专利名称：改进sma致动器性能的方法
技术领域：
总体上，本发明涉及在变化条件下改进形状记忆合金致动器性能的系统和方法。 更具体地，本发明涉及一种用于在现有环境和运行条件下通过利用反馈以确定和周期地再确定加热或冷却形状记忆合金到其相变温度所需的近似电信号强度而改进所述形状记忆合金致动器响应速度和一致性的系统和方法。
背景技术：
形状记忆合金(SMA)承受在奥氏体和马氏体结构之间依靠温度的相变，这引起在材料性能，特别是弹性系数的变化。如果SMA承受外部负荷，这种转变行为可以被用于制造热-机械致动器。典型的SMA金属丝或弹簧致动器在接收控制电流的两端具有电接头。所述控制电流通过电阻加热增加SMA的温度，且因此控制致动器的相变和收缩或膨胀，由此产生机电致动器。SMA致动器典型地被用在双模式中的一个定位和“开-关”致动。在定位应用中， 期望其精确控制收缩或膨胀，且因此相组分达到期望的位置。然而电流和温度之间、温度和相组分之间的关系是非线性的和滞后的，产生精确控制是难以达到的。在“开-关”应用中，对于一个给定负荷，SMA被简单地加热或冷却到其致动温度以上以致达到完全收缩或膨胀。然而，加热或冷却SMA到其致动温度之上所需的电能取决于环境和工作条件，例如周围温度和对流条件。因此，在不同的环境条件下固定-电流致动不会产生重复的效果，且在某些条件下致动可能完全失效。
发明内容
本发明提供一种用于改进性能包括在变化的环境和工作条件下改进形状记忆合金致动器的响应速度和连续性的方法。更广泛地，该方法包括如下步骤识别在SMA的电阻中的尖点特征作为相变开始的指示，和维持保持信号到SMA以致所述电阻保持在特定尖点机制下，因此维持所述SMA在促进随后的致动的准备好状态下。在各种实施中，所述方法可以进一步包括以下另外步骤或特征的任一个或多个。 识别所述尖点可以包括在SMA从马氏体状态下加热期间，识别电阻值，在进一步加热中， 所述电阻值继之以在电阻上的减小导致逆向相变。类似地，识别所述尖点可以包括在SMA 从奥氏体状态下冷却期间，识别电阻值，在进一步冷却中，所述电阻值继之以在电阻上的增加导致正向相变。识别所述尖点可以包括向SMA施加增加强度的电信号；确定电阻的斜率； 和识别正斜率继之以对于逆向相变的连续的负斜率。类似地，识别所述尖点可以包括向SMA 施加减小强度的电信号；确定电阻的斜率；和识别负斜率继之以对于正向相变的连续的正斜率。识别所述尖点可以包括用模型，用模型与电阻的测量值相结合或用数学运算与电阻的测量值相结合以预测在现存条件下与所述尖点相应的电信号的强度。优选地利用在向 SMA施加相对高强度的电信号以改进信噪比期间测量的电阻值。在预期应用中，所述致动器与车辆有关，识别所述尖点的步骤的执行响应于来自车辆用户或传感器接收的信号。
通过插入温度变化电阻器与SMA串联，在一定的温度范围内可以达到更一致的性能以致在较低温度时所述电阻是较低的和跨SMA的电压是较高的，这样更多电能转移到 SMA上，且在高温时所述电阻是较高的和跨SMA的电压是较低的，这样更少电能转移到SMA上。所述方法可以进一步包括通过施加开始信号开始相变的步骤，所述开始信号是保持信号的函数。在上述的车辆应用中，所述开始信号可以响应于车辆用户或传感器而被应用。所述方法进一步包括存储所述开始信号的值，和随后向SMA施加具有近似于所存储的值以促进致动的步骤。本发明的这些或其它方面和优势在下面优选实施例的详细描述和附图的描述中论述。本发明还提供了下面的方案1. 一种控制致动器的方法，其中所述致动器包括具有电阻的形状记忆合金，所述方法包括如下步骤将所述形状记忆合金的电阻中的尖点特征识别为所述形状记忆合金的相变开始的指示；以及向所述形状记忆合金施加激活信号，使得所述电阻保持在指定的尖点状况内，由此将所述形状记忆合金保持在激活的状态中，其促进随后的致动。2.根据方案1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤在所述形状记忆合金从马氏体状态的加热期间，识别电阻值，在进一步的加热时，所述识别电阻值之后是电阻减小，其导致逆向相变。3.根据方案1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤在所述形状记忆合金从奥氏体状态的冷却期间，识别电阻值，在进一步的冷却时，所述识别电阻值之后是电阻增加，其导致正向相变。4.根据方案1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤向所述形状记忆合金施加增加强度的电信号；确定电阻的斜率；识别正斜率，所述正斜率之后是逆向相变的连续负斜率。5.根据方案1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤向所述形状记忆合金应用增加强度的电信号；确定所述电阻的斜率；识别负斜率，所述负斜率之后是正向相变的连续正斜率。6.根据方案1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤使用模型预测在现有条件下与所述尖点相对应的电信号强度。7.根据方案1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤使用与电阻的测量值结合的模型。8.根据方案1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤使用与电阻的测量值结合的数学运算。9.根据方案1所述的方法，进一步包括如下步骤通过插入与所述形状记忆合金
4串联的温度变化电阻器，在温度范围上达到一致的性能，使得在较低温度下，所述电阻较低且跨所述形状记忆合金的电压较高，从而更多功率转移到所述形状记忆合金，并且在较高温度下，所述电阻较高且跨所述形状记忆合金的电压较低，从而更少功率转移到所述形状记忆合金。10.根据方案1所述的方法，进一步包括如下步骤通过施加是保持信号的函数的开始信号，在所述形状记忆合金中开始相变。11.根据方案10所述的方法，其中所述致动器与车辆相关联，并且进一步包括如下步骤响应于所述车辆用户和车辆传感器中的一个施加开始信号。12.根据方案1所述的方法，其中，所述致动器包括暴露于环境条件的仿和主形状记忆合金元件，并且所述方法进一步包括如下步骤向仿形状记忆合金元件施加开始信号；确定在仿元件中的电阻斜率，以此来确定所述尖点和反馈；以及基于所述反馈向主形状记忆合金元件施加激活信号。13. 一种控制致动器的方法，其中所述致动器包括具有电阻的形状记忆合金，所述方法包括如下步骤将所述形状记忆合金的电阻中的尖点特征识别为所述形状记忆合金的相变开始的指示，其中所述尖点特征与施加到所述形状记忆合金的电信号的值相关联；将所述电信号的值存储在存储器中；以及向所述形状记忆合金施加具有近似存储值的电信号以促进致动。14.根据方案13所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤在所述形状记忆合金从马氏体状态加热期间，识别电阻值，在进一步的加热时，所述识别电阻值之后是电阻减小，其导致逆向相变。15.根据方案13所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤在所述形状记忆合金从奥氏体状态冷却期间，识别电阻值，在进一步的冷却时，所述识别电阻值之后是电阻增加，其导致正向相变。16.根据方案13所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤向所述形状记忆合金施加增加强度的电信号；确定所述电阻的斜率；识别正斜率，所述正斜率之后是逆向相变的连续负斜率。17.根据方案13所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤向所述形状记忆合金施加减小强度的电信号；确定所述电阻的斜率；识别负斜率，所述负斜率之后是正向相变的连续正斜率。18.根据方案13所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤使用模型预测在现有条件下与所述尖点相对应的电信号强度。19.根据方案13所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤使用与电阻的测量值结合的数学运算或数学模型。20.根据方案13所述的方法，进一步包括如下步骤通过施加是保持信号的函数的开始信号，在所述形状记忆合金中开始相变。
21.根据方案20所述的方法，其中所述致动器与车辆相关联，并且进一步包括如下步骤响应于所述车辆用户和车辆传感器中的一个施加开始信号。
下面参照附图详细说明本发明的优选实施方式，其中图1是本发明方法的实施方式中包含的步骤流程图；图2是电信号强度对形状记忆合金相关电阻的曲线图；和图3是用于实施图1的方法的系统的实施方式的方框图。
权利要求
1.一种控制致动器的方法，其中所述致动器包括具有电阻的形状记忆合金，所述方法包括如下步骤将所述形状记忆合金的电阻中的尖点特征识别为所述形状记忆合金的相变开始的指示；以及向所述形状记忆合金施加激活信号，使得所述电阻保持在指定的尖点状况内，由此将所述形状记忆合金保持在激活的状态中，其促进随后的致动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤在所述形状记忆合金从马氏体状态的加热期间，识别电阻值，在进一步的加热时，所述识别电阻值之后是电阻减小，其导致逆向相变。
3.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤在所述形状记忆合金从奥氏体状态的冷却期间，识别电阻值，在进一步的冷却时，所述识别电阻值之后是电阻增加，其导致正向相变。
4.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤向所述形状记忆合金施加增加强度的电信号；确定电阻的斜率；识别正斜率，所述正斜率之后是逆向相变的连续负斜率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤向所述形状记忆合金应用增加强度的电信号；确定所述电阻的斜率；识别负斜率，所述负斜率之后是正向相变的连续正斜率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤使用模型预测在现有条件下与所述尖点相对应的电信号强度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤使用与电阻的测量值结合的模型。
8.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述尖点特征的步骤包括如下步骤使用与电阻的测量值结合的数学运算。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤通过插入与所述形状记忆合金串联的温度变化电阻器，在温度范围上达到一致的性能，使得在较低温度下，所述电阻较低且跨所述形状记忆合金的电压较高，从而更多功率转移到所述形状记忆合金，并且在较高温度下，所述电阻较高且跨所述形状记忆合金的电压较低，从而更少功率转移到所述形状记忆合金。
10.一种控制致动器的方法，其中所述致动器包括具有电阻的形状记忆合金，所述方法包括如下步骤将所述形状记忆合金的电阻中的尖点特征识别为所述形状记忆合金的相变开始的指示，其中所述尖点特征与施加到所述形状记忆合金的电信号的值相关联；将所述电信号的值存储在存储器中；以及向所述形状记忆合金施加具有近似存储值的电信号以促进致动。
全文摘要
本发明涉及改进SMA致动器性能的方法。具体地，一种在变化环境和运行条件下改进形状记忆合金致动器的响应速度和一致性的方法。所述方法包括通过周期地确定在其下会经历正向或逆向相变，同时避免实际相变的电信号强度而探测形状记忆合金；通过使其接近相变而激活形状记忆合金；开始相变；和维持形状记忆合金在相变状态。在其下所述形状记忆合金会经历相变的所述电信号强度通过识别在接近相变之前的所述形状记忆合金的电阻中的尖点特征来确定。
文档编号F03G7/06GK102434412SQ201110305479
公开日2012年5月2日 申请日期2011年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者A·L·布朗, A·罕德尔瓦尔, E·G·库比卡, G·A·埃雷拉, 奈特 G·P·麦, H·K·戈伊, M·E·迪布, N·L·约翰逊, R·B·戈贝, V·R·布拉瓦拉, X·高 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司