用于控制活性材料致动器的系统和方法

用于控制活性材料致动器的系统和方法
【专利摘要】用于控制活性材料致动器的系统包括被构造为当通电时致动的活性材料致动器、被构造为供给电力的电源、以及包括多个回路并被构造为基于激活信号的接收而选择性地建立活性材料致动器与电源之间的电连接的控制电路。所述控制电路被构造为当控制电路没有接收到激活信号时将所述回路中的至少一个断电从而最小化从电源汲取的寄生电流。
【专利说明】用于控制活性材料致动器的系统和方法

【技术领域】
[0001] 本公开涉及用于控制活性材料致动器的致动的系统和方法。

【背景技术】
[0002] 活性材料以相对低的成本和质量提供致动。活性材料可包括形状记忆合金（SMA )、 电活性聚合物（ΕΑΡ )、压电材料、磁致伸缩材料和电节流材料。由于活性材料的非线性，精确 地控制提供致动的活性材料的致动是困难的。


【发明内容】

[0003] 本公开涉及用于控制活性材料致动器的系统和方法。在实施例中，所述系统包括 被构造为当通电时致动的活性材料致动器、供给电力的电源、和包括多个回路并被构造为 基于激活信号的接受而选择性地建立活性材料致动器与电源之间的电连接的控制电路。控 制电路被构造为当控制电路没有接收到激活信号时将至少一个回路断电，以最小化从电源 汲取的寄生电流。
[0004] 在实施例中，控制电路包括电压传感回路，该电压传感回路被构造为测量电源供 给的电力的电压势。电压传感回路被构造为当控制电路没有接收到激活信号时断电。电压 传感回路可包括低的导通电阻固态开关，比如M0SFET开关，该开关被构造为当控制电路没 有接收到激活信号时选择性地从电源断开电压传感回路。
[0005] 在实施例中，控制电路包括电连接到电源的电源滤波器。电源滤波器被构造为过 滤由电源供给的输出电压。电源滤波器可包括至少一个二极管，该二极管被构造为防止反 向电压出现于跟随输入过滤器的电路上。
[0006] 在实施例中，控制电路包括电连接到电源滤波器的偏压调节器。偏压调节器被构 造为调节电源供给的输出电压。偏压调节器被构造为当控制电路没有接收到激活信号时断 电。
[0007] 在实施例中，控制电路包括电力开关回路，该电力开关回路被构造为当控制电路 没有接收到激活信号时选择性地建立活性材料致动器与电源之间的电连接。电力开关回路 可包括低的导通电阻固态开关，比如M0SFET开关，以控制穿过活性材料致动器的电流。
[0008] 在实施例中，控制电路包括数字控制处理器，该数字控制处理器被构造为产生具 有占空比的脉冲宽度调制信号。数字控制处理器电连接到电力开关回路。这样，数字控制 处理器被构造为将脉冲宽度调制信号传递到电力开关回路。控制电路还包括点连接到数字 控制处理器的计算机程序端口。计算机程序端口被构造为允许数字控制处理器与远程计算 机之间的数据传输。
[0009] 在实施例中，控制电路包括温度传感回路，该温度传感回路被构造为测量接近活 动材料致动器的环境温度并产生表示环境温度的温度信号。
[0010] 在实施例中，控制电路包括位置传感回路，该位置传感回路被构造为检测活性材 料致动器的位置并产生表示活性材料致动器的位置的位置信号。
[0011] 在实施例中，控制电路包括电流传感回路，该电流传感回路被构造为测量穿过活 性材料致动器的电流并产生表示通过致动器的电流的电流信号。
[0012] 在实施例中，数字控制处理器被构造为接收温度信号、电流信号、位置信号、和电 压信号。数字控制处理器被构造为基于电流信号、电压信号、位置信号、和温度信号调节脉 冲宽度调制信号的占空比。在实施例中，活性材料致动器包括形状记忆合金。控制电路可 包括被构造为过滤由外部控制器供给的激活信号的信号处理单元。
[0013] 本公开还涉及控制活性材料致动器的方法。在实施例中，该方法包括确定激活信 号是否已被控制电路接收。控制电路可包括多个回路并且被构造为选择性地建立活性材料 致动器与电源之间的电连接。该方法还可包括如果控制电路没有接收到激活信号，则将多 个回路中的至少一个断电以最小化从电源汲取的寄生电流，以及如果控制电路接收到激活 信号，则向多个回路通电以建立活性材料致动器与电源之间的电连接，从而致动活性材料 致动器。
[0014] 在实施例中，所述方法包括监视接近活性材料致动器的环境温度、活性材料致动 器的位置、电源的电压、和穿过活性材料致动器的电流。该方法还可包括向活性材料致动器 供给脉冲宽度调制信号。该方法还可包括基于环境温度、活性材料致动器的位置、电源的电 压、和穿过活性材料致动器的电流调节脉冲宽度调制信号的占空比。
[0015] 当结合附图和所附的权利要求时，本发明的上述特征和优势，以及其他特征和优 势从下面对用于实现本发明的优选实施例和最佳模式的详细描述中变得显见。

【专利附图】

【附图说明】
[0016] 图1A是包括活性材料致动器、电源、和处于开启位置的开关的致动系统的示意性 视图；
[0017] 图1B是图1A的致动系统的示意性视图，其示出开关处于闭合位置；
[0018] 图2是图1A的致动系统的控制电路的示意性图表；
[0019] 图3是图2中示出的根据本公开的实施例的控制电路的详细示意性图表；
[0020] 图4是根据本公开的另一个实施例的控制电路的电流传感回路和电力开关回路 的详细的示意性图表；以及
[0021] 图5是示出了控制图1A和1B中示出的致动装置的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0022] 现在参见附图，其中相似的附图标记表示几个视图中对应的零件，本公开涉及控 制活性材料致动器的致动的系统和方法。所用的术语"活性材料（active material)"指的 是当遭受或遭遇比如热刺激的激活刺激时其性质能够经历可逆转的变化的材料。活性材料 包括但不限于形状记忆合金（SMA)、电活性聚合物（ΕΑΡ)、压电材料、磁致伸缩材料和电节 流材料等。例如，SMA是展示出当遭受适当的热刺激时恢复到一些之前限定的形状或大小 的能力的一群材料。具体地，SMA能够经历晶体相变，在相变中，它们的屈服强度、刚度、尺 寸和/或形状基于温度而改变。SMA存在在几个不同的温度依赖的相中。例如，一些SMA 由于马氏体相与奥氏体相之间的晶体变化而展现出大的可恢复应变。适合的SMA包括但不 限于镍钛基合金、铟钛基合金、镍错基合金、镍镓基合金、铜基合金(例如，铜锌合金、铜错合 金、铜金合金、和铜锡合金)、金镉基合金、银镉基合金、铟镉基合金、猛铜基合金、铁钼基合 金、铁钼基合金等。
[0023] 图1A和1B示意性地示出了包括致动装置30的致动系统28。致动装置30包括 被构造为当通电时致动的活性材料致动器36。致动系统28包括致动装置30。活性材料致 动器36可以是致动装置30的部分，并且全部或部分地由至少一种诸如SMA的活性材料制 成。如下所详述的，活性材料致动器36可在不同的温度条件下变化其形状或大小以移动致 动装置30的另一个部件。除了活性材料致动器36,致动装置30包括壳体32、布置在壳体 32中的可移动构件34、系统控制器38、和诸如弹簧的偏置构件34。可移动构件34可移动 地联接到壳体32。这样，可移动构件34能够相对于壳体32在第一或未被致动位置（图1A) 与第二或致动位置（图1B)之间移动。在所示实施例中，可移动构件34可旋转地联接至壳 体32。随后，可移动构件34能够相对于壳体32在未被致动位置与致动位置之间旋转。销 39或任何其他适合的紧固件能够将可移动构件34旋转地联接到壳体32。销39可以联接 到壳体32的内表面33。
[0024] 致动装置30还包括位置传感器41，位置传感器41被构造为检测可移动构件34 的位置。在所示实施例中，位置传感器41是诸如旋转数字编码器或电位计的旋转位置传感 器，并且被联接到销39。位置传感器41与系统控制器38电连通并且因此能够向系统控制 器38提供位置反馈信号。位置反馈信号表示可移动构件34或者活性材料致动器36相对 于壳体32的位置。
[0025] 活性材料致动器36可以是电线并且包括第一致动器端35和第二致动器端37。活 性材料致动器36可是大致U形的并且因此第一致动器端35可接近第二致动器端37。然 而，预期的是第二致动器端37可以与第一致动器端35相反。第一致动器端35机械地联接 到可移动构件34,而第二致动器端37机械地联接到壳体32的内表面33。在一个实施例中， 活性材料致动器36全部或部分地由SMA制成。然而，活性材料致动器36可以全部或部分地 由诸如电活性聚合物（ΕΑΡ)、压电材料、磁致伸缩材料、电节流材料、或它们的组合的其他适 合的活性材料制成。虽然附图示出了大致线性的电线，活性材料致动器36可基于期望的致 动装置30的功能和活性材料致动器36需要的致动力具有其他形状。不论它是什么形状，活 性材料致动器36电连接到诸如电存储装置（ESD)的电源42。开关44电连接在电源42和 活性材料致动器36之间。电源42被构造为供给电力。开关44能够在开启状态（图1Α)与 闭合状态（图1Β)之间转换。在开启位置，没有电从电源42行进到活性材料致动器36。相 反地，在闭合位置，电能够从电源42行进到活性材料致动器36。因而，活性材料致动器36 能够在当开关44处于闭合位置时被通电。如果活性材料致动器36全部或部分地由SMA材 料制成，则通电电流流过活性材料致动器36并且引起活性材料致动器36中的温度变化以 导致活性材料致动器36中的应变。结果，活性材料致动器36缩回第一致动器端35而第二 致动器端37保持固定，因而在可移动构件34上施加扭矩。
[0026] 致动装置30的偏置构件40可以是卷簧并且联接在可移动构件34与壳体32的部 分之间。在所示实施例中，偏置构件40限定第一偏置端43和与第一偏置端43相反的第二 偏置端45。第一偏置端43机械地联接到可移动构件34,而第二偏置端45机械地联接到壳 体32的内表面33。当致动装置30未被致动时（图1Α)，偏置构件40在可移动构件34上施 加偏置扭矩94。偏置扭矩94在未被激活的活性材料致动器36上产生施加应变的应力并由 此拉长活性材料致动器36。另一方面，当致动装置30被致动时（图1B)，活性材料致动器36 由于电源42与活性材料致动器36之间的电连接而被激活。当致动装置30被致动时，通电 的活性材料致动器36使施加的应变恢复并且在可移动构件34上施加对应的力96,该力又 传递到抵抗偏置扭矩94的偏置构件40。
[0027] 系统控制器38可以是印刷电路板（PCB)并且联接到壳体32。例如，在所示实施例 中，系统控制器38安装在壳体32的外表面31。然而，可以想象的是，系统控制器38可以安 装在壳体32的内表面33上或可以位于致动装置30的外面。无论它的位置在哪里，系统控 制器38都被构造为接收来自外部控制器的激活信号以基于某些车辆状况启动或关闭致动 装置30。
[0028] 例如，系统控制器38可基于接收到表示车辆舱门打开的激活信号而启动致动装 置30 (并因而使活性材料致动器36通电)。因此，致动装置30能够被用于主动地移动车辆 的部件。例如，可移动构件34 (或致动装置30的另一个零件）可以操作地联接到舱门孔以 基于某些车辆状况主动地开启或关闭舱门孔。众所周知，车辆包括限定诸如驾驶舱空间或 行李舱空间之类的内部空间的车辆主体。内部空间被诸如门或行李舱盖的舱门封闭。舱门 或车辆主体包括密封件以紧紧地相对于车辆主体密封舱门以防止碎片、水、噪音等进入车 辆的内部空间四处。这些密封件还防止空气在舱门封闭的时候漏出，由此引起车辆的内部 空间内的气压增加。内部空间内增加的气压抵抗舱门的关闭，由此增加了关闭舱门所需要 的力气。为了缓解当舱门关闭时车辆的内部空间内的气压的增加，车辆可包括能够移动以 选择性地建立车辆内部空间的外面环境之间的流体连通的孔组件。因而，孔组件可包括一 个或多个能够从封闭位置移动到开启位置的叶片（vane)以允许空气从车辆的内部空间离 开。第一致动器端35 (或致动装置30的另一个部分）可以操作地联接到叶片以基于某些 车辆状况使叶片在开启和封闭位置之间选择性地移动。例如，车辆可包括一个或多个被构 造为检测舱门是否处于开启或封闭位置的舱门传感器。该舱门传感器可以向系统控制器38 发送激活信号。因而，基于表示舱门处于开启位置的激活信号的接收，系统控制器38可命 令致动装置30将孔组件的叶片移动到开启位置。相反地，为了响应表示舱门处于封闭位置 的激活信号，系统控制器38可命令致动装置30将孔组件的叶片移动到封闭位置。替代地， 系统控制器38可启动或禁用致动装置30以基于其他车辆状况选择性地移动车辆的其他部 分。
[0029] 如以下详述的，系统控制器38被构造为接收电力并有效地追踪时间。此外，系统 控制器38可监视来自电源42的电压，接近活性材料致动器36的环境温度、穿过活性材料 致动器36的电流、和可移动构件34或活性材料致动器36相对于壳体32的位置。因而，系 统控制器38被构造为经由不同的电信号线或局域网（LAN)总线接收来自于传感器的关于 温度、电压、电流、和活性材料致动器历史的信息。LAN总线提供在传感器与系统控制器38 之间的结构化通讯信号。系统控制器38被构造为产生转换成穿过活性材料致动器36的脉 冲宽度调制（PWM)占空比的电压。因此，通过控制穿过穿过活性材料致动器36的电压的PWM 占空比，活性材料致动器36的均方根（RMS)电流能够被有效地且精确地控制。替代地，系统 控制器38在控制其他致动装置的同时还可以集成到致动装置30中的微控制器单元（MCU)。
[0030] 如上所述，活性材料致动器36可基于电能的接收而变化其形状或大小。例如，如 果活性材料致动器36全部或部分地由SMA材料制成，活性材料致动器变化其形状以响应电 流流过其所产生的热。然而，因为某些状况，活性材料致动器36可能需要变化的电流以有 效地操作。例如，环境温度、可移动构件34的期望位置、以及诸如开启或变短的活性材料致 动器36或阻塞的车辆部件(例如，阻塞的孔）之类的反常的状况可影响活性材料致动器36 的行为。因而，需要考虑到前述状况而开发能够控制致动装置30的系统。
[0031] 此外，来自电源的反向电压和过电压会不好地影响活性材料致动器36的运转。因 而，需要开发能够保护活性材料致动器36防止来自电源的反向电压和过电压的系统。此 夕卜，不可接受的高的电流也会不好地影响活性材料致动器36的运转。因而，需要开发能够 不管电源电压变化调节流过活性材料致动器36的电流的系统。还需要开发能够最小化汲 取电源的寄生电流的系统。如上所述，活性材料致动器36能够基于由外部电子控制器产生 的激活信号的被接收而被激活。然而，当活性材料致动器36未被激活时，系统可以关闭一 个或多个回路以最小化从电源汲取的寄生电流。另外，需要开发能够在不同的状况下有效 地控制致动装置30的可编程、低成本的系统。在诸如机动车辆应用的一些大规模应用中， 开发能够有效地并有效率地控制致动装置30的低成本的系统是重要的。
[0032] 图2和3示意性地示出了用于控制活性材料致动器36的控制系统49。控制系统 49包括控制电路50,该控制电路50是系统控制器38的部分。控制电路包括多个回路并且 与诸如车辆主体控制器之类的外部控制器58电子连通。因此，控制电路50被构造为接收 来自外部控制器58的激活信号78。激活信号78可以是基于某些状况的，比如车辆状况，在 这些状况中，活性材料致动器36必须被致动以满足所述状况。例如，当车辆门或舱门打开 或关闭时，外部控制器58可产生并发送激活信号78到控制电路50。控制电路50被构造为 基于激活信号78的接收选择性地建立活性材料致动器36与电源42之间的电连接。此外， 控制电路50被构造为当控制电路50没有接收到激活信号78时将至少一个回路断电，以最 小化从电源42汲取的寄生电流。
[0033] 继续参见图2和3,激活信号78被发送给信号处理单元60。信号处理单元60可 以是控制电路50的部分并且能够处理激活信号78以在激活信号78上施加限制。例如，信 号处理单元60可用作信号滤波器，电压/电流限制器、或它们的组合。因此，信号处理单元 60能够被构造为减小频率高于截止频率的信号的幅度。替代地或额外地，信号处理单元60 能够被构造为在激活信号78的电压/电流上施加上限。如图3所示，信号处理单元60可 被构造为电回路并且可因此被称为信号处理回路。在所示实施例中，信号处理单元60包括 低通滤波器回路80以及诸如齐纳二极管82之类的一个或多个二极管，以在激活信号78上 施加限制，并由此产生控制信号114。低通滤波器回路80可包括一个或多个电阻器84以及 诸如非电解电容器86之类的一个或多个电容器。在本公开中，控制信号114也可以指的是 滤过的激活信号。
[0034] 控制信号114可以与偏置电压调节器56连通。当偏置电压调节器56接收激活控 制信号114时，偏置电压调节器56能够调节电源42供给的输出电压98。偏置电压调节器 56被构造为当供给电压的电源42和外部控制器58被激活时，通过控制电路50分配合适的 电压。电压调节器56被构造为当控制信号114未被激活时断开经调节电压102 (S卩，偏置 电压102)以降低控制电路50的寄生电路消耗。
[0035] 电源42电连接到控制电路50并且因此能够供给输出电压98到控制电路50。应 想象到的是，电源42可例如为诸如车辆电池之类的电池、交流发电机或任何能够储存电能 的装置。因而，电源42也可以指的是车辆电源。输出电压98被发送到电源滤波器54。电 源滤波器54被构造为缓解反向电压。替代地或额外地，电源滤波器54被构造为抑制电磁 干扰（EMI)。在图3所所示实施例中，电源滤波器54被构造为电源滤波器回路并且包括被 构造为防止反向电压的诸如p-n或低压降的肖特基二极管88之类的一个或多个二极管。 替代地或额外地，电源滤波器54可包括被构造为抑制电磁干扰的一个或多个EMI瞬变滤波 器。在图3所示实施例中，电源滤波器54的EMI瞬变滤波器包括一个或多个电容器，比如 非电解电容器86和电解电容器90，以及至少一个瞬变电压抑制（TVS )二极管92。具体地， 在所示实施例中，电源滤波器54包括一个非电解电容器86、两个电解电容器90、和一个并 联布置的TVS二极管92。因此电源滤波器54能够过滤电源42供给的输出电压98并且其 自身供给受保护电压1〇〇到偏置电压调节器56。
[0036] 电源滤波器54电连接到偏置电压调节器56。因而，受保护电压100能够被供给到 偏置电压调节器56。偏置电压调节器56被构造为调节受保护电压100并且向整个控制电 路50供给经调节电压102。如上所述，偏置电压调节器56能够在受保护电压100上施加上 限，从而通过控制电路50分配合适的电压（S卩，经调节电压102 )。通过这样做，偏置电压调 节器56供给大体稳定的电压（S卩，经调节电压102)至包括控制电路50的回路。
[0037] 继续参见图2和3，控制电路50还包括电连接到偏置电压调节器56的位置传感器 回路68。因此，经调节电压102能够被传递到位置传感器回路68。位置传感器回路68包 括位置传感器41 (图1A)并且位置传感器回路被构造为确定活性材料致动器36的位置并 且提供位置信号104至数字控制处理器66。位置信号104表示活性材料致动器36的位置。 数字控制处理器66能够利用位置信号104提供的信息控制活性材料致动器36。
[0038] 在图3所示实施例中，位置传感器回路68包括用作位置传感器41的电位计106。 电位计106可具有高的循环寿命并且被供给有来自偏置电压调节器56的经调节电压102。 电位计106可联接到活性材料致动器36并且因此被构造为确定活性材料致动器36的位 置。如果可移动构件34 (或致动装置30的任何其他部分）联接到舱门孔组件，电位计106 能够确定舱门孔组件是否处于开启位置或封闭位置。除了电位计106,位置传感回路68还 可包括一个或多个滤波器以最小化信号噪音。例如，在所示实施例中，位置传感回路68包 括诸如非电解电容器86之类的一个或多个电容器，电容器被构造为用作滤波器以最小化 信号噪音。在位置传感回路68至少两个非电解电容器86可被并联地布置以实现在宽的频 率范围内的噪音抑制。除了非电解电容器86,位置传感回路68还可包括至少一个缓冲放大 器，比如运放缓冲放大器108,以最小化位置信号阻抗。如上所述，位置传感回路68与数字 控制处理器66电连通。因而，位置信号104能够被传递到数字控制处理器66。
[0039] 继续参见图2和3,控制电路50还包括被构造为测量接近活性材料致动器36的环 境温度和产生表示这个环境温度的温度信号110的温度传感回路70。温度传感回路70电 连接到偏置电压调节器56并且能因此从偏置电压调节器56接收经调节电压102。此外， 温度传感回路70还电连接到数字控制处理器66并且能因此传递温度信号110到数字控制 处理器66。数字控制处理器66能够基于温度信号110中包含的信息控制活性材料致动器 36 〇
[0040] 如图3所示，温度传感回路70可包括诸如负温度系数（NTC)热敏电阻器112的、 被构造为感应接近活性材料致动器36的环境温度的温度传感器。温度传感器可替代地为 正温度系数（PTC)热敏电阻器。温度传感器(例如，热敏电阻器112)可设置为靠近第一致 动器端35、第二致动器端37、或两者，以感应邻近活性材料致动器36的环境温度以及任何 由于变短的致动器端而导致的异常温度。温度传感回路70可额外地包括至少一个电阻器 84以在预定的温度范围上提高温度测量的准确性。电阻器84与热敏电阻器112以串联的 方式布置，并且选择其电阻值以在预定的温度范围(例如，在-40摄氏度和125摄氏度之间） 上提供精确地温度测量。此外，温度传感回路70可包括一个或多个诸如非电解电容器86 的电容器，电容器被构造为滤波器以最小化信号噪音。另外，温度传感回路70可包括至少 一个缓冲放大器，比如运放缓冲放大器108,以最小化温度信号阻抗。
[0041] 继续参见图2和3，控制电路50额外地包括电连接到电源滤波器54和信号处理单 元60的电压传感回路62。电压传感回路62能因此从电源滤波器54接收保护的信号100 和从信号处理单元60接收控制信号114 (S卩，经过滤的激活信号)。电压传感回路62被构 造为监视电源滤波器54和信号处理单元60中的电压势并且产生电压信号120。电压传感 回路62电连接到数字控制处理器66并且能够将电压信号120传递至数字控制处理器66。
[0042] 在图3所示实施例中，电压传感回路62包括分压器136,分压器136由以串联方 式布置的至少两个电阻器84形成。额外地，电压传感回路62包括至少一个电容器，比如非 电解电容器86,以及一个或多个齐纳二极管82,以限制瞬变电压峰值。此外，电压传感回路 62包括诸如p型沟道M0SFET116的电子开关138和相关的门控回路部件，它们共同地被构 造为当激活信号78未被激活时切断电压传感回路从而限制从电源42汲取的寄生电流。换 句话说，电子开关138被构造为当控制电路50没有接收到激活信号78时选择性地从电源 42断开电压传感回路62。门控回路部件包括电阻器84、二极管88、齐纳二极管82、和NPN 半导体管118。控制电路50还可在其没有接收到激活信号78时将偏置电压调节器56断电 以限制从电源42汲取的寄生电流。
[0043] 再次参见图2和3,控制电路50还包括电力开关回路76,电力开关回路76被构造 为选择性地禁用活性材料致动器36与电源42之间的电连接。电力开关回路76还被构造 为选择性地建立活性材料致动器与电源42之间的电连接，并且电连接在活性材料致动器 36与电源42之间。例如，电力开关回路76可电连接到电源滤波器54,并且可由此被构造 为接收来自电源滤波器54的保护电压100。
[0044] 在图3所示实施例中，电力开关回路76包括低导通电阻固态开关140,比如低侧 M0SFET116,该导通电阻固态开关140被构造为选择性地控制向活性材料致动器36的电流 供给。此外，电力开关回路76可包括诸如二极管88之类的续流二极管，所述续流二极管被 构造为当M0SFET116断开时通过提供用于耗散负载感应能的通路以防止电压尖峰。另外， 电力开关回路76包括开关速度限制部件，比如电阻器84和电容器86,以最小化电力开关回 路76中产生的电磁干扰。
[0045] 电力开关回路76电连接到数字控制处理器66并且能够由此接收来自数字控制处 理器66的脉冲宽度调制（PMW)信号，如下所述。电力开关回路76的M0SFET116能够用作 电力开关并且能禁用或开启电源42与活性材料致动器36之间的电连接。活性材料致动 器36的一侧电连接至电力开关回路76的第一端子122,而活性材料致动器36的另一侧电 连接至电力开关回路76的第二端子124。第一端子122电连接至电源滤波器54或直接连 接到电源42。第二端子124电连接至电力开关回路76的低导通电阻固态开关140 (例如， M0SFET116)。具体地，第二端子124电连接至电力开关回路76的M0SFET116的漏极端子 142。在电力开关回路76中，M0SFET116的源极端子144 (或者任何其他适合的开关返回端 子）电连接到电源42的接地端子146。在电力开关回路76中，M0SFET116的栅极端子148 电连接到数字控制处理器66以接收来自数字控制处理器66的PWM信号132。因而，电力开 关回路76的M0SFET116的操作取决于数字控制处理器66产生的PWM信号132。
[0046] 在此参见图2和3,控制电路50还包括电连接到电力开关回路76的电流传感回 路74。电流传感回路74包括分流电路（shunt) 126并且被构造为测量穿过活性材料致动 器36的电流。可在分流电路126上测量电流，以产生表示穿过活性材料致动器36的电流 的信号128。因为分流电路126的电阻是已知的，所以电流能够通过测量穿过分流电路126 的压降而确定。电流传感回路74还可包括一个或多个二极管，比如一个或多个齐纳二极管 82,和一个或多个电阻器84以限制瞬变电压尖峰。
[0047] 参见图4,在另一个实施例中，电流传感回路74A确定穿过电力开关回路76的 M0SFET116的电流。事实上，能够在PMW信号132被激活期间感应M0SFET116的电压以确 定电流。具体地，电流传感回路74A包括非电解电容器86、电阻器84、和二极管88以感应 电力开关回路76的M0SFET116的电压。在所示实施例中，PMW信号132还可被称为M0SFET 控制信号。
[0048] 再次参见图2和3,控制电路50包括电连接到电流传感回路74 (或74A)的数字 控制处理器66、电力开关回路76、偏置电压调节器56、电压传感回路62、温度传感回路70、 和位置传感回路68。因而，数字控制处理器66能够接收几个输入，即调节电压102、电压信 号120、电流信号128、位置信号104、和温度信号110。
[0049] 数字控制处理器66可以是微处理器、数字信号处理器、现场可编程门阵列 (FPGA)、可编程逻辑电路（PLD)或能够执行存储在计算机刻度存储媒介上的计算机可读指 令的任何适合的处理器。在实施例中，数字控制处理器66包括板载时钟、可编程存储器(例 如，用于储存计算机程序指令的可擦可编程只读存储器（EPROM))、数据存储器(例如，随机 存取存储器（RAM))、计时器、用于产生PWM信号的PWM信号生成器、和用于接受模拟信号并 将这些信号转换成数字信号的多通道模拟数字转换器(A/D转换器)。操作室，一旦控制电路 50接收到激活信号78并且偏置电压调节器56在由电连接在数字控制处理器66与偏置电 压调节器56之间的重置回路部件产生的重置信号设置的延时后大体稳定，则数字控制处 理器66激活。能够从图3中看出，重置回路部件可包括一个或多个电阻器84、非电解电容 器86、和二极管88。数字控制处理器66能够利用感应的信号(例如，位置信号104、电流信 号128、电压信号120、和温度信号110)和预定的控制参数以产生适合活性材料致动器36的 操作条件的PWM信号132。换句话说，数字控制处理器66能够利用感应的信号和预定的输 出参数执行被编程进入其存储器中的计算机指令(例如，时序逻辑)，以产生PWM信号132。 这些感应信号可以是模拟信号，并且可被传递到数字控制处理器66的A/D转换器。数字控 制处理器66的A/D转换器能够将这些感应的模拟信号转换成数字形式。应想象到的是，在 非限制性的实施例中，数字控制处理器66的A/D转换器可具有最小10字节的分辨率以实 现活性材料致动器36的强大控制。
[0050] 此外，数字控制处理器66能够经由控制器程序端口 64接收包括来自远程计算机 的计算机程序指令（即，控制程序）的数据150。因此，系统控制器38包括电连接到数字控 制处理器66的控制器程序端口 64。在装配前，诸如计算机程序指令的数据150能够经由控 制器程序端口 64被传递到数字控制处理器66。换句话说，数字控制处理器66的初始程序 能够通过将数据150通过控制器程序端口 64从外部计算机传递到数字控制处理器66来实 现。因而，储存在外部计算机上的数据150 (S卩，控制程序）能够在系统控制器38被装配进 入致动装置30中前被下载到数字控制处理器66的存储器中。此外，数据150能够经由用 于诊断目的的控制器程序端口 64从数字控制处理器66传递到远程计算机。操作时，数字 控制处理器66利用控制程序检测控制电路50或活性材料致动器36的正常或异常的状况， 并且因而调节或结束PWM信号132。这些正常或异常的状况包括：通过活性材料致动器36 的过电流、过电压、电源42的欠电压、活性材料致动器36是否不能移动（S卩，卡住的情况)、 变短的活性材料致动器36、破损的活性材料致动器36等等。如果致动装置30联接到孔组 件，则数字控制处理器66能够基于活性材料致动器36是否处于"卡住的情况"利用控制程 序检测孔是否被堵住。此外，数字控制处理器66能够利用控制程序检测传感器或者活性材 料致动器36的异常运转并且提供诊断反馈。
[0051] 图5是示出了控制活性材料致动器36的致动的方法200的流程图。方法200能 够用于控制传递到活性材料致动器36的PWM信号132的占空比，从而控制活性材料致动器 36的行为。例如，数字控制处理器66能够基于多个感应信号(例如，位置信号104、电流信 号128、电压信号120、和温度信号110)等执行方法200以控制活性材料致动器36的操作。
[0052] 继续参见图5,方法200从方框202开始。接着，在方框204,系统控制器38是未 被激活的("睡眠模式")，并且电流没有被供给到活性材料致动器36。在方框206,数字控制 处理器66检测诸如车辆主体控制器的外部控制器58是否已经向控制电路50发出激活信 号78。换句话说，在方框206,控制电路50确定控制电路50是否已经接收到激活信号78。 如果没有检测到激活信号78,方法200返回到方块204并且系统控制器38保持未被激活。 如果检测到了激活信号78,在方框206,数字控制处理器66可选地确定激活信号78是否在 方框208被第一次检测到。如果这是控制电路50第一次接收到激活信号78,则数字控制 处理器66可执行延时(例如，大约2. 5秒)以允许控制电路50使方框210稳定。延时后，方 框212发生初始化。系统控制器38的初始化使得需要控制电路50的所有回路通电、初始 化微处理器记录器、以及监视并记录活性材料致动器36的初始位置。活性材料致动器36 的初始位置可通过位置传感回路68确定。因而，方法200包括如果控制电路50接收到了 来自外部控制器58的激活信号78,则是控制电路50的回路通电以建立活性材料致动器36 与电源42之间的电连接，由此致动活性材料致动器36。
[0053] 初始化之后，系统控制器38在方框214监视并记录活性材料致动器36的位置、靠 近活性材料致动器36的环境温度、电源42的电压，以及穿过活性材料致动器36的电流。特 别地，在方框214,几个传感回路发送感应的信号到数字控制处理器66,并且数字控制处理 器66读取并储存这些感应信号。具体地，位置传感回路68发送位置信号104至数字控制 处理器66。电压传感回路62发送电压信号120到数字控制处理器66。电流传感回路74 发送电流信号128至数字控制处理器66。温度传感回路70发送温度信号110至数字控制 处理器66。
[0054] 返回到方框208,如果数字控制处理器66确定这不是第一次接收到激活信号78， 则不执行系统延时步骤（即，方框208)和系统初始化步骤（S卩，方框212)，并且数字控制处 理器66如以上在方框214所描述地继续读取并记录来自传感回路的温度、位置、电流和电 压信息。
[0055] 在那以后，在方框216,数字控制处理器66确定感应的温度、电流、位置和电压的 值是否在规定的限制内。如果这些感应的值中至少一个不在规定的限制内，则数字控制处 理器66在方框218执行"运行错误操作"。"运行错误操作"可能使得需要，例如，切断系统 控制器38的电力并等到几秒钟，然后再返回到方框206。例如，如果环境温度高于某个预 定的温度阀值，则数字控制处理器66可命令电力开关回路76切断活性材料致动器36的电 力，从而防止活性材料致动器36被致动。替代地，"运行错误操作"可使得需要将系统控制 器38的电力降低到某个水平。
[0056] 如果数字控制处理器66确定电压、温度、位置、和电流的值在规定的限制内，则数 字控制处理器66在方框220确定系统控制器38是否在规定的时间（例如，大约4秒钟）内 操作。如果系统控制器38操作超过了规定的时间，则在方框222切断活性材料致动器36 的电力，并且然后方法200返回到方框206。相反地，如果数字控制处理器66确定系统控制 器38在规定的时间内操作，则数字控制处理器66在方框224基于位置传感回路68产生的 位置信号104确定活性材料致动器36是否不能够移动（S卩，卡住或堵塞的情况)。
[0057] 如果检测到了堵塞的情况，则数字控制处理器66在方框226以第一占空比产生 PWM信号132。PWM信号132的第一占空比可允许活性材料致动器36在大部分时间内保持 静止，同时活性材料致动器36通电。如果没有检测到堵塞情况，则数字控制处理器66以不 同于第一占空比的第二占空比产生PWM信号132。数字控制处理器66在方框228基于与 电压、位置、电流、温度、或它们的组合相关的感应信号确定PWM信号132的第一和第二占空 比。
[0058] 随后，数字控制处理器66在方框230将具有所确定的输出占空比（即第一或第二 占空比)的PWM信号132传递到电力开关回路76。通过控制穿过活性材料致动器36的PWM 占空比，活性材料致动器36的均方根（RMS)电流能够被控制。
[0059] 这些详细的描述和示图或图形对于本发明来说是支持性的和描述性的，而本发明 的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实现本发明的最佳模式，但是本发明 相关领域技术人员将意识到用于在所附权利要求范围内实施本发明的多种替代涉及和实 施例。
[0060] 相关申请的交叉引用
[0061] 本申请要求于2013年4月15日申请的美国临时申请61/811，890号的优先权，该 申请整体通过引用结合于此。
【权利要求】
1. 一种用于控制活性材料致动器的系统，其包括： 电源，其被构造为供给电力； 控制电路，其包括多个回路，并被构造为基于激活信号的接收而选择性地建立所述活 性材料致动器与所述电源之间的电连接，所述活性材料致动器被构造为当通电时致动；并 且 其中，所述控制电路被构造为当所述控制电路没有接收到激活信号时将多个回路中的 至少一个断电，从而最小化从电源汲取的寄生电流。
2. 如权利要求1所述的系统，其中所述多个回路包括被构造为测量电源供给的电力的 电压势的电压传感回路，所述电压传感回路被构造为当控制电路没有接收到激活信号时断 电。
3. 如权利要求2所述的系统，其中所述电压传感回路包括低的导通电阻固态开关，所 述低的导通电阻固态开关被构造为当控制电路没有接收到激活信号时选择性地将电压传 感回路与电源断开。
4. 如权利要求3所述的系统，其中所述多个回路包括电连接到所述电源的电源滤波 器，所述电源滤波器被构造为过滤所述电源供给的输出电压。
5. 如权利要求4所述的系统，其中所述电源滤波器包括被构造为防止反向电压的至少 一个二极管。
6. 如权利要求4所述的系统，其中所述多个回路包括电连接到所述电源滤波器的偏置 电压调节器，所述偏置电压调节器被构造调节所述电源供给的输出电压。
7. 如权利要求6所述的系统，其中所述偏置电压调节器被构造为当控制电路没有接收 到激活信号时断电。
8. 如权利要求1所述的系统，其中所述多个回路包括电力开关回路，所述电力开关回 路被构造为当控制电路接收到激活信号时选择性地建立所述活性材料致动器与电源之间 的电连接。
9. 如权利要求8所述的系统，其中所述电力开关回路包括低的导通电阻固态开关以控 制穿过活性材料致动器的电流。
10. 如权利要求8所述的系统，其中所述多个回路包括被构造为产生具有占空比的脉 冲宽度调制信号的数字控制处理器，所述数字控制处理器被构造为电连接到电力开关回路 使得所述数字控制处理器被构造为将脉冲宽度调制信号传递到电力开关回路。
【文档编号】H02N2/00GK104104264SQ201410147887
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2013年4月15日
【发明者】C.S.纳穆德里, L.郝, P.W.亚历山大, X.高 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司