随着汽车保有量的提高,各国相继出台了更为严苛的尾气排放法规,对汽车尾气中的氮氧化物排放提出了更高要求,这就要求汽车采用更高效的尾气检测措施。基于固体氧化物基的电流型氮氧传感器能够精确高效地检测尾气氧浓度,实现空燃比、氮氧化合物浓度测量,是尾气后处理系统的重要反馈装置,拥有广阔的市场前景。但氮氧传感器结构和特性复杂,目前国内对于传感器控制器的研究与国外相差较远,使得大量市场被国外产品所占领。本文从氮氧传感器工作原理出发,分析传感器控制系统,在传感器控制器具体实现、控制算法以及稳态性能方面展开研究,设计研制了快速、精确、稳定的氮氧传感器控制器。首先,本文从氮氧传感器的基本工作原理出发,结合材料学、电化学和控制理论对传感器的工作过程和检测需求做了详细分析和介绍。并基于所搭建的传感器测试平台通过实验分析了氮氧传感器的温度依赖性以及不同泵单元控制策略对检测精度的影响,明确了控制器和算法设计的重点。其次,基于氮氧传感器及控制器的理论分析,对传感器功能模块进行了划分,结合传感器自身特性与硬件电路设计相关知识,分析设计了各部分硬件电路,并通过实验测试验证了硬件设计的可行性。之后,根据实验和测试平台所得数据,从温度控制和泵单元控制两大重点出发,分析建立了传感器的控制模型,运用Simulink仿真工具进行相关控制算法的设计和仿真验证。在此基础上结合软件开发知识,完成了控制器的整体设计并在气氛测试台上进行动态性能测试,实物验证了所设计控制算法的有效性。最后,考虑了实际车载工作环境中尾气气压等因素对传感器稳态测量精度的影响,基于气体扩散机理对其进行了分析和相应补偿方案设计。进一步考虑了传感器电极老化对其正常工作的影响,并设计了软件诊断方法。