CN117287318A - 节流阀控制装置 - Google Patents

Abstract

一种节流阀控制装置，包括布置在本体的通道中并与轴一起旋转以打开和关闭通道的阀。电机旋转所述轴，使得所述轴位于阀完全关闭位置、阀完全打开位置或介于阀完全关闭位置与阀完全打开位置之间的阀中间位置处。螺旋弹簧向所述轴施加弹簧力。旋转角度传感器检测阀的开度。控制器在阀中间位置被夹置在的完全打开侧阈值与完全关闭侧阈值之间的范围内执行阀中间位置控制。在该范围之外，控制器执行与阀门中间位置控制不同的完全打开侧控制和完全关闭侧控制。

Description

节流阀控制装置

技术领域

本公开涉及一种节流阀控制装置。根据本公开的执行控制的节流阀可以应用于例如用于控制发动机的进入空气的电子节流装置、在排气循环系统中使用的EGR阀、用于柴油发动机的进气通道中的压力控制阀、以及用于控制燃料电池(fuel cell)的氢浓度的负压控制阀。

更具体地，本公开涉及一种节流阀装置，其中螺旋弹簧将阀偏压并保持位于通道被该阀稍微打开的位置(在下文中，该位置被称为“阀中间位置”)，而不是位于通道被阀完全关闭的位置。

背景技术

例如，当节流阀装置应用于电子节流装置时，在控制发动机的运行状态的发动机控制单元中或电子节流装置中出现一些故障的情况下，节流阀装置使得汽车能够以跛行模式(limp mode)行驶。更具体地，当电子节流装置的电机不能产生驱动力时，节流阀被配置成停止在阀中间位置，而不是停止在进气通道被完全关闭的位置。

在专利文献1(JP 2003-120335 A)中描述的电子节流装置中，使用螺旋弹簧，并且引导件布置在螺旋弹簧的相反端。螺旋弹簧的端部与阀齿轮的驱动部接合，并且阀齿轮从阀中间位置旋转阀。此外，螺旋弹簧的端部与本体的保持部接合，使得阀能够保持在阀中间位置。但是，专利文献1可教导使用螺旋弹簧的节流阀装置的结构，但是没有教导其控制。

另一方面，在专利文献2(JP 2003-314335 A)中公开的电子节流控制装置中，使用电机来控制节流阀的开度。此控制使用比例项(proportional term)、积分项(integralterm)和微分项(derivative term)。但是，在专利文献2中，不清楚节流阀装置是否使用螺旋弹簧，并且专利文献2中的控制执行从阀完全关闭位置到阀完全打开位置的单一控制。

发明内容

本公开提供一种用于节流阀的控制装置，其能够通过使用螺旋弹簧将阀保持在阀中间位置。本公开的一个目的是适当地控制阀从阀完全关闭位置通过阀中间位置到阀完全打开位置的开度。

根据本公开的第一方面，节流阀控制装置包括本体、阀、电机、螺旋弹簧、旋转角度传感器和控制器。所述本体具有通道和电机空间。所述阀布置在本体的通道中并配置成与轴一起旋转以打开和关闭通道。所述电机被保持在所述本体的电机空间中并被配置成旋转所述轴，使得所述轴位于阀完全关闭的阀完全关闭位置、阀完全打开的阀完全打开位置、或介于阀完全关闭位置与阀完全打开位置之间的阀中间位置。所述螺旋弹簧布置在所述本体中并配置成当所述轴从阀中间位置旋转到阀完全关闭位置时以及当所述轴从阀中间位置旋转到阀完全打开位置时，将弹簧力作为相反的力施加到所述轴上。所述旋转角度传感器检测所述阀的开度。

所述控制器在完全打开侧阈值与完全关闭侧阈值之间的范围内执行阀中间位置控制。完全打开侧阈值设定在阀中间位置与阀完全打开位置之间。完全关闭侧阈值设定在阀中间位置与阀完全关闭位置之间。所述控制器在阀完全打开位置与完全打开侧阈值之间的范围内执行完全打开侧控制。所述控制器在阀完全关闭位置与完全关闭侧阈值之间的范围内执行完全关闭侧控制。所述完全打开侧控制和所述完全关闭侧控制被定义为第一控制。所述阀中间位置控制被定义为第二控制并且不同于第一控制。

在所述阀中间位置处，螺旋弹簧的弹簧力施加到轴上。因此，如果在阀中间位置执行的阀中间位置控制与在其它位置处执行的完全打开侧控制和完全关闭侧控制相同，则在阀中间位置处可能发生振荡、过冲或下冲。在本公开中，由于在阀中间位置处的第二控制不同于在其它位置处的第一控制，因此能够减少振荡、过冲或下冲的发生。

根据本公开的第二方面，第二控制在控制灵敏度方面低于第一控制。由于第二控制中的控制灵敏度低，所以能够减少振荡、过冲或下冲的发生。

根据本公开的第三方面，第二控制在响应性方面高于第一控制。当在第二控制中控制灵敏度低时，能够减少振荡、过冲或下冲的发生。另一方面，响应性可能会恶化。在本公开的第三方面中，用于降低控制灵敏度的控制的这种缺点能够通过增加响应性来补偿。

根据本公开的第四方面，控制器的控制基于这样的前提，即当阀从阀完全打开位置旋转到阀中间位置时以及当阀从阀完全关闭位置旋转到阀中间位置时，所述轴的可动范围包括死区(即，无弹簧力区)，在该死区中，轴在阀中间位置处不受螺旋弹簧的弹簧力的影响。由于例如当本体和螺旋弹簧组合时产生的尺寸差异，在阀中间位置可能产生其中螺旋弹簧的弹簧力没有施加到轴上的死区。在这个死区中，更有可能发生振荡、过冲或下冲。本公开的控制能够减少振荡、过冲或下冲的发生。

根据本公开的第五方面，完全打开侧阈值位于阀完全打开位置与死区之间。此外，完全关闭侧阈值位于阀完全关闭位置与死区之间。在本公开中，通过将死区设定在完全打开侧阈值与完全关闭侧阈值之间，能够可靠地减少死区中振荡、过冲或下冲的发生。

根据本公开的第六方面，第一控制和第二控制是包括比例项和积分项的控制。第二控制中的积分项的增益值小于第一控制中的积分项的增益值。通过减小第二控制中积分项的增益值，第二控制在控制灵敏度上能够低于第一控制。结果，能够减少振荡、过冲或下冲的发生。

根据本公开的第七方面，第一控制和第二控制是包括比例项和积分项的控制。第二控制中的积分项的偏移大于第一控制中的积分项的偏移。通过增加第二控制中积分项的偏移，第二控制在响应性方面能够高于第一控制。在本公开的第七方面中，用于降低控制灵敏度的控制的这种缺点能够通过增加响应性来补偿。

根据本公开的第八方面，控制器进一步执行用于学习所述阀中间位置和所述阀完全关闭位置中的至少一个的控制。基于所述学习的结果确定完全打开侧阈值和完全关闭侧阈值。在本公开的第八方面中，由于能够基于阀中间位置的实际值或阀完全关闭位置的实际值来执行阀中间位置控制，所以能够在阀中间位置可靠地执行第二控制。

根据本公开的第九方面，控制器获得所述阀的目标开度与由旋转角度传感器检测到的实际位置之间的差，当所述差小于或等于预定值时执行稳态控制，并且当所述差大于预定值时执行瞬态控制。控制器在稳态控制中执行第一控制和第二控制。作为本公开的阀中间位置控制的第二控制在稳定状态中执行，因为在稳定状态中比在瞬时状态中更需要响应振荡、过冲或下冲的发生的高灵敏度。

附图说明

图1是电子节流装置的竖直截面图。

图2是本体的前视图。

图3是示出阀齿轮、螺旋弹簧、第一引导件、第二引导件和轴承的分解透视图。

图4是从图2中省略了中间齿轮和阀齿轮的本体的前视图。

图5是沿图4中的线V-V截取的截面图。

图6是沿图5中的线VI-VI截取的截面图。

图7是沿图5中的线VII-VII截取的截面图。

图8是示出包括第一引导件、螺旋弹簧和第二引导件的子组件的透视图。

图9是示出第一引导件和第二引导件的前视图。

图10是用于说明螺旋弹簧的位置变化的图。

图11是示出引导件、驱动部与保持部之间的位置关系的前视图。

图12是示出引导件、驱动部与保持部之间的另一位置关系的前视图。

图13是示出螺旋弹簧的弹簧力的滞后的图。

图14是示出电子节流阀控制装置的框图。

图15是用于说明振荡(hunting)的图。

图16是用于说明过冲(overshoot)的图。

图17是用于说明下冲(undershoot)的图。

图18是表示电子节流控制装置的控制的框图。

图19是表示电子节流控制装置的控制的流程图。

图20是表示电子节流控制装置的控制的流程图。

图21是用于说明螺旋弹簧的位置变化的另一示例的图。

图22是用于说明具有小积分增益值的控制的图。

图23是用于说明具有大积分偏移量的控制的图。

图24是用于说明旋转角度传感器与由第一磁体和第二磁体形成的磁路之间的关系的图。

具体实施方式

下面将参考附图描述其中本公开的节流阀控制装置应用于电子节流装置1的一个实施例。如上所述，本公开的节流阀控制装置能够广泛用作诸如EGR阀、用于柴油发动机的进气通道的压力控制阀、和用于燃料电池的负压控制阀的节流阀控制装置。因此，下面描述的诸如“节流轴”和“节流阀”的术语只是在电子节流装置1中使用本公开的示例，但是轴和阀的用途不限于节流。

图1是电子节流装置1的竖直截面图。将参照图1描述电子节流装置1的概要。电子节流装置1布置在发动机舱中，并控制进入发动机的进入空气的流速。图14中所示的发动机控制单元710(ECU70)根据例如驾驶员的加速踏板操作和发动机旋转状态计算最佳进气量，并根据计算结果将转速输出到电机100。

电机100布置在由铝或铝合金制成的本体300的电机空间330中。电机100的旋转经由被压配合并固定到电机轴101的电机小齿轮(motor pinion)102(如图2所示)而传递到减速机构200。如图2所示，减速机构200包括电机小齿轮102、中间齿轮201和阀齿轮210。

中间齿轮201的大直径齿轮202与电机小齿轮102啮合。中间齿轮201被保持为围绕中间轴203可旋转。中间轴203被压配合并固定到本体300的配合孔301中。中间齿轮201的小直径齿轮204与在阀齿轮210的外周面上形成为圆弧状的齿部211啮合。电机小齿轮102的旋转经由中间齿轮201传递到阀齿轮210。因此，电机轴101的旋转通过中间齿轮201和阀齿轮210减速，然后传递到节流轴402。

具有圆筒形状的轭213布置在阀齿轮210的杯中心部212的内周面上。第一磁体220和第二磁体221定位成面对轭213。第一磁体220、第二磁体221和磁轭213形成磁路。具有圆板形状的杆401设置在阀齿轮210的杯中心部212的深部分(图1中的下侧)中。第一磁体220、第二磁体221和杆401与阀齿轮210嵌入成型(insert-molded)。

节流轴402的端面具有接合部4021，杆401具有与接合部4021接合的表面。杆401在与节流轴402的接合部4021接合的同时，在节流轴402的端面上锻造成型(swaged)。因此，阀齿轮210经由杆401连接到节流轴402，并且阀齿轮210的旋转被传递到节流轴402。具有圆板形状的节流阀400通过螺钉403固定到节流轴402。节流阀400根据节流阀400的旋转来增大或减小被形成在本体300中的进气通道320的开口面积。

本体300的开口端303(图1中的上侧，图2中的前侧)被盖500覆盖。盖500具有与本体300的形状相对应的基本矩形形状。盖500由诸如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的树脂形成，并且在预定位置设置肋以增加其强度。

在盖500中对应于节流轴402的轴线407的位置处设置一对旋转角度传感器510(其是霍尔IC)。旋转角度传感器510固定到盖500。第一磁体220和第二磁体221是一对磁体。该对磁体和磁轭213已经与阀齿轮210嵌入成型，并布置在旋转角度传感器510的外周上。由于第一磁体220和第二磁体221根据节流轴402的旋转围绕轴线407旋转，磁路根据节流阀400的旋转角度改变位置，如图24所示。旋转角度传感器510检测由磁路的位置变化引起的磁力的变化，从而检测节流阀400的开度。然后，检测到的位置信息被反馈到ECU 710。

节流轴402通过第一轴承405和第二轴承406在本体300中被可旋转地支撑。第一轴承405和第二轴承406位于节流阀400的相反侧，并且跨过节流阀400彼此面对。第一轴承405是滑动轴承，第二轴承406是球轴承。本体300的开口302是第一轴承405通过其插入的开口，并且开口302被塞子310覆盖。

本体300具有用于容纳阀齿轮210的空间321，并且用于通过弹簧力推动节流轴402的螺旋弹簧450布置在该空间321中。螺旋弹簧450由弹簧钢制成并具有直径约为15mm的圆筒形状，如图3所示。节流轴402布置在具有圆筒形状的螺旋弹簧450的径向内侧。换句话说，螺旋弹簧450可旋转地布置在节流轴402的径向外侧。螺旋弹簧450的一端是第一弹簧端451，螺旋弹簧450的另一端是第二弹簧端452。第一弹簧端451和第二弹簧端452沿径向向外弯曲并向外突出约5毫米。

作为螺旋弹簧450的一个端面的第一端面453被第一引导件460覆盖。作为螺旋弹簧450的另一个端面的第二端面454被第二引导件461覆盖。第一引导件460和第二引导件461均由尼龙66树脂制成。尽管下面描述第一引导件460，但是第一引导件460的描述也适用于第二引导件461。

如图8和图9所示，第一引导件460包括覆盖圆筒形螺旋弹簧450的第一端面453的第一环形部462。于是，螺旋弹簧450的第一端面453容纳在第一环形部462中。第一引导件460具有形成在第一环形部462的中心处的毂463，并且在毂463的中心处形成第一通孔464。节流轴402松松地(loosely)配合到第一通孔464中。因此，第一引导件460围绕节流轴402可旋转地布置。

第一引导件460具有从第一环形部462沿径向向外突出的第一引导钩468。如图8和图9所示，第一引导钩468包括与第一弹簧端451接触以接收螺旋弹簧450的弹簧力的止动表面4682和与止动表面4682相反设置并覆盖第一弹簧端451的侧表面的保护器4683。第一引导钩468包括第一弹簧孔465，第一弹簧端451延伸穿过第一弹簧孔465。第一弹簧孔465在第一环形部462的第一引导钩468的近端处开口。第一弹簧孔465提高了螺旋弹簧450的附接容易性，并且保护器4683防止螺旋弹簧450脱落。因此，第一弹簧端451的弹簧力通过第一弹簧孔465和保护器4683可靠地传递到止动表面4682。

虽然上面已经描述了第一引导件460，但是第二引导件461具有与上述第一引导件460相同的形状。因此，关于第一引导件460的描述也能够应用于第二引导件461。因此，在图9中还示出了第二引导件461的部件的附图标记。第二引导件461也包括第二环形部4621、形成在第二环形部4621的中心处的毂4631、以及在毂4631的中心处开口的第二通孔4641。类似地，第二引导钩4681从第二环形部4621的外周在径向方向上向外延伸。第二弹簧孔4651在第二环形部4621中开口。虽然已经参照图8和9描述了第一引导件460和第二引导件461，但是图1中的第一引导件460和第二引导件461也具有相同的形状。

由于第一引导件460和第二引导件461具有相同的形状，因此在组装时不需要对第一引导件460和第二引导件461进行分类，因而能够减少组装时间。此外，相同的形状能够降低组装设备的成本和部件的成本。

但是，第二引导件461被放置成相对于第一引导件460倒置。因此，如图3所示，第一引导件460的第一环形部462容纳并保持螺旋弹簧450的第一端面453，而第二引导件461的第二环形部4621容纳并保持螺旋弹簧450的第二端面454。

如图1所示，第一引导件460、螺旋弹簧450、和第二引导件461在阀齿轮210的后表面(图1中的下侧)上围绕节流轴402布置。然后，第一引导件460的毂463与金属杆401接触，第二引导件461的毂4631与球轴承(即第二轴承406)的内圈接触。

图10简略地示出了螺旋弹簧450的行为，并且本体300具有接收螺旋弹簧450的弹簧力的保持部3050。螺旋弹簧450的推力将节流阀400保持在进气通道320中的阀中间位置。尽管该阀中间位置对应于关闭位置，但是节流阀400并不完全关闭进气通道320，以便在发生故障的情况下允许车辆以跛行模式行驶。也就是说，进气通道320略微打开，使得预定量的进入空气能够流过。为了简化起见，图10示出螺旋弹簧450的第一弹簧端451和第二弹簧端452与保持部3050直接接触。但是，实际上，第一引导件460的第一引导钩468和第二引导件461的第二引导钩4681与保持部3050接触。

螺旋弹簧450的弹簧力也施加到与阀齿轮210一体形成的驱动部2100。与上述类似，驱动部2100实际布置在第一引导件460的第一引导钩468与第二引导件461的第二引导钩4681之间。在图10中，四分之一圆表示驱动部2100的运动区域。驱动部2100从阀中间位置顺时针旋转到阀完全关闭位置，和从阀中间位置逆时针旋转到阀完全打开位置。在该旋转期间，驱动部2100与第一引导件460的第一引导钩468或第二引导件461的第二引导钩4681中的任意一个接合，使得驱动部2100推动螺旋弹簧450的第一弹簧端451或第二弹簧端452。此时，第一引导件460的第一引导钩468或第二引导件461的第二引导钩4681中的另一个与保持部3050接合，使得螺旋弹簧450的第一弹簧端451或第二弹簧端452保持就位。

尽管图10示出了螺旋弹簧450的简要行为，但接下来，将与螺旋弹簧450的行为一起描述节流阀400的打开和关闭。在本公开中，保持部3050由第一本体钩305和第二本体钩307构成。第一本体钩305和第二本体钩307二者一体地形成在本体300的外表面上。当节流阀400打开进气通道320以提高发动机的速度时，螺旋弹簧450的第二弹簧端452接触第二本体钩307并停留在其位置。然后，第一弹簧端451根据节流轴402的旋转而运动。响应于该运动，螺旋弹簧450向节流轴402、阀齿轮210以及最终向电机100施加恢复力。

另一方面，当节流阀400关闭进气通道320以使发动机处于怠速状态时，节流轴402从阀中间位置旋转到阀完全关闭位置。在这种情况下，与上述完全打开运动相反，螺旋弹簧450的第一弹簧端451接触第一本体钩305并保持在其位置，并且第二弹簧端452根据节流轴402的旋转而运动。

将参照图4至图7描述这些运动。图4是从图2中省略中间齿轮201和阀齿轮210的前视图，并且示出了处于阀中间位置的节流阀400。第一引导件460的第一引导钩468与形成在本体300上的第一本体钩305接触。同时，第二引导件461的第二引导钩4681与形成在本体300上的第二本体钩307接触。因此，螺旋弹簧450的弹簧力在阀中间位置不施加到阀齿轮210。

图5是沿图4的V-V线截取的截面图，并且如图所示，第一引导件460和第二引导件461被夹置并保持在杆401与第二轴承406之间。图6和图7分别是沿图5的VI-VI线和VII-VII线截取的截面图。图6(a)和7(a)示出了阀中间位置，图6(b)和7(b)示出了阀完全关闭位置，并且图6(c)和7(c)示出了阀完全打开位置。如图3所示，阀齿轮210的驱动部2100在驱动部2100的面对齿部211的端部上具有第一阀齿轮钩2101。第一阀齿轮钩2101能够与第一引导件460的第一引导钩468接触。驱动部2100在驱动部2100的背离齿部211的端部上具有第二阀齿轮钩2102。第二阀齿轮钩2102能够与第二引导件461的第二引导钩4681接触。

如图6所示，在阀中间位置(位置(a))与完全关闭位置(位置(b))之间的阀位置处，保持第一弹簧端451的第一引导钩468与本体300的第一本体钩305保持接触。阀齿轮210的第一阀齿轮钩2101与第一引导钩468简单地分离。相反，在阀中间位置(位置(a))与完全打开位置(位置(c))之间的阀位置处，第一引导钩468通过阀齿轮210的第一阀齿轮钩2101顺时针运动。

接下来，图7中示出了第二引导钩4681的运动。在阀中间位置(位置(a))与完全关闭位置(位置(b))之间的阀位置处，保持第二弹簧端452的第二引导钩4681根据阀齿轮210的第二阀齿轮钩2102的旋转在本体300的运动槽306中逆时针运动。相反，在阀中间位置(位置(a))与完全打开位置(位置(c))之间的阀位置处，第二引导钩4681不运动并且与作为本体300的运动槽306的一端的第二本体钩307保持接触。

如上所述，在阀中间位置处，以第一引导钩468和第二引导钩4681二者与保持部3050和驱动部2100接触为前提。基于该前提，阀齿轮210由于电机100的旋转而从阀中间位置的旋转能够使节流阀400无延迟地打开和关闭进气通道320。

但是，第一阀齿轮钩2101和第二阀齿轮钩2102设置在驱动部2100的不同部分。因此，保持部3050的位置和驱动部2100的位置由于加工或组装中的误差或部件公差而可能偏差。如果出现这些位置偏差，则在第一引导钩468与第一本体钩305之间、在第一引导钩468与第一阀齿轮钩2101之间、在第二引导钩4681与第二本体钩307之间、或在第二引导钩4681与第二阀齿轮钩2102之间可能产生非接触部分。

例如，如图11所示，假设第一引导钩468的基端与驱动部2100接触，但是第一引导钩468的梢端不与保持部3050接触。然后，在第一引导钩468的梢端不与保持部3050接触的该非接触部分中产生间隙A。由于公差的累积，该间隙A的尺寸可以是大约0.2mm，并且如果将加工误差添加到该间隙A中，则该间隙A的尺寸可以变得更大。由于螺旋弹簧450的弹簧力在该间隙A的区域中不起作用，所以节流阀400的位置不稳定。

这同样适用于如图12所示的第一引导钩468的基端不与驱动部2100接触但第一引导钩468的梢端与保持部3050接触的情况。同样在这种情况下，螺旋弹簧450的弹簧力在非接触部分的间隙A的区域中不作用。因此，间隙A的区域成为死区(即，无弹簧力区域)；在该死区中，轴402不受螺旋弹簧450的弹簧力的影响。

如果产生非接触部分，则尽管电机100旋转以使阀齿轮210旋转，但不会产生螺旋弹簧450的弹簧力。如图13所示，由于阀中间位置P1不固定，因此节流阀400的位置不稳定。因此，从节流阀400流动的进入空气的量也变化，存在车辆在跛行模式下的行驶可能受阻的担忧。图13的水平轴表示节流阀400的开度X。纵轴表示节流轴402的轴转矩T，并且表示螺旋弹簧450的弹簧力的大小。

竖轴的上方向表示沿图6的顺时针方向的运动转矩，而下方向表示沿图7的逆时针方向的运动转矩。离中心越远，转矩越大。图6中的从阀中间位置P1朝向阀完全打开位置P2的顺时针方向上的运动与螺旋弹簧450的弹簧力相反，因此需要大的转矩。相反，从阀完全打开位置P2到阀中间位置P1的运动被螺旋弹簧450的弹簧力加速，但是需要预定转矩来保持其位置。从阀完全打开位置P2到阀中间位置P1的运动所需的转矩小于从阀中间位置P1到阀完全打开位置P2的运动所需的转矩，因此，需要由电机100输出的转矩具有滞后。在阀中间位置P1与阀完全关闭位置P0之间的运动中也出现该滞后。

如上所述，不受螺旋弹簧450的弹簧力影响的死区L1是由于未确定阀中间位置P1这一事实造成的。此外，即使在阀中间位置P1处电机100所需的转矩也不变为0，并且在死区L1中间断地变化。即，在死区L1中也发生电机100的转矩的滞后。该滞后与阀中间位置P1与阀完全打开位置P2之间的运动中的滞后或阀中间位置P1与阀完全关闭位置P0之间的运动中的滞后不同。这是因为在阀中间位置P1与阀完全打开位置P2之间的运动中的滞后与在阀中间位置P1与阀完全关闭位置P0之间的运动中的滞后是由螺旋弹簧450的弹簧力引起的，并且它们的大小能够被预先计算。另一方面，在死区L1中滞后的存在或不存在以及该滞后的影响难以预测。

结果，如果在阀中间位置P1与阀完全打开位置P2之间的运动或在阀中间位置P1与阀完全关闭位置P0之间的运动中执行的控制与在死区L1中执行的控制相同，如图15所示，则可能发生振荡，换句话说，节流阀400的位置可能不是恒定的。在图15中，节流阀400的目标角度用L10表示，实际角度用L11表示。类似地，可以存在其中节流阀400的实际角度L11变得等于或大于目标角度L10的过冲(如图16所示)的情况，或者相反地，存在其中节流阀400的实际角度L11变得等于或小于目标角度L10的下冲的情况(如图17所示)。

因此，本公开的控制器700在包括阀中间位置P1的区域中执行阀中间位置控制，并且阀中间位置控制不同于在其他区域中执行的完全打开侧控制和完全关闭侧控制。在下文中，将描述控制器700。如图14所示，控制器700包括ECU 710。从加速踏板传感器720接收的发动机输出请求信号被输入到ECU 710。ECU 710基于请求信号计算进入空气量以及燃料喷射量、点火正时等。使用比例项(proportional term)、积分项(integral term)和微分项来执行ECU 710的计算。积分项中使用积分常数Ti，并且积分常数Ti包括积分增益常数Tig和积分偏移常数Tio(integral offset constant)。

根据计算出的进入空气量将驱动量输出到电机驱动电路730。电机驱动电路730根据该输出来旋转电机100，以将节流阀400旋转到预定位置。除了该旋转之外，电机驱动电路730还向电机100施加用于将节流阀400保持在预定位置所必需的转矩。电机100将节流阀400保持在预定位置的转矩通过占空因数(duty cycle)控制来控制。

节流阀400的实际开度由旋转角度传感器510检测，并作为反馈信号输入到ECU710。ECU 710的运算电路711基于从旋转角度传感器510输入的反馈信号和从加速踏板传感器720输入的请求信号计算节流阀400的开度。将参照图18描述该计算的内容。节流阀400的实际开度C100由来自旋转角度传感器510的信号确定，节流阀400的指令开度C101由来自加速踏板传感器720的信号确定。通过对实际开度C100进行微分来计算相位提前开度C102。另外，可以计算作为微分实际开度与微分指令开度之间的差的微分项。另外，由指令开度C101中的变化来计算目标打开变化量C103。

由节流阀400的实际开度C100与指令开度C101之间的差来计算开度差C104。开度差C104是实际开度与目标开度的偏差。在瞬时/稳态确定C105中，当偏差大时，当前状态被确定为瞬时状态，并且当偏差小时，当前状态被确定为稳定状态。例如，可以使用节流阀400的开度中的0.5度来确定偏差量是大还是小。即，如果实际开度与目标的偏差大于0.5度，则确定当前状态是瞬时状态。

在当前状态被确定为瞬时状态时，执行瞬态控制C106。瞬态控制C106使用相位提前开度C102、目标打开变化量C103和开度差C104执行包括比例项和积分项的控制。在该瞬态控制中，比例项的增益值和积分项的增益值被用作瞬态增益值。从对应于开度差C104的瞬态映射提取这些瞬时增益值。在瞬态控制C106中，可以计算比例增益，并且可以计算比例项。

在当前状态被确定为稳定状态时，执行稳态控制C107。稳态控制C107还使用相位提前开度C102、目标打开变化量C103和开度差C104执行包括比例项和积分项的控制。但是，在该稳态控制中，比例项的增益值和积分项的增益值被用作稳定增益值。从稳态映射中提取稳定增益值。在稳态控制C107中，可以计算积分增益和积分偏移，并且可以计算积分项。在瞬时状态期间，节流阀400的开度需要比在稳定状态期间更快地改变。换句话说，由于在稳定状态下不需要像在瞬时状态下那样快速地改变节流阀400的开度，所以稳态映射的增益值小于瞬态映射的增益值。当在比例项或积分项的控制中增加增益值时，能够增加控制的灵敏度。另一方面，当增益值降低时，控制的灵敏度能够降低。

此外，在稳态控制C107中，根据节流阀400的开度是否接近阀中间位置来改变控制的内容。将参照图19和图20描述稳态控制C107的内容。在图19中，在开始S100之后，执行瞬时/稳态确定S101，以确定开度差C104是否大于预定值，例如0.5度。瞬态/稳态确定S101的该步骤与上述瞬态/稳态确定C105的计算相同。在当前状态被确定为瞬态(是)时，执行瞬态控制S102。瞬态控制S102的该步骤与上述瞬态控制C106的计算相同。在瞬时状态下根据开度差C104从瞬态映射中读取增益值，并根据瞬时状态控制比例项和积分项。如上所述，在瞬时状态下执行具有高控制灵敏度的控制。

当在瞬态/稳态确定S101的步骤中确定当前状态为稳定状态(NO)时，执行阀中间位置判定S103以判定指令开度C101是否接近阀中间位置P1。更具体地，执行学习控制。在学习控制中，学习该阀完全关闭位置P0，计算阀中间位置P1与阀完全关闭位置P0的角度，并且还学习阀中间位置P1。然后，还经由学习控制确定图13中所示的死区L1。在学习控制中，当发动机停止时，存储完全关闭位置P0。当此次发动机停止时存储的当前阀完全关闭位置P0与上次发动机停止时存储的上一阀完全关闭位置P0不同时，上一阀完全关闭位置P0被当前阀完全关闭位置P0覆盖。

完全打开侧阈值L2设定在从死区L1朝向阀完全打开位置P2偏离预定角度的位置。完全关闭侧阈值L0设定在从死区L1朝向阀完全关闭位置P0偏离预定角度的位置。完全打开侧阈值在阀完全打开位置与死区之间，完全关闭侧阈值在阀完全关闭位置与死区之间。基于学习控制的结果确定完全打开侧阈值和完全关闭侧阈值。用于确定完全关闭侧阈值L0和完全打开侧阈值L2的预定角度为例如大约2度。预定角度可以是2度。阀中间位置判定S103判定指令开度C101是否在完全关闭侧阈值L0与完全打开侧阈值L2之间。

当在阀中间位置确定S103中确定指令开度不接近阀中间位置P1(否)时，执行第一控制S104作为正常稳态控制。换句话说，第一控制S104包括在阀完全打开位置P2与完全打开侧阈值L2之间执行的完全打开侧控制，以及在阀完全关闭位置P0与完全关闭侧阈值L0之间的完全关闭侧控制。在该第一控制S104中，使用从上述稳态映射(第一映射)获得的增益值来控制比例项和积分项。如上所述，稳态映射(第一映射)的增益值小于瞬态映射的增益值。因此，能够实现与稳定状态对应的节流阀400的开度的控制。

当在阀中间位置判定S103中确定指令开度接近阀中间位置P1(是)时，执行第二控制S105作为阀中间位置处的稳态控制。即，第二控制是稳态控制的阀中间位置控制。在第一控制中使用的稳态映射(第一映射)的增益值小于瞬态映射的增益值。但是，由于在阀完全打开位置P2与完全打开侧阈值L2之间以及在阀完全关闭位置P0与完全关闭侧阈值L0之间执行第一控制，因此螺旋弹簧450的弹簧力的影响是恒定的。因此，增益值也具有一定的幅值。如果通过使用该幅值的增益值来控制比例项和积分项，则在阀中间位置P1处可能会出现振荡、过冲和下冲。因此，第二控制S105使用其中比例项的增益值和积分项的增益值小于第一控制S104中使用的这些值的第二映射。由于增益值小，所以能够执行具有低控制灵敏度的控制。因此，能够减少振荡、过冲和下冲，如图22中的增益值控制L12所示。

另一方面，当增益值小时，控制灵敏度降低，这导致响应灵敏度D的劣化(如图22所示)。因此，如图20所示，根据指令开度C101是否接近阀中间位置P1来改变积分项的偏移。当在阀中间位置判定S103中确定指令开度不接近阀中间位置P1(否)时，以与图19所示的控制相同的方式执行作为正常稳态控制的第一控制S104。当在阀中间位置判定S103中确定指令开度接近阀中间位置P1(是)时，以与图19所示的控制相同的方式执行作为阀中间位置处的稳态控制的第二控制S105。

但是，在图19的第一控制104中，比例项和积分项的增益值从第一映射中选择。在图19的第二控制105中，增益值从第二映射中选择。另一方面，在图20中的第一控制104中，积分项的偏移从第一偏移映射中选择。在图20的第二控制105中，积分项的偏移从第二偏移映射中选择。积分项的偏移与控制响应性(control responsiveness)有关。随着偏移量增加，节流阀400的旋转所需的时间能够减少。即，如图23中的偏移控制L13所指示的，偏移的增加加速了控制的开始E，并且提高了响应性。因此，在本示例中，第二偏移映射的偏移大于第一偏移映射的偏移。结果，由因为增益值的减小所导致的响应灵敏度D的降低而恶化的响应性能够通过第二控制S105中偏移的增加来补偿。

在图19和图20的控制中，第一控制104或第二控制105被作为稳态控制执行，然后控制程序结束(S106)。返回参照图18，通过使用瞬态控制C106中的增益值、稳态控制C107中的增益值和偏移、以及开度差C104来执行PID(proportional integral derivative)控制C108(即，比例积分微分控制)。在PID控制C108中，可以计算作为比例项和积分项之和的FB控制量。此外，可以计算作为FB控制量和占空比偏移项(duty-cycle offset term)之和的最终FB控制量。基于该PID控制C108的计算结果，计算电机100的转速和用于控制电机100以保持节流阀400的开度的驱动占空比C109。基于计算出的驱动占空比C109，电机驱动电路730如上所述地驱动电机100。

在上述示例中，从映射读取比例项或积分项的控制的增益值。但是，例如，可以基于节流阀400的开度差C104或实际开度C100来计算增益值。此外，增益值可以由瞬态控制C106或稳态控制C107预先确定。在稳态控制C107中，增益值可以由第一控制S104或第二控制S105确定。

另外，不是总是必须使用PID控制作为控制，也可以仅使用积分项或比例项来执行控制。此外，也可以使用其他控制，例如滑动控制。作为本公开的特征，在稳态控制C107中，在包括阀中间位置P1的中间范围中执行的第二控制与在除了中间范围之外的范围中执行的第一控制之间的差异是重要的。因此，取决于控制的增益值的改变或偏移的改变是提供第一控制与第二控制之间的差异的示例。性质上，能够减少在穿过死区L1时的振荡、过冲和下冲的控制可以被设定为第二控制。

第二控制在控制灵敏度上低于第一控制。因此，在第二控制中可以减小积分项的增益值。但是，如上所述，积分控制本身不是必需的，并且可以使用任何能够降低控制灵敏度的控制作为第二控制。类似地，第二控制在响应性上高于第一控制。因此，可以增加积分项的偏移，从而增加响应灵敏度D。但是，由于积分控制本身不是必需的，只要响应灵敏度D能够增加，就可以执行另一种控制。

此外，在上述示例中，在学习控制中学习阀完全关闭位置P0。阀完全关闭位置P0的位置是确定的，并且适合用于学习控制的目标。但是，用于学习控制的位置不限于阀完全关闭位置P0。阀中间位置P1，作为当发动机停止时阀齿轮210的驱动部2100接触本体300的保持部3050的位置，也能够是学习控制的目标。学习控制可以适合用于确定节流轴402的位置，但不是必需的。来自旋转角度传感器510的信号可以用于检测阀完全关闭位置P0、阀中间位置P1和阀完全打开位置P2。

此外，在上述示例中，瞬态/稳态确定S101被用作进入不同控制的分支，这些不同控制是瞬时状态中的控制(即，瞬态控制S102)和稳定状态中的控制(即，阀中间位置判定S103)。然后，执行本公开的第二控制105作为稳定状态下的控制(即，阀中间位置判定S103)。在本公开的阀中间位置控制中执行第二控制S105作为稳定状态中的控制(即，阀中间位置判定S103)是合理的，因为在稳定状态中比在瞬时状态中更需要对发生振荡、过冲或下冲的响应的高灵敏度。

但是，本公开不排除在瞬时状态的控制中执行第二控制S105(即，瞬态控制S102)。另外，由于本公开的特征在于执行第二控制S105作为稳定状态中的控制(即，阀中间位置判定S103)，所以本公开也适用于不执行瞬态控制S102的控制器。

此外，本公开的控制基于阀中间位置P1处存在死区L1的前提，但是死区L1的存在不是必需的。还存在死区L1由于公差等的叠加而恰好不存在的情况。此外，死区L1可能由于老化而意外地消失。因此，阀中间位置P1可以位于可能出现死区L1的区域内，并且死区L1不一定实际存在。

在图9的示例中，在第一引导件460的第一环形部462的整个圆周上形成环绕壁，但是第一引导件460和第二引导件461的形状不限于图9的形状。例如，可以仅在第一环形部462的第一引导钩468附近形成环绕壁。因此，能够减小环绕壁的面积并且能够减小其重量。此外，由于环绕壁在第一引导钩468附近保持螺旋弹簧450，所以能够确保螺旋弹簧450的保持。此外，能够省略第一引导钩468和第二引导钩4681。

此外，在该实施例中，螺旋弹簧450的靠近第二引导件461的第二弹簧端452在从阀中间位置到完全关闭位置的旋转过程中运动。靠近第一引导件460的第一弹簧端451在从阀中间位置到完全打开位置的旋转过程中运动。但是，螺旋弹簧450的该运动可以颠倒。虽然电机100的旋转方向也被颠倒，但是操作与本实施例相同。在本公开中，第一引导钩468的位置不是由它是靠近阀完全打开位置还是靠近阀完全关闭位置来指定的。

此外，在上述示例中，阀齿轮210的驱动部2100布置在第一弹簧端451与第二弹簧端452之间，并且驱动部2100被夹置在第一弹簧端451与第二弹簧端452之间并被第一弹簧端451和第二弹簧端452保持。可选地，如图21所示，阀齿轮210的驱动部2100可以布置在第一弹簧端451和第二弹簧端452的外侧。换言之，螺旋弹簧450的第一弹簧端451和第二弹簧端452可以被夹置在第一阀齿轮钩2101与第二阀齿轮钩2102之间并被第一阀齿轮钩2101和第二阀齿轮钩2102保持。在这种情况下，本体300的保持部3050也布置在第一弹簧端451和第二弹簧端452的外侧。因此，螺旋弹簧450的第一弹簧端451和第二弹簧端452夹置在第一本体钩305与第二本体钩307之间并被第一本体钩305和第二本体钩307保持。

此外，在上述示例中，第一引导件460和第二引导件461具有相同的形状，因此能够缩短组装时间，能够降低组装设备成本，并且能够降低部件成本。但是，如果必须使第一引导件460和第二引导件461的形状相对于阀齿轮210和本体300的形状不同，则必须允许形状改变。即使第一引导钩468或第二引导钩4681不能形成在任何一个引导件上，也必须允许形状改变。

此外，部件的上述材料和尺寸也是示例，并且可以根据电子节流装置1的要求适当地选择。

如上所述，根据本公开的节流阀控制装置可以应用于例如用于控制发动机的进入空气量的电子节流装置1、控制排气循环量的EGR阀、控制柴油发动机的进入空气的进气通道压力控制阀、和控制燃料电池的氢浓度的负压控制阀的控制中。

本申请中描述的控制器和方法可以完全由通过配置被编程为执行被包含在计算机程序中的一个或多个特定功能的处理器而创建的专用计算机实现。可选地，本申请中描述的装置和方法可以完全由专用硬件逻辑电路来实现。进一步可选地，本申请中描述的装置和方法可以由通过与硬件逻辑电路耦合的执行计算机程序的处理器的组合创建的专用计算机实现。

尽管已经参考其实施例描述了本公开，但是应当理解，本公开不限于这些实施例和构造。相反，本公开旨在涵盖各种修改和等同布置。此外，尽管以示例性的各种组合和配置示出了各种元件，但是包括更多、更少或仅单个元件的其他组合和配置也在本公开的精神和范围内。

Claims (9)

1.一种节流阀控制装置，包括：

具有通道和电机空间的本体；

阀，其布置在所述本体的通道中并且配置成与轴一起旋转以打开和关闭所述通道；

电机，其保持在所述本体的所述电机空间中并且配置成旋转所述轴，使得所述轴位于所述阀完全关闭的阀完全关闭位置、所述阀完全打开的阀完全打开位置、或者在所述阀完全关闭位置与所述阀完全打开位置之间的阀中间位置；

螺旋弹簧，其布置在所述本体中，并且配置成当所述轴从所述阀中间位置旋转到所述阀完全关闭位置时以及当所述轴从所述阀中间位置旋转到所述阀完全打开位置时，将弹簧力作为相反的力施加到所述轴；

旋转角度传感器，其配置成检测所述阀的开度；以及

控制器，其配置成

在完全打开侧阈值与完全关闭侧阈值之间的范围内执行阀中间位置控制，所述完全打开侧阈值设定在所述阀中间位置与所述阀完全打开位置之间，所述完全关闭侧阈值设定在所述阀中间位置与所述阀完全关闭位置之间，

在所述阀完全打开位置与所述完全打开侧阈值之间的范围内执行完全打开侧控制，以及

在所述阀完全关闭位置与所述完全关闭侧阈值之间的范围内执行完全关闭侧控制，其中

所述完全打开侧控制和所述完全关闭侧控制被定义为第一控制，以及

所述阀中间位置控制被定义为第二控制并且不同于所述第一控制。

2.根据权利要求1所述的节流阀控制装置，其中所述第二控制在控制灵敏度方面低于所述第一控制。

3.根据权利要求2所述的节流阀控制装置，其中所述第二控制在响应性方面高于所述第一控制。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的节流阀控制装置，其中，

当所述阀从所述阀完全打开位置旋转到所述阀中间位置时以及当所述阀从所述阀完全关闭位置旋转到所述阀中间位置时，所述轴的可动范围包括死区，在所述死区中，所述轴在所述阀中间位置处不受所述螺旋弹簧的弹簧力的影响。

5.根据权利要求4所述的节流阀控制装置，其中，

所述完全打开侧阈值位于所述阀完全打开位置与所述死区之间，以及

所述完全关闭侧阈值位于所述阀完全关闭位置与所述死区之间。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的节流阀控制装置，其中，

所述第一控制和所述第二控制是包括比例项和积分项的控制，并且

所述第二控制中的所述积分项的增益值小于所述第一控制中的所述积分项的增益值。

7.根据权利要求6所述的节流阀控制装置，其中，

所述第二控制中的所述积分项的偏移大于所述第一控制中的所述积分项的偏移。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的节流阀控制装置，其中，

所述控制器进一步配置成执行用于学习所述阀中间位置和所述阀完全关闭位置中的至少一个的控制，并且

所述完全打开侧阈值和所述完全关闭侧阈值基于所述学习的结果确定。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的节流阀控制装置，其中，

所述控制器进一步配置成

获得所述阀的目标开度与由所述旋转角度传感器检测到的实际位置之间的差，

当所述差小于或等于预定值时，执行稳态控制，

当所述差大于所述预定值时，执行瞬态控制，以及

在所述稳态控制中执行所述第一控制和所述第二控制。