CN107643747B - 空燃比传感器的控制器和异常检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空燃比传感器的控制器和异常检测方法。一种空燃比传感器的控制器包括控制单元、电压异常检测单元、以及短路异常检测单元。所述控制单元通过与气体传感器元件连接的多个端子来控制所述气体传感器元件的电流和电压。所述电压异常检测单元在所述多个端子的电压中的至少一者超出预定范围时更改输出电压的电压电平。所述短路异常检测单元在所述输出电压的所述电压电平从第一电压变成第二电压时使所述控制单元在预定时间内持续执行抑制从所述控制单元到所述多个端子的电流的保护操作，以及在所述保护操作被解除之后所述输出电压的所述电压电平为所述第二电压时检测短路异常。

Description

空燃比传感器的控制器和异常检测方法

技术领域

在此讨论的实施例涉及空燃比传感器的控制器和异常检测方法。

背景技术

众所周知一种反馈控制，其使得空燃比(其是从内燃机排出的废气中的空气与燃料的比率)接近目标空燃比，以便提高车辆的燃料效率，并且该空燃比由空燃比传感器(A/F传感器)检测。

对于空燃比传感器，已知存在一种控制与气体传感器元件连接的多个端子的电流和电压以便检测空燃比的空燃比传感器。关于这种空燃比传感器，提出了一种基于与气体传感器元件连接的端子的电压来检测这些端子的接地故障(ground fault)和天空故障(sky fault)等异常的技术(例如，日本特开2005-291991号公报)。

然而，当以预定时间间隔对与气体传感器元件连接的端子的电压状态进行采样以检测接地故障或天空故障等异常时，用于检测异常的负荷变大。

鉴于上述情况而形成一个实施例的一个方面，并且该实施例的一个目标是提供一种空燃比传感器的控制器和异常检测方法，其能够在减小负荷的同时以高准确度执行用于检测与气体传感器元件连接的端子的接地故障和天空故障等异常的过程。

发明内容

根据一个实施例的一方面，一种空燃比传感器的控制器包括控制单元、电压异常检测单元、以及短路异常检测单元。所述控制单元通过与气体传感器元件连接的多个端子来控制所述气体传感器元件的电流和电压。所述电压异常检测单元在所述多个端子的电压中的至少一者超出预定范围时更改输出电压的电压电平。所述短路异常检测单元在所述输出电压的所述电压电平从第一电压变成第二电压时使所述控制单元在预定时间内持续执行抑制从所述控制单元到所述多个端子的电流的保护操作，以及在所述保护操作被解除之后所述输出电压的所述电压电平为所述第二电压时检测短路异常。

根据一个实施例的一方面，能够提供一种空燃比传感器的控制器和异常检测方法，其能够在减小负荷的同时以高准确度执行用于检测与气体传感器元件连接的端子的接地故障和天空故障等异常的过程。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，可以更易于理解以及更完整地了解所公开的技术及其附带的许多优点，这些附图是：

图1是示出根据一个实施例的空燃比传感器的配置实例的图；

图2是示出图1所示的气体传感器元件的配置实例的图；

图3是示出图1所示的控制器的配置实例的图；

图4是示出电压异常检测单元的配置实例的图；

图5是示出短路异常检测单元的配置实例的图；

图6是示出当发生端子的天空故障时的端子电压和输出电压的变化的图；以及

图7是示出由短路异常检测单元执行的短路异常检测过程的一个实例的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细地描述空燃比传感器(A/F传感器)的控制器和异常检测方法的一个实施例。此外，所公开的技术不限于下面描述的实施例。

1.空燃比传感器的配置

图1是示出根据本公开的实施例的空燃比传感器的配置实例的图。如图1所示，空燃比传感器100包括气体传感元件1和控制器2，以检测例如废气中的氧浓度(空燃比)。

气体传感器元件1包括泵单元4，其将氧泵入和泵出气体检测室(未示出)；以及检测单元5，其用于检测气体检测室的氧浓度。控制器2包括端子Tip、端子Tcom、端子Tvs、控制单元10、电压异常检测单元20、以及短路异常检测单元30。

端子Tip与泵单元4的一端连接，端子Tcom与泵单元4的另一端以及检测单元5的一端连接，端子Tvs与检测单元5的另一端连接。控制单元10通过端子Tip、端子Tcom、以及端子Tvs来控制气体传感器元件1的电流和电压。

例如，控制单元10输出电压，以使得端子Tcom的电压Vcom为恒定电压，并将电流Ip从端子Tip供应到气体传感器元件1的泵单元4，从而使得端子Tvs的电压Vs为预定电压。控制单元10基于到泵单元4的电流Ip计算空燃比(下文中称为“A/F值”)。

当多个端子Tip、Tcom和Tvs(下文中可以统称为“端子T”)的电压中的至少一者超出预定范围时，电压异常检测单元20更改输出电压Vd的电压电平。接地故障是指端子T例如与基准电势(例如地电势)发生短路，天空故障是指端子T例如与电源电势发生短路。

短路异常检测单元30基于从电压异常检测单元20输出的输出电压Vd的电压电平的变化以及后续状态来检测端子T中的每一者的接地故障或天空故障等异常(下文中可以称为“短路异常”)。

当输出电压Vd的电压电平从“高”电平(“第一电压”的一个实例)变为“低”电平(“第二电压”的一个实例)时，该短路异常检测单元30使得控制单元10在预定时间内执行防止过电流的保护操作(下文中可以称为“过电流保护操作”)。当输出电压Vd的电压电平在解除持续预定时间的过电流保护操作之后被确定为“低”电平时，短路异常检测单元30检测到短路异常。

当端子T的电压被诸如尖峰噪声、瞬时短路等的噪声改变时，短路异常检测单元30在某些情况下将输出电压的电压电平Vd从“高”电平更改为“低”电平。因此，当仅通过输出电压Vd的电压电平的变化检测接地故障或天空故障等异常时，可能会错误地检测接地故障和天空故障。因此，短路异常检测单元30基于多个确定结果来检测接地故障和天空故障等异常，因此能够以高准确度检测接地故障和天空故障等异常。

当输出电压Vd的电压电平在输出电压Vd的电压电平从“高”电平变为“低”电平之后保持在“低”电平时，难以通过输出电压Vd的电压电平的变化来确定短路异常。另一方面，短路异常检测单元30执行检测输出电压Vd的电压电平是否为“低”电平的电平检测，以便在输出电压Vd的电压电平为“低”电平时检测短路异常。因此，能够以高准确度检测接地故障和天空故障等异常。

由于诸如尖峰噪声、瞬时短路等噪声，端子T的电压在某些情况下持续波动预定时间，从而使得输出电压Vd的电压电平在某些情况下持续在“高”电平和“低”电平之间变化。因此，当在检测到输出电压Vd的电压电平的变化之后立即检测输出电压Vd的电压电平的状态时，可能错误地检测短路异常。

另一方面，如上所述，当输出电压Vd变化时，短路异常检测单元30使控制单元10在预定时间内持续执行过电流保护操作，并执行检测在该过电流保护操作被解除之后输出电压Vd的电压电平是否为“低”电平的电平检测。因此，可以在保护控制单元10的同时根据输出电压Vd的电压电平的变化采取时间间隔，从而能够以高准确度检测接地故障和天空故障等异常。

当执行过电流保护操作时，由于没有接地故障和天空故障的端子T的电压在某些情况下变得不恒定，因此短路异常检测单元30不在过电流保护操作期间执行用于基于过电流保护操作被解除之后的输出电压Vd来检测短路异常的过程。因此，能够以高准确度检测接地故障和天空故障等异常。

当通过仅使用电平检测来以高准确度检测短路异常时，由于以短时间间隔连续地确定输出电压Vd的电压电平，因此处理负荷变大。另一方面，短路异常检测单元30在检测输出电压Vd的电压电平的变化的边缘检测之后执行电平检测。因此，与仅通过电平检测来检测短路异常的情况相比，能够减小处理负荷。

2.空燃比传感器

接下来，将解释图1所示的空燃比传感器100的配置实例。图2是示出气体传感器元件1的配置实例的图。图3是示出图1所示的控制器2的配置实例的图。空燃比传感器100的控制器2例如被置于设置在车辆中的电子控制单元(ECU)中，气体传感器元件1例如被置于车辆内燃机的排气管中。

2.1.气体传感器元件的配置实例

首先，将参考图2解释气体传感器元件1的配置实例。气体传感器元件1例如是通用空燃比气体传感器元件，并且如图2中所示具有如下配置：其中固体电解质体81、绝缘基板85、以及固体电解质体87和89按照该顺序依次层叠。

固体电解质体81、87和89是具有氧离子传导性的固体电解质体，并且例如通过将氧化钇(Y2O3)添加到氧化锆(ZrO2)而形成。绝缘基板85例如由氧化铝等制成。

气体检测室90在绝缘基板85中形成，并且多孔的扩散控制单元84被布置在该气体检测室90的两端，以便控制废气流入气体检测室90中。

泵单元4包括固体电解质体81以及电极82和83，电极82和83在该固体电解质体81的相应两个表面上由多孔铂形成，以便根据在电极82与83之间供应的电流的大小和方向，将氧泵入和泵出气体检测室90。电极82例如由具有多孔特性的保护层80保护。

检测单元5包括固体电解质体87以及电极86和88，电极86和88在该固体电解质体87的相应两个表面上由多孔铂形成。当在电极86与88之间供应恒定电流Icp时，将在电极86与88之间产生根据气体检测室90中的氧浓度的电动势。

2.2.控制器的配置实例

接下来，将解释图3所示的控制器2的配置实例。如上所述，控制器2包括端子Tip、Tcom和Tvs，控制单元10，电压异常检测单元20和短路异常检测单元30。

该控制器2由诸如专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)之类的集成电路实现。此外，控制器2可以采用通过使用中央处理单元(CPU)来执行全部或部分操作处理的配置。例如，短路异常检测单元30可以由包括CPU、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和输入/输出端口(I/O端口)的微型计算机来配置。

2.2.1.控制单元

控制单元10包括电压控制单元11、电压检测单元12、反馈控制单元13、电流供应单元14、电流检测单元15、以及空燃比计算单元16。

电压控制单元11输出电压，以使得气体传感器元件1的端子T2的电压为恒定电压。该电压控制单元11包括运算放大器OP1和电阻R1到R3。电压控制单元11通过操作使得电阻R1和电阻R2之间的连接点处的电压为恒定电压Va，并且通过电阻R1将恒定电压Va供应给端子Tcom。电压控制单元11具有输出电压以使得端子T2的电压为恒定电压的配置便以足够，因此不限于图3所示的配置。

电压检测单元12包括电流源40和运算放大器OP3。电流源40使恒定电流Icp流入检测单元5。运算放大器OP3用作电压跟随器，检测端子Tvs处的电压的瞬时值(下文中可以称为“VS电压Vs”)，并将该VS电压Vs输出到反馈控制单元13。电压检测单元12具有使恒定电流Icp流过并进一步检测VS电压Vs的配置便以足够，因此不限于图3所示的配置。

反馈控制单元13根据要由电压检测单元12检测的VS电压Vs产生控制电压Vcnt，从而将该控制电压Vcnt输出到电流供应单元14。例如，反馈控制单元13根据VS电压Vs与基准电压值Vref之间的差产生控制电压Vcnt，从而将该控制电压Vcnt输出到电流供应单元14。

电流供应单元14包括电阻R4到R8和运算放大器OP2，以便将具有与从反馈控制单元13输出的控制电压Vcnt和基准电压Vb之间的差一致的方向和大小的电流Ip从端子Tip供应到气体传感器元件1的泵单元4。电流供应单元14不限于图3所示的电路，电流供应单元14具有可以将根据反馈控制单元13的控制的电流Ip供应给端子T1的配置便以足够。

电流检测单元15检测流入泵单元4的电流Ip的瞬时值(下文中可以称为“IP电流Ip”)。该电流检测单元15根据运算放大器OP1的输出和恒定电压Va之间的差来检测电阻R2的两端电压Vr2的值，从而从该两端电压Vr2的值检测IP电流Ip(＝Vr2/R2)。电流检测单元15具有检测IP电流Ip的配置便以足够，并且不限于图3所示的配置。

图3未示出，用于使恒定电流Icp流动的恒流源与恒流源40一起被设置在控制器2中的端子Tcom处，恒定电流Icp不包括在要由电流检测单元15检测的IP电流Ip中。

空燃比计算单元16基于由电流检测单元15检测的IP电流Ip计算空燃比(A/F值)。因此，控制单元10通过多个端子T来控制气体传感器元件1的电流和电压，以便检测空燃比(A/F值)。

当短路异常检测单元30执行过电流保护请求时，该控制单元10执行抑制到端子Tip、Tcom和Tvs的过电流的过电流保护操作。例如，控制单元10将来自运算放大器OP1和OP2的输出转变为高阻抗状态，并且进一步将诸如电流源40之类的电流源转变为高阻抗状态，以执行过电流保护操作。

因此，气体传感器元件1的端子Tip、Tcom和Tvs被转变为高阻抗，并且到端子Tip、Tcom和Tvs的过电流被抑制。当诸如电流源40之类的电流源的恒定电流小时，不需要执行用于使诸如电流源40之类的电流源的阻抗变高的过程。

过电流保护操作可以是抑制到端子T中的每一者的过电流的操作便以足够，并不限于上述配置。例如，可以采用在电压控制单元11或电流供应单元11中设置限流电路的配置，其中该限流电路在短路异常检测单元30执行过电流保护请求时执行电流限制。当该限流电路工作时，在发生接地故障或天空故障时，从气体传感器元件1的外部看，端子T中的每一者可以被转变为高阻抗状态。

例如，当端子T中的任一者发生接地故障时，控制单元10可以控制运算放大器OP1和OP2的输出，以使得它们等于基准电势(例如，接地电势)，并且当端子T中的任一者发生天空故障时，为了执行过电流保护操作，控制单元10可以控制运算放大器OP1和OP2的输出，以使它们等于电源电势。因此，这样也可以进行过电流保护。

2.2.2.电压异常检测单元

电压异常检测单元20包括电压异常检测单元21到23。当端子Tip的电压Vp超出预定范围时，电压异常检测单元21将被输出到短路异常检测单元30的输出电压Vo1的电压电平从“高”电平改变为“低”电平。

当端子Tcom的电压Vcom超出预定范围时，电压异常检测单元22将被输出到短路异常检测单元30的输出电压Vo2的电压电平从“高”电平改变为“低”电平。当端子Tvs的电压Vs超出预定范围时，电压异常检测单元23将被输出到短路异常检测单元30的输出电压Vo3的电压电平从“高”电平改变为“低”电平。输出电压Vo1到Vo3是上述输出电压Vd的实例，在下文中可以统称为“输出电压Vo”。

图4是示出电压异常检测单元21的配置实例的图。如图4所示，电压异常检测单元21包括比较器41和42以及逻辑乘法计算单元43。当端子Tip处的电压Vp为下限值Vpmin或更大值时，比较器41输出“高”电平电压，当电压Vp小于下限值Vpmin时，比较器41输出“低”电平电压。

当端子Tip的电压Vp为上限值Vpmax或更小值时，比较器42输出“高”电平电压，当电压Vp大于上限值Vpmax时，比较器42输出“低”电平电压。下限值Vpmin高于基准电势(例如，接地电势)，上限值Vpmax低于电源电势。

逻辑乘法计算单元43例如是AND电路，以便根据比较器41的输出和比较器42的输出之间的逻辑乘积输出所述输出电压Vo1。例如，当比较器41的输出和比较器42的输出中的任一者从“高”电平变为“低”电平时，逻辑乘法计算单元43将输出电压Vo1从“高”电平更改为“低”电平。电压异常检测单元22和23中的每一者可以采用与电压异常检测单元21类似的配置，在这种情况下，设定根据端子T中的每一者的下限值和上限值。

因此，当端子Tip的电压Vp在预定范围(Vmin≤Vp≤Vmax)内时，电压异常检测单元21将输出电压Vo1的电压电平更改为“高”电平。当电压Vp超出预定范围时，电压异常检测单元21将输出电压Vo1的电压电平从“高”电平更改为“低”电平。

电压异常检测单元21到23中的每一者可以采用分别输出指示端子T的电压是否等于或低于下限值，以及指示端子T的电压是否高于上限值的输出电压的配置。

可以在电压异常检测单元22中设置电压异常检测单元21到23的输出电压Vo1到Vo3的AND电路，并且该AND电路的输出可以被输出到短路电路异常检测单元30作为输出电压Vo。因此，当输出电压Vo1到Vo3中的任一者从“高”电平变为“低”电平时，从“高”电平变为“低”电平的输出电压Vo可以被输出到短路异常检测单元30。

2.2.3.短路异常检测单元

短路异常检测单元30使得控制单元10基于输出电压Vo1到Vo3中的每一者的电压电平的变化，在预定时间TA内执行过电流保护操作，并且基于该过电流保护操作被解除之后的输出电压Vo1到Vo3中的对应一者的电压电平的状态来检测短路异常。

例如，当输出电压Vo1的电压电平从“高”电平变为“低”电平时，短路异常检测单元30使得控制单元10在预定时间TA内执行过电流保护操作，并且在该过电流保护操作被解除之后输出电压Vo1的电压电平为“低”电平时，检测到端子Tip中的短路异常。与输出电压Vo1类似，短路异常检测单元30检测输出电压Vo2和Vo3的电压电平和电平状态的变化，从而检测端子Tcom和Tvs中的短路异常。

图5是示出短路异常检测单元30的配置实例的图。如图5所示，短路异常检测单元30包括边缘检测单元31a到31c(下文中可以统称为“边缘检测单元31”)，电平检测单元32a到32c(下文中可以统称为“电平检测单元32”)、控制处理单元33、以及短路确定单元34。

边缘检测单元31a检测输出电压Vo1的电压电平从“高”电平到“低”电平的变化，并向控制处理单元33通知该检测结果。边缘检测单元31b检测输出电压Vo2的电压电平从“高”电平到“低”电平的变化，并向控制处理单元33通知该检测结果。边缘检测单元31c检测输出电压Vo3的电压电平从“高”电平到“低”电平的变化，并向控制处理单元33通知该检测结果。

电平检测单元32a检测输出电压Vo1的电压电平，并向短路确定单元34通知该检测结果。电平检测单元32b检测输出电压Vo2的电压电平，并向短路确定单元34通知该检测结果。电平检测单元32c检测输出电压Vo3的电压电平，并向短路确定单元34通知该检测结果。

当基于边缘检测单元31a到31c的检测结果确定输出电压Vo1到Vo3的电压电平中的任一者从“高”电平变为“低”电平时，控制处理单元33对控制单元10执行过电流保护请求，以使控制单元10在预定时间TA内执行过电流保护操作。例如，控制处理单元33向控制单元10输出在预定时间TA内电平为“高”电平的保护请求信号Sp，以便执行该过电流保护请求。在这种情况下，当保护请求信号Sp为“高”电平时，控制单元10执行过电流保护操作。

因此，当输出电压Vo变化时，控制单元10开始过电流保护操作，由过电流引起的故障能够被防止。当短路异常检测单元30被配置为使得边缘检测单元31a到31c是中断端口，并且输出电压Vo1到Vo3中的任一者的电压电平从“高”电平变为“低”时，根据边缘检测单元31a到31c中的相应一者在控制处理单元33中产生中断，从而能够减小短路异常检测单元30的处理负荷。

在经过了预定时间TA之后，换言之，在过电流保护操作被解除时，短路确定单元34确定输出电压Vo1到Vo3中的其电压电平从“高”电平变为“低”电平的输出电压Vo(下文中可以称为“检测目标电压Vot”)的电压电平是否为“低”电平。当确定检测目标电压Vot的电压电平为“低”电平时，短路确定单元34确定产生短路异常。

当过电流保护操作由控制单元10执行时，在某些情况下，不具有接地故障或天空故障的端子T的电压变得不恒定。例如，当端子T通过过电流保护操作处于高阻抗状态时，端子T的电压不恒定，因此，对应于不具有接地故障或天空故障的端子T的输出电压Vo的电压电平可能为“低”电平。

因此，在输出电压Vo因噪声的影响而从“高”电平变为“低”电平并且过电流保护操作开始之后，当在该过电流保护操作期间基于输出电压Vo的电压电平确定短路异常时，可能错误地检测短路异常。

另一方面，由于短路异常检测单元30基于过电流保护操作被解除之后的输出电压Vo1到Vo3执行用于检测短路异常的过程，因此能够以高准确度检测接地故障和天空故障等异常。

当控制单元10处于过电流保护操作中时，控制处理单元33不会响应于边缘检测单元31的检测结果而执行过程。因此，例如当边缘检测单元31a到31c用作中断端口时，能够防止控制处理单元33执行由不必要的中断引起的过程，从而能够减小短路异常检测单元30的处理负荷，并且能够防止错误地检测短路异常。

图6是示出发生端子Tip的天空故障时的端子Tip的电压Vp和输出电压Vo1的变化的图。如图6所示，在发生端子Tip的天空故障并且端子Tip的电压Vp超过上限值Vpmax的计时(时间t1)处，从电压异常检测单元21输出的输出电压Vo1从“高”电平变为“低”电平。因此，边缘检测单元31a检测输出电压Vo1的变化，并且控制处理单元33使控制单元10执行过电流保护操作，以便设定内部定时器，从而在经过预定时间TA之后产生定时触发器。

在从检测到输出电压Vo1的变化时起已经过预定时间TA时的计时(时间t2)处，控制处理单元33基于定时触发器解除过电流保护操作。在从过电流保护操作被解除的计时(时间t2)起已经过预定时间TB时的计时(时间t3)处，短路确定单元34判定输出电压Vo1的电压电平是否为“低”电平。

预定时间TB例如被设定为这样的时间段：该时间段长于完成从过电流保护操作到正常操作的转换的时间段，并且短于接地故障或短路导致的过电流所引起的在控制单元10中产生故障所花费的时间段。因此，在控制单元10的操作处于稳态的状态下，并且进一步在由过电流产生控制单元10中的故障之前，能够可靠地检测输出电压Vo1的电压电平。

在时间t3处，当输出电压Vo1的电压电平为“低”电平时，短路确定单元34确定产生短路异常，并且当输出电压Vo1的电压电平为“高”“电平”时，短路确定单元34确定未产生短路异常。

因此，短路异常检测单元30在输出电压Vo1的电压电平从“高”电平变为“低”电平之后，判定输出电压Vo1的电压电平是否为“低“电平，从而确定短路异常。因此，与通过仅使用电平检测来检测短路异常的情况相比，能够减小短路异常检测单元30的处理负荷，换言之，以预定时间间隔重复地对输出电压Vo1的电压电平进行采样以确定短路异常。

当端子Tip具有接地故障或天空故障时，由于在过电流保护期间输出电压Vo1的电压电平保持为“低”电平，因此难以通过使用输出电压Vo1的电压电平的变化来确定短路异常。另一方面，由于短路异常检测单元30在输出电压Vo1的电压电平为“低”电平时检测短路异常，因此能够以高准确度检测接地故障和天空故障等异常。

短路确定单元34能够以预定时间间隔检测输出电压Vo1的电压电平，直到从时间t3起已经过预定时间TC，并且当该电压电平以预定的次数连续为“低”电平时，短路确定单元34可以确定产生短路异常。从时间t2开始的预定时间TC的时间段短于接地故障或短路导致的过电流所引起的在控制单元10中产生故障所需的时间段。

控制处理单元33可以使控制单元10在预定时间TA内以预定时间间隔TD(TD≥TB)重复地执行过电流保护操作。在这种情况下，短路确定单元34能够在每次过电流保护操作被解除之后经过预定时间TB时检测输出电压Vo1的电压电平，以及当该电压电平以预定的次数连续为“低”电平时，短路确定单元34能够确定产生短路异常。

3.短路异常检测单元的短路异常检测过程流程

接下来，将通过使用流程图来解释短路异常检测单元30的短路异常检测过程流程的一个实例。图7是示出由短路异常检测单元30执行的短路异常检测过程的一个实例的流程图。

如图7所示，短路异常检测单元30的控制处理单元33判定是否检测到输出电压Vo的边缘，换言之，判定是否存在输出电压Vo的电压电平从“高”电平变为“低”电平的变化(步骤S10)。

当判定出现输出电压Vo的边缘时(步骤S10：是)，控制处理单元33使控制单元10开始过电流保护操作(步骤S11)，并且禁止响应于来自电压异常检测单元21的中断的过程(步骤S12)。控制处理单元33判定从过电流保护操作开始时起是否经过了预定时间TA(步骤S13)，在判定已经经过预定时间TA的情况下(步骤S13：是)，控制处理单元33使控制单元10解除过电流保护操作(步骤S14)。

接下来，短路异常检测单元30的短路确定单元34判定从过电流保护操作被解除时起的预定时间TB之后的输出电压Vo的电压电平是否为“低”电平(步骤S15)。当短路确定单元34确定输出电压Vo的电压电平为“低”电平时(步骤S15：是)，控制处理单元33使控制单元10开始过电流保护操作(步骤S16)，并且短路确定单元34检测到产生短路异常(步骤S17)。

另一方面，当短路确定单元34确定输出电压Vo的电压电平不是“低”电平时(步骤S15：否)，控制处理单元33允许响应于来自电压异常检测单元21的中断的过程(步骤S18)，并且使控制单元10解除过电流保护操作(步骤S19)。

当判定未出现输出电压Vo的边缘时(步骤S10：否)，或者当步骤S19的过程完成时，短路异常检测单元30重复执行图7所示的处理。

此外，当端子T的电压超出预定范围时，上述电压异常检测单元20将输出电压Vo从“高”电平更改为“低”电平，然而不限于此。例如，电压异常检测单元20可以被配置为使得当端子T的电压超出预定范围时，电压异常检测单元20将输出电压Vo从“低”电平更改为“高”电平。

在这种情况下，当输出电压Vo从“低”电平被改变为“高”电平时，短路异常检测单元30使控制单元10在预定时间TA内持续执行过电流保护操作，并且当过电流保护操作被解除之后输出电压Vo为“高”电平时，短路异常检测单元30确定产生短路异常。

此外，上述控制器2控制具有三个端子的气体传感器元件1，控制器2可以被配置为控制具有两个端子的气体传感器元件。在这种情况下，控制器2可以针对两个端子T的电压执行上述过程。

此外，上述短路异常检测单元30基于输出电压Vo中的每一者的电压电平的变化和状态来执行与短路异常关联的过程，但不限于此。例如，当输出电压Vo中的两者或更多者的电压电平同时变化时，短路异常检测单元30可以确定产生短路异常，而不确定电平检测单元31的检测结果。

如上所述，空燃比传感器100包括控制单元10、电压异常检测单元20、以及短路异常检测单元30。控制单元10通过与气体传感器元件1连接的多个端子T控制气体传感器元件1的电流和电压。电压异常检测单元20在多个端子T的电压中的至少一者超出预定范围时更改输出电压Vo的电压电平。短路异常检测单元30在输出电压Vo的电压电平从第一电压(例如“高”电平)改变为第二电压(例如“低”电平)时使控制单元10在预定时间TA内持续执行抑制从控制单元10到多个端子T的电流的过电流保护操作，并且在过电流保护操作被解除之后输出电压Vo的电压电平为第二电压时确定短路异常。因此，例如与通过仅使用电平检测来检测短路异常的情况相比，能够在减小处理负荷的同时以高准确度检测短路异常。在执行过电流保护操作之后检测输出电压Vo的电压电平的状态，从而在控制单元10由于过电流而失效的时刻能够可靠地检测输到输出电压Vo的电压电平。

控制单元10将多个端子T转变为高阻抗状态以执行过电流保护操作。因此，能够更适当地防止控制单元10中的故障，并且能够以高准确度执行过电流保护操作被解除之后的短路异常检测。

短路异常检测单元30包括边缘检测单元31、电平检测单元32、控制处理单元33、以及短路确定单元34。边缘检测单元31检测输出电压Vo的电压电平的变化。电平检测单元32检测输出电压Vo的电压电平的状态。控制处理单元33在边缘检测单元31检测到输出电压Vo的电压电平从第一电压到第二电压的变化时，使控制单元10在预定时间TA内持续执行过电流保护操作。当电平检测单元32在过电流保护操作被解除之后确定输出电压Vo的电压电平为第二电压时，短路确定单元34确定存在短路异常。因此，例如，短路异常检测单元30被配置为使边缘检测单元31为中断端口，并且在输出电压Vo的电压电平变化时产生从边缘检测单元31到控制处理单元33的中断，从而能够减小短路异常检测单元30的处理负荷。

Claims (3)

1.一种空燃比传感器的控制器，包括：

控制单元，其通过与气体传感器元件连接的多个端子来控制所述气体传感器元件的电流和电压；

电压异常检测单元，其在所述多个端子的电压中的至少一者超出预定范围时更改输出电压的电压电平；以及

短路异常检测单元，其在所述输出电压的所述电压电平从第一电压变成第二电压时使所述控制单元在预定时间内持续执行抑制从所述控制单元到所述多个端子的电流的保护操作，以及在所述保护操作被解除之后所述输出电压的所述电压电平为所述第二电压时检测短路异常，

其中所述控制单元在向所述多个端子供应电流的同时将所述多个端子转变成高阻抗状态以执行所述保护操作。

2.根据权利要求1所述的空燃比传感器的控制器，其中

所述短路异常检测单元包括：

边缘检测单元，其检测所述输出电压的所述电压电平的变化；

电平检测单元，其检测所述输出电压的所述电压电平的状态；

控制处理单元，其在所述边缘检测单元检测到所述输出电压的所述电压电平从所述第一电压变成所述第二电压时使所述控制单元在所述预定时间内持续执行所述保护操作；以及

短路确定单元，其在所述保护操作被解除之后所述电平检测单元确定所述输出电压的所述电压电平为所述第二电压时确定存在短路异常。

3.一种空燃比传感器的异常检测方法，包括：

当与气体传感器元件连接的多个端子的电压中的至少一者超出预定范围时，更改输出电压的电压电平；

当所述输出电压的所述电压电平变化时，在预定时间内持续抑制到所述多个端子的电流；

基于所述抑制被解除之后的所述输出电压的所述电压电平的状态来检测短路异常；以及

在向所述多个端子供应电流的同时将所述多个端子转变成高阻抗状态以执行保护操作。

Images