用于运行宽带λ传感器的方法与流程

用于运行宽带
λ
传感器的方法


背景技术：

1.由现有技术已知多种用于感测测量气体室中的测量气体的至少一个特性的传感器元件和方法。在此，原则上可以涉及测量气体的任意物理和/或化学特性，其中，可以感测一个或多个特性。下面尤其参照定性地和/或定量地感测测量气体的气体组分的分量来描述本发明，尤其参照感测测量气体中的氧气分量来描述。氧气分量例如可以以分压形式和/或以百分比形式来感测。然而，替代地或附加地，也可以感测测量气体的其他特性，例如温度。
2.由现有技术中尤其已知具有陶瓷传感器元件的传感器，所述传感器基于对确定的固体电解特性的使用，即基于该固体的离子导电特性。尤其，这些固体可以是陶瓷固体电解质，例如二氧化锆(zro2)，尤其是钇稳定的二氧化锆(ysz)和掺杂钪的二氧化锆(scsz)，其可以包含少量氧化铝(al2o3)和/或氧化硅(sio2)添加物。
3.例如，这种传感器元件可以构型为所谓的λ传感器，例如由konrad reif(hrsg.)：sensoren im kraftfahrzeug第一版2010，160-165页已知。通过宽带λ传感器、尤其利用平面的宽带λ传感器例如可以在大范围中确定废气中的氧气浓度并因此推断出燃烧室中的空气燃料比。空气系数λ描述了这种空气燃料比。
4.根据对于所谓的车载诊断的法规要求：监测宽带λ传感器的信号。在此，待监测的误差图像是附加的偏移，尤其是在化学计量燃烧情况下(λ＝1.0)的汽油系统中。当前，借助于催化器后面的两点式λ传感器来辨识该偏移，其中在主动的λ＝l调节(前后催化调节激活)情况下将催化之前和之后的传感器λ值的差视为催化器前面的传感器的偏移。为此，需要在每个废气装置中都提供在催化器前面的λ传感器和在催化器后面的λ传感器。
5.由ep 0 444 674 b1已知一种方法，该方法辨识催化器前面的宽带λ传感器的偏移，而不需要在催化器后面的第二λ传感器作为参考。这可以被称为自校准，因为仅使用宽带λ传感器本身的信号。在该方法中，除了用于计算出测量气体的λ值的泵电流信号以外，还附加地分析评价泵电压，其中，泵电压信号用作参考并且假设：泵电压尤其是在λ＝1.0的情况下不经受老化效应或干扰效应。通过在λ＝1.0时比较泵电流和泵电压，这在理论上相当于约0mv的泵电压，在此推断出泵电流偏移并且因此也推断出λ偏移。
6.由de 10 2013 202 161 a1和de 10 2013 202 260 a1已知一种方法，该方法同样基于泵电流和泵电压，但由两个参量计算出一个λ值，其中，这两个λ值的差被解释为宽带λ传感器的λ偏移，其中，由泵电压计算出的λ值被用作参考。
7.尽管由现有技术已知的用于运行宽带λ传感器的方法具有优点，然而这种方法仍包含改进潜能。因此，在所述方法中直接将由泵电压计算出的泵电流或λ值与所测量的泵电流或由此计算出的λ值相比较。这些方法需要滤波器，以便来补偿或剔除所测得信号中的干扰。


技术实现要素：

8.因此提出一种用于运行宽带λ传感器的方法，该方法至少在很大程度上避免了已
知方法的缺点并且该方法尤其是允许：辨识并且必要时匹配宽带λ传感器的相加的偏移，其中，仅使用λ传感器自身的信号并且在催化器后面不需要另外的传感器、例如λ传感器。
9.在根据本发明的用于运行宽带λ传感器的方法中，所述宽带λ传感器具有陶瓷传感器元件，所述陶瓷传感器元件具有电化学泵单元、电化学能斯特单元、扩散阻挡部和空腔，其中，空腔通过扩散阻挡部与废气连通，其中，电化学泵单元具有直接暴露于废气的外泵电极和布置在空腔中的内泵电极以及布置在外泵电极与内泵电极之间的第一固体电解质，其中，电化学能斯特单元具有布置在空腔中的能斯特电极和布置在参考气体室中的参考电极以及布置在能斯特电极与参考电极之间的第二固体电解质，其中，在外泵电极与内泵电极之间可施加泵电压，使得流过泵电流，其中，在能斯特电极与参考电极之间可测量到能斯特电压，其中，基于泵电流能感测到测量气体的λ值，该方法包括以下步骤，优选以给定的顺序：
[0010]-通过设定泵电压和/或泵电流将能斯特电压调节到预给定的应有值，
[0011]-测量泵电压、泵电流和/或λ值，
[0012]-基于泵电压、泵电流和/或λ值的所测量的测量值形成测量值对，
[0013]-基于这些测量值计算出回归线，用以对泵电压的参考特性曲线的预先确定区段进行近似计算，以及
[0014]-基于该回归线来求取泵电流偏移和/或λ偏移。
[0015]
参考特性曲线的预先确定区段可以是具有陡峭变化曲线的区段。“陡峭变化曲线”可以理解为其斜率超过预先确定阈值的变化曲线，其中，预先确定阈值与零不同。
[0016]
具有陡峭变化曲线的区段可以通过泵电流区间、λ区间和/或泵电压区间来限定。因此，该区段通过泵电流、λ和/或泵电压的下边界和上边界来限定。
[0017]
泵电流偏移和/或λ偏移可以基于回归线与泵电压的参考特性曲线在预先确定部位处的间距来求取。例如，预先确定部位是泵电压为0mv时的泵电流或者在λ＝1时的泵电流。
[0018]
此外，该方法可以包括基于泵电流偏移和/或λ偏移来求取经校准的泵电流和/或λ值。由此，提高了测量精度。
[0019]
替代地或附加地，该方法还可以包括执行对宽带λ传感器的诊断，其中，如果泵电流偏移和/或λ偏移超过第一预先确定阈值或低于与第一预先确定阈值不同的第二预先确定阈值，则辨识到宽带λ传感器有误差。相应地，泵电流偏移和/或λ偏移可以被用作诊断判据，以便执行自校准，该自校准相应于车载诊断所要求的法律规定。
[0020]
回归线可以借助最小二乘法来计算。在此，最小二乘法的计算可以递归地实现。通过算出回归线，可以暗含地补偿或剔除所测量的信号中的干扰，使得不需要另外的滤波器。此外，回归线可以通过直线最小二乘法来求取，这也能递归地执行，使得例如在马达控制器中的存储需求和计算需求较小。
[0021]
测量值对可以包括所测量的与泵电流ip相关的泵电压up、所测量的与泵电压相关的泵电流ip、所测量的与λ相关的泵电压或所测量的与泵电压up相关的λ。换句话说，从多个测量值中计算出回归线，例如所测量的泵电压up与泵电流ip的相关性或反之，或者所测量的泵电压与λ的相关性或反之。
[0022]
此外，提出一种计算机程序，所述计算机程序设置为用于，执行根据上述实施方式
中的一个实施方式的方法的每个步骤。
[0023]
此外，提出一种电子存储介质，在所述存储介质上存储这样的计算机程序。
[0024]
此外，提出一种电子控制器，该电子控制器包括这样的电子存储介质。
[0025]
本发明的基本构思是，还将泵电压用作参考，但不直接将根据泵电压计算出的泵电流或λ值与所测量的泵电流或由此计算出的λ值进行比较，而是首先从多个测量值中计算出回归线。在此，回归线反映出对于宽带λ传感器来说典型的特征曲线的陡峭区段。然后该回归线与名义传感器特征曲线在典型点处的间距可以被解释为宽带λ传感器的偏移。
[0026]
本发明的优点是，通过算出回归线，暗含地补偿或剔除所测量信号中的干扰，使得不需要另外的滤波器。此外，回归线可以通过最小二乘法来求取，这也能递归地实现，使得例如马达控制器中的存储需求和计算需求较小。
[0027]
此外，该方法能应用于基于泵电流或λ的参量。因此，视宽带λ传感器的规格而定地来计算回归线：泵电压＝f(泵电流)或者泵电压＝f(λ)并且与在相同基础上特定的名义特征曲线进行比较。
[0028]
因为可以自由选择回归线和名义特性曲线的比较点，例如泵电压＝0mv或者在λ＝1时的泵电压，所以该比较点能够有利地位于宽带λ传感器的特性曲线的可良好特定且稳定的点上。
附图说明
[0029]
从附图中示意性示出的优选实施例的后续说明中得出本发明的另外的可选细节和特征。
[0030]
附图示出：
[0031]
图1示出宽带λ传感器的横截面图，
[0032]
图2示出根据本发明的方法的示意性流程图，
[0033]
图3本方法在新的宽带λ传感器没有偏移的情况下的结果，
[0034]
图4本方法在新的宽带λ传感器具有偏移的情况下的结果，和
[0035]
图5本方法在具有偏移的宽带λ传感器老化的情况下的结果。
具体实施方式
[0036]
在图1中示出宽带λ传感器110的横截面图。宽带λ传感器110与电子控制器124连接。宽带λ传感器110包括传感器元件112。传感器元件112具有电化学泵单元116，该电化学泵单元具有外泵电极118和内泵电极118
′
以及布置在它们之间的固体电解质120。外泵电极118仅通过保护层分隔开地直接暴露于测量气体114、例如废气，内泵电极118
′
布置在传感器元件112的内空腔130中。通过多孔的扩散阻挡部128来限制气体进入到空腔130或者说到布置在该空腔中的电极118。
[0037]
传感器元件112具有电化学能斯特单元216，该电化学能斯特单元具有能斯特电极218和布置在参考通道219中的参考电极218
′
，该参考通道和能斯特电极通过第二固体电解质120
′
彼此连接。传感器元件112还包括构造为电阻加热装置的加热元件122。
[0038]
电子控制器124设置为用于，执行用于运行宽带λ传感器的根据本发明的方法，尤其用于实现可激活的和/或可停用的外部电路，电压和/或电流通过该外部电路可流入到电
化学泵单元116、电化学能斯特单元216和/或加热元件122中。此外，控制器124可以设置为用于，例如通过相应的电阻测量或类似方法来确定传感器元件112的和/或电化学泵单元116的和/或电化学能斯特单元216的温度。为该目的，电子控制器124可以包括至少一个数据处理设备126。此外，电子控制器124可以包括电子存储介质，在该电子存储介质上存储了计算机程序，该计算机程序包括用于执行各个方法步骤的指令。传感器元件112可以通过至少一个接口134与电子控制器124和/或与数据处理设备126连接。尤其地，在外泵电极118与内泵电极118
′
之间能施加泵电压up，使得流过泵电流ip，并且在能斯特电极218与参考电极218
′
之间可以测量到能斯特电压un。
[0039]
下面描述根据本发明的方法。在传感器元件112被充分加热之后，例如在借助电阻加热装置设定为700℃至800℃之间的运行温度之后，λ传感器110开始运行。传感器元件112的温度和因此电化学单元116、216的内阻接下来总是被调节到该温度。
[0040]
在宽带λ传感器的运行中，能斯特电压un始终被调节到预给定的应有值，例如450mv，如在步骤s10中所说明的那样。为此，通过调节算法适当地设定泵电压up和/或泵电流ip。因此，在内空腔130中设定具有预给定的空气系数、例如λ＝1的气体混合物。该泵电流ip在物理上作为离子流在电化学泵单元116中流动并且作为电子流在该电化学泵单元的输入线路中流动，并且原则上已经是用于测量气体114、例如废气中的氧气分压力的度量，即用于λ的度量。因此，基于泵电流ip可以感测测量气体114的λ值。用于调整所谓的能斯特单元上的电压的基础是化学电位。然而，该化学电位相对于限定的固定电位来给定。在λ传感器110内，在λ传感器的re接头上存在正常情况下明确限定的化学电位，在那里存在所谓的空气参考。λ传感器的所有其它电位，包括ipe引脚上的电位都参照该空气参考，在该ipe引脚处存在所谓的λ1空腔130，该λ1空腔的化学电位通过450mv的差分电压这样调整，使得在那里出现λ值1。至今所提到的泵电压up是ape引脚相对于ipe引脚的电压。然而，因为ipe引脚参照re引脚上的电位，所以在该方法中，替代泵电压up地也可以使用ape引脚与re引脚之间的电压，该电压在这种情况下可以被称为二元λ传感器的传感器内部信号。
[0041]
在步骤s12中，测量、例如感测测量气体的泵电压up、泵电流ip和/或λ值。由此感测的测量值至少暂时地被存储。
[0042]
在步骤s14中，基于测量气体的泵电压up、泵电流ip和/或λ值的所测得的测量值形成测量值对。
[0043]
在步骤s16中，基于这些测量值对计算用于对泵电压up的参考特性曲线的预先确定区段进行近似计算的回归线。因此，从多个测量值对，例如所测得的与泵电流ip相关的泵电压up或反之，或者所测得的与λ相关的泵电压up或反之来计算回归线。参考特性曲线的预先确定区段可以是具有陡峭变化曲线的区段，也就是说，具有这样斜率的区段：该斜率比特征曲线的其余区段中的斜率明显更大，即例如至少为3倍并且例如优选至少为5倍。这种陡峭变化曲线对于λ传感器来说是典型的并且一般是已知的。因此，回归线反映了对于宽带λ传感器而言典型的函数up＝f(ip)或up＝f(λ)的陡峭区段。具有陡峭变化曲线的区段可以通过泵电流区间、λ区间和/或泵电压区间来限定。换句话说，在此可以借助特定的名义特征曲线通过泵电流区间或λ区间和/或泵电压区间来限定该陡峭区段。
[0044]
为了估计回归线，一方面可以首先缓存来自所限定的up/lp区间或up/λ区间的测量值对，并且随后在计算步骤中通过最小二乘法来执行线性回归。替代地，该计算也可以是
递归的，由此，减少了存储需求和计算需求。在此，不但可以根据ip或λ计算up，或者也可以对相反的关系进行计算，视哪个参量被认为更强烈地受影响而定。即，最小二乘法的假设是，仅关联参量(y轴)是受干扰的。然而，因为在这里不但泵电压而且泵电流或λ被测量并因此受干扰，所以也可以有利地使用总最小二乘法，该总最小二乘法在进行参数估计时可以不但考虑x轴上的干扰而且也考虑y轴上的干扰。
[0045]
在步骤s18中，基于回归线求取泵电流偏移和/或λ偏移。尤其，基于回归线与泵电压参考特性曲线的在预先确定部位上的间距来求取泵电流偏移和/或λ偏移。预先确定部位例如是泵电压为0mv时的泵电流或在λ＝1时的泵电流。换句话说，这些回归线与名义传感器特征曲线在典型点上的间距，例如回归线与名义传感器特征曲线up＝f(ip)在up＝0mv时或up在λ＝1时的水平间距可以被解释为偏移，例如泵电流偏移或λ偏移。
[0046]
在步骤s20中，基于泵电流偏移和/或λ偏移来求取经校准的泵电流和/或λ值，例如通过从测得的泵电流ip或λ中减去或加上。通过该方法所求取的泵电流偏移或者λ偏移因此可以直接被用于对有误差的泵电流信号或者λ信号进行匹配和校准。
[0047]
此外，可以在步骤s22中可选地执行对宽带λ传感器110的诊断，其中，如果泵电流偏移和/或λ偏移超过第一预先确定阈值或者低于第二预先确定阈值，该第二预先确定阈值与第一预先确定阈值不同，则辨识出宽带λ传感器110的误差。此外，因此可以将所辨识的泵电流偏移用于对宽带λ传感器110的诊断，其方式是，如果所辨识的泵电流偏移或λ偏移大于或者小于特定阈值，则进行误差输入。
[0048]
如果例如在引入漏电流或者耦入到泵电流上时识别出误差，则可以证实本发明的使用。然后，该误差通过控制器被输入并且通过诊断接口可被测量到。
[0049]
图3示出了该方法在新的宽带λ传感器没有偏移的情况下的结果。在所示出的示例中，在x轴上绘制所测量的泵电流ip或所测量的λ。在y轴上绘制与此相关的泵电压up。此外，示出新的宽带λ传感器的示例性参考特性曲线300的变化曲线。参考特性曲线300的陡峭区段通过具有下边界302和上边界304的泵电流区间或者λ区间以及通过具有下边界306和上边界308的泵电压区间来限定。同样示出所测量的泵电流ip或λ的各个测量值310、312。在此，在泵电流区间或λ区间和泵电压区间以外的测量值用310标记并且在泵电流区间或λ区间和泵电压区间以内的测量值用312标记。同样示出这样计算出的回归线314。因为图3中的示例涉及没有偏移的新的宽带λ传感器，所以回归线314与参考特性曲线300的水平间距316在具有陡峭变化曲线的区段内、例如在泵电压up＝0mv时的预先确定部位处同样为零，这显示没有偏移。
[0050]
图4示出了该方法在新的宽带λ传感器具有偏移的情况下的结果。在所示出的示例中，在x轴上绘制所测量的泵电流ip或所测量的λ。在y轴上绘制与此相关的泵电压up。此外示出，新的宽带λ传感器的示例性参考特性曲线400的变化曲线。参考特性曲线400的陡峭区段通过具有下边界402和上边界404的泵电流区间或λ区间以及通过具有下边界406和上边界408的泵电压区间来限定。同样示出所测量的泵电流ip或λ的各个测量值410、412。在此，在泵电流区间或λ区间和泵电压区间以外的测量值用410标记，并且在泵电流区间或λ区间和泵电压区间以内的测量值用412标记。同样示出这样计算出的回归线414。因为图4中的示例涉及具有偏移的新的宽带λ传感器，所以回归线414与参考特性曲线400的水平间距416在具有陡峭变化曲线的区段内的预先确定部位处、例如在泵电压up＝0mv时不同于零，这表示
有偏移。
[0051]
图5示出该方法在具有偏移的宽带λ传感器老化的情况下的结果。在所示出的示例中，在x轴上绘制所测量的泵电流ip或所测量的λ。在y轴上绘制与此相关的泵电压up。此外，示出新的宽带λ传感器的示例性参考特性曲线500的变化曲线。参考特性曲线500的陡峭区段通过具有下边界502和上边界504的泵电流区间或λ区间以及通过具有下边界506和上边界508的泵电压区间来限定。此外，示出第一老化宽带λ传感器的泵电压up与ip或λ的相关性的第一变化曲线510以及泵电压up与ip或λ的相关性的第二变化曲线512。同样示出了第一老化宽带λ传感器的计算出的第一回归线514以及第二老化宽带λ传感器的计算出的第二回归线516。因为在图5中的示例涉及具有偏移的老化的宽带λ传感器，所以例如第二回归线516与参考特性曲线500的水平间距518在具有陡峭变化曲线的区段内的预先确定部位上、例如在泵电压up＝0mv的情况下不同于零，这表示有偏移。