专利名称：氧传感器信号模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车电子技术领域，特别涉及一种氧传感器信号模拟器。
背景技术：
0BD (在线排放诊断)技术是20世纪80年代发展起来的一种汽车发动机故障自动 诊断程序，它采用统一的标准和程序接口帮助驾驶员或维修人员来监控发动机的运行状况 并诊断故障。目前，全国范围内实施的国III排放法规和北京市实施的国IV排放法规，都 要求汽车控制系统具有EOBD功能。在EOBD中，氧传感器信号监测是其重要的功能，氧传感 器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU(发动机电子控制单元)发出反馈信号，再由ECU控 制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。因此每种ECU都需要 进行氧传感器信号的匹配标定，检测ECU的氧传感器信号监测功能是否正常，因此需要提 供一种用作发动机标定工作的氧传感器信号模拟器。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提供一种用作发动机标定 工作的氧传感器信号模拟器。 为达到上述目的，本发明一方面提出一种氧传感器信号模拟器，包括输入端，通 过所述输入端输入氧传感器的正常信号；A/D转换器，用于将所述正常的氧传感器信号转 换为数字信号；处理器，根据预设的或输入的控制参数对所述A/D转换器转换的数字信号 进行处理，生成氧传感器的故障信号，或者不对所述数字信号进行处理，输出所述氧传感器 的正常信号；D/A转换器，用于将所述处理器输出的所述氧传感器的故障信号或正常信号 转换为模拟信号，并提供给电子控制单元ECU。 作为本发明的一个实施例，还包括信号处理选择开关，用于控制所述处理器是否 对所述A/D转换器转换的数字信号进行处理。 作为本发明的一个实施例，还包括工作模式选择开关，用于根据选择所述氧传感 器信号模拟器进入正偏差模式、负偏差模式或者滤波模式。 作为本发明的一个实施例，所述正偏差模式下，所述处理器对所述数字信号的处 理包括输出的故障信号=输入数字信号X衰减因子+偏差值；所述负偏差模式下，所述 处理器对所述数字信号的处理包括输出的故障信号=输入数字信号X衰减因子-偏差 值；所述滤波模式下，所述处理器对所述数字信号的处理包括判断所述输入数字信号处 于上升阶段还是处于下降阶段；如果判断所述输入数字信号处于上升阶段，则采用正滤波 因子选择正滤波值进行处理；如果判断所述输入数字信号处于下降阶段，则采用负滤波因 子选择负滤波值进行处理。具体地，所述采用正滤波因子选择正滤波值进行处理包括输出 的故障信号=上次输出的故障信号X (l-正滤波值)+输入信号X正滤波值；所述采用负 滤波因子选择负滤波值进行处理包括输出的故障信号=上次输出的故障信号X (1-负滤 波值)+输入信号X负滤波值。
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作为本发明的一个实施例，还包括参数输入设备，用于使用户通过所述参数输入 设备设置所述处理器的控制参数。 作为本发明的一个实施例，还包括工作状态指示灯，用于在所述氧传感器信号模 拟器正常工作时开启以指示所述氧传感器信号模拟器的状态。 作为本发明的一个实施例，还包括内部电阻上拉开关，用于根据氧传感器类型的 不同对输入的氧传感器的正常信号进行上拉。 作为本发明的一个实施例，所述输入的氧传感器的正常信号由车内的氧传感器提 供，所述氧传感器信号模拟器连接在所述车内的氧传感器和ECU之间。其中，还包括分别与 所述车内氧传感器和ECU相连的线束接口 。 本发明实施例提出的氧传感器信号模拟器能够通过对正常氧传感器信号的处理， 能够模拟氧传感器的各种失效和故障情况，从而为ECU的测试提供依据。另外，本发明实施 例的氧传感器信号模拟器具有先进的信号处理算法，可以模拟氧传感器的各种失效和故障 情况，工作可靠，处理速度快。其次，在本发明实施例中，氧传感器信号模拟器可具有键盘、 显示屏等输入输出设备，从而用户可以利用键盘等输入设备设定参数，并通过显示屏显示 给用户，方便用户的使用。 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中 图1为本发明实施例一的氧传感器信号模拟器的示意图； 图2为本发明实施例一的氧传感器信号模拟器与氧传感器和ECU之间的连接示意
图；
图3为本发明实施例二的氧传感器信号模拟器的示意图； 图4为本发明实施例二的氧传感器信号模拟器的外观图。
具体实施例方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。 本发明主要在于，通过氧传感器信号模拟器对正常的氧传感器信号的处理，可以
模拟氧传感器的故障信号，例如由于接触不良、受其他信号干扰或氧传感器失效等产生的
信号变形等，这样通过本发明实施例提供的氧传感器信号模拟器就可以模拟氧传感器的各
种失效和故障情况，从而为ECU的测试提供依据。 实施例一， 如图1所示，为本发明实施例一的氧传感器信号模拟器的示意图，该实施例中描 述了氧传感器信号模拟器的基本结构，本领域技术人员能够根据该结构进行扩展以实现更 多的功能，但是这些扩展均应包含在本发明的保护范围之内。如图l所示，该氧传感器信号模拟器包括输入端，可通过该输入端输入氧传感器的正常信号，在本发明的一个实施例中，氧传感器的正常信号可以由车内自带的氧传感器产生，如将本发明的氧传感器信号模拟器连接在氧传感器和ECU之间，如图2所示，为本发明实施例一的氧传感器信号模拟器与氧传感器和ECU之间的连接示意图，因此相应地氧传感器信号模拟器还具有分别与所述车内氧传感器和ECU相连的线束接口 ，另外氧传感器信号模拟器的电源和电源地可采用ECU使用的电源和电源地，当然氧传感器信号模拟器也可使用车上的12V电源。
该氧传感器信号模拟器还包括A/D转换器100、处理器200和D/A转换器300。 A/D转换器100用于将正常的氧传感器信号转换为数字信号。处理器200根据预设的控制参数对A/D转换器转换的数字信号进行处理，生成氧传感器的故障信号，或者不对所述数字信号进行处理，输出氧传感器的正常信号。例如可以对正常的氧传感器信号进行衰减、延迟等处理，从而模拟由于氧传感器失效而造成的信号变形等故障信号。D/A转换器300用于将处理器200输出的氧传感器的故障信号或正常信号转换为模拟信号，并提供给ECU。在本发明的一个实施例中，处理器200可选择单片机，例如高速单片机MC9S08GT32，同时A/D转换器100和D/A转换器300应当也具备一定的精度和速度，例如A/D转换器100可为MAX1236,D/A转换器300可为MAX5822。
实施例二， 相对于实施例一，本实施例具有更多的功能，当然本领域技术人员还可在实施例二的基础上做出更多的扩展，因此这些功能扩展也应当包含在本发明的保护范围之内。如图3所示，为本发明实施例二的氧传感器信号模拟器的示意图。在该实施例中，包括实施例一所示的A/D转换器100、处理器200和D/A转换器300，其功能及连接方式与实施例一相同，在此不再赘述。 在本发明的一个实施例中，氧传感器信号模拟器还包括参数输入设备400，如键盘，触摸屏等，用于使用户通过参数输入设备400设置处理器200的控制参数，例如设置衰减因子、偏差值等参数。 在本发明的一个实施例中，氧传感器信号模拟器还包括信号处理选择开关500，用于控制处理器200是否对A/D转换器100转换的数字信号进行处理，即控制处理器200输出故障信号或氧传感器的正常信号。如图4所示，为本发明实施例二的氧传感器信号模拟器的外观图，例如如果信号处理选择开关500在"保持信号"的位置，则处理器200对输入的氧传感器的正常信号不作任何处理，直接输入到ECU中；如果信号处理选择开关500在"信号处理"的位置，则处理器200对输入的氧传感器的正常信号根据设置的参数进行处理，生成故障信号并提供给ECU。 在本发明的一个实施例中，氧传感器信号模拟器还包括工作模式选择开关600，在本发明实施例中为处理器200提供了三种工作模式，每种工作模式都对应于一种或多种故障情况，并且具有各自不同的参数，用户在选择工作模式之后还可根据参数输入设备400对这些参数进行设置。在本发明实施例中，这三种工作模式包括正偏差模式、负偏差模式或者滤波模式。其中，正偏差模式对应的故障情况为传感器地线接触不良、传感器信号线与其它信号线或电源线短路；负偏差模式对应的故障情况为传感器电源线接触不良、传感器信号线与其它信号线或地线短路；滤波模式对应的故障情况为传感器信号线接触不良、因铅中毒、硅中毒、表面积炭、陶瓷元件破损、加热电阻烧蚀等因素造成的输出电压不正
6常和响应迟缓。 对于正偏差模式，处理器200对于经过A/D转换器100转换的数字信号先依照设定的衰减因子进行衰减，之后再加上偏差量，并通过D/A转换器300输出给ECU。其中输出的故障信号=输入数字信号乂衰减因子+偏差值，衰减因子的范围为0-0. 999，偏差值的范围为0-999mv。 对于负偏差模式，处理器200对于经过A/D转换器100转换的数字信号先依照设定的衰减因子进行衰减，之后再减去偏差量，并通过D/A转换器300输出给ECU。其中
输出的故障信号=输入数字信号X衰减因子-偏差值，衰减因子的范围为0-0. 999，偏差值的范围为0-999mv。 对于滤波模式，此模式主要模拟氧传感器信号变慢的现象。需要首先判断输入数字信号处于上升阶段还是处于下降阶段，如果处于上升阶段则应用正滤波因子，如果处于下降阶段，则应用负滤波因子。当滤波因子为999时，滤波基本不起作用。当滤波因子较小时，则滤波效果较大。根据设定的滤波因子，发生器内部选取相应的滤波值，两者正向变化。具体地，采用正滤波因子选择正滤波值进行处理包括输出的故障信号=上次输出的故障信号X(l-正滤波值)+输入信号X正滤波值，其中正滤波值的范围为O-O. 999;采用负滤波因子选择负滤波值进行处理包括输出的故障信号=上次输出的故障信号X (l-负滤波值)+输入信号X负滤波值，其中负滤波值的范围为O-O. 999，其中，负滤波值与正滤波值的范围相同，分别作用在波形上升阶段和波形下降阶段。 在本发明的另一个实施例中，氧传感器信号模拟器还包括工作状态指示灯，用于
在氧传感器信号模拟器正常工作时开启以指示氧传感器信号模拟器的状态。 在本发明的另 一个实施例中，氧传感器信号模拟器还包括内部电阻上拉开关700 ，
用于根据氧传感器类型的不同对输入的氧传感器的正常信号进行上拉，例如上拉电阻为487KQ 。需要上拉的原因是原ECU系统本身能够给氧传感器提供泵电流，加在氧传感器的
信号高和信号低电路上。为了连接氧传感器信号模拟器，氧传感器的信号高被切断接入到模拟器中，因此氧传感器的泵电流也被切断，需要另外提供给氧传感器泵电流，泵电流的作用是为了保证氧传感器对比室中气体的洁净。 在使用本发明实施例的氧传感器信号模拟器时，可将氧传感器信号模拟器需置于驾驶室内，由专门的标定人员操作使用，通过氧传感器信号模拟器模拟的故障信号对ECU进行测试。 本发明实施例提出的氧传感器信号模拟器能够通过对正常氧传感器信号的处理，能够模拟氧传感器的各种失效和故障情况，从而为ECU的测试提供依据。另外，本发明实施例的氧传感器信号模拟器具有先进的信号处理算法，可以模拟氧传感器的各种失效和故障情况，工作可靠，处理速度快。其次，在本发明实施例中，氧传感器信号模拟器可具有键盘、显示屏等输入输出设备，从而用户可以利用键盘等输入设备设定参数，并通过显示屏显示给用户，方便用户的使用。 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
一种氧传感器信号模拟器，其特征在于，包括输入端，通过所述输入端输入氧传感器的正常信号；A/D转换器，用于将所述正常的氧传感器信号转换为数字信号；处理器，用于根据预设的或输入的控制参数对所述A/D转换器转换的数字信号进行处理，生成氧传感器的故障信号，或者不对所述数字信号进行处理，输出所述氧传感器的正常信号；D/A转换器，用于将所述处理器输出的所述氧传感器的故障信号或正常信号转换为模拟信号，并提供给电子控制单元ECU。
2. 如权利要求1所述的氧传感器信号模拟器，其特征在于，还包括信号处理选择开关，用于控制所述处理器是否对所述A/D转换器转换的数字信号进行 处理。
3. 如权利要求1所述的氧传感器信号模拟器，其特征在于，还包括工作模式选择开关，用于根据选择所述氧传感器信号模拟器进入正偏差模式、负偏差 模式或者滤波模式。
4. 如权利要求3所述的氧传感器信号模拟器，其特征在于，所述正偏差模式下，所述处理器对所述数字信号的处理包括 输出的故障信号=输入数字信号X衰减因子+偏差值； 所述负偏差模式下，所述处理器对所述数字信号的处理包括 输出的故障信号=输入数字信号X衰减因子-偏差值； 所述滤波模式下，所述处理器对所述数字信号的处理包括 判断所述输入数字信号处于上升阶段还是处于下降阶段；如果判断所述输入数字信号处于上升阶段，则采用正滤波因子选择正滤波值进行处理；如果判断所述输入数字信号处于下降阶段，则采用负滤波因子选择负滤波值进行处理。
5. 如权利要求4所述的氧传感器信号模拟器，其特征在于，所述采用正滤波因子选择正滤波值进行处理包括输出的故障信号=上次输出的故障信号X(l-正滤波值)+输入信号X正滤波值； 所述采用负滤波因子选择负滤波值进行处理包括输出的故障信号=上次输出的故障信号x (l-负滤波值)+输入信号X负滤波值。
6. 如权利要求l-5任一项所述的氧传感器信号模拟器，其特征在于，还包括参数输入设备，用于使用户通过所述参数输入设备设置所述处理器的控制参数。
7. 如权利要求1所述的氧传感器信号模拟器，其特征在于，还包括工作状态指示灯，用于在所述氧传感器信号模拟器正常工作时开启以指示所述氧传感 器信号模拟器的状态。
8. 如权利要求1所述的氧传感器信号模拟器，其特征在于，还包括内部电阻上拉开关，用于根据氧传感器类型的不同对输入的氧传感器的正常信号进行 上拉。
9. 如权利要求1所述的氧传感器信号模拟器，其特征在于，所述输入的氧传感器的正常信号由车内的氧传感器提供，所述氧传感器信号模拟器连接在所述车内的氧传感器和 ECU之间。
10.如权利要求9所述的氧传感器信号模拟器，其特征在于，还包括 分别与所述车内氧传感器和ECU相连的线束接口 。
全文摘要
本发明提出一种氧传感器信号模拟器，包括输入端，A/D转换器，用于将正常的氧传感器信号转换为数字信号，处理器，用于根据预设的或输入的控制参数对所述A/D转换器转换的数字信号进行处理，生成氧传感器的故障信号，或者不对数字信号进行处理，输出氧传感器的正常信号；D/A转换器，用于将处理器输出的所述氧传感器的故障信号或正常信号转换为模拟信号，并提供给ECU。本发明实施例提出的氧传感器信号模拟器能够通过对正常氧传感器信号的处理，能够模拟氧传感器的各种失效和故障情况，从而为ECU的测试提供依据。
文档编号G01M15/00GK101793604SQ20101010882
公开日2010年8月4日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者张云龙, 胡静, 黄龙辉 申请人:清华大学