氮氧传感器电控单元的研究

摘要

随着重型柴油车排放标准的不断提高，NOx的排放量从国Ⅲ标准的5.0g·(kW·h)-1逐渐降到国Ⅴ的2.0g·(kW·h)-1，这就要求有更为苛刻的NOx后处理SCR系统。车用氮氧传感器在该系统中发挥重要作用，通过测量尾气中NOx浓度并实时反馈给发动机控制单元，SCR系统通过该信息来控制NOx气体的还原，从而高效地实现NOx浓度的闭环控制。由于国外在车用氮氧传感器的研究与设计较为成熟，目前国内使用的该传感器基本上都是采用国外的产品，而国内主要是针对SCR控制系统的研究比较深，对氮氧传感器的研究较少，尤其是针对该传感器的电控单元。为此本课题以电流型的氮氧传感器为研究对象，针对该电控单元的研究进行了如下主要工作：
　　（1）该传感器是通过测量NOx还原的O2浓度，来表征NOx的浓度，因此首先分析了氮氧传感器的工作原理，并进行ZrO2氧敏感元件的泵氧特性及电学特性的分析，在此基础上，提出主泵、辅助泵以及测量泵的控制策略，其中包括能斯特电压定值反馈策略和泵电流定值反馈策略。此外由于氧敏感元件需在最佳高温下才能产生电学特性，对此提出该传感器的加热控制方法。
　　（2）从电控单元的数学模型角度出发，建立第一腔室内的氧气浓度的动态平衡，针对该平衡模型，进行泵电流的PI控制仿真分析；同时传感器需要温度控制，基于传感器的加热特性，建立了加热控制算法，并进行PID控制加热仿真分析，找到较优的PID控制参数。
　　（3）设计了电控单元相应的硬件电路，其中包括：以飞思卡尔的MC69HC908AZ60A为核心的主控电路、泵电流PI驱动控制电路、泵电流仪用放大电路、PWM控制MOSFET加热电路、电源电路和CAN总线通信电路。
　　（4）针对电控单元的功能需求，进行主控芯片Z60A的软件设计，其中包括程序框架设计、主程序、A/D采集、PID控制加热以及CAN总线通信程序。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究的背景和意义

1.2氮氧传感器概述

1.3 国内外研究现状

1.4本文研究内容和方法

1.5 本章小结

第2章 氮氧传感器的工作原理及控制策略的研究

2.1 氮氧传感器的泵氧电学特性的研究

2.2 氮氧传感器工作原理与技术参数的介绍

2.3 氮氧传感器的控制策略的研究

2.4 本章小结

第3章 氮氧传感器电控单元的数学模型建立与分析

3.1 氮氧传感器泵电流控制模型

3.2 氮氧传感器加热控制算法模型

3.3 本章小结

第4章 氮氧传感器电控单元硬件电路的开发与分析

4.1 硬件电路整体需求分析及设计

4.2 泵电流驱动控制电路的设计与分析

4.3泵电流放大电路的设计与分析

4.4加热控制电路设计与分析

4.5 主控芯片硬件电路的设计

4.6 CAN总线通信电路的设计

4.7 电源电路的设计

4.8 本章小结

第5章 氮氧传感器电控单元的软件设计

5.1 开发环境简介

5.2 软件架构设计

5.3 主程序

5.4 A/D采集子程序

5.5 加热控制子程序

5.6 CAN总线通信子程序

5.7 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参与项目

附录A