專利名稱：壓電驅(qū)動系統(tǒng)、以及用于運行這種系統(tǒng)的方法
壓電驅(qū)動系統(tǒng)、以及用于運行這種系統(tǒng)的方法 當(dāng)前技術(shù)
本發(fā)明從一種根據(jù)獨立權(quán)利要求的類型的、用于調(diào)節(jié)尤其在機動車 上的運動部件的壓電驅(qū)動系統(tǒng)出發(fā)。
EP 1 091 074 Bl已公開了一種車窗系統(tǒng)，其中該車窗借助一種驅(qū)動 工具而被調(diào)節(jié)，該驅(qū)動工具包括壓電驅(qū)動操縱器。該壓電驅(qū)動操縱器具 有壓電元件，該壓電元件借助該壓電變換效應(yīng)而沿著一個導(dǎo)引工具來運 動該車窗。該驅(qū)動工具在此具有作為傳感器的測量值發(fā)生器，該測量值 發(fā)生器可以給該電控制單元提供針對驅(qū)動力的測量值，該測量值也可以 用于防夾保護(hù)裝置。然而這種傳感器所具有的缺點是，它與壓電驅(qū)動無 關(guān)、或者與其激勵^t式無關(guān)地工作，并從而需要額外的分析耗費。另外 對于特定的夾緊狀況不能達(dá)到足夠的敏感性，因為該傳感器沒有與壓電 驅(qū)動的運行方式相協(xié)調(diào)。
本發(fā)明的公開 本發(fā)明的優(yōu)點
相反，根據(jù)本發(fā)明的、具有獨立權(quán)利要求的特征的、用于運行壓電 驅(qū)動系統(tǒng)的方法以及該壓電驅(qū)動系統(tǒng)所具有的優(yōu)點是，該壓電執(zhí)行器的 應(yīng)答信號可以用于檢測該驅(qū)動系統(tǒng)的負(fù)載變化，其中該壓電執(zhí)行器用于 把驅(qū)動力施加到運動部件上。在此該壓電執(zhí)行器一方面借助用于調(diào)節(jié)運 行的激勵信號被控制，使得該壓電執(zhí)行器的應(yīng)答信號 一 方面與該壓電執(zhí) 行器的激勵信號有關(guān)；另 一方面還檢測到整個系統(tǒng)對該激勵信號的應(yīng) 答。從而檢測到運動部件的非?？焖俣_的負(fù)載變化，由此保證了非 ?？煽康姆缞A保護(hù)功能。在此該應(yīng)答信號的信息同樣可以針對該驅(qū)動系 統(tǒng)的控制而被分析。通過該壓電執(zhí)行器作為驅(qū)動裝置以及作為傳感器的 雙重利用，省略了使用額外的檢測器以及它的供電，使得元件的數(shù)目明 顯減少，這導(dǎo)致重量的降低。
通過在從屬權(quán)利要求中所闡述的措施，實現(xiàn)了在獨立權(quán)利要求中所 闡明的實施的有利進(jìn)一步構(gòu)造和改善。為了調(diào)節(jié)部件，該壓電執(zhí)行器借 助用于實施調(diào)節(jié)運動的激勵信號而被激勵。如果現(xiàn)在在該壓電執(zhí)行器的正常激勵運行中同時檢測到應(yīng)答信號，那么就沒有時間延遲地提供關(guān)于 部件負(fù)載變化的信息。如果該應(yīng)答信號同樣被用于調(diào)控該調(diào)節(jié)系統(tǒng)，那 么對于該防夾保護(hù)功能就完全不需要額外的部件，使得該壓電執(zhí)行器同 時用作驅(qū)動工具和負(fù)載傳感器。
在本發(fā)明的另一實施方式中，該壓電執(zhí)行器的正常激勵運行被短時 中斷，以獲得該驅(qū)動系統(tǒng)對該壓電執(zhí)行器的激勵信號的應(yīng)答信號。這所 具有的優(yōu)點是，該應(yīng)答信號不必與該激勵信號相分立，由此也還可以檢 測到較敏感的應(yīng)答信號。因為該激勵運行的中斷處于毫秒范圍內(nèi)，所以 單個短時的中斷對于調(diào)節(jié)運行不產(chǎn)生干擾。
尤其合適的是，為了負(fù)載檢測而測量電流信號的幅度以及其變化。 在此，可以有利地把激勵電壓的幅度比如持續(xù)保持為其最大值。在此該 電流幅度的變化體現(xiàn)為 一個比較量，為了識別夾緊情況該比較量可以與 一個界限值相比較。
或者也可以測量電壓的幅度以識別負(fù)載變化，其中優(yōu)選恒定保持該 激勵電流的最大幅度。
因為該壓電執(zhí)行器優(yōu)選在作為激勵信號的確定諧振頻率中被運行， 所以作為應(yīng)答信號也可以檢測由系統(tǒng)的負(fù)載變化而造成的激勵頻率的 變化。在此，電流/電壓信號的激勵頻率的偏移體現(xiàn)為該負(fù)載變化的一個 尺度。
為了檢測負(fù)載變化，可以給該壓電執(zhí)行器輸入一個特定的測試信 號，并隨后^H則該驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)答信號，其中比如可以測量電流幅度、 或者電壓幅度、或者頻率變化。作為測試信號尤其適合的是階躍函數(shù)、 確定的尖峰波形或者該高頻激勵信號的包絡(luò)的斜坡曲線。
在另一實施中，在斷開正常的激勵信號之后，檢測該壓電執(zhí)行器由
于其衰變特性(Abklingverhalten)而產(chǎn)生的衰減，以檢測待調(diào)節(jié)部件的 負(fù)載。
替換地，可以在開始激勵運行時檢測該壓電執(zhí)行器的振蕩特性，以 獲得要產(chǎn)生的驅(qū)動力。為了達(dá)到更高的負(fù)載檢測敏感性，可以在正常調(diào) 節(jié)運行期間在另 一工作點激勵該壓電執(zhí)行器。該工作點比如可以具有該 激勵信號的、與正常激勵運行偏離的激勵頻率或電流或電壓幅度，以在 該工作點上達(dá)到該調(diào)節(jié)系統(tǒng)的更強的應(yīng)答信號。由此可以在使用該壓電 執(zhí)行器時其一 面在調(diào)節(jié)運行上被優(yōu)化，另 一方面在傳感器運行上被優(yōu)化。
為了觸發(fā)防夾保護(hù)，比如停止或反轉(zhuǎn)該運動部件，該應(yīng)答信號—— 或者其在時間或在調(diào)節(jié)行程上的變化一一連續(xù)地與一個界限值相比較。 該界限值可以根據(jù)實驗來確定，和/或通過學(xué)習(xí)過程根據(jù)之前調(diào)節(jié)過程的 變化來確定。
有利地以 一個模型為基礎(chǔ)來分析該應(yīng)答信號，其中該模型描繪了該 壓電驅(qū)動系統(tǒng)。在此該系統(tǒng)可以凈皮看作為振蕩回路，其中該應(yīng)答信號的 變化通過該振蕩回路的元件的變化來反映。
通過相應(yīng)控制壓電電機的僅一個壓電執(zhí)行器，其控制電子裝置被大 大簡化。該壓電電機的振蕩特性僅僅通過 一 個唯 一 的激勵頻率而被確 定，使得推桿的運動導(dǎo)軌可以簡單地被預(yù)給定。在有外部影響比如負(fù)載 變化時，其中該負(fù)載變化使諧振頻率失諧，該諧振頻率可以明顯更簡單 地利用一個單相的激勵而被跟蹤。不被激勵的壓電執(zhí)行器此外還可以同 時被用作防夾保護(hù)或負(fù)載傳感器，該傳感器把通過待調(diào)節(jié)部件的機械力 轉(zhuǎn)換為電子傳感器信號。比如該壓電電機具有正好兩個壓電執(zhí)行器。其 可以以適當(dāng)?shù)姆绞絕皮運行，使得針對相對運動的一個運動方向來相應(yīng)激 勵一個壓電執(zhí)行器。這所具有的優(yōu)點是，總是借助該電子單元來正好
(exakt)振蕩僅一個壓電執(zhí)行器，并且該第二壓電執(zhí)行器僅僅作為慣性 質(zhì)量而 一起振蕩。由此防止了這兩個同時被激勵的壓電執(zhí)行器振蕩的復(fù) 雜疊加。
通過在其諧振頻率上運行該壓電執(zhí)行器，其壓電陶瓷被最佳利用。 由此可以在使用相對小壓電陶瓷材料的情況下產(chǎn)生了大的壓電執(zhí)行器 偏移，由此可以把大的進(jìn)給量、或者把大的力矩傳輸?shù)较鄳?yīng)的摩擦面上。 通過這種諧振運行，該壓電陶覺在其最高效率點上工作，由此大大降低 了電損耗功率，并由此避免了壓電陶資的溫升。在諧振運行中，該壓電 陶資、電子單元和電壓源不再承受無功功率，由此該電子裝置可以更簡 單地;故實施，并且可以省略比如附加的開關(guān)和濾波元件。通過利用壓電 陶瓷的介電性，沒有產(chǎn)生千擾的電磁場，但壓電陶瓷的運行還明顯受外 部磁場的損害。該壓電執(zhí)行器工作在諧振運行中時，可以通過壓電執(zhí)行 器的設(shè)計把該壓電執(zhí)行器的幅度和力傳輸與相應(yīng)的摩擦面相匹配。由于 壓電執(zhí)行器的高功率密度，可以降低相對昂貴的壓電陶資的材料使用， 或者可以提高壓電驅(qū)動的功率。與常規(guī)的電機相比，還不出現(xiàn)起動電流或阻塞電流，從而能夠達(dá)到明顯較高的壓電驅(qū)動效率。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的 一 種實施方式，使得該壓電執(zhí)行器僅僅縱 向振蕩，從而僅僅沿壓電執(zhí)行器具有最大伸展的縱向來激勵振蕩元件。 為此該壓電陶資以及該壓電行器殼體的構(gòu)造被相應(yīng)地優(yōu)化。如果該壓 電執(zhí)行器的縱向在靜止?fàn)顟B(tài)基本垂直于該驅(qū)動元件的相應(yīng)摩擦面，那么 一個唯一的壓電執(zhí)行器的縱向振蕩就被有效地轉(zhuǎn)換為相對于該摩擦面
的相對運動的一個運動方向或者相反運動方向。
如果該壓電執(zhí)行器的壓電陶瓷被構(gòu)造成多層，其中在層之間電氣連 接，那么就可以以預(yù)給定的電壓產(chǎn)生較大的振蕩幅度。如果所述層垂直 于該壓電執(zhí)行器的縱向來設(shè)置，那么由此縱向振蕩在縱向上被最大化。
由于摩4察元件相對于相應(yīng)摩擦面的微沖擊運動，可以產(chǎn)生一個相對 運動，而不必在運動上設(shè)置附加的慣性質(zhì)量。通過在摩擦元件與相應(yīng)的 摩擦面之間選擇合適的摩擦配合件，壓電執(zhí)行器的振蕩可以非常低損耗 且耐磨地被轉(zhuǎn)換為驅(qū)動元件的直線運動或旋轉(zhuǎn)運動。為了支持力傳輸， 在該摩擦元件與該摩擦面之間除了該摩擦連接外還構(gòu)造有構(gòu)成形狀鎖
合連接(Formschluss )比如微齒結(jié)構(gòu)。具有摩擦面的驅(qū)動元件可以有利 地作為直線驅(qū)動導(dǎo)軌或者作為旋轉(zhuǎn)軸來構(gòu)造。通過用于把摩擦元件壓向 直線導(dǎo)軌或旋轉(zhuǎn)體的保持力，摩擦元件的切線運動分量被傳輸?shù)皆擈?qū)動 元件上。尤其合適的是把壓電電機固定在該運動部件上，由此其相對于 一個固定摩擦面而隨著該運動部件運動開。比如該壓電電才幾可以固定到 車窗上，并且沿著一個被車身固定的導(dǎo)向軌的摩擦面推動。
本發(fā)明的實施例在附圖中示出，并在下文中來詳細(xì)解釋。其中


圖1示出了一種根據(jù)本發(fā)明的壓電驅(qū)動裝置，
圖2示出了另一種用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的實施，
圖3示出了在按照圖1的壓電執(zhí)行器中所安裝的壓電元件，
圖4示出了用于運行該驅(qū)動裝置的示意性圖示，
圖5示出了壓電電機的諧振曲線，以及
圖6示出了該壓電驅(qū)動系統(tǒng)的阻抗曲線，以及
圖7示出了具有集成負(fù)載傳感器的驅(qū)動裝置的另 一 實施例，
圖8示出了具有分立構(gòu)造的負(fù)載傳感器的一種實施，
圖9和10示出了應(yīng)答信號的典型曲線的兩個示圖。
在圖1中示出了一種壓電驅(qū)動裝置10,其中壓電電機12相對于一個相應(yīng)的摩擦面14來實施相對運動。該摩擦面14在此作為直線導(dǎo)軌16 來構(gòu)造，該直線導(dǎo)軌比如固定在車體部件17上。該壓電電才幾12具有至 少一個壓電執(zhí)行器18,該壓電4丸行器又包含有一個壓電元件20。在此 該壓電執(zhí)行器18具有執(zhí)行器殼體22,該殼體容納著該壓電元件20。該 執(zhí)行器殼體22比如構(gòu)造為外殼形式。在所示的實施中，該壓電元件20 由該執(zhí)行器殼體來封閉。該壓電執(zhí)行器18具有一個縱向19，在該方向 上該壓電執(zhí)行器18的伸展大于垂直方向24上的伸展。該壓電元件20 優(yōu)選在該^^行器殼體22中已在縱向19上^R預(yù)壓(vorgespannt),從而 在激勵該壓電元件20的縱向振蕩26時在其中不出現(xiàn)牽引力。通過該壓 電元件20的振蕩，使整個壓電執(zhí)行器18縱向振蕩26，并把振蕩幅度 45通過一個橋接件28傳輸?shù)侥Σ猎?0,其中該摩擦元件與該摩擦面 14構(gòu)成摩擦接觸。通過該壓電執(zhí)行器18的縱向振蕩26,使該橋接件28 傾斜運動或者彎曲運動，使得該摩擦元件30朝向該摩擦面14的一端31 實施一種微沖擊運動。在該摩擦元件30與該摩擦面14之間的相互作用 在放大的片段中示出，其中看出，在靜止位置中近似平行于摩擦面14 地設(shè)置的橋接件28在該壓電執(zhí)行器18被激勵振蕩時相對于該摩擦面14 傾斜。在此，該摩擦元件30的一端31比如實施了一種橢圓運動32,借 助這種橢圓運動，該壓電電機12沿著直線導(dǎo)軌16被推動。該壓電電沖幾 12設(shè)置在該壓電執(zhí)行器18的振蕩節(jié)點34的范圍內(nèi)，并比如與要運動的 部件11相連接。同時該壓電電才幾12通過支架36以一個法線力37#皮壓 向該摩擦面14。由此該摩擦元件30的一端31現(xiàn)在實施一種橢圓運動 32或者一種圓形運動，其除了法線力37之外還具有一個切線力分量38, 該切線力分量導(dǎo)致該壓電電機12相對于該摩擦面14的進(jìn)給。在一個可 選實施中，該摩擦元件30僅僅與法線力37成一定角度地實施一種直線 沖擊運動。由此同樣出現(xiàn)借助微沖擊的相對運動。
在圖l的實施例中，該壓電電機12正好具有兩個壓電執(zhí)行器18， 這兩個壓電執(zhí)行器近似與其縱向19平行地設(shè)置。在此該橋接件28垂直 于縱向19來設(shè)置，并把這兩個壓電執(zhí)行器18連接到其前端27。該橋接 件28比如被構(gòu)造為平板29,在其中間設(shè)置有該摩擦元件30。在該壓電 驅(qū)動裝置10的一種優(yōu)選運行方式中，為了在一個第一方向13上進(jìn)行相 對運動，這兩個壓電執(zhí)行器18中的僅一個被激勵。在此該第二、不#皮 激勵的壓電執(zhí)行器18通過該橋接件18而用作振蕩質(zhì)量，由于該振蕩質(zhì)量，該橋接件28連同該摩擦元件30 —起相對于縱向19而被傾斜或彎 曲。相應(yīng)于該壓電電機12構(gòu)造的剛度，從而該壓電元件20的縱向振蕩 26被轉(zhuǎn)換為具有切線力分量38的一種微沖擊運動。通過電極40來進(jìn)行 該壓電元件20的電激勵，其中電極40與電子單元42相連接。為了在 相反方向15上運動該壓電電機12，另一壓電執(zhí)行器18的壓電元件20 相應(yīng)地借助該電子單元42被激勵。在這種運行方式中總是激勵該壓電 電機12的僅僅一個壓電元件20,從而不可能出現(xiàn)兩個壓電沖丸行器18的 兩種振蕩激勵的重疊。
根據(jù)本發(fā)明，該壓電驅(qū)動裝置以其諧振頻率來運行。為此該電子單 元42具有一個調(diào)諧電路46，該調(diào)諧電路控制相應(yīng)的壓電元件20,使得 整個系統(tǒng)在諧振中振蕩。在圖1中相應(yīng)示出了在兩個壓電執(zhí)行器18中 縱向振蕩26的諧振頻率44的幅度45,其中在該運行方式中這兩個壓電 執(zhí)行器18不是同時被激勵。該最大幅度45在此對應(yīng)于機械諧振頻率44。
在圖2中示出了該驅(qū)動裝置10的一種變型，其中該壓電電機12設(shè) 置在車體部件17上。相反，該摩擦面14作為一個旋轉(zhuǎn)體48的圓周面 來構(gòu)造，通過該摩擦元件30的推動運動使該旋轉(zhuǎn)體48旋轉(zhuǎn)。對應(yīng)于在 圖1中所述的運行方式，該旋轉(zhuǎn)體48的旋轉(zhuǎn)方向49又通過在兩個壓電 執(zhí)行器18之一上的相應(yīng)的僅一個壓電元件20的控制而被預(yù)先給定。這 樣的驅(qū)動裝置10產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)作為驅(qū)動運動，并從而能夠被應(yīng)用在具有 后接傳動機構(gòu)的電機的地方。
在圖3中放大示出了壓電元件20，其比如可以應(yīng)用在圖1或2的壓 電電機12中。該壓電元件20具有多個相互分隔的層50,在其之間設(shè)置 有相應(yīng)的電極40。如果在電極40上通過電子單元42來施加電壓43, 那么該壓電元件20就在縱向19上伸展。單個層50的伸展或收縮相加， 使得通過層50的數(shù)量可以預(yù)先給定該壓電元件20在縱向19上的機械 總幅度45。層20在此垂直于縱向19設(shè)置在執(zhí)行器殼體22中，從而通 過該壓電元件20使整個壓電執(zhí)行器18縱向振蕩26。該壓電元件20優(yōu) 選地被制造，使得可以在該壓電元件20的諧振運行中產(chǎn)生非常大的幅 度45。
在圖4中示出了該壓電驅(qū)動裝置10的一個模型，其中該模型作為 基礎(chǔ)被用于調(diào)節(jié)該諧振頻率44以及用于分析用于負(fù)載檢測的應(yīng)答信號 130。在此，作為振蕩回路52示出了該壓電執(zhí)行器18，其中電感53與第一電容器54和歐姆負(fù)載55相串聯(lián)。第二電容56與之并聯(lián)。在該振 蕩回路52上借助該電子單元42來施加一個激勵電壓43。通過4巴該壓電 執(zhí)行器18的縱向振蕩26轉(zhuǎn)化為該摩擦元件30的推動運動，而影響該 壓電執(zhí)行器18的諧振頻率44。另外整個驅(qū)動裝置10的諧振頻率44還 取決于負(fù)載58,其中該負(fù)載58比如通過待調(diào)節(jié)的部件11的重量來確定。 另外該諧振頻率44還與力傳輸?shù)鸟詈?7有關(guān)，其中該耦合主要通過在 該摩擦元件30與該摩擦面14之間的摩擦條件來確定。在圖4中的等效 電路圖以第一近似同時地表示動態(tài)壓電驅(qū)動裝置10的電氣端子特性 (Klemmenverhalten ),其中該壓電驅(qū)動裝置比如在諧振頻率44的范圍 上運行。待調(diào)節(jié)的部件11的負(fù)載變化的反饋在此與力傳輸57的方式有 關(guān)，從而對激勵信號93的應(yīng)答信號130與該壓電執(zhí)行器18與待調(diào)節(jié)的 部件11之間的機械耦合有關(guān)。在此，按照等效電路51的電氣端子特性 也可以用于通過防夾模塊136對應(yīng)答信號130的分析。
根據(jù)該等效電路圖，在激勵該調(diào)節(jié)裝置10時借助該電子單元42來 調(diào)節(jié)頻率響應(yīng)，其如在圖5中所示。在此，繪制了在頻率69上的功率 59。在所示無功功率62的過零點61上出現(xiàn)了有功功率64的最大值63。 有功功率64的最大值63出現(xiàn)在諧振頻率44處，其中該壓電驅(qū)動裝置 10借助該調(diào)諧電路46纟皮調(diào)節(jié)到該諧振頻率44上。該諧振頻率44比如 處于在30kHz與80kHz之間的范圍中，優(yōu)選在30kHz與50kHz之間。
在圖6中示出了該壓電電機12在頻率響應(yīng)上的所屬阻抗特性。由 圖4的振蕩回路52所示的調(diào)節(jié)裝置10的阻抗的相位曲線60具有正斜 率的第一過零點65和負(fù)斜率的第二過零點66,這對應(yīng)于該振蕩回路52 的串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。該相位角68繪制于圖右側(cè)的Y軸上。為了把 該驅(qū)動裝置IO保持在諧振運行中，比如即使在負(fù)載58變化的情況下， 該調(diào)諧電路46把頻率69比如調(diào)節(jié)到具有正斜率的過零點65上，這在 電子上可以相對簡單地借助鎖相回路47 ( PLL:Phase Locked Loop)來實 現(xiàn)。左Y軸74表示阻抗值70，其中在頻率69上的阻抗曲線70在第一 過零點65上具有最小值71,并在第二過零點66上具有最大值72。
在圖7中示出了一種壓電驅(qū)動裝置10的另一例子，其中該直線導(dǎo) 軌16作為垂直的導(dǎo)向器9來構(gòu)造。該壓電電機12同樣具有與圖1和2 中一樣的兩個壓電執(zhí)行器18,其設(shè)置于縱向19上。這兩個壓電執(zhí)行器 18借助橋接件28相互連接，其中該橋接件比如與這兩個執(zhí)行器殼體22
ii一體地構(gòu)造。在該橋接件28上又構(gòu)造有摩擦元件30,該摩擦元件30用 其端部31與該直線導(dǎo)軌16的摩擦面14形成摩擦連接。該摩擦元件30 在此比如作為換形推桿94來構(gòu)造，其相對于該導(dǎo)軌16進(jìn)行微沖擊運動。 在兩個執(zhí)行器殼體22內(nèi)部，作為壓電元件20分別設(shè)置有壓電陶資21, 該壓電陶瓷在縱向19上具有比在橫向24上更大的伸展。該壓電元件20 機械預(yù)壓在縱向19上，為此，該壓電元件借助壓緊元件95而^皮夾緊在 空腔23內(nèi)。該壓緊元件95比如#:構(gòu)造為螺釘96,該螺釘可以直接旋入 該執(zhí)行器殼體22的螺紋中。該驅(qū)動裝置IO在此被構(gòu)造為玻璃升降器， 其中該壓電電機12與待調(diào)節(jié)的部件11相連接，該部件11作為導(dǎo)軌來 構(gòu)造。為了在第一運動方向13上實施相對運動(提升)，根據(jù)該實施， 僅下面的壓電執(zhí)行器18u借助該電子單元42被控制。通過激勵下面的 壓電元件20，該摩擦元件30實施沖擊運動或者橢圓運動32或圓形運動， 由此該壓電電機12借助一個切線力分量38沿著第一運動方向13被推 動。由于設(shè)置在該壓電執(zhí)行器18上的橋接件28的機械滯后，所激勵的 縱向振蕩26被轉(zhuǎn)化為該推桿94的橢圓運動，其對于系統(tǒng)參數(shù)而與純粹 的直線運動有偏差。在下面的壓電執(zhí)行器20被激勵期間，上面的壓電 執(zhí)行器18o不被施加激勵信號93。相反，待調(diào)節(jié)的部件11在方向13上 運動時^巴一個力97在纟黃向24上施加到上面壓電才丸行器18o的壓電元件 20上。由此該壓電元件20在橫向24上被機械加載，由此在該電極40 上可以抽取傳感器信號91。該傳感器信號91在該電子單元42中被分析， 并在超過一個預(yù)給定閾值時該壓電驅(qū)動裝置10則可以被停止或反轉(zhuǎn)。 對于待調(diào)節(jié)的部件11沿第二運動方向15的下降，那么就僅僅激勵上面 的壓電執(zhí)行器18o,而不把激勵信號93施加到下面的壓電執(zhí)行器18u上。 這樣，對于每個運動方向13、 15分別僅控制一個壓電執(zhí)行器18u、 18o。 因此就不存在多個激勵信號93的重疊，由此該壓電電機12總是僅被單 相控制。在此可以為了激勵下面的壓電執(zhí)行器18u以及為了激勵上面的 壓電執(zhí)行器18o而使用相同的激勵信號93,其中該激勵信號通過該電子 單元42的調(diào)諧電路46被生成。在該運動部件11下降時，可以選擇性 地同樣作為傳感器92來運行下面的壓電執(zhí)行器18u，其中在玻璃升降器 驅(qū)動中對此沒有必要，因為在下降時不存在夾緊危險。從而可以利用一 個唯一的電子單元42、利用一個唯一的調(diào)諧電^各46在時間上相繼地、 或者控制下面的壓電執(zhí)行器18u來提升該部件11、或者控制上面的壓電執(zhí)行器18o來下降該部件11。該壓電電機12的位置在圖7中沒有更詳 細(xì)地示出，^旦比如可以與圖1中類似地進(jìn)行。在此該壓電電才幾12在縱 向19上利用一個法線力37而^皮壓向該摩4察面14。該運動部件11借助 連接元件90與上面的壓電執(zhí)行器18o相連接，其中該連接元件90優(yōu)選 地直接設(shè)置于該壓電元件20的范圍中。在該實施例中，該連接元件90 構(gòu)造為有彈性的，比如作為彈簧元件，其中通過其剛度可以預(yù)先給定防 夾保護(hù)的彈簧剛度。如軟的障礙物(比如手指或脖子)可以被檢測一樣， 從而可以:波調(diào)節(jié)。在該實施例中上面的壓電元件20被構(gòu)造有比下面的 壓電元件20小的體積，因為與借助被構(gòu)造得較長的下面的壓電元件20 來提升該部件11相比，下降需要較小的驅(qū)動力。在本發(fā)明的另一變化 中，如同該壓電元件20也為了運4亍該部件11而^皮激勵一樣，該壓電元 件20為了生成傳感器信號91也可以在相同方向上被機械承載。比如該 部件11可以借助連接元件90如此與上面的壓電4丸行器18o相連接，使 得上面的壓電元件20在縱向19上被機械承載，以便比如生成傳感器電 壓。
在圖8中示出了一個可選實施，其中該傳感器92被構(gòu)造為分立構(gòu) 造的負(fù)載檢測器132。在此該負(fù)載檢測器132連同該壓電執(zhí)行器18—起 設(shè)置在該壓電驅(qū)動系統(tǒng)10上，優(yōu)選設(shè)置在被調(diào)節(jié)部件11與該壓電執(zhí)行 器18之間。該負(fù)載檢測器132比如被構(gòu)造為位移傳感器、速度傳感器 或加速度傳感器，其傳感器信號91被分析，以確定待調(diào)節(jié)的部件ll的 負(fù)載、或者調(diào)節(jié)力。代替地，該負(fù)載檢測器132可以直接被構(gòu)造為力傳 感器134,其把代表驅(qū)動力的一個信號作為傳感器信號91輸入給該電子 單元42。該電子單元42在此具有一個防夾保護(hù)^^莫塊136,在該防夾保 護(hù)模塊中該傳感器信號91 、或者由此所確定的量與一個界限值相比較。 該界限值比如作為常數(shù)值、或者作為在時間或調(diào)節(jié)位移上的界限值曲線 比如被存儲在該防夾保護(hù)模塊136的存儲器中。如果超過了防夾保護(hù)的 界限值，那么該電子單元42就把一個相應(yīng)的信號輸出給該壓電執(zhí)行器 18,該壓電執(zhí)行器就停止或反轉(zhuǎn)該部件11的調(diào)節(jié)過程。
在圖9中示意性示出了一種負(fù)載變化的測量圖。上面的曲線表示在 關(guān)于時間軸142 (x軸)的y軸上的調(diào)節(jié)位移140。如果通過待調(diào)節(jié)部件 11的負(fù)載逐漸地上升，并在一個范圍144中持續(xù)地進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，比如 在玻璃片進(jìn)入具有封條的止擋時，那么在該范圍中該應(yīng)答信號130僅緩 13慢地上升，并然后到達(dá)具有較大常數(shù)幅度146的一個飽和區(qū)域中。在圖 9中作為比如y軸上的應(yīng)答信號130而示出了關(guān)于時間142 (x軸)的電 流148。在該調(diào)節(jié)過程的開始，在時間點138處，在均勻地調(diào)節(jié)該運動 部件11的情況下，該電流信號148具有一個恒定的最大電流幅度146, 其中該電流幅度被提供給該壓電執(zhí)行器18。該激勵信號93的頻率在此 比如處于諧振頻率44的范圍內(nèi)，并在該最大幅度變化時也不改變。由 于在范圍144中該最大幅度146在時間142上緩慢、逐漸的變化，該防 夾保護(hù)模塊136能夠識別出沒有出現(xiàn)夾緊狀況、而是比如由于該運動部 件11在其導(dǎo)軌中摩擦的增加而導(dǎo)致的負(fù)載增大。
相反在圖10中示出了一種阻塞狀況，其中防夾保護(hù)功能被觸發(fā)。 在起始時間點138之后在恒定的均勻調(diào)節(jié)過程之后，在時間點150處待 調(diào)節(jié)的部件11突然阻塞，這比如導(dǎo)致該應(yīng)答信號130的最大幅度146 突然上升。在圖10中作為在y軸上的應(yīng)答信號130示出了激勵電壓149, 該激勵電壓在阻塞時間點150經(jīng)歷了最大幅度146非?？焖俚淖兓Ｈ?果比如把該應(yīng)答信號130的最大幅度146的時間變化與所存儲的一個界 限值相比較，那么在該應(yīng)答信號130的變化速度超過時就可以識別一個 夾緊情況，并可以停止或反轉(zhuǎn)該壓電電機12。
在另一未示出的實施中，可以作為應(yīng)答信號130來測量電流148和 電壓149的頻率，借助其同樣可以檢測通過待調(diào)節(jié)部件11的負(fù)載變化。 在此在阻塞狀況下在圖4的壓電驅(qū)動裝置10的等效電路圖中頻率相關(guān) 的元件比如電感53、第一電容54或第二電容56可能發(fā)生變化，由此該 調(diào)節(jié)系統(tǒng)10的諧振頻率4 4在負(fù)載變化時偏移。如果由于負(fù)載變化比如 僅該歐姆電阻55發(fā)生變化，那么如在圖8中所示該諧振頻率44保持恒 定，并僅僅該應(yīng)答信號130的幅度146發(fā)生變化，其中該幅度對應(yīng)于圖 6的阻抗變化。
應(yīng)該注意的是，對于在附圖中以及在說明中所示的實施例，其中存 在單個特;f正的不同組合可能性。/人而比如可以相應(yīng)于應(yīng)用來改變壓電#丸
行器18、 8、壓電執(zhí)行器殼體22、壓電元件20(單塊、堆疊、或多層)、 橋接件28以及摩擦元件30的具體構(gòu)造。在此，推動運動可以作為直線 沖擊運動或者作為基本橢圓或圓形的運動導(dǎo)軌來設(shè)置。在此，純粹直線 的推動運動體現(xiàn)為橢圓運動的極端情況。同樣在多于兩個壓電執(zhí)行器18 的情況下一個壓電電機12的多個壓電執(zhí)行器的相應(yīng)振蕩可以同時被激勵，由此這些振蕩的疊加形成推動運動，這種推動將使驅(qū)動元件運動。 在此該壓電執(zhí)行器18可以單相或多相地被運行。根據(jù)本發(fā)明的用于識 別負(fù)載變化的方法并不局限于微沖擊原理，而是也可以變換為準(zhǔn)靜態(tài)工 作的驅(qū)動裝置比如"蠕動式壓電電機"。本發(fā)明的驅(qū)動單元10優(yōu)選地 被應(yīng)用于在機動車中調(diào)節(jié)運動部件11 (座位部件、車窗、天窗、折疊頂
棚)，其中該壓電電機12可以利用車載電網(wǎng)電壓來運行，然而并不是 局限于這種應(yīng)用。在此該壓電電機12也可以固定在車身上，并且該摩 擦面14連同待調(diào)節(jié)的部件11比如安全帶接頭或頭靠一起運動。
權(quán)利要求
1.一種用于運行壓電驅(qū)動系統(tǒng)(10)的方法，該壓電驅(qū)動系統(tǒng)(10)用于利用至少一個壓電電機(12)調(diào)節(jié)尤其在機動車(17)中的運動部件(12、14)，該壓電電機(12)具有至少一個壓電執(zhí)行器(18)，其中可以借助該壓電電機(12)的至少一個摩擦元件(30)而關(guān)于與該摩擦元件(30)相對的摩擦面(14)產(chǎn)生相對運動，其特征在于，所述至少一個壓電執(zhí)行器(18)借助電子單元(42)利用激勵信號(93)被控制，并且該驅(qū)動系統(tǒng)(10)的應(yīng)答信號(130)借助所述至少一個壓電執(zhí)行器(18)而被檢測，其中根據(jù)該應(yīng)答信號(130)的變化來識別該驅(qū)動系統(tǒng)(10)的負(fù)載變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了借助受控制的 壓電執(zhí)行器(18)來調(diào)節(jié)該部件(12、 14),在所述至少一個壓電執(zhí)行 器(18)的正常激勵運行期間測量該應(yīng)答信號(130)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，為了借助受控 制的壓電執(zhí)行器(18)來調(diào)節(jié)該部件(12、 14),在該壓電執(zhí)行器(18) 的正常激勵運行中斷之后測量該應(yīng)答信號(130)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，作為該系統(tǒng) (10)的應(yīng)答信號(130)來測量電流幅度(148),尤其在激勵電壓保持恒定的情況下進(jìn)行測量。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，作為該系統(tǒng) (10)的應(yīng)答信號(130)來測量電壓幅度(149),尤其在激勵電流保持恒定的情況下進(jìn)行測量。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，作為該系統(tǒng) (10)的應(yīng)答信號(130)來測量該驅(qū)動系統(tǒng)(10)的諧振頻率(44)的偏移。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，給該壓電執(zhí) 行器(18)輸入測試信號來作為激勵信號(93),并測量該系統(tǒng)(10) 對該測試信號的應(yīng)答信號(130),其中該測試信號尤其被構(gòu)造為階躍 函數(shù)、尖峰或者斜坡。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在該壓電執(zhí) 行器(18)的正常激勵運行中斷之后，作為應(yīng)答信號(130)來測量先 前所激勵的壓電執(zhí)行器(18)的衰變特性，以識別該驅(qū)動系統(tǒng)(10)的負(fù)載變化。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，作為應(yīng)答信號(130)來分析在正常激勵運行時該壓電執(zhí)行器(18)的振蕩過程， 以識別該驅(qū)動系統(tǒng)(10)的負(fù)載變化。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，該壓電執(zhí)行 器(18)在正常的、受控制的激勵運行期間短時地運行在另一、與正常 的激勵運行偏離的工作點上，其中該工作點被優(yōu)化到該負(fù)載的影響量， 其中尤其該激勵信號(93)的激勵頻率和/或幅度被改變，以識別該驅(qū)動 系統(tǒng)(10)的負(fù)載變化。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，如果該應(yīng)答 信號(130)的變化超過了一個可預(yù)給定的界限值，那么就識別夾緊情 況，并停止或反轉(zhuǎn)該壓電電機(12)。
12. 根據(jù)前迷權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，該壓電執(zhí)行 器(18)以如下方式來構(gòu)造為了分析該應(yīng)答信號(130),作為壓電 驅(qū)動的模型，等效電路圖(51)基于的是相互串聯(lián)的電感(53)、電容(54)和歐姆電阻(55),其中另一電容(56)與其并聯(lián)，并且利用這 些元件中的至少一個的變化來用于確定負(fù)載變化。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，該壓電電機 (12)正好具有兩個壓電執(zhí)行器(18),其中對于該相對運動的一個第一運動方向(13)僅操縱一個壓電執(zhí)行器(18),并且對于相反的運動 方向(15)則僅操縱另一壓電執(zhí)行器(18)。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的用于運行壓電驅(qū)動裝置(10)的 方法，其特征在于，該壓電電機(12)在其諧振頻率(44)的范圍內(nèi)運 行，其方式是，將一個調(diào)諧電路(46)調(diào)節(jié)到相位曲線的過零點(61) 或者該系統(tǒng)(10)的阻抗(60)和/或?qū)Ъ{(阻抗的倒數(shù))的極值。
15. 用于實施根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述方法的壓電驅(qū)動裝置 (10),其特征在于，該壓電執(zhí)行器(18)具有一個縱向(19),其中該壓電執(zhí)行器(18)沿該縱向(19)具有比在橫向(24)上大的伸展， 并且借助該電子單元(42)使該壓電執(zhí)行器(18)縱向振蕩(26),尤 其僅僅在該縱向(19)上且沒有橫向分量地振蕩，其中該壓電執(zhí)行器(18) 的縱向(19)尤其近似垂直于該摩擦面(14)地延伸。
16. 按照前述權(quán)利要求之一所述的壓電驅(qū)動裝置(10)，其特征在于，該壓電執(zhí)行器(18)具有壓電陶瓷(21),該壓電陶瓷具有多個分離的層(50),在這些層之間設(shè)置有電極(40),其中這些層(50)優(yōu) 選地垂直于該壓電執(zhí)行器(18)的縱向(19)延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于運行一種壓電驅(qū)動系統(tǒng)(10)的方法，該壓電驅(qū)動系統(tǒng)尤其用于在機動車(13)中調(diào)節(jié)運動部件(12、14)，以及具有至少一個壓電電機(12)的壓電驅(qū)動裝置(10)，該壓電電機具有至少一個壓電執(zhí)行器(18)，其中借助該壓電電機(12)的至少一個摩擦元件(30)可以關(guān)于與該摩擦元件(30)相對的摩擦面(14)來產(chǎn)生一種相對運動，其中所述至少一個壓電執(zhí)行器(18)借助一個電子單元(42)利用一個激勵信號(93)而被控制，并且該驅(qū)動系統(tǒng)(10)的應(yīng)答信號(130)借助所述至少一個壓電執(zhí)行器(18)而被檢測，其中根據(jù)該應(yīng)答信號(130)的變化來識別該驅(qū)動系統(tǒng)(10)的負(fù)載變化。
文檔編號H01L41/04GK101681982SQ200880015146
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月7日
發(fā)明者D·岡瑟, P·弗羅利克, V·里什米勒, V·里杰, W·豪塞克 申請人:羅伯特.博世有限公司