CN103166549B - 角度检测器 - Google Patents

Abstract

一种角度检测器检测具有电机（1）的电致动器（2）的操作角度（θa）。电机（1）在被激励时产生旋转力。角度检测器包括控制器（6、23）。控制器（6、23）计算在电致动器（2）的操作期间流过电机（1）的平均电流（Ia）。控制器（6、23）通过使用平均电流（Ia）由预定公式来计算电致动器（2）的操作角度（θa）。

Description

角度检测器

技术领域

本公开内容涉及用于检测电致动器（electric actuator）的操作角度的角度检测器，并且具体地涉及一种用于在无需旋转角传感器的情况下检测操作角度的角度检测器。

背景技术

（现有技术）

JP-A-S63-11086公开了一种无需旋转角传感器的角度检测技术。在该技术中，依据以下公式[B]来计算由直流（DC）电机移动的目标的位置X：

X=(N0/Is)∫(Is-I)dt…[B]

在公式[B]中，Is表示DC电机的堵转电流，N0表示在无负载条件下DC电机的最大旋转数（最大旋转速度），以及I表示在当前时间流过DC电机的电流。如图4A所示，堵转电流Is是在DC电机的转子不转动以使得DC电机的旋转数N会为0时DC电机的电流。

（现有技术的问题）

根据以上常规技术，获知并更新堵转电流Is和最大旋转数N0。

应注意，最大旋转数N0是基于堵转电流Is来计算的。因此，这两个获知的值中的每一个（即，Is和N0）均取决于堵转电流Is。

如上所述，常规技术中使用的公式[B]很大程度上取决于堵转电流Is。因此，如果堵转电流Is存在误差，则该误差反映在公式[B]中，使得无法准确检测目标的位置X。

具体地，当DC电机是有刷DC电机时，堵转电流Is取决于电刷与换向器之间的位置关系而改变。因此，公式[B]中的堵转电流Is会极大地取决于电刷的位置而改变。

例如，当有刷DC电机有三个槽（slot）时，存在两种情况。在第一种情况下，电刷与两个换向器接触。在第二种情况下，电刷与仅仅一个换向 器接触。在第一种情况下堵转电流Is比第二种情况下大约1.33倍。因此，依据公式[B]计算的位置X会极大地在第一种情况与第二种情况之间变化。

发明内容

鉴于以上情况，本公开内容的目的在于提供一种无传感器的角度检测器，用于通过使用不太取决于堵转电流的等式来检测操作角度。

根据本公开内容的一个方面，角度检测器配置为检测具有电机的电致动器的操作角度。角度检测器包括控制器，控制器计算在致动器的操作期间流过电机的平均电流（Ia）。控制器通过使用平均电流由预定公式来计算致动器的操作角度。

根据本公开内容的另一方面，角度检测器配置为基于流过电机（1）的电机电流来检测操作量。操作量指示电机的操作的量、具有电机（1）的电致动器的操作的量、以及由致动器驱动的目标的操作的量中的至少一个。角度检测器包括控制器（23），控制器（23）检测浪涌电流的从增大到减小的变化。控制器（23）基于检测到浪涌电流的从增大到减小的变化之后的电机电流来计算操作量。

附图说明

依据以下的说明和附图，以上及其它目的、特点和优点会变得更为明显，在附图中，相似的参考标记表示相似的元件。在附图中：

图1A是示出电致动器的图示，图1B是根据本公开内容的第一实施例的角度检测器的方框图；

图2A是示出电致动器和电子控制单元的详细视图的图示，图2B是示出滚流控制阀的图示；

图3是示出电机的特性的图示；

图4A是示出根据现有技术的I-N特性的图示，图4B是示出根据第一实施例的I-N特性的图示；

图5A是根据第一实施例的初始学习过程的流程图，图5B是根据第一实施例的计算过程的流程图；

图6A是根据比较例的时序图，图6B是根据本公开内容的第二实施例 的时序图；

图7A是根据第二实施例的初始学习过程的流程图，图7B是根据第二实施例的计算过程的流程图；

图8A是根据现有技术的时序图，图8B是根据本公开内容的第三实施例的时序图；

图9是根据第三实施例的角度检测器的方框图；以及

图10是根据第三实施例的操作角度监测过程的流程图。

具体实施方式

以下参照附图来说明本公开内容的实施例。根据实施例，角度检测器检测具有电机1的电致动器2的操作角度θa。电机1在受激励时产生旋转力。由以下公式[A]计算操作角度θa。

θa={(Ia-Is)/(Ia1-Is)}·θ  …[A]

θ表示电致动器2的旋转范围。旋转范围θ由电致动器2的机械旋转限制来确定。Ia1表示在电致动器2从旋转范围θ的一端操作到另一端时在总激励时间T1期间流过电机1的电机电流I的平均值。Is表示当电机1不能机械旋转时电机1的堵转电流。Ia表示在测量操作角度θa时电机电流I的平均值。

旋转范围θ是预定的。即，旋转角度是已知值。相比而言，在执行角度检测器的初始设定（即，初始学***均电机电流Ia1和堵转电流Is。将预定的旋转范围θ、所测量的平均电机电流Ia1和所测量的堵转电流Is代入公式[A]，以使得可以学***均电机电流Ia并通过将所测量的平均电机电流Ia代入公式[A]来测量操作角度θa。

（第一实施例）

以下参照图1A-5B来说明本公开内容的第一实施例。根据第一实施例，角度检测器应用于滚流控制阀（TCV）。

（TCV的解释）

TCV包括电致动器2、阀3、轴5和电子控制单元（ECU）6。阀3位于发动机汽缸附近的入口通道（例如，入口歧管）中。轴5可旋转地通过 轴承4支撑并与阀3一起旋转。电致动器2驱动轴5以使得阀3可以被驱动。ECU 6激励并控制电致动器2。

根据第一实施例，驱动阀3以在两个位置之间移动：完全开启位置和完全关闭位置。注意，阀3的位置不限于这两个位置。当阀3处于完全开启位置时，入口通道完全开启。当阀3处于完全关闭位置时，入口通道完全关闭。然而，即使在阀3处于完全关闭位置时，入口通道完全关闭也并非总是必要的。例如，当阀3处于完全关闭位置时，入口通道可以几乎完全关闭。

电致动器2包括电机1和齿轮减速器7。齿轮减速器7通过使电机1的旋转速度减速（即通过增大扭矩）来驱动轴5。

电机1是典型的有刷DC电机。当对电机1激励的方向改变时，电机1的旋转方向改变。电机1取决于对电机1激励的量而产生旋转扭矩。

齿轮减速器7是多个齿轮的组合。齿轮减速器7通过减小电机1的旋转速度，将电机1产生的旋转扭矩传送给轴5。具体地，齿轮减速器7包括电机齿轮8、中间齿轮9和末端齿轮（即，输出转子）10。电机齿轮8随着电机1旋转。中间齿轮9随着电机齿轮8旋转。末端齿轮10随着中间齿轮9旋转。末端齿轮10固定于轴5的一端，以使得轴5可以随着末端齿轮10旋转。

电机齿轮8是小直径蜗轮。电机齿轮8固定于电机1的旋转轴。中间齿轮9是双片齿轮并可旋转地由固定于固定件（例如，入口歧管）的支撑轴支撑。中间齿轮9具有大直径斜齿轮9a和小直径正齿轮9b。小直径正齿轮9b与大直径斜齿轮9a同轴布置。斜齿轮9a与电机齿轮8连续啮合，正齿轮9b与末端齿轮10连续啮合。如图2B所示，诸如橡胶垫之类的振动吸收垫11***到斜齿轮9a与正齿轮9b之间。

末端齿轮10是大直径齿轮并固定到轴5的一端。在通过电机齿轮8、斜齿轮9a、正齿轮9b和末端齿轮10传送的同时，旋转扭矩被增大。末端齿轮10将增大的扭矩施加到轴5。例如，末端齿轮10可以仅在与轴5的旋转相对应的区域内（即，阀3）具有与正齿轮9b啮合的外齿。

控制电致动器2的ECU 6具有中央处理单元（CPU）12。ECU 6基于发动机的操作状况来计算阀3的开度（即，该实施例中的完全开启位置和 完全关闭位置）。随后，ECU 6通过驱动器电路13（例如，H桥电路）激励并控制电机1，从而能够将阀3开启到所计算的开度。

ECU 6具有用于检测TCV中的故障的故障检测部。

在常规技术中，用于检测轴5的旋转角的旋转角传感器用于检测TCV中的故障。具体地，旋转角传感器是磁传感器，并以非接触方式检测两个旋转件之间的相对旋转。旋转角传感器包括磁性电路和霍尔（Hall）IC。磁传感器***到末端齿轮10中。霍尔IC固定于固定件（例如，附接到入口歧管的端盖）并位于磁性电路内部并与之间隔分开。ECU 6基于霍尔IC的输出信号来检测轴5（即，阀3）的旋转角。

常规技术的一个缺点在于除非在TCV中出现故障，否则旋转角传感器是无用的。因此，旋转角传感器的性能价格比低。 

为了克服以上缺点，根据第一实施例，在无需旋转角传感器的情况下检测TCV中的故障。

以下详细说明根据第一实施例的角度检测器。

ECU 6具有角度检测程序，用于检测电致动器2的操作角度θa（即，轴5的旋转角度）。例如，角度检测程序可以存储在诸如只读存储器（ROM）之类的存储设备中。角度检测程序基于电机1的电机电流与旋转数之间的比例关系，由流过电机1的电机电流来估计电致动器2的操作角度θa。具体地，角度检测程序依据以下公式[A]来计算操作角度θa。

θa={(Ia-Is)/(Ia1-Is)}·θ  …[A]

如前所述，θ表示由电致动器2的机械旋转限制确定的电致动器2的旋转范围。Ia1表示当电致动器2从旋转范围θ的一端操作到另一端时，在总激励时间T1期间流过电机1的电机电流I的平均值。Is表示当电机1不能机械旋转时流过电机1的堵转电流。Ia表示在测量操作角度θa时流过电机1的电机电流I的平均值。

如前所述，通过在角度检测器的初始设定（即，初始学***均电机电流Ia1和堵转电流Is。随后，将所测量的平均电机电流Ia1、所测量的堵转电流Is和预定的旋转范围θ代入等式[A]中，从而可以学***均电机电流Ia，并通过将所测量的平均电机电流Ia代入公式[A]中来 测量操作角度θa。

根据第一实施例，电致动器2具有机械制动器14，用于提供电致动器2的机械旋转限制。如图1A所示，机械制动器14附接到齿轮减速器7的末端齿轮10。机械制动器14包括制动器凸起（即，制动器杆）14a和两个固定制动器14b。制动器凸起14a附接到末端齿轮10。固定制动器14b固定于固定件（例如，入口歧管），并将末端齿轮10的旋转范围限制在阀3的完全开启位置与完全关闭位置之间（即，电致动器2的旋转范围θ的一端到另一端之间）。

如图1B所示，电机1的驱动器电路13连接到用于检测流过电机1的电流的电流传感器15。根据第一实施例，电流传感器15包括分流电阻器15a、滤波器电路15b和放大器电路15c。分流电阻器15a连接在驱动器电路13与地电位之间。滤波器电路15b从由分流电阻器15a检测的电压信号中去除噪声。放大器电路15c放大滤波器电路15b的输出信号。放大器电路15c的输出信号由ECU 6的A/D转换器转换为数字信号。数字信号由CPU12读取。

以下参照图3和图4B来详细解释以上的公式[A]。解释基于以下的定义。注意，一些定义已经被说明。

I表示流过电机1的电机电流。T表示电机1的输出扭矩。N表示电机1的电机旋转数（即，旋转速度）。θm表示电机1的旋转角度。θa表示电致动器2的操作角度。r表示齿轮减速器7的减速比。t表示操作时间。Δt表示采样间隔。In表示以在采样间隔Δt采样的电机电流I。Δθn表示以采样间隔Δt采样的操作角度θa。Ia表示在测量操作角度θa时的电机电流I的平均值。T1表示在角度检测器的初始设定中，在电致动器2从旋转范围θ的一端操作到另一端时的总激励时间。Ia1表示在总激励时间T1期间电机电流I的平均值。Na表示在总激励时间T1期间电机旋转数N的平均值。θ表示由机械制动器14限定的电致动器2的旋转范围。Is表示在电机1由于机械制动器14（即，由于制动器凸起14a与固定制动器14b之间的接触）而无法旋转时流过电机1的堵转电流。α、β、γ、δ、k与g中的每一个均是恒定值。

（用于由电机电流I计算操作角度θa的方法）

依据电机1的I-T特性，由以下等式（1）给出电机电流I：

I=αT+β …(1)

依据电机1的N-T特性，由以下等式（2）给出电机旋转数N：

N=γ·T+δ …(2)

依据等式（1）和（2），由以下等式（3）给出电机旋转数N：

N=k·I+g  …(3)

在以上等式（3）中，k=γ/α且g=δ-{γ·(β/α)} 

由以下等式（4）给出电机旋转角度θm：

θm=N·t   …(4)

由以下等式（5）给出操作角度θa：

θa=θm/r   …(5)

依据以上等式（3）、（4）和（5），由以下等式（6）给出操作角度θa：

θa=(k·I+g)·(t/r)  …(6)

（在电机电流I改变的情况下）

如前所述，In表示在总激励时间T1期间以采样间隔Δt采样的电机电流I，Δθn表示以采样间隔Δt采样的操作角度θa。依据等式（6），由以下等式（7）给出操作角度θa：

θa=∑θn=∑{(k·In+g)·(Δt/r)}=(k∑In+g·n)·(Δt/r)  …(7)

通过将所采样的电机电流In的平均值定义为Ia而给出以下等式（8）：

∑In=n·Ia  …(8)

依据等式（7）和（8），以及关系“T1=n·Δt”，可以由以下等式（9）给出操作角度θa：

θa=(k·Ia+g)·(T1/r)  …(9)

（校正电机特性的方法）

在此，假定实际电机特性（即，诸如图4B中所示的，电机电流I与电机旋转数N之间的关系）满足以下等式（10）：

N=k·I+g  …(10)

由以下等式（11）给出平均电机旋转数Na，其是在将电致动器2的操作范围限于旋转范围θ的情况下在总激励时段T1期间电机旋转数N的平均值：

Na=θ·(r/T1)  …(11)

如前所述，Ia1表示在总激励时段T1期间以采样间隔Δt采样的电机电流I的平均值。通过使用平均电机电流Ia1，依据等式（10）和（11）给出以下等式（12）：

θ·(r/T1)=k·Ia1+g   …(12)

当电机电流I等于堵转电流Is时，电机旋转数N为0。因此，满足以下等式（13）：

0=k·Is+g   …(13)

依据以上等式（12）和（13），满足以下等式（14）和（15）：

K=(θ·r)/{T1·(Ia1-Is)}  …(14)

g=(-θ·r·Is)/{T1·(Ia1-Is)}  …(15)

通过将等式（14）和（15）代入等式（9）获得公式[A]：

θa={(Ia-Is)/(Ia1-Is)}·θ  …[A]

（角度检测器的初始学习）

以下参照图5A来说明用于学习和设定公式[A]的初始学习过程（即，初始设定过程）。

当电致动器2连接到ECU 6时，电机1被激励，并且ECU 6根据角度检测程序执行学习过程。学习过程开始于S1，其中ECU 6通过对电机电流I进行采样而获得所采样的电机电流In。随后，学习过程进行到S2，其中ECU 6确定计数值n是否达到等于总激励时间T1的预定上限。

如果对应于S2处的“否”，计数值n未达到上限，则学习过程进行到S3。在S3，ECU 6将计数值n递增1。随后，学习过程进行到S4，其中ECU 6通过累加所采样的电机电流In来计算总采样电流Isum。随后，学习过程返回到S1。

相反，如果对应于S2的“是”，计数值n达到上限，则学***均电机电流Ia1。在S6，ECU 6通过在制动器凸起14a与固定制动器14b接触以使得电致动器2无法旋转时测量所采样的电机电流In来确定堵转电流Is。具体地，当所采样的电机电流In超过预定阈值时，ECU 6确定堵转电流Is是所采样的电机电流In。在S8，ECU 6从存储设备等读取预定旋转范围θ。

在S5、S6和S8之后，学***均电机电流Ia1、堵转电流Is和旋转范围θ代入公式[A]中。

θa={(Ia-Is)/(Ia1-Is)}·θ  …[A]

由此，可以学习并设定公式[A]。S9之后，学习过程结束。

（操作角度θ的计算）

以下参照图5B来说明用于计算旋转范围θ的计算过程。ECU 6根据角度检测程序执行计算过程。在图5B所示的计算过程中，ECU 6以与图5A所示的学***均电机电流Ia。

随后，计算过程进行到S12，其中ECU 6通过将在S11计算的平均电机电流Ia代入公式[A]中来计算操作角度θ。S12之后，计算过程结束。

（第一实施例的优点）

如上所述，根据第一实施例，通过使用预定旋转范围θ、在初始学***均电机电流Ia1、在初始学***均电机电流Ia，由存储在角度检测程序中的公式[A]来测量电致动器2的操作角度θ。

第一实施例中所使用的公式[A]对于堵转电流Is的依赖性小于常规技术中所使用的公式[B]对于堵转电流Is的依赖性。

具体地，在图4A中，尽管低点(Is，0)取决于堵转电流Ia，但高点(Ia1，Na)是独立于堵转电流Ia的稳定值。

因此，根据第一实施例的角度检测器不太取决于堵转电流Is。由此， 可以准确地测量操作角度θa。

此外，根据第一实施例，通过包括制动器凸起14a和固定制动器14b的机械制动器14提供电致动器2的机械旋转限制。由此，可以在不将电致动器2安装在由电致动器2驱动的目标（例如，TCV的轴5）上的情况下执行角度检测器的初始学习。

此外，根据第一实施例，当阀3由电致动器2驱动时，ECU 6可以基于由角度检测器测量的操作角度θa，来确定在阀3和轴5的驱动***中是否出现故障。由此，能够保持TCV的可靠性。此外，由于角度检测器未使用旋转角度传感器，可以尽可能地减小TCV的成本增加。

（第二实施例）

以下参照图6A、6B、7A和7B来说明本公开内容的第二实施例。第一实施例与第二实施例之间的区别如下。

在图6A中，L1表示从操作电压施加到电机1以能够激励电机1时到电致动器2开始旋转时的时段，而L2表示从制动器凸起14a与固定制动器14b接触时到电机电流I增大到堵转电流Is时的时段。在时段L1和L2的每一个的期间中，电机1不旋转，不管其N-I特性如何（参见图3）。

因此，如图6A所示，如果基于在时段L1或L2中采样的所采样的电机电流In来计算平均电机电流Ia，由所采样的电机电流In估计的电致动器2的操作的估计量X就变得与电致动器2的操作的实际量Y不同。结果，电致动器2的所测量的操作角度θ会具有误差。在图6A中，M表示电致动器2的操作的量（即，操作角度θ），所估计的操作量X由实线指示，而实际操作量Y由虚线指示。

为了克服以上缺点，根据第二实施例，当满足以下两个条件（i）和（ii）之一时，将堵转电流Is而不是所采样的电机电流In增加到总采样电流Isum中。第一个条件（i）是当在电致动器2的操作期间（即，在电机1的激励期间）电机电流I的导数dI/dt等于或大于第一阈值时。图6B中的Z表示第一阈值。第二个条件（ii）是在电致动器2的操作期间（即，在电机1的激励期间），通过从当前采样的电机电流In中减去在前采样的电机电流In_-1而计算的值In-In_-1等于或大于第二阈值。在对在前采样的电机电流In_-1进行采样之后紧接着对当前采样的电机电流In进行采样。设定第一和第二阈值 中的每一个，以使得能够检测电机电流I的急剧增大。

以下分别参照图7A和7B来说明根据第二实施例的用于学习和设定公式[A]的初始学习过程和用于计算操作角度θ的计算过程。注意，仅说明第一实施例与第二实施例之间在初始学习过程和计算过程中的区别。

在S3之后，初始学习过程和计算过程中的每一个进行到S21。在S21，确定通过从当前采样的电机电流In中减去在前采样的电机电流In_-1而计算的值In-In_-1是否小于预定阈值。

如果对应于S21的“否”，值In-In_-1等于或大于阈值，则初始学习过程和计算过程中的每一个进行到S22。在S22，将堵转电流Is而不是所采样的电机电流In增加到总采样电流Isum中。在S22之后，初始学习过程和计算过程中的每一个返回到S1。

相反，如果对应于S21的“是”，值In-In_-1小于阈值，则初始学习过程和计算过程中的每一个进行到S4。在S4，将所采样的电机电流In增加到总采样电流Isum中。在S4之后，初始学习过程和计算过程中的每一个返回到S1。

（第二实施例的优点）

如上所述，根据第二实施例，当导数dI/dt或相减值In-In_-1等于或大于相应的阈值时，将堵转电流Is而不是所采样的电机电流In增加到总采样电流Isum中，由此来计算平均电机电流Ia。

由此，基于时段L1和L2中的每一个的期间中电机1不旋转（即，电机旋转数N=0）的假设来计算平均电机电流Ia。

在这样的方式中，消除了导致误差的成分。因此，如图6B所示，依据公式[A]和平均电机电流Ia计算的估计操作量X变为几乎等于实际操作量Y。即，可以准确地测量操作角度θ。

（第二实施例的补充解释）

电机1可以在不受机械制动器14影响的情况下停止旋转。在此情况下，可以基于电机1在时段L1期间不旋转的假设来计算平均电机电流Ia。

在通过将操作电压一次施加到电机1来激励电机1时获得第二实施例的优点。即，在通过逐渐增大施加到电机1的操作电压来激励电机1时，未获得第二实施例的优点。类似地，在例如通过制动器凸起14a接触到固定制动器14b之前减小施加到电机1的操作电压而停止电机1以使得电机电流I中没有出现急剧变化时，未获得第二实施例的优点。

(第一和第二实施例的变型)

可以由公式(9)而不是公式[A]来计算操作角度θ。

电致动器2可以具有除了齿轮减速器7以外的减速器。例如，电致动器可以具有皮带轮(pulley)减速器。可替换地，电致动器2可以不具有减速器。

电致动器2的机械旋转限制可以由除了机械制动器14以外的构件来限定。

电流传感器15并非总是必需包括分流电阻器15a、滤波器电路15b和放大器电路15c。

可以由除了CPU 12以外的设备来计算操作角度θ。

基于流过电机1的电流计算的操作量不限于电致动器2的操作的量(即，操作角度θ)。例如，操作量可以是电机1的操作的量或者由电致动器2通过诸如连接设备之类的传动装置驱动的目标的操作的量。

由电致动器2驱动的目标不限于TCV。例如，目标可以是涡流控制阀。

采样间隔Δt可以按照需要调整。例如，可以通过减小采样间隔Δt来更加准确地测量操作量。

(第三实施例)

以下参照图8A、8B、9和10来说明根据本公开内容的第三实施例的角度检测器。第三实施例类似于第二实施例。

假定通过接通和关断诸如MOSFET或继电器之类的开关来驱动电机1，在激励电机1之后，电压达到稳定值(参照图8A中的实线A)之前，电机1中出现浪涌电流(即，瞬态电流)(参照图8A中的实线B)。

电机1在紧接着浪涌电流出现后的短时间内保持停止。即，如由图8A中的虚线C所示，电致动器2的操作的实际量在电机1开始旋转的时间t1时开始增加，而不是在激励电机1的时间t0时。

因此，如果基于在从时间t0到时间t1的时段期间采样的电机电流I来估计(即，计算)电致动器2的操作的量，则电致动器2的操作的估计量变得不同于电致动器2的操作的实际量。即，电致动器2的操作的估计量具有测量误差。在图8A中，M表示电致动器2的操作的量（即，操作角度θ），实线D表示电致动器2的操作的估计量。

根据第三实施例的角度检测器配置为消除该测量误差。角度检测器包括电流传感器22和控制器23。电流传感器22检测流过电机1的电机电流I。根据第一实施例，电流传感器22包括分流电阻器22a、滤波器电路22b和放大器电路22c。分流电阻器22a连接在驱动器电路13与地电位之间。滤波器电路22b从由分流电阻器22b检测的电压信号中去除噪声。放大器电路22c放大滤波器电路22b的输出信号。放大器电路22c的输出信号由控制器23转换为数字信号并读取。

控制器23基于电机电流I计算操作量。操作量是电机1的操作的量、电致动器2的操作的量、以及由电致动器2驱动的目标的操作的量中的至少一个。根据第三实施例，控制器23基于电机电流I计算电致动器2的操作的量（即，操作角度θ）。

控制器23具有检测浪涌电流从增大到减小的变化的浪涌电流检测功能。例如，控制器23可以将当前采样的电机电流In与在前采样的电机电流In_-1进行比较。在此情况下，在当前采样的电机电流In变得小于在前采样的电机电流In_-1时，控制器23检测到浪涌电流从增大到减小的变化。可替换地，控制器23可以计算电机电流I相对于时间的导数（dI/dt）。在此情况下，在导数（dI/dt）从正变为负时，控制器23检测到浪涌电流从增大到减小的变化。 

因此，根据第三实施例，在增大的浪涌电流开始减小之后，控制器23开始基于电机电流I来计算操作量。

电致动器2安装在车辆上并驱动诸如在前实施例中所述的TCV之类的目标。电致动器2包括电机1和用于使电机1的旋转减速（即，用于增大电机1的扭矩）的减速器。

电机1是诸如有刷DC电机的DC电机。当激励电机1的方向改变时，电机1的旋转方向也改变。

例如，减速器可以是诸如在前实施例中所述的齿轮减速器7的齿轮减速器。可替换地，齿轮减速器可以是皮带轮减速器。

电机1由驱动器电路13驱动。即，驱动器电路13激励和去激励电机1。 当驱动器电路13开始激励电机1时，在电机1中出现浪涌电流。

控制器23可以是安装在车辆中的ECU。控制器23包括中央处理单元（CPU），并具有基于电机电流I计算电致动器2的操作角度θ的操作角度监测功能。根据第三实施例，操作角度监测功能由软件（即，程序）来实现。即，控制器23具有用于实现操作角度监测功能的操作角度监测程序。

操作角度监测程序包括误差消除程序和角度计算程序。误差消除程序用于消除由从时间t0到时间t1的时段导致的测量误差。角度计算程序用于基于平均电机电流Ia来计算操作角度θa。

具体地，误差消除程序禁止控制器23在激励电机1之后，增大的浪涌电流开始减小之前测量电机电流I。根据第三实施例，控制器23将当前采样的电机电流In与在前采样的电机电流In_-1进行比较。随后，在当前采样的电机电流In变得小于在前采样的电机电流In_-1时，控制器23确定增大的浪涌电流开始减小。

角度计算程序通过使用平均电机电流Ia由公式（9）计算操作角度θ，平均电机电流Ia是在预定激励测量时间期间流过电机1的电机电流I的平均值。

θa=(k·Ia+g)·(T1/r)  …(9)

可以以与第一实施例中所述的相同方式来得到公式（9）。

（操作角度θ的计算）

以下参照图10来说明用于通过消除测量误差来计算操作角度θ的操作角度监测过程。为了测量操作角度θ，控制器23根据操作角度监测程序来执行操作角度监测过程。操作角度监测过程开始于S101，其中控制器23通过对电机电流I进行采样而获得所采样的电机电流In。随后，操作角度监测过程进行到S102，其中控制器23确定计数值n是否达到等于激励测量时间的预定上限。

如果对应于S102的“是”，计数值n达到上限，操作角度监测过程就跳转到S110。相反，如果对应于S102的“否”，计数值n未达到上限，操作角度监测过程进行到S103。在S103，控制器23将计数值n递增1。随后，操作角度监测过程进行到S104，其中控制器23确定当前采样的电机电流In是否小于在前采样的电机电流In_-1。

如果对应于S104的“否”，当前采样的电机电流In等于或大于在前采样的电机电流In_-1，则控制器23确定浪涌电流仍在增大，操作角度监测过程返回到S101。

相反，如果对应于S104的“是”，当前采样的电机电流In小于在前采样的电机电流In_-1，则控制器23确定增大的浪涌电流开始减小，并且操作角度监测过程进行到S105。

在S105，控制器23通过累加所采样的电机电流In来计算总采样电流Isum。

随后，操作角度监测过程进行到S106，其中控制器23通过对电机电流I进行采样来获得所采样的电机电流In。随后，操作角度监测过程进行到S107，其中控制器23确定计数值n是否达到等于激励测量时间的上限。

如果对应于S107的“否”，计数值n未达到上限，则操作角度监测过程进行到S108。在S108，控制器23将计数值n递增1。随后，操作角度监测过程进行到S109，其中控制器23通过累加所采样的电机电流In来计算总采样电流Isum。随后，操作角度监测过程返回到S106。

相反，如果对应于S107的“是”，计数值n达到上限，则操作角度监测过程进行到S110。在S110，控制器23通过将总采样电流Isum除以计数值n来计算平均电机电流Ia。

随后，操作角度监测过程进行到S111，其中控制器23通过将在S110计算的平均电机电流Ia代入公式（9）中来计算操作角度θ。在S111之后，操作角度监测过程结束。

（第三实施例的优点）

如上所述，根据第三实施例，在增大的浪涌电流开始减小后，控制器23开始基于电机电流I计算操作量。由此，如图8B中实线D指示的，控制器23可以基于在时间t1之后而不是时间t0之后获得的电机电流I来估计操作量。因此，如图8B所示，由实线D指示的估计操作量变得几乎等于由虚线C指示的实际操作量。

以此方式，可以消除由在浪涌电流增大时从时间t0到时间t1的时段导致的测量误差。由此，可以准确地测量电致动器2的操作量（即，操作角度θ）。

此外，根据第三实施例，控制器23简单地通过将当前采样的电机电流In与在前采样的电机电流In_-1进行比较来检测浪涌电流从增大到减小的变化。由此，可以减小控制器23上的处理负荷。

此外，根据第三实施例，控制器23基于平均电机电流Ia计算操作量，平均电机电流Ia是在激励测量时间期间电机电流I的平均值。在这样的方式中，所计算的操作量不太取决于堵转电流Is。

（第三实施例的变型）

如图8B中实线E指示的，控制器23可以通过检测电机电流I相对于时间的导数(dI/dt)从正到负的变化（即，图8中的触发点）来检测浪涌电流从增大到减小的变化。

基于流过电机1的电流计算的操作量不限于电致动器2的操作的量（即，操作角度θ）。例如，操作量可以是电机1的操作的量或者由电致动器2通过诸如连接设备之类的传动装置驱动的目标的操作的量。

尽管参考其实施例说明了本公开内容，但应理解，本公开内容不限于这些实施例和结构。本公开内容旨在覆盖各种修改和等效布置。另外，尽管有各种组合和结构，但包括或多或少元件的、或者仅单个元件的其他组合和结构也在本公开内容的精神和范围内。

Claims (9)

1.一种角度检测器，用于检测具有电机(1)的电致动器(2)的操作角度(θa)，所述电机(1)配置为在被激励时产生旋转力，所述角度检测器包括：

控制器(6)，配置为计算在所述电致动器(2)的操作期间流过所述电机(1)的第一平均电流(Ia)，其中，

所述控制器(6)通过使用所述平均电流(Ia)由预定公式来计算所述电致动器(2)的所述操作角度(θa)，

由以下给出所述公式：

θa＝{(Ia-Is)/(Ia1-Is)}·θ

θa表示所述操作角度，

θ表示由机械旋转限制确定的所述电致动器(2)的旋转范围，

Ia表示所述第一平均电流，

Ia1表示在所述电致动器(2)从所述旋转范围的一端操作到所述旋转范围的另一端时在总激励时间(T1)期间流过所述电机(1)的第二平均电流，以及

Is表示在所述电致动器(2)无法机械地操作时流过所述电机(1)的堵转电流。

2.根据权利要求1所述的角度检测器，还包括：

机械制动器(14)，附接于所述电致动器(2)，以提供所述电致动器(2)的所述机械旋转限制。

3.根据权利要求2所述的角度检测器，其中，

所述电致动器(2)包括用于使所述电机(1)的输出减速的齿轮减速器(7)，

所述齿轮减速器(7)包括用于将所减速的输出传送到由所述电致动器(2)驱动的目标的末端齿轮(10)，并且

所述机械制动器(14)机械地限制所述末端齿轮(10)的旋转，以提供所述电致动器(2)的所述机械旋转限制。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的角度检测器，其中，

除了在满足第一条件或第二条件时以外，所述控制器(6)通过对在所述电致动器(2)的操作期间流过所述电机(1)的电机电流(I)进行采样，并通过对所采样的电机电流(In)进行累加来计算所述第一平均电流(Ia)，

当所述电机电流(I)相对于时间的导数(dI/dt)等于或大于第一阈值时满足所述第一条件，

当通过从当前采样的电机电流(In)减去在前采样的电机电流(In_-1)而计算的值(In-In_-1)等于或大于第二阈值时满足所述第二条件，

当满足所述第一条件或所述第二条件时，所述控制器(6)通过增加堵转电流而不是所采样的电机电流(In)来计算所述第一平均电流(Ia)，并且

在所述电致动器(2)无法机械地操作时，所述堵转电流流过所述电机(1)。

5.一种角度检测器，用于基于流过电机(1)的电机电流来检测操作量，所述电机(1)配置为在被激励时产生旋转力，所述操作量指示所述电机(1)的操作的量、具有所述电机(1)的电致动器(2)的操作的量、以及由所述电致动器(2)驱动的目标的操作的量中的至少一个，所述角度检测器包括：

控制器(23)，配置为检测浪涌电流的从增大到减小的变化，其中，

所述控制器(23)基于在检测到所述浪涌电流的从所述增大到所述减小的所述变化之后的所述电机电流来计算所述操作量，其中，用于计算所述操作量的所述电机电流是所述电机开始旋转的时间之后获得的电机电流，而不是在从激励所述电机的时间到所述电机开始旋转的时间的时段期间获得的电机电流，并且

所述浪涌电流是在所述电机被激励之后立即出现的电机电流。

6.根据权利要求5所述的角度检测器，其中，

所述控制器(23)测量所述浪涌电流，并且

在当前测量的浪涌电流变得小于最近的在前测量的浪涌电流时，所述控制器(23)检测到所述浪涌电流的从所述增大到所述减小的所述变化。

7.根据权利要求5所述的角度检测器，其中，

所述控制器(23)计算所述电机电流相对于时间的导数(dI/dt)，并且

在所述导数从正变为负时，所述控制器(23)检测到所述浪涌电流的从所述增大到所述减小的所述变化。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的角度检测器，其中，

所述控制器(23)基于所述电机电流在预定激励测量时间期间的平均值来计算所述操作量。

9.一种角度检测器，用于检测具有电机(1)的电致动器(2)的操作角度(θa)，所述电机(1)配置为在被激励时产生旋转力，所述角度检测器包括：

控制器(6)，配置为计算在所述电致动器(2)的操作期间流过所述电机(1)的第一平均电流(Ia)，其中，

所述控制器(6)通过使用所述平均电流(Ia)由预定公式来计算所述电致动器(2)的所述操作角度(θa)，

除了在满足第一条件或第二条件时以外，所述控制器(6)通过对在所述电致动器(2)的操作期间流过所述电机(1)的电机电流(I)进行采样，并通过对所采样的电机电流(In)进行累加来计算所述第一平均电流(Ia)，

当所述电机电流(I)相对于时间的导数(dI/dt)等于或大于第一阈值时满足所述第一条件，

当通过从当前采样的电机电流(In)减去在前采样的电机电流(In_-1)而计算的值(In-In_-1)等于或大于第二阈值时满足所述第二条件，

当满足所述第一条件或所述第二条件时，所述控制器(6)通过增加堵转电流而不是所采样的电机电流(In)来计算所述第一平均电流(Ia)，并且

在所述电致动器(2)无法机械地操作时，所述堵转电流流过所述电机(1)。