3中所述pi闭环控制算法公式为
其中，
优选地，在s3中所述pi闭环控制算法中，各参数的值为：
本发明的优点主要体现在以下几个方面：
本发明所提出的一种氧传感器加热闭环控制方法可以有效地保证发动机控制单元对氧传感器内部锆元件工作温度控制的精确性，消除氧传感器工作温度对传感器输出信号的影响。而且，通过对氧传感器工作温度的精确控制也可以最大限度上地提高氧传感器的使用寿命、降低后续的维护成本。
同时，与上述控制方法相对应的，本发明方法所基于的氧传感器信号处理电路整体结构精简、使用效果优异，硬件部分中所使用的各部件均为技术成熟、易于获得的电器元件，各企业可以通过对现有部件的简单改造、加工而获得本发明中硬件部分的技术方案，硬件加工成本低，有利于大规模的推广使用。
此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于同领域内的其他技术方案中，具有十分广阔的应用前景。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1为本发明中氧传感器信号处理电路的结构示意图；
其中：1、氧传感器；2、第一电阻；3、第二电阻；4、第三电阻；5、第四电阻；6、定额电阻；7、三极管。
具体实施方式
本发明提出了一种氧传感器信号处理电路及应用该电路的氧传感器加热闭环控制方法，具体如下。
如图1所示，一种氧传感器信号处理电路，与发动机控制单元（electroniccontrolunit，ecu）相匹配，包括氧传感器1、第一电阻2、第二电阻3、第三电阻4、第四电阻5、定额电阻6以及三极管7。
所述氧传感器1的一端跟别电性连接有所述第三电阻4、所述第四电阻5及所述定额电阻6。
所述第一电阻2的一端电性连接有外部电源正极，所述第一电阻2的另一端电性连接有所述第二电阻3。
所述第二电阻3的一端分别电性连接有所述第一电阻2及所述第三电阻4。
所述第三电阻4的一端分别电性连接有所述第一电阻2及所述第二电阻，所述第三电阻4的另一端分别电性连接有所述第四电阻5、所述定额电阻6及所述三极管7。
所述第四电阻5的一端电性连接有所述三极管7，所述第四电阻5的另一端分别电性连接有所述第三电阻4、定额电阻6及所述氧传感器1。
所述定额电阻6的一端分别电性连接有所述第三电阻4、所述第四电阻5及所述氧传感器1，所述定额电阻6的另一端为整个电路的输出端、作为氧传感器电压采集端与所述发动机控制单元电性连接。
所述三极管7的一端电性连接有外部电源正极，所述三极管7的另一端电性连接有所述第四电阻5，所述三极管7的再一端为整个电路的输入端、作为氧传感器电阻测量控制端与所述发动机控制单元电性连接。
上述各电阻的选择标准如下：所述第一电阻2的电阻值范围为1kω~5kω；所述第二电阻3的电阻值范围为0.5kω~5kω；所述第三电阻4的电阻值范围为20kω~100kω；所述第四电阻5的电阻值范围为1kω~10kω。
在本实施例中，所述第一电阻2的电阻值为1.78kω；所述第二电阻3的电阻值为1kω；所述第三电阻4的电阻值为56.2kω；所述第四电阻5的电阻值为8.25kω；所述定额电阻6的电阻值为10kω。
本发明还揭示了一种氧传感器加热闭环控制方法，使用如上所述的氧传感器信号处理电路。由于所述氧传感器1内部锆元件温度与其电阻值间有确定的一一对应关系，因此在本方法中，发动机控制单元软件通过对所述氧传感器1内部锆元件的电阻值进行测量和闭环控制，实现对所述氧传感器1工作温度的精确控制。
方法具体包括如下步骤：
s1、发动机控制单元在内部单片机的中断阶段控制氧传感器电阻测量控制端输出信号、导通三极管7，同时读取氧传感器电压采集端的ad值；
s2、发动机控制单元使用s1中所获取的数据计算氧传感器实际电阻值，计算公式为
其中，
s3、发动机控制单元计算得到氧传感器实际电阻值后，使用pi闭环控制算法、利用氧传感器加热电压使氧传感器实际电阻值保持在氧传感器目标电阻值（所述氧传感器目标电阻值为对应的所述氧传感器最佳工作温度的电阻值）附近。
s3中所述pi闭环控制算法公式为
其中，
在s3中所述pi闭环控制算法中，各参数的优选参考值为：
本发明所提出的一种氧传感器加热闭环控制方法可以有效地保证发动机控制单元对氧传感器内部锆元件工作温度控制的精确性，消除氧传感器工作温度对传感器输出信号的影响。而且，通过对氧传感器工作温度的精确控制也可以最大限度上地提高氧传感器的使用寿命、降低后续的维护成本。
同时，与上述控制方法相对应的，本发明方法所基于的氧传感器信号处理电路整体结构精简、使用效果优异，硬件部分中所使用的各部件均为技术成熟、易于获得的电器元件，各企业可以通过对现有部件的简单改造、加工而获得本发明中硬件部分的技术方案，硬件加工成本低，有利于大规模的推广使用。
此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于同领域内的其他技术方案中，具有十分广阔的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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