專(zhuān)利名稱(chēng)：改進(jìn)sma致動(dòng)器性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總體上，本發(fā)明涉及在變化條件下改進(jìn)形狀記憶合金致動(dòng)器性能的系統(tǒng)和方法。 更具體地，本發(fā)明涉及一種用于在現(xiàn)有環(huán)境和運(yùn)行條件下通過(guò)利用反饋以確定和周期地再確定加熱或冷卻形狀記憶合金到其相變溫度所需的近似電信號(hào)強(qiáng)度而改進(jìn)所述形狀記憶合金致動(dòng)器響應(yīng)速度和一致性的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
形狀記憶合金(SMA)承受在奧氏體和馬氏體結(jié)構(gòu)之間依靠溫度的相變，這引起在材料性能，特別是彈性系數(shù)的變化。如果SMA承受外部負(fù)荷，這種轉(zhuǎn)變行為可以被用于制造熱-機(jī)械致動(dòng)器。典型的SMA金屬絲或彈簧致動(dòng)器在接收控制電流的兩端具有電接頭。所述控制電流通過(guò)電阻加熱增加SMA的溫度，且因此控制致動(dòng)器的相變和收縮或膨脹，由此產(chǎn)生機(jī)電致動(dòng)器。SMA致動(dòng)器典型地被用在雙模式中的一個(gè)定位和“開(kāi)-關(guān)”致動(dòng)。在定位應(yīng)用中， 期望其精確控制收縮或膨脹，且因此相組分達(dá)到期望的位置。然而電流和溫度之間、溫度和相組分之間的關(guān)系是非線(xiàn)性的和滯后的，產(chǎn)生精確控制是難以達(dá)到的。在“開(kāi)-關(guān)”應(yīng)用中，對(duì)于一個(gè)給定負(fù)荷，SMA被簡(jiǎn)單地加熱或冷卻到其致動(dòng)溫度以上以致達(dá)到完全收縮或膨脹。然而，加熱或冷卻SMA到其致動(dòng)溫度之上所需的電能取決于環(huán)境和工作條件，例如周?chē)鷾囟群蛯?duì)流條件。因此，在不同的環(huán)境條件下固定-電流致動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生重復(fù)的效果，且在某些條件下致動(dòng)可能完全失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于改進(jìn)性能包括在變化的環(huán)境和工作條件下改進(jìn)形狀記憶合金致動(dòng)器的響應(yīng)速度和連續(xù)性的方法。更廣泛地，該方法包括如下步驟識(shí)別在SMA的電阻中的尖點(diǎn)特征作為相變開(kāi)始的指示，和維持保持信號(hào)到SMA以致所述電阻保持在特定尖點(diǎn)機(jī)制下，因此維持所述SMA在促進(jìn)隨后的致動(dòng)的準(zhǔn)備好狀態(tài)下。在各種實(shí)施中，所述方法可以進(jìn)一步包括以下另外步驟或特征的任一個(gè)或多個(gè)。 識(shí)別所述尖點(diǎn)可以包括在SMA從馬氏體狀態(tài)下加熱期間，識(shí)別電阻值，在進(jìn)一步加熱中， 所述電阻值繼之以在電阻上的減小導(dǎo)致逆向相變。類(lèi)似地，識(shí)別所述尖點(diǎn)可以包括在SMA 從奧氏體狀態(tài)下冷卻期間，識(shí)別電阻值，在進(jìn)一步冷卻中，所述電阻值繼之以在電阻上的增加導(dǎo)致正向相變。識(shí)別所述尖點(diǎn)可以包括向SMA施加增加強(qiáng)度的電信號(hào)；確定電阻的斜率； 和識(shí)別正斜率繼之以對(duì)于逆向相變的連續(xù)的負(fù)斜率。類(lèi)似地，識(shí)別所述尖點(diǎn)可以包括向SMA 施加減小強(qiáng)度的電信號(hào)；確定電阻的斜率；和識(shí)別負(fù)斜率繼之以對(duì)于正向相變的連續(xù)的正斜率。識(shí)別所述尖點(diǎn)可以包括用模型，用模型與電阻的測(cè)量值相結(jié)合或用數(shù)學(xué)運(yùn)算與電阻的測(cè)量值相結(jié)合以預(yù)測(cè)在現(xiàn)存條件下與所述尖點(diǎn)相應(yīng)的電信號(hào)的強(qiáng)度。優(yōu)選地利用在向 SMA施加相對(duì)高強(qiáng)度的電信號(hào)以改進(jìn)信噪比期間測(cè)量的電阻值。在預(yù)期應(yīng)用中，所述致動(dòng)器與車(chē)輛有關(guān)，識(shí)別所述尖點(diǎn)的步驟的執(zhí)行響應(yīng)于來(lái)自車(chē)輛用戶(hù)或傳感器接收的信號(hào)。
通過(guò)插入溫度變化電阻器與SMA串聯(lián)，在一定的溫度范圍內(nèi)可以達(dá)到更一致的性能以致在較低溫度時(shí)所述電阻是較低的和跨SMA的電壓是較高的，這樣更多電能轉(zhuǎn)移到 SMA上，且在高溫時(shí)所述電阻是較高的和跨SMA的電壓是較低的，這樣更少電能轉(zhuǎn)移到SMA上。所述方法可以進(jìn)一步包括通過(guò)施加開(kāi)始信號(hào)開(kāi)始相變的步驟，所述開(kāi)始信號(hào)是保持信號(hào)的函數(shù)。在上述的車(chē)輛應(yīng)用中，所述開(kāi)始信號(hào)可以響應(yīng)于車(chē)輛用戶(hù)或傳感器而被應(yīng)用。所述方法進(jìn)一步包括存儲(chǔ)所述開(kāi)始信號(hào)的值，和隨后向SMA施加具有近似于所存儲(chǔ)的值以促進(jìn)致動(dòng)的步驟。本發(fā)明的這些或其它方面和優(yōu)勢(shì)在下面優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述和附圖的描述中論述。本發(fā)明還提供了下面的方案1. 一種控制致動(dòng)器的方法，其中所述致動(dòng)器包括具有電阻的形狀記憶合金，所述方法包括如下步驟將所述形狀記憶合金的電阻中的尖點(diǎn)特征識(shí)別為所述形狀記憶合金的相變開(kāi)始的指示；以及向所述形狀記憶合金施加激活信號(hào)，使得所述電阻保持在指定的尖點(diǎn)狀況內(nèi)，由此將所述形狀記憶合金保持在激活的狀態(tài)中，其促進(jìn)隨后的致動(dòng)。2.根據(jù)方案1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟在所述形狀記憶合金從馬氏體狀態(tài)的加熱期間，識(shí)別電阻值，在進(jìn)一步的加熱時(shí)，所述識(shí)別電阻值之后是電阻減小，其導(dǎo)致逆向相變。3.根據(jù)方案1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟在所述形狀記憶合金從奧氏體狀態(tài)的冷卻期間，識(shí)別電阻值，在進(jìn)一步的冷卻時(shí)，所述識(shí)別電阻值之后是電阻增加，其導(dǎo)致正向相變。4.根據(jù)方案1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟向所述形狀記憶合金施加增加強(qiáng)度的電信號(hào)；確定電阻的斜率；識(shí)別正斜率，所述正斜率之后是逆向相變的連續(xù)負(fù)斜率。5.根據(jù)方案1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟向所述形狀記憶合金應(yīng)用增加強(qiáng)度的電信號(hào)；確定所述電阻的斜率；識(shí)別負(fù)斜率，所述負(fù)斜率之后是正向相變的連續(xù)正斜率。6.根據(jù)方案1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟使用模型預(yù)測(cè)在現(xiàn)有條件下與所述尖點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)強(qiáng)度。7.根據(jù)方案1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟使用與電阻的測(cè)量值結(jié)合的模型。8.根據(jù)方案1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟使用與電阻的測(cè)量值結(jié)合的數(shù)學(xué)運(yùn)算。9.根據(jù)方案1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟通過(guò)插入與所述形狀記憶合金
4串聯(lián)的溫度變化電阻器，在溫度范圍上達(dá)到一致的性能，使得在較低溫度下，所述電阻較低且跨所述形狀記憶合金的電壓較高，從而更多功率轉(zhuǎn)移到所述形狀記憶合金，并且在較高溫度下，所述電阻較高且跨所述形狀記憶合金的電壓較低，從而更少功率轉(zhuǎn)移到所述形狀記憶合金。10.根據(jù)方案1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟通過(guò)施加是保持信號(hào)的函數(shù)的開(kāi)始信號(hào)，在所述形狀記憶合金中開(kāi)始相變。11.根據(jù)方案10所述的方法，其中所述致動(dòng)器與車(chē)輛相關(guān)聯(lián)，并且進(jìn)一步包括如下步驟響應(yīng)于所述車(chē)輛用戶(hù)和車(chē)輛傳感器中的一個(gè)施加開(kāi)始信號(hào)。12.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述致動(dòng)器包括暴露于環(huán)境條件的仿和主形狀記憶合金元件，并且所述方法進(jìn)一步包括如下步驟向仿形狀記憶合金元件施加開(kāi)始信號(hào)；確定在仿元件中的電阻斜率，以此來(lái)確定所述尖點(diǎn)和反饋；以及基于所述反饋向主形狀記憶合金元件施加激活信號(hào)。13. 一種控制致動(dòng)器的方法，其中所述致動(dòng)器包括具有電阻的形狀記憶合金，所述方法包括如下步驟將所述形狀記憶合金的電阻中的尖點(diǎn)特征識(shí)別為所述形狀記憶合金的相變開(kāi)始的指示，其中所述尖點(diǎn)特征與施加到所述形狀記憶合金的電信號(hào)的值相關(guān)聯(lián)；將所述電信號(hào)的值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；以及向所述形狀記憶合金施加具有近似存儲(chǔ)值的電信號(hào)以促進(jìn)致動(dòng)。14.根據(jù)方案13所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟在所述形狀記憶合金從馬氏體狀態(tài)加熱期間，識(shí)別電阻值，在進(jìn)一步的加熱時(shí)，所述識(shí)別電阻值之后是電阻減小，其導(dǎo)致逆向相變。15.根據(jù)方案13所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟在所述形狀記憶合金從奧氏體狀態(tài)冷卻期間，識(shí)別電阻值，在進(jìn)一步的冷卻時(shí)，所述識(shí)別電阻值之后是電阻增加，其導(dǎo)致正向相變。16.根據(jù)方案13所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟向所述形狀記憶合金施加增加強(qiáng)度的電信號(hào)；確定所述電阻的斜率；識(shí)別正斜率，所述正斜率之后是逆向相變的連續(xù)負(fù)斜率。17.根據(jù)方案13所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟向所述形狀記憶合金施加減小強(qiáng)度的電信號(hào)；確定所述電阻的斜率；識(shí)別負(fù)斜率，所述負(fù)斜率之后是正向相變的連續(xù)正斜率。18.根據(jù)方案13所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟使用模型預(yù)測(cè)在現(xiàn)有條件下與所述尖點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)強(qiáng)度。19.根據(jù)方案13所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟使用與電阻的測(cè)量值結(jié)合的數(shù)學(xué)運(yùn)算或數(shù)學(xué)模型。20.根據(jù)方案13所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟通過(guò)施加是保持信號(hào)的函數(shù)的開(kāi)始信號(hào)，在所述形狀記憶合金中開(kāi)始相變。
21.根據(jù)方案20所述的方法，其中所述致動(dòng)器與車(chē)輛相關(guān)聯(lián)，并且進(jìn)一步包括如下步驟響應(yīng)于所述車(chē)輛用戶(hù)和車(chē)輛傳感器中的一個(gè)施加開(kāi)始信號(hào)。


下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中圖1是本發(fā)明方法的實(shí)施方式中包含的步驟流程圖；圖2是電信號(hào)強(qiáng)度對(duì)形狀記憶合金相關(guān)電阻的曲線(xiàn)圖；和圖3是用于實(shí)施圖1的方法的系統(tǒng)的實(shí)施方式的方框圖。
權(quán)利要求
1.一種控制致動(dòng)器的方法，其中所述致動(dòng)器包括具有電阻的形狀記憶合金，所述方法包括如下步驟將所述形狀記憶合金的電阻中的尖點(diǎn)特征識(shí)別為所述形狀記憶合金的相變開(kāi)始的指示；以及向所述形狀記憶合金施加激活信號(hào)，使得所述電阻保持在指定的尖點(diǎn)狀況內(nèi)，由此將所述形狀記憶合金保持在激活的狀態(tài)中，其促進(jìn)隨后的致動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟在所述形狀記憶合金從馬氏體狀態(tài)的加熱期間，識(shí)別電阻值，在進(jìn)一步的加熱時(shí)，所述識(shí)別電阻值之后是電阻減小，其導(dǎo)致逆向相變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟在所述形狀記憶合金從奧氏體狀態(tài)的冷卻期間，識(shí)別電阻值，在進(jìn)一步的冷卻時(shí)，所述識(shí)別電阻值之后是電阻增加，其導(dǎo)致正向相變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟向所述形狀記憶合金施加增加強(qiáng)度的電信號(hào)；確定電阻的斜率；識(shí)別正斜率，所述正斜率之后是逆向相變的連續(xù)負(fù)斜率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟向所述形狀記憶合金應(yīng)用增加強(qiáng)度的電信號(hào)；確定所述電阻的斜率；識(shí)別負(fù)斜率，所述負(fù)斜率之后是正向相變的連續(xù)正斜率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟使用模型預(yù)測(cè)在現(xiàn)有條件下與所述尖點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)強(qiáng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟使用與電阻的測(cè)量值結(jié)合的模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中識(shí)別所述尖點(diǎn)特征的步驟包括如下步驟使用與電阻的測(cè)量值結(jié)合的數(shù)學(xué)運(yùn)算。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟通過(guò)插入與所述形狀記憶合金串聯(lián)的溫度變化電阻器，在溫度范圍上達(dá)到一致的性能，使得在較低溫度下，所述電阻較低且跨所述形狀記憶合金的電壓較高，從而更多功率轉(zhuǎn)移到所述形狀記憶合金，并且在較高溫度下，所述電阻較高且跨所述形狀記憶合金的電壓較低，從而更少功率轉(zhuǎn)移到所述形狀記憶合金。
10.一種控制致動(dòng)器的方法，其中所述致動(dòng)器包括具有電阻的形狀記憶合金，所述方法包括如下步驟將所述形狀記憶合金的電阻中的尖點(diǎn)特征識(shí)別為所述形狀記憶合金的相變開(kāi)始的指示，其中所述尖點(diǎn)特征與施加到所述形狀記憶合金的電信號(hào)的值相關(guān)聯(lián)；將所述電信號(hào)的值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；以及向所述形狀記憶合金施加具有近似存儲(chǔ)值的電信號(hào)以促進(jìn)致動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進(jìn)SMA致動(dòng)器性能的方法。具體地，一種在變化環(huán)境和運(yùn)行條件下改進(jìn)形狀記憶合金致動(dòng)器的響應(yīng)速度和一致性的方法。所述方法包括通過(guò)周期地確定在其下會(huì)經(jīng)歷正向或逆向相變，同時(shí)避免實(shí)際相變的電信號(hào)強(qiáng)度而探測(cè)形狀記憶合金；通過(guò)使其接近相變而激活形狀記憶合金；開(kāi)始相變；和維持形狀記憶合金在相變狀態(tài)。在其下所述形狀記憶合金會(huì)經(jīng)歷相變的所述電信號(hào)強(qiáng)度通過(guò)識(shí)別在接近相變之前的所述形狀記憶合金的電阻中的尖點(diǎn)特征來(lái)確定。
文檔編號(hào)F03G7/06GK102434412SQ201110305479
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者A·L·布朗, A·罕德?tīng)柾郀? E·G·庫(kù)比卡, G·A·埃雷拉, 奈特 G·P·麥, H·K·戈伊, M·E·迪布, N·L·約翰遜, R·B·戈貝, V·R·布拉瓦拉, X·高 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司