專利名稱：用于過載保護的基于位置反饋的控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制活性材料的激活。
背景技術(shù)：
本部分的陳述僅僅提供與本發(fā)明公開內(nèi)容相關(guān)的背景信息，并且不構(gòu)成現(xiàn)有技 術(shù)?；钚圆牧咸峁┫鄬Φ统杀竞唾|(zhì)量的致動。活性材料可以包括形狀記憶合金 (SMAs)、電活化聚合體(EAPs)、壓電材料、磁致伸縮材料和電限制材料。通過向活性材料 施加電流以提高活性材料的磁場的溫度，活性材料能夠回復(fù)由施加的應(yīng)力或載荷產(chǎn)生的應(yīng) 變?；貜?fù)應(yīng)變的能力使活性材料能夠提供致動。在很多應(yīng)用中，活性材料是SMA導(dǎo)線或電 纜?？墒?，由于SMA材料的熱特性，為了防止導(dǎo)線過度延伸，過載保護是必要的，并且因此當(dāng) 其被激活時將損失回復(fù)應(yīng)變的能力。眾所周知，例如，使用如機械過載保護的技術(shù)。機械過載保護需要額外的組裝部 分，這可能增加了成本、封裝空間約束和重量。

發(fā)明內(nèi)容
—種執(zhí)行機械過載保護的方法，以防止發(fā)出控制信號給線性致動器，其當(dāng)探測到 線性致動器的過載條件時可能使線性致動器機械過載，使用線性致動器響應(yīng)于控制信號來 控制和線性致動器相關(guān)聯(lián)的可移動元件，該方法包括基于在積分周期與線性致動器相關(guān) 聯(lián)的可移動元件的位置變化和積分周期的剩余能量來監(jiān)控過載條件，當(dāng)探測到過載條件時 斷開線性致動器，基于探測到過載條件的循環(huán)數(shù)監(jiān)控過載重試計數(shù)器，將過載重試計數(shù)器 和過載重試閾值相比較，當(dāng)過載重試計數(shù)器小于過載重試閾值時重新通電線性致動器，以 及當(dāng)過載重試計數(shù)器至少達到過載重試閾值時保持斷開線性致動器。本發(fā)明還提供了以下方案1. 一種方法，所述方法用于當(dāng)探測到所述線性致動器的過載條件時執(zhí)行機械過載 保護以防止發(fā)出控制信號的命令到線性致動器，其會使所述線性致動器機械過載，所述線 性致動器用于響應(yīng)于控制信號來控制與所述線性致動器相關(guān)聯(lián)的可移動元件，所述方法包 括基于在積分周期與所述線性致動器相關(guān)聯(lián)的所述可移動元件的位置變化和在積 分周期的剩余能量來監(jiān)控過載條件；當(dāng)探測到過載條件時斷開所述線性致動器；基于探測到過載條件的循環(huán)數(shù)監(jiān)控過載重試計數(shù)器；
將過載重試計數(shù)器和過載重試閾值相比較；和當(dāng)所述過載重試計數(shù)器小于過載重試閾值時重新通電所述線性致動器，以及當(dāng)所 述過載重試計數(shù)器至少達到過載重試閾值時保持斷開所述線性致動器。2.根據(jù)方案1所述的方法，其中，基于在積分周期與所述線性致動器相關(guān)聯(lián)的可 移動元件的位置變化和積分周期的剩余能量來監(jiān)控過載條件是緊接著通電所述線性致動 器后的初始延遲周期，所述初始延遲周期根據(jù)從之前通電循環(huán)過去的時間而可變調(diào)節(jié)以補 償來自于先前通電循環(huán)的剩余熱保持、施加到所述線性致動器的電壓變化和大致在所述線 性致動器處的周圍溫度變化、以及來自先前通電循環(huán)的剩余熱保持量相關(guān)的過去時間段; 以及其中初始延遲周期根據(jù)來自先前能量循環(huán)的過去時間段的減小、大致在所述線性 致動器處的周圍溫度的升高以及施加到所述線性致動器的電壓的升高而減??；其中初始延遲周期根據(jù)來自先前通電循環(huán)的過去時間段的增加、大致在所述線性 致動器處的周圍溫度的降低以及施加到所述線性致動器的電壓的降低而增加。3.根據(jù)方案1所述的方法，其中，基于在積分周期與所述線性致動器相關(guān)聯(lián)的可 移動元件的位置變化和積分周期的剩余能量來監(jiān)控過載條件包括在積分周期監(jiān)控與所述線性致動器相關(guān)聯(lián)的可移動元件的位置變化，其包括監(jiān)控 可移動元件的當(dāng)前反饋信號、監(jiān)控可移動元件的命令信號、比較當(dāng)前反饋信號和命令信號， 以及基于當(dāng)前反饋信號和命令信號的比較確定位置變化；監(jiān)控在積分周期的剩余能量包括監(jiān)控用于通電所述線性致動器的電存儲裝置的輸出電壓；監(jiān)控控制信號和控制信號閾值之間的控制信號差值；對控制信號差值和輸出電壓的乘積積分；以及基于積分確定在積分周期的剩余能量；比較積分周期的剩余能量和積分閾值；比較位置變化和位置變化閾值；以及當(dāng)積分周期的剩余能量超過積分閾值時并且積分周期的位置變化小于位置變化 閾值時探測過載條件。4.根據(jù)方案3所述的方法，其中，當(dāng)積分周期的剩余能量超過積分閾值時并且積 分周期的位置變化小于位置變化閾值時探測過載條件進一步包括當(dāng)積分周期的剩余能量 不超過積分閾值和積分周期的位置變化至少達到位置變化閾值二者之一存在時，不探測過 載條件并且重新鹽控剩余能量。5.根據(jù)方案4所述的方法，其中，在通電所述線性致動器的周期位置變化隨著時 間增加可變地減小。6.根據(jù)方案3所述的方法，其中，監(jiān)控控制信號和控制信號閾值之間的控制信號 差值包括監(jiān)控指示可移動元件的優(yōu)選位置的命令信號；監(jiān)控指示可移動元件的當(dāng)前位置的當(dāng)前反饋信號；比較命令信號和當(dāng)前反饋信號；監(jiān)控用于通電所述線性致動器的電能量存儲裝置的輸出電壓并且監(jiān)控大致在所述線性致動器處的周圍溫度；以及基于命令信號和當(dāng)前反饋信號，輸出電壓和周圍溫度的比較確定控制信號。7.根據(jù)方案6所述的方法，其中，控制信號指示用于控制通過所述線性致動器的 通電電流的脈沖寬度調(diào)節(jié)、電流調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)之一，并且其中控制信號閾值指示通過所 述線性致動器的通電電流，需要所述通電電流來根據(jù)時間移動可移動元件至優(yōu)選位置。8.根據(jù)方案3所述的方法，其中，監(jiān)控可移動元件的位置變化包括監(jiān)控可移動元 件的當(dāng)前位置，并且其中監(jiān)控可移動元件的命令信號包括監(jiān)控可移動元件的優(yōu)選位置。9.根據(jù)方案3所述的方法，其中，當(dāng)前位置對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)位置、旋轉(zhuǎn)角度、線性移動 和通過線性致動器的電阻中至少一個以獲得當(dāng)前位置。10.根據(jù)方案1所述的方法，其中，基于探測過載條件的循環(huán)數(shù)監(jiān)控過載重試計數(shù) 器包括標(biāo)記指示可移動元件的位置的過載反饋信號，在此處探測到過載條件，對應(yīng)于循環(huán) 數(shù)的過載重試計數(shù)器具有指示可移動元件的位置的標(biāo)記，在此處探測到過載條件。11.根據(jù)方案1所述的方法，其中，比較過載重試計數(shù)器和過載重試閾值包括設(shè)置 過載重試閾值為重試循環(huán)的數(shù)值，其足夠低以在隨后的重試循環(huán)中減小會使所述線性致動 器機械過載的過載條件的重復(fù)探測。12.根據(jù)方案1所述的方法，其中，當(dāng)過載重試計數(shù)器至少為過載重試閾值時保持 所述線性致動器斷開包括斷開所述線性致動器足夠長的時間段以允許所述線性致動器冷 卻以在隨后的通電循環(huán)前消除剩余熱保持。13. 一種方法，所述方法用于執(zhí)行機械過載保護以防止發(fā)出激活信號的命令到所 述線性致動器，其會使所述線性致動器機械過載，所述方法包括響應(yīng)于激活信號激活所述線性致動器，所述線性致動器構(gòu)造成在激活周期將可移 動元件從初始位置移動至優(yōu)選位置；基于激活的線性致動器并在初始延遲周期之后監(jiān)控過載條件；基于探測過載條件而執(zhí)行機械過載保護控制方案包括停用所述線性致動器，標(biāo)記指示探測到過載條件的可移動元件位置的過載位置， 并且監(jiān)控重試計數(shù)器，所述重試計數(shù)器對應(yīng)于具有指示探測到過載條件的可移動元件的過 載位置的標(biāo)記的循環(huán)數(shù)；比較重試計數(shù)器和重試閾值；以及當(dāng)重試計數(shù)器小于重試閾值時激活所述線性致動器且保持停用足夠長的時間段 以允許所述線性致動器冷卻以在任何隨后的激活所述線性致動器之前消除剩余熱保持。14.根據(jù)方案13所述的方法，其中，基于激活的所述線性致動器并在初始延遲周 期之后監(jiān)控過載條件包括監(jiān)控剩余能量，其包括 監(jiān)控用于通電所述線性致動器的電存儲裝置的輸出電壓；監(jiān)控控制信號和控制信號閾值之間的控制信號差值；將控制信號差值和輸出電壓的乘積進行積分；以及基于積分確定剩余能量；監(jiān)控誤差信號，其包括監(jiān)控指示可移動元件的優(yōu)選位置的命令信號；
監(jiān)控指示可移動元件的當(dāng)前位置的當(dāng)前反饋信號；比較命令信號和當(dāng)前反饋信號；基于命令信號和當(dāng)前反饋信號的比較來確定誤差信號；比較誤差信號和誤差閾值；比較剩余能量和剩余能量閾值；以及當(dāng)誤差信號至少達到誤差閾值時且剩余能量至少達到剩余能量閾值時探測過載 條件，且當(dāng)誤差信號小于誤差閾值和剩余能量小于剩余能量閾值之一存在時不探測過載條 件。15.根據(jù)方案14所述的方法，其中，監(jiān)控控制信號和控制信號閾值之間的控制信 號差值進一步包括可變選擇控制信號，使得控制信號的減小補償了從所述線性致動器的先 前激活循環(huán)的通過所述線性致動器的剩余熱保持的增大。16.根據(jù)方案13所述的方法，其中，比較重試計數(shù)器和重試閾值進一步包括當(dāng)重 試計數(shù)器小于重試閾值時在隨后的激活循環(huán)中減小初始延遲周期，其中在隨后的激活循環(huán) 的初始延遲周期的減小補償了通過線性SMA致動器30的剩余熱保持。17.根據(jù)方案13所述的方法，其中，停用線性致動器，標(biāo)記指示探測到過載條件的 可移動元件位置的過載位置，并且監(jiān)控重試計數(shù)器，所述重試計數(shù)器對應(yīng)于具有指示探測 到過載條件的可移動元件的過載位置的標(biāo)記的循環(huán)數(shù)，其包括監(jiān)控過載關(guān)閉計數(shù)器；比較過載關(guān)閉計數(shù)器和過載關(guān)閉閾值；和當(dāng)過載關(guān)閉計數(shù)器大于過載關(guān)閉閾值時且重試計數(shù)器小于重試閾值時在隨后的 激活循環(huán)中減小控制信號，其中隨后激活循環(huán)中的控制信號的減小補償了通過所述線性致 動器的剩余熱保持的增大，過載關(guān)閉計數(shù)器和隨后的激活循環(huán)中的剩余熱保持量有關(guān)。18.根據(jù)方案13所述的方法，其中，標(biāo)記指示探測到過載條件的可移動元件的位 置的過載位置進一步包括監(jiān)控具有對應(yīng)于過載位置的標(biāo)記的連續(xù)激活循環(huán)數(shù)；比較具有對應(yīng)于過載位置的標(biāo)記的連續(xù)激活循環(huán)數(shù)和目標(biāo)閾值；和當(dāng)具有對應(yīng)于過載位置的標(biāo)記的連續(xù)激活循環(huán)數(shù)至少為目標(biāo)閾值時將可移動元 件的優(yōu)選位置重置為過載位置。19.根據(jù)方案13所述的方法，進一步包括持續(xù)監(jiān)控可移動元件的位置、大致在所 述線性致動器處的周圍溫度和用于通電所述線性致動器的電存儲裝置的輸出電壓，并且當(dāng) 位置、周圍溫度和輸出電壓的任何之一超過各自的用于激活所述線性致動器的限制時，立 即停用所述線性致動器。20. 一種裝置，所述裝置用于執(zhí)行機械過載保護以防止發(fā)出激活信號的命令到所 述線性致動器，其會使所述線性致動器機械過載，所述裝置包括聯(lián)接于可移動元件的線性致動器，其構(gòu)造為在激活周期將可移動元件從初始位置 移動到優(yōu)選位置；與可移動元件和線性致動器相關(guān)聯(lián)的激活控制器1 ；響應(yīng)于激活信號激活線性致動器；基于激活的線性致動器在初始延遲周期之后監(jiān)控過載條件；
基于探測過載條件執(zhí)行機械過載保護控制方案，其包括停用所述線性致動器，標(biāo)記指示探測到過載條件的可移動元件位置的過載位置， 并且監(jiān)控重試計數(shù)器，所述重試計數(shù)器對應(yīng)于具有指示探測到過載條件的可移動元件的過 載位置的標(biāo)記的循環(huán)數(shù)；比較重試計數(shù)器和重試閾值；以及當(dāng)重試計數(shù)器小于重試閾值時激活所述線性致動器且保持停用足夠長的時間段 以允許所述線性致動器冷卻以在任何隨后的激活所述線性致動器之前消除剩余熱保持。


現(xiàn)在參考附圖以舉例的方式描述一個或多個實施例，其中圖1A和1B是根據(jù)本發(fā)明的作為溫度函數(shù)的奧氏體-馬氏體晶體轉(zhuǎn)變的臨界應(yīng)力 的相圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的材料的應(yīng)力和應(yīng)變圖；圖3和4均示出了根據(jù)本發(fā)明的三維圖形，其示出了由示意性SAM材料構(gòu)成的導(dǎo) 線和電纜的應(yīng)力(O ) 0、應(yīng)變(o 6和溫度(T (°C )) 1，該示意性SAM材料在不同載荷和溫度 條件下表現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng)；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的用于包括具有連接至線性SMA致動器的可旋轉(zhuǎn)元件的殼 體的裝置的致動器系統(tǒng)；圖6和7均示出了根據(jù)本發(fā)明的包括激活控制器的控制電路的詳細示意圖，該激 活控制器用于控制使用線性SMA致動器的裝置的位置；圖8A和8B示出了根據(jù)本發(fā)明的示意性實施例的當(dāng)SMA致動器被啟動和停用時 SMA致動器上的應(yīng)力(o )、應(yīng)變(￡ )和應(yīng)變回復(fù)(￡ EEC)的詳細圖；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的示意性試驗數(shù)據(jù)，其繪出了線性SMA致動器30的位置變 化以及相應(yīng)的脈寬調(diào)制(PWM)占空比與時間的關(guān)系曲線圖900;圖10圖示了根據(jù)本發(fā)明的控制方案1000，其示出了基于誤差信號77監(jiān)控過載條 件和不監(jiān)控積分周期的過剩能量積分的方法；以及圖11示出了機械過載保護控制方案，以防止發(fā)出控制信號給線性致動器，其當(dāng)探 測到線性致動器的過載條件時可能使線性致動器機械過載。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中所示僅僅是為了對特定的實施例進行說明，并且不是為了將 其限制于此，圖1A和1B示出了作為形狀記憶合金(SMA)的溫度函數(shù)的奧氏體-馬氏體晶 體轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)化的臨界應(yīng)力的相圖。橫坐標(biāo)軸1表示溫度，縱坐標(biāo)軸0表示應(yīng)力(0)。由于 在馬氏體和奧氏體之間的結(jié)晶轉(zhuǎn)變，SMA具有非常大的可回復(fù)應(yīng)變的特性。因此，由于其提 供了大的形狀變化或產(chǎn)生了大的壓力，SAM是令人滿意。圖2圖示了材料的應(yīng)力(o )和應(yīng)變(O。橫坐標(biāo)軸6表示應(yīng)變(O，縱坐標(biāo)軸 0表示應(yīng)力(0)。如圖所示，溫度相關(guān)的應(yīng)變基于加熱14而在滯后回線中回復(fù)或者基于卸 載材料而回復(fù)。這種可逆、可控大應(yīng)變的能力是選擇SMA作為致動器材料所感興趣的基礎(chǔ)。 利用這些材料可以很容易誘發(fā)大的形狀變化。在一些限定的情況下，大應(yīng)力可傳遞到連接的結(jié)構(gòu)部件。參照圖1A和2，SMA性能取決于在高對稱母相的奧氏體10和低對稱子相的馬氏體 12之間的可逆的熱電晶相轉(zhuǎn)變。奧氏體10和馬氏體12之間相變的產(chǎn)生是應(yīng)力和溫度的共 同結(jié)果。應(yīng)力13下的馬氏體相12的形成導(dǎo)致優(yōu)選的晶體不同取向的形成，從而誘發(fā)較大 的誘發(fā)應(yīng)變。參照圖1B，在靜態(tài)載荷下并且處于足夠低的溫度時，材料在馬氏體12是穩(wěn)定的。 在足夠高的溫度，材料在奧氏體10是穩(wěn)定的。馬氏體起始點(Ms)3和終點(Mf)2分別指示 開始和結(jié)束到馬氏體12的相變的溫度。奧氏體起始點(As)4和終點(Af)5分別指示開始 和結(jié)束到奧氏體10的相變的溫度。處于低于Mf2的溫度時，SMA材料在馬氏體12相中是 穩(wěn)定的。當(dāng)處于馬氏體12相的SMA材料在恒定的應(yīng)力下加熱時，到奧氏體相10的相變僅 當(dāng)溫度超過在第三區(qū)域20處的As4時開始。從這點開始，材料逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相10，直 到在Af5處轉(zhuǎn)化完成。如圖1B所示，在高于Af5的溫度時，在此靜態(tài)應(yīng)力22下，材料在奧 氏體10相中是穩(wěn)定的?？墒?，給材料施加足夠的載荷24可誘發(fā)從奧氏體10到拉伸(或去 孿晶)馬氏體的固態(tài)的、無擴散相變，因此導(dǎo)致給材料施加誘發(fā)應(yīng)變。在隨后的相同溫度下 的卸載26期間，材料回復(fù)到奧氏體10，其中應(yīng)變?nèi)炕蛘卟糠只貜?fù)。參照圖3，示出了由示例性SMA材料構(gòu)成的導(dǎo)線或電纜的應(yīng)力(o)0、應(yīng)變(06 和溫度arc ))i的三維圖，顯示了不同的載荷和溫度條件下的形狀記憶效應(yīng)和超彈性效 應(yīng)。在參考點81和91之間，先前的處于低溫的誘發(fā)應(yīng)變隨著溫度的提高而回復(fù)。在參考 點91和93之間，在奧氏體相中向SMA電纜或?qū)Ь€施加拉伸載荷，在參考點91和95之間產(chǎn) 生應(yīng)變。當(dāng)保持恒定的溫度時，SMA電纜或?qū)Ь€在參考點95和91之間被部分卸載，其中大 多數(shù)誘發(fā)應(yīng)變在參考點97和99之間回復(fù)。當(dāng)仍然保持在恒定溫度時，SMA電纜或?qū)Ь€在 參考點99和91之間被完全卸載，其中應(yīng)變在奧氏體相完全回復(fù)。在參考點91和81之間， SMA電纜或?qū)Ь€冷卻至材料特定溫度，其中材料從奧氏體相相變至馬氏體相。因此，可以應(yīng) 用SMA材料響應(yīng)激活信號產(chǎn)生誘發(fā)的形狀變化，信號例如是產(chǎn)生SMA材料的熱增加和熱降 低之一的通電電流。如此處下文所述，在物理約束應(yīng)用時，可以應(yīng)用SMA材料響應(yīng)于激活信 號在相互連接的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生應(yīng)力。參照圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明的由示例性SMA材料構(gòu)成的導(dǎo)線或電纜的應(yīng)力 (0 )o、應(yīng)變(￡ )6和溫度arc)) 1的三維圖，顯示了不同的載荷和溫度條件下的形狀記憶 效應(yīng)和超彈性效應(yīng)。在參考點81和83之間，在其馬氏體相中施加載荷給SMA材料，產(chǎn)生應(yīng) 變。當(dāng)保持在靜態(tài)溫度時，材料在參考點83和85之間被卸載。加載-卸載在參考點81-85 之間循環(huán)，導(dǎo)致材料在馬氏體相中穩(wěn)定并且具有誘發(fā)應(yīng)變。材料的溫度升高導(dǎo)致在參考點 85和87之間的相對靜態(tài)的應(yīng)變。可是，在參考點87和89之間，在材料的特定溫度應(yīng)變迅 速降低(即回復(fù))，其中出現(xiàn)從馬氏體到奧氏體的轉(zhuǎn)變。在參考點91，轉(zhuǎn)變的材料在奧氏體 相穩(wěn)定。由于從奧氏體到馬氏體的冷卻，若有的話，通常觀察到很小的應(yīng)變(或形狀變化)， 除非材料已經(jīng)大量處理以具有所謂的雙向形狀記憶效應(yīng)。使用具有雙向形狀記憶效應(yīng)的 SMA材料替代地包括使用偏置構(gòu)件以在冷卻時在材料上產(chǎn)生應(yīng)變。圖5示出了用于根據(jù)本發(fā)明的實施例構(gòu)造的裝置10的致動器系統(tǒng)。裝置10包括 殼體32，其包括沿軸線39可樞轉(zhuǎn)地安裝在殼體32中的可旋轉(zhuǎn)元件34。殼體32分別包括 內(nèi)表面和外表面31和33?？尚D(zhuǎn)元件34可以裝入殼體32的內(nèi)表面31內(nèi)。致動器系統(tǒng)包括電連接至激活控制器40的線性SMA致動器30。線性SMA致動器30連接至可旋轉(zhuǎn)元 件34的一側(cè)，機械偏置構(gòu)件44在相對于軸線39的相反側(cè)機械聯(lián)接于可旋轉(zhuǎn)元件34。線性 SMA致動器30和偏置構(gòu)件44越過對應(yīng)于軸線39的樞轉(zhuǎn)點施加相反的拉力，導(dǎo)致相反的轉(zhuǎn) 矩臂。配置位置反饋傳感器50來監(jiān)控可旋轉(zhuǎn)裝置34的位置，例如旋轉(zhuǎn)位置。激活控制器 40監(jiān)控從位置反饋傳感器50的信號輸入并產(chǎn)生激活信號V,以控制通電電流以激活線性 SMA致動器30。 線性SMA致動器30包括可包含SMA材料的活性材料構(gòu)造的導(dǎo)線或電纜。線性SMA 致動器30的第一端30A機械聯(lián)接至裝置10上的固定錨點37。線性SMA致動器30的第二 端30B機械聯(lián)接至可旋轉(zhuǎn)裝置34上的固定錨點35。當(dāng)被激活時線性SMA致動器30在可旋 轉(zhuǎn)裝置34上產(chǎn)生相對于軸線39的轉(zhuǎn)矩，使得可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A旋轉(zhuǎn)?；钚圆牧系?替代實施例包括電活化聚合體(EAPs)、壓電、磁致伸縮和電限制的材料。應(yīng)當(dāng)意識到活性材 料構(gòu)件可以多種形狀被使用，這取決于所需的裝置功能和構(gòu)件所需的激活力。
激活控制器40在第一端30A和第二端30B電連接至線性SMA致動器30，并且產(chǎn)生 激活信號VeM79以控制通電電流來激活線性SMA致動器30。在一個實施例中，由激活信號 Vc;m79控制的通電電流流過線性SMA致動器30，并且在其中產(chǎn)生溫度變化以在線性SMA致動 器30誘發(fā)應(yīng)變，使得其相對于第一端30A物理延伸或縮回端部30B，因此在可旋轉(zhuǎn)裝置34 上誘發(fā)轉(zhuǎn)矩以相對于裝置10上的固定錨點37線性移動固定錨點35。激活信號Vem79例如 可以用來控制和通電電流相關(guān)的電流的總量，或者當(dāng)電流被脈沖寬度調(diào)制或其他方式改變 時控制與通電電流相關(guān)的電流的平均量或RMS量。應(yīng)當(dāng)意識到，存在其他實施例來提供激 活信號V_79來控制通電電流。在一個實施例中，激活控制器40電連接至開關(guān)裝置41以響應(yīng)于激活信號Vem79 來控制給線性SMA致動器30的通電電流。開關(guān)裝置41通過控制從例如電池的能量存儲裝 置42通過線束流至位于固定錨點37的線性SMA致動器30的第一端30A的電流來控制通 電電流。如上所述，開關(guān)裝置41處于激活狀態(tài)。開關(guān)裝置41可以采用任何適當(dāng)?shù)男问?，?括機械的、電機的、電力開關(guān)裝置或固態(tài)裝置，例如，IGBT和M0SFET裝置。偏置構(gòu)件44連接至可旋轉(zhuǎn)裝置34并且在一個實施例中包括分別具有第一端43 和第二端45的機械彈簧裝置。第一端43機械聯(lián)接至可旋轉(zhuǎn)裝置34并且第二端45機械錨 定于殼體32的內(nèi)表面31。位置反饋傳感器50用來監(jiān)控可旋轉(zhuǎn)裝置34的位置，通過其可以確定和元件34A 相關(guān)的當(dāng)前位置(PM)。位置反饋傳感器50可明顯連接于激活控制器40。在一個實施例中， 位置反饋傳感器50可以是連接至軸線39的旋轉(zhuǎn)位置傳感器，并且可以構(gòu)造來測量可旋轉(zhuǎn) 裝置34的旋轉(zhuǎn)角度。在一個實施例中，旋轉(zhuǎn)位置傳感器50可以是構(gòu)造來提供反饋位置的 電位計，并且集成至裝置10的殼體32中。替代地，其他反饋傳感器可以通過線性SMA致動 器30監(jiān)控旋轉(zhuǎn)角度、線性運動和電阻之一以得到當(dāng)前位置。提供信號輸入給激活控制器40 的其他傳感器包括電壓監(jiān)控傳感器和溫度監(jiān)控傳感器，電壓監(jiān)控傳感器用于監(jiān)控能量存儲 裝置42的輸出電壓(VB)，溫度監(jiān)控傳感器用于監(jiān)控在線性SMA致動器30處或其附近的周 圍溫度(Ta)。當(dāng)線性SMA致動器30響應(yīng)于來自激活控制器40的激活信號Vem 79將第二端30B 相對于第一端30A線性移動時，可旋轉(zhuǎn)裝置34圍繞軸線39旋轉(zhuǎn)，改變了元件34A的位置。
在所示實施例中，線性SMA致動器30在固定錨點35處線性移動旋轉(zhuǎn)裝置34。固 定錨點35處的線性移動使得可旋轉(zhuǎn)裝置34圍繞軸線39旋轉(zhuǎn)，使得元件34A旋轉(zhuǎn)。應(yīng)當(dāng)意 識到替代的實施例可以包括連接至線性SMA致動器30的裝置的線性移動和相關(guān)的旋轉(zhuǎn)和 移動。當(dāng)線性SMA致動器30被停用時，偏置構(gòu)件44在可旋轉(zhuǎn)裝置34上施加偏置力94， 產(chǎn)生在線性SMA致動器30上施加應(yīng)變的應(yīng)力，并因此拉伸線性SMA致動器30。應(yīng)當(dāng)意識 到當(dāng)線性SMA致動器30被停用時，開關(guān)41也被停用并且處于打開的位置。當(dāng)線性SMA致 動器30被啟動時，線性SMA致動器30回復(fù)與偏置構(gòu)件有關(guān)的施加的應(yīng)變，并且在偏置構(gòu)件 44上施加反向的力96，克服偏置力94并圍繞軸線39旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)裝置34，并且旋轉(zhuǎn)或線性 移動元件34A。激活控制器40構(gòu)造成接收參考信號或命令信號(Pe)，并且產(chǎn)生響應(yīng)于參考 信號的激活信號79以及指示和元件34A相關(guān)的當(dāng)前位置(PM)的反饋信號。命令信號 (Pc)可以包括和元件34A相關(guān)的預(yù)定的離散位置，例如，開或關(guān)?？蛇x的，命令信號(Pe)可 以包括和元件34A有關(guān)的線性位置，例如開啟百分比或關(guān)閉百分比位置。命令信號(Pe)可 以由另一控制方案產(chǎn)生，或者可以由操作者通過用戶界面來產(chǎn)生。命令信號(Pe)可以響應(yīng) 于車輛條件來激活或停用裝置10。產(chǎn)生命令信號(Pe)的車輛條件的非限制的例子包括門 開或門關(guān)事件和艙口開或艙口關(guān)事件。激活控制器40將指示和元件34A有關(guān)的當(dāng)前位置(PM)的當(dāng)前位置反饋信號與命 令信號(Pe)進行比較，并且產(chǎn)生對應(yīng)的激活信號Vem 79。激活信號79用來通過使用 脈沖寬度調(diào)制(PWM)或?qū)ζ涞碾妷赫{(diào)節(jié)來控制電力從而產(chǎn)生通過線性SMA致動器30的通 電電流。激活控制器40可以包括微控制器來執(zhí)行控制方案和電路來產(chǎn)生激活信號￥_ 79， 其和功率級連通，例如PWM控制器使能和禁能通電電流流經(jīng)線性SMA致動器30。指示當(dāng)前 位置(PM)的當(dāng)前位置反饋信號的基于時間的導(dǎo)數(shù)可以用于過載保護和精確控制。圖6示出了用于激活控制器40的控制電路來控制裝置的位置的實施例的詳細的 示意圖，例如，來控制可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的位置。激活控制器40包括產(chǎn)生控制PWM 產(chǎn)生器58的激活信號79的控制電路以通過開關(guān)裝置41控制給線性SMA致動器30的 通電電流?？蛇x地，激活控制器40包括產(chǎn)生激活信號Vem 79的控制電路，其包括控制給線 性SMA致動器30的通電電流的電壓調(diào)節(jié)器或電流調(diào)節(jié)器裝置。命令信號71產(chǎn)生了，其可以是和裝置的優(yōu)選位置有關(guān)的命令信號(Pe) 76，例如，可 旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的優(yōu)選位置。位置反饋傳感器50測量輸入給信號處理電路93的 當(dāng)前位置反饋信號73，由其確定興趣元件的當(dāng)前位置(PM)，例如可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A 的位置。信號處理電路93也監(jiān)控來自電壓提供傳感器52和周圍溫度傳感器54的信號輸 入以分別確定電勢(VB)63和周圍溫度(T)75。使用差值單元51比較當(dāng)前位置(PM)和優(yōu)選位置(Pc)(即分別為當(dāng)前位置反饋信 號73和命令信號71)，以確定輸入給誤差放大器72的位置差或誤差信號77。誤差放大器 72可以包括PI控制器并且產(chǎn)生傳送給信號限制器74的放大信號81。信號限制器74向放 大信號81施加限度以產(chǎn)生控制信號76，控制信號76包括和電勢(Vb)63和周圍溫度(T) 75 有關(guān)的最大和最小控制信號值。過載保護電路91監(jiān)控在從能量存儲裝置42輸出的電勢 (Vb)63環(huán)境中的控制信號76、周圍溫度(T)75和指示可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的當(dāng)前位 置(PM)的當(dāng)前位置反饋信號73，來探測機械過載狀態(tài)并執(zhí)行過載保護以防止命令可能機械
12過載線性SMA致動器30的控制信號。向制動器輸出最終控制信號，即激活信號V_79，包 括用于控制線性SMA致動器30的占空比控制信號，例如，PWM產(chǎn)生器58和相關(guān)的開關(guān)裝置 41兩者之一?？蛇x的，可以將用于控制線性SMA致動器30的包括電壓控制信號的激活信號 Vc;m79輸出給電壓調(diào)節(jié)器或電流調(diào)節(jié)器。參照圖14描述了示意性過載保護方案。圖7是示出了由激活控制器40使用來控制傳遞給線性SMA致動器30的通電電流 的控制電路38的實施例的細節(jié)的示意圖，包括位置傳感器50。位置傳感器50可以是構(gòu)造 成作為如描述的旋轉(zhuǎn)位置傳感裝置的電位計裝置?？刂齐娐?8包括線性比較器裝置102， 在一個實施例中其可以是運行放大器。能量存儲裝置42提供輸出電壓(Ve)83來給位置傳 感器50和線性比較器裝置102提供電力?？煽剌敵鲭妷?Vc)83可以是0V DC，停用控制電 路38以控制線性SMA致動器30處于具有可旋轉(zhuǎn)元件34的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)的延伸狀態(tài)800?？煽?輸出電壓(Ve)83可以是5V DC或其他適合的電壓值來激活控制電路38以控制線性SMA致 動器30處于具有旋轉(zhuǎn)元件34的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)的縮回狀態(tài)802。當(dāng)能量存儲裝置42控制輸出電壓(Vc)83來激活控制電路38時，提供電力給線性 SMA致動器30，使其縮回。位置傳感器50產(chǎn)生信號輸入給線性比較器裝置102的陽極(+) 輸入。給線性比較器裝置102的陰極(-)輸入的信號輸入是可以使用可變電阻裝置108形 成分壓器來設(shè)置的校準(zhǔn)參考電壓。應(yīng)當(dāng)意識到，向線性比較器裝置102的陰極(-)輸入的 參考電壓輸入可以使用其他裝置和方法產(chǎn)生。向線性比較器裝置102的陰極(-)輸入的參 考電壓控制線性SMA致動器30至與縮回狀態(tài)802有關(guān)的一預(yù)定長度，并且當(dāng)通過由能量存 儲裝置42提供的電力激活控制電路38時，相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)元件34。在一實施例中，比 較器102產(chǎn)生對應(yīng)于激活信號79的輸出電壓，可以將其輸入給可選的電路驅(qū)動器58。 電壓限制器74在一實施例中是電阻裝置的形式，在線性SMA致動器30的第二端30B和能 量存儲裝置42之間電連接。上拉電阻53在能量存儲裝置42和比較器102的輸出引線之 間電連接。線性SMA致動器30分別包括第一端30A和第二端30B，其中第二端30B機械聯(lián)接 于可旋轉(zhuǎn)裝置34上的固定錨點35并且第一端30A機械錨定于殼體32的內(nèi)表面上的固定 錨點37。將來自位置傳感器50的反饋電壓輸入給比較器102，其中對反饋電壓和參考電壓 進行比較。比較器裝置102明顯連接于可選電路驅(qū)動器58并且產(chǎn)生激活信號以控制開關(guān) 裝置41來響應(yīng)于激活信號VeM控制給線性SMA致動器30的電力。配置比較器102以控制 通電電流和相關(guān)的材料溫度并且因此控制線性SMA致動器30的長度。因為利用來自于位 置傳感器50的反饋電壓來控制線性SMA致動器30的長度，因此對任何外部的力，例如溫度 或氣流，進行內(nèi)部補償。運轉(zhuǎn)中，只要來自于位置傳感器50反饋電壓比參考電壓小，激活信 號Vem 79控制開關(guān)裝置41來傳遞通電電流通過線性SMA致動器30。當(dāng)來自于位置傳感器 50反饋電壓大于參考電壓，比較器102輸出的激活信號Vem 79下降至0，用來停用開關(guān)裝 置41從而中斷和停止通電電流通過線性SMA致動器30。在一個實施例中，在與停用狀態(tài)有 關(guān)的第一位置800和與啟用狀態(tài)有關(guān)的第二位置802示出可旋轉(zhuǎn)元件34，其分別對應(yīng)于分 壓器108的參考電壓處于0VDC和5VDC。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，圖8A和8B示出了當(dāng)SMA致動器30被激活和停用時 SMA致動器30上的應(yīng)力(o )、應(yīng)變(￡ )和應(yīng)變回復(fù)(￡ EEC)的詳細圖。應(yīng)當(dāng)意識到，圖8A 對應(yīng)于對SMA致動器30停用，也就是處于延伸狀態(tài)800。圖8B對應(yīng)于對SMA致動器30激活，也就是處于縮回狀態(tài)802。應(yīng)當(dāng)意識到，SMA致動器30可以包括選擇的SMA材料，使得 SMA致動器30的周圍或運行溫度比SMA材料的奧氏體起始溫度小。因此，當(dāng)將SMA致動器 30停用并不進行電子加熱時，SMA致動器30保持馬氏體相且防止由于周圍溫度的升高而意 外啟動。參照圖8A，當(dāng)線性SMA致動器30停用時，偏置構(gòu)件44在可旋轉(zhuǎn)裝置34上施加偏 置力94，產(chǎn)生應(yīng)力(o )，其在線性SMA致動器30上施加應(yīng)變(O，并且因此伸長線性SMA 致動器30至延伸狀態(tài)800。應(yīng)當(dāng)意識到，當(dāng)線性SMA致動器30停用時，開關(guān)41也停用并且 處于打開位置。此外應(yīng)當(dāng)意識到，位置反饋傳感器50測量輸入到信號處理電路93的當(dāng)前 位置反饋信號，由其確定可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的當(dāng)前位置(Pm)73。參照圖8B，當(dāng)激活線性SMA致動器30時，SMA致動器回復(fù)施加和偏置構(gòu)件有關(guān)的 應(yīng)變(￡ EEC)，并且在偏置構(gòu)件44上施加反向力96，克服偏置力94并圍繞軸線39旋轉(zhuǎn)可旋 轉(zhuǎn)裝置34，且旋轉(zhuǎn)或線性移動元件34A。應(yīng)當(dāng)意識到，位置反饋傳感器50測量輸入到信號 處理電路93的當(dāng)前位置反饋信號，由其確定可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的當(dāng)前位置(PM)73。預(yù)見的實施例包括當(dāng)探測到過載條件時執(zhí)行過載保護方案?？梢岳斫獾氖?，探測 過載條件可以基于預(yù)定的窗口，其中過載條件的探測必須滿足窗口中的特定的時間數(shù)。同 樣地，可以使用移動窗口來對窗口中滿足過載條件標(biāo)準(zhǔn)的采樣計數(shù)，并且根據(jù)先前的窗口 和當(dāng)前的窗口可以對計數(shù)進行更新。可選地，可以不使用預(yù)定的窗口而以基于時間的方式 探測過載條件。如在前所述，參照圖6，過載保護方案91監(jiān)控從能量儲存裝置42輸出的電勢 (Vb)63的范圍內(nèi)的控制信號76、周圍溫度(T)75以及指示可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的當(dāng) 前位置(PM)的當(dāng)前位置反饋信號73，來探測機械過載條件并執(zhí)行過載保護以防止命令可能 使線性SMA致動器30機械過載的控制信號。具體地，激活信號Vem 79控制開關(guān)裝置41以 傳遞通電電流通過線性SMA致動器30來激活線性SMA致動器30，由其可旋轉(zhuǎn)裝置34的元 件34A的當(dāng)前位置(Pm)73變化至優(yōu)選的位置。例如，可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的當(dāng)前位 置(PM)73可以改變至優(yōu)選的位置以幫助車輛的門或艙口的開或關(guān)事件。因此，位置變化需 要將可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A從初始當(dāng)前位置(PM) 73 (也就是關(guān)閉艙口)移動到優(yōu)選位置 (Pc)(也就是開啟艙口)?？梢岳斫獾氖?，位置的變化是不定的并且在激活期間將隨著時間 減少，因為激活時當(dāng)前位置將移動至更靠近優(yōu)選位置。執(zhí)行線性SMA致動器30的機械過載保護以防止向線性SMA致動器30命令可能機 械過載線性SMA致動器30的激活信號VeM 79，當(dāng)檢測過載條件時首先包括監(jiān)測過載狀況的 發(fā)生?；诜e分周期可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的位置變化(也就是誤差信號77)以及積 分周期的剩余能量或儲能的積分，可以探測到過載條件。顯然，如果在探測過載條件之前積 分周期結(jié)束，重置積分周期并重新啟動對剩余能量的積分，其中位置的變化(也就是誤差 信號77)將由于線性SMA致動器30的持續(xù)激活而減小。同樣地，也可以不需要監(jiān)控積分周 期，基于誤差信號77和剩余能量的積分來探測到過載條件。可以得知，積分周期對應(yīng)于預(yù) 定的窗口，其中過載條件的探測必須滿足窗口中的特定的時間數(shù)。此外剩余能量的積分可 以包括對能量存儲裝置42的輸出電壓(yc) 83的監(jiān)控、對控制信號76和控制信號閾值之間 的控制信號差值的監(jiān)控，以及對控制信號差值和輸出電壓(Ve)83的乘積的積分以確定剩余 能量。為了達到一致的性能，根據(jù)大致處于線性SMA致動器30處的周圍溫度和施加在線性SMA致動器30上的電壓，控制信號76和控制信號閾值都可以是變化的。如在前所述，控制 信號76可以和最終控制信號(也就是激活信號79)關(guān)聯(lián)，以使用脈寬調(diào)制占空比或者可選 的電壓調(diào)節(jié)或電流調(diào)節(jié)來控制流經(jīng)線性SMA致動器30的通電電流。顯而易見，基于先前激 活循環(huán)，控制信號76和控制信號閾值是可變選擇的，以補償通過線性SMA致動器30的剩余 熱保持。具體地，可以降低控制信號76以補償在之前激活循環(huán)中的增加的通過線性SMA致 動器30的剩余熱保持。參照圖9，示意性試驗數(shù)據(jù)繪出了線性SMA致動器30的位置變化以及相應(yīng)的脈寬 調(diào)制(PWM)占空比與時間的關(guān)系曲線圖900。橫坐標(biāo)軸表示以秒為單位的時間901，縱坐標(biāo) 軸表示PWM占空比902以及線性SMA致動器30的位置903。用垂直虛線904表示，對線性 SMA致動器30的激活由PWM占空比902控制，以施加通過線性SMA致動器30的通電電流。 初始延遲周期位于垂直虛線904和垂直虛線906之間。初始延遲周期是可變選擇的來補償 線性SMA致動器30中的剩余熱保持、大致處于線性SMA致動器30處的周圍溫度變化和施 加在線性SMA致動器30上的電壓變化。在激活循環(huán)過程中，線性SMA致動器30從周圍溫 度加熱一段時間來將可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A移動到優(yōu)選位置，然后在移除電力之后冷卻 至周圍溫度。例如，可以采用10秒來冷卻致動器至周圍溫度。如果線性SMA致動器30在 接下來的激活循環(huán)之前沒有完全冷卻，通過致動器保持的剩余熱將減少將線性SMA致動器 30從當(dāng)前位置加熱到優(yōu)選位置的時間。結(jié)果是，初始延遲周期需要根據(jù)來自先前激活循環(huán) 的增加的剩余熱保持而降低。同樣地，初始延遲周期需要根據(jù)大致處于線性SMA致動器30 處的周圍溫度和/或施加給線性SMA致動器30的電壓的提高而降低。如垂直虛線906所 示，開始對剩余能量或儲能的積分。此處，監(jiān)測到能量存儲裝置的輸出電壓(即圖7中所示 的能量存儲裝置42的輸出電壓(Vc)83)以及PWM占空比902和PWM占空比閾值之間的差 值。在積分周期積分輸出電壓與PWM占空比902和PWM占空比閾值之間的差值的乘積。例 如，積分可以是四秒。如在前所述，積分周期對應(yīng)于預(yù)定的窗口，其中過載條件的探測必須 滿足窗口中的特定的時間數(shù)。和剩余能量的積分一致，對位置變化進行持續(xù)監(jiān)測。如圖所 示，點908可以表示線性SMA致動器30的初始位置。例如，初始位置可以對應(yīng)于出口的關(guān) 閉位置。點912可以表示線性SMA致動器30的優(yōu)選位置。例如，優(yōu)選位置可以對應(yīng)于出口 的開啟位置。在積分周期中的位置變化可以是點912和908之間的差值。同樣地，隨著積 分周期的增加，位置變化將減小。例如，點910可以是一個新的當(dāng)前位置，其中減小的位置 變化是點910和912之間的差值。在對剩余能量的積分和位置變化的監(jiān)控之后，將剩余能 量的積分與積分閾值進行比較，并且將位置變化和位置變化閾值比較。當(dāng)積分周期的剩余 能量積分超過積分閾值并且積分周期的位置變化小于位置變化閾值時，探測過載條件。同 樣地，當(dāng)積分周期的剩余能量積分沒有超過積分閾值以及積分周期的位置變化至少達到位 置變化閾值這兩者之一發(fā)生時，探測不到過載條件。因此，如果過載條件在積分周期沒有被 探測到，積分周期重置并且重新監(jiān)控積分和位置變化。現(xiàn)在參考圖6和10，圖示的控制方案1000描述了不需要監(jiān)控積分周期而基于誤差 信號77和剩余能量積分的監(jiān)控過載條件的方法。控制方案1000開始于框1002，繼續(xù)至監(jiān) 控對剩余能量或儲能進行積分的框1004?；谀芰看鎯ρb置的輸出電壓(也就是圖6中 所示的能量存儲裝置42的輸出電壓(Ve)63)來確定剩余能量的積分，并且監(jiān)控控制信號76 和控制信號閾值之間的差值?？梢缘弥?，控制信號閾值可以基于根據(jù)時間將可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A移動至優(yōu)選的位置所需的通電電流。在繼續(xù)到框1006之前，對輸出電壓以及控 制信號76和控制信號閾值的差值之間的乘積進行積分來確定剩余能量的積分。在框1006， 基于命令信號71和當(dāng)前位置反饋信號73對誤差信號77進行監(jiān)控。如在前所述，命令信號 71示出可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的優(yōu)選位置，并且當(dāng)前位置反饋信號73示出可旋轉(zhuǎn)裝置 34的元件34A的當(dāng)前位置。在框1008中，將誤差信號77與誤差閾值進行比較。如果誤差 信號77小于誤差閾值，控制方案1000繼續(xù)到框1010，其中在框1004中確定的積分在繼續(xù) 到框1012之前被設(shè)為零。如果框1006中的誤差信號至少達到誤差閾值，控制方案1000繼 續(xù)至框1012，其中將剩余能量的積分與積分閾值進行比較。如果剩余能量的積分大于積分 閾值，探測到過載條件。如果剩余能量的積分小于或等于積分閾值，則探測不到過載條件， 并且控制方案1000終止于框1016?？梢缘弥?，任何時間誤差信號77小于誤差閾值時，剩余 能量的積分也會小于積分閾值，因為如果誤差信號77小于誤差閾值，在框1010中剩余能量 的積分將設(shè)為零。因此，當(dāng)誤差信號77至少達到誤差閾值并且剩余能量至少達到剩余能量 閾值時探測到過載條件，當(dāng)誤差信號77小于誤差閾值以及剩余能量小于剩余能量閾值這 兩者之一發(fā)生時探測不到過載條件。此外可以理解的是，如果誤差信號77小于誤差閾值， 可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A已經(jīng)到達優(yōu)選位置，因此激活已經(jīng)順利完成。現(xiàn)在參照圖6和11，示出了根據(jù)本發(fā)明的示意性過載保護方案1100。方案1100開 始于框1102，方案1100中使用的變量和閾值在框1108中進行限定。在框1112中，對延遲 進行限定從而允許初始化。在非限制性例子中，延遲周期設(shè)置為2. 5秒。在框1114，對方案 1100執(zhí)行初始化，包括，例如，監(jiān)控可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的初始位置。對初始位置進行 多次監(jiān)控并平均。初始位置可以包括，例如，艙口出口的關(guān)閉位置?？梢缘弥?，框1102-1114 中執(zhí)行的步驟執(zhí)行一次并且不被包括作為此處在框118-1160中公開的循環(huán)。在框1118，循環(huán)計數(shù)器遞增。例如，可以選擇循環(huán)計數(shù)器每四毫秒對框1118-1160 中的每個進行監(jiān)控。在框1120，監(jiān)控可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的當(dāng)前位置PM 73、大致位于 或鄰近線性SMA致動器30的周圍溫度(T) 75和能量存儲裝置42的輸出的電勢(VB)63，以 確定框1122中的控制信號76(也就是PWM占空比、電壓或電流控制信號)?？?122確定將 施加多大的通電電流通過線性SMA致動器30。在框1124，基于命令信號71和當(dāng)前反饋信 號73 (即分別為優(yōu)選位置(Pc)和當(dāng)前位置(PM))計算位置變化(也就是誤差信號77)。在 框1126，激活開始并且在繼續(xù)到列1104之前基于激活信號(VeM 76)啟動對應(yīng)的激活計數(shù)
o在判定框1128，將激活計數(shù)器與初始延遲周期進行比較。如在前所述，初始延遲 周期是可變選擇的以補償來自先前致動循環(huán)的線性SMA致動器30中的剩余熱保持。初始 延遲周期可以從查找表(LUT)或基于對應(yīng)于剩余熱保持的在前激活循環(huán)過去的時間的方 程來選擇。如果激活計數(shù)器不大于初始延遲周期，方案繼續(xù)到1106欄的判定框1144，其中 確定探測不到過載條件。如果激活計數(shù)器大于初始延遲周期，方案繼續(xù)到框1130?？梢缘?知，當(dāng)線性SMA致動器30由于施加通電電流通過線性SMA致動器30或大致處于線性SMA 致動器30處的周圍溫度的變化而變熱時，初始延遲周期可以基本上消除對的過載條件的 錯誤探測。在框1130，對剩余能量進行積分。在框1132，將位置變化和位置變化閾值進行 比較并且對積分周期進行監(jiān)測。如果位置變化大于位置變化閾值以及達到積分周期兩者之 一出現(xiàn)，在框1134使積分重置。換句話說，如果位置變化大于位置變化閾值，或者達到積分
16周期，在框1134使積分重置。如果位置變化不大于位置變化閾值，或者積分周期沒有過去， 方案繼續(xù)到判定框1136，其中將剩余能量積分和積分閾值進行比較。如在前所述，位置變 化在激活期間隨時間減小。如果剩余能量的積分大于積分閾值，探測到過載條件并且方案 1100繼續(xù)到框1138。如果剩余能量的積分不大于積分閾值，探測不到過載條件?？梢缘弥?， 框1128-1136對應(yīng)于圖9中公開的積分方法，使用了其中過載條件必須滿足窗中的特定時 間數(shù)(也就是積分周期)的預(yù)定窗。如果框1140的剩余能量積分是負值，表示當(dāng)前反饋信 號73超過命令信號71，積分在框1142重置。當(dāng)在框1138中已經(jīng)探測到過載條件時執(zhí)行過載保護，其中線性SMA致動器30立 即停用并且斷開。在框1138，探測到過載條件的可旋轉(zhuǎn)裝置34的元件34A的當(dāng)前位置被標(biāo) 記，監(jiān)控過載關(guān)閉計數(shù)器，并且監(jiān)控重試計數(shù)器，重試計數(shù)器對應(yīng)于激活循環(huán)數(shù)，其具有示 出可移動裝置34的元件34A的在此處探測到過載條件的過載位置的標(biāo)記。預(yù)見的實施例 包括監(jiān)控具有對應(yīng)于過載位置的標(biāo)記的連續(xù)激活循環(huán)數(shù)、將具有對應(yīng)于過載位置標(biāo)記的連 續(xù)激活循環(huán)數(shù)和目標(biāo)閾值相比較，以及當(dāng)達到目標(biāo)閾值時將可移動裝置34的元件34A的優(yōu) 選位置重置為過載位置。可以得知，標(biāo)記存儲在激活控制器40中，其中循環(huán)數(shù)、上次過載位 置和前激活循環(huán)的上次運轉(zhuǎn)時間都存儲在激活控制器40的存儲器中。在判定框1144，在 繼續(xù)到判定框1146之前確定過載條件存在，由表示過載位置的標(biāo)記所示。如在前提到的， 當(dāng)判定框1136的剩余能量的積分不大于積分閾值或沒有超過判定框1128的初始延遲時， 判定框1144不示出過載條件。這樣，在判定框1144如果過載條件沒有探測到(即未標(biāo)記 的)，方案繼續(xù)至判定框1152。參照判定框1146，當(dāng)在判定框1144確定了過載條件被探測到(即標(biāo)記的)，過載 關(guān)閉計數(shù)器和過載關(guān)閉閾值相比較。如果過載關(guān)閉計數(shù)器大于過載關(guān)閉閾值，方案1100繼 續(xù)到框1150，其中假定過載條件不再持續(xù)，因為在停用期間使得線性SMA致動器30冷卻至 大致周圍溫度的足夠的時間期間已經(jīng)過去，因此充分消除線性SMA致動器30的剩余熱保 持。在非限制例子中，過載關(guān)閉閾值是八秒。然而如果過載關(guān)閉計數(shù)器不大于過載關(guān)閉閾 值，方案繼續(xù)到框1148，其中不允許激活。在判定框1152，監(jiān)控的重試計數(shù)器和重試閾值相 比較。如果重試計數(shù)器小于重試閾值，方案1100繼續(xù)到判定框1156。在該情形中，過載保 護方案1100在隨后的激活循環(huán)中可以減小控制信號或者控制信號閾值(即判定框1130) 只要重試計數(shù)器小于重試閾值，其中在隨后的激活循環(huán)中減小控制信號或控制信號閾值補 償線性SMA致動器30中增加的剩余熱保持。過載關(guān)閉計數(shù)器和隨后的激活循環(huán)期間的剩 余熱保持量有關(guān)。同樣地，當(dāng)重試計數(shù)器小于重試閾值時過載保護方案1100可以降低在隨 后的激活循環(huán)期間的初始延遲周期(即判定框1128)，其中在隨后的激活循環(huán)期間的減小 初始延遲周期補償線性SMA致動器30中的剩余熱保持。再次參照判定框1152，如果重試計數(shù)器至少為重試閾值，方案1100繼續(xù)到框 1154，其中線性SMA致動器30在停用狀態(tài)保持停用。在判定框1156，確定線性SMA致動器 30是否經(jīng)過了停用(即斷開)過載重置周期。過載重置周期是在線性SMA致動器30的任 何隨后激活之前的充分長的以允許線性SMA致動器30冷卻來消除剩余熱保持的時間段。在 非限制例子中，過載重置周期是64秒，其中如果重試計數(shù)器已經(jīng)達到重試閾值停用是可以 保持的。過載重置周期可以依靠循環(huán)計數(shù)器，和預(yù)定窗有關(guān)。在可選實施例中，僅當(dāng)探測到 過載時開始計數(shù)。此外可以得知重試閾值選擇為重試激活循環(huán)數(shù)值，其充分低以在可以使線性SMA致動器30機械過載的隨后的重試激活循環(huán)中減少過載條件的重復(fù)探測。參照框1158，在達到過載重置周期之后，過載重試計數(shù)器重置到零并且可以在框 中恢復(fù)致動，其中控制信號76 (即PWM占空比)用于在框1180的隨后的激活循環(huán)中執(zhí)行。此外，過載保護控制方案1100持續(xù)監(jiān)控可移動裝置34的元件34A的位置、大致處 于線性SMA致動器30處的周圍溫度和通電線性SMA致動器30的電存儲裝置的輸出電壓。 當(dāng)位置、溫度和輸出電壓任何之一分別在用于線性SMA致動器30的限制外時，線性SMA致 動器30立即停用并斷開。當(dāng)這樣的參數(shù)在限制外時，會發(fā)生短路。本發(fā)明已經(jīng)描述了特定的優(yōu)選實施例和其修改方式。此外，可以通過閱讀和理解 說明書想到其他修改和改變。因此，本發(fā)明的不意欲限制為公開的實現(xiàn)本發(fā)明的最好方式 的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
一種方法，所述方法用于當(dāng)探測到所述線性致動器的過載條件時執(zhí)行機械過載保護以防止發(fā)出控制信號的命令到線性致動器，其會使所述線性致動器機械過載，所述線性致動器用于響應(yīng)于控制信號來控制與所述線性致動器相關(guān)聯(lián)的可移動元件，所述方法包括基于在積分周期與所述線性致動器相關(guān)聯(lián)的所述可移動元件的位置變化和在積分周期的剩余能量來監(jiān)控過載條件；當(dāng)探測到過載條件時斷開所述線性致動器；基于探測到過載條件的循環(huán)數(shù)監(jiān)控過載重試計數(shù)器；將過載重試計數(shù)器和過載重試閾值相比較；和當(dāng)所述過載重試計數(shù)器小于過載重試閾值時重新通電所述線性致動器，以及當(dāng)所述過載重試計數(shù)器至少達到過載重試閾值時保持斷開所述線性致動器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于在積分周期與所述線性致動器相關(guān)聯(lián)的可 移動元件的位置變化和積分周期的剩余能量來監(jiān)控過載條件是緊接著通電所述線性致動 器后的初始延遲周期，所述初始延遲周期根據(jù)從之前通電循環(huán)過去的時間而可變調(diào)節(jié)以補 償來自于先前通電循環(huán)的剩余熱保持、施加到所述線性致動器的電壓變化和大致在所述線 性致動器處的周圍溫度變化、以及來自先前通電循環(huán)的剩余熱保持量相關(guān)的過去時間段； 以及其中初始延遲周期根據(jù)來自先前能量循環(huán)的過去時間段的減小、大致在所述線性致動 器處的周圍溫度的升高以及施加到所述線性致動器的電壓的升高而減小；其中初始延遲周期根據(jù)來自先前通電循環(huán)的過去時間段的增加、大致在所述線性致動 器處的周圍溫度的降低以及施加到所述線性致動器的電壓的降低而增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于在積分周期與所述線性致動器相關(guān)聯(lián)的可 移動元件的位置變化和積分周期的剩余能量來監(jiān)控過載條件包括在積分周期監(jiān)控與所述線性致動器相關(guān)聯(lián)的可移動元件的位置變化，其包括監(jiān)控可移 動元件的當(dāng)前反饋信號、監(jiān)控可移動元件的命令信號、比較當(dāng)前反饋信號和命令信號，以及 基于當(dāng)前反饋信號和命令信號的比較確定位置變化； 監(jiān)控在積分周期的剩余能量包括 監(jiān)控用于通電所述線性致動器的電存儲裝置的輸出電壓； 監(jiān)控控制信號和控制信號閾值之間的控制信號差值； 對控制信號差值和輸出電壓的乘積積分；以及 基于積分確定在積分周期的剩余能量； 比較積分周期的剩余能量和積分閾值； 比較位置變化和位置變化閾值；以及當(dāng)積分周期的剩余能量超過積分閾值時并且積分周期的位置變化小于位置變化閾值 時探測過載條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，當(dāng)積分周期的剩余能量超過積分閾值時并且積 分周期的位置變化小于位置變化閾值時探測過載條件進一步包括當(dāng)積分周期的剩余能量 不超過積分閾值和積分周期的位置變化至少達到位置變化閾值二者之一存在時，不探測過 載條件并且重新監(jiān)控剩余能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在通電所述線性致動器的周期位置變化隨著時間增加可變地減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，監(jiān)控控制信號和控制信號閾值之間的控制信號 差值包括監(jiān)控指示可移動元件的優(yōu)選位置的命令信號； 監(jiān)控指示可移動元件的當(dāng)前位置的當(dāng)前反饋信號； 比較命令信號和當(dāng)前反饋信號；監(jiān)控用于通電所述線性致動器的電能量存儲裝置的輸出電壓并且監(jiān)控大致在所述線 性致動器處的周圍溫度；以及基于命令信號和當(dāng)前反饋信號，輸出電壓和周圍溫度的比較確定控制信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，控制信號指示用于控制通過所述線性致動器的 通電電流的脈沖寬度調(diào)節(jié)、電流調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)之一，并且其中控制信號閾值指示通過所 述線性致動器的通電電流，需要所述通電電流來根據(jù)時間移動可移動元件至優(yōu)選位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，監(jiān)控可移動元件的位置變化包括監(jiān)控可移動元 件的當(dāng)前位置，并且其中監(jiān)控可移動元件的命令信號包括監(jiān)控可移動元件的優(yōu)選位置。
9.一種方法，所述方法用于執(zhí)行機械過載保護以防止發(fā)出激活信號的命令到所述線性 致動器，其會使所述線性致動器機械過載，所述方法包括響應(yīng)于激活信號激活所述線性致動器，所述線性致動器構(gòu)造成在激活周期將可移動元 件從初始位置移動至優(yōu)選位置；基于激活的線性致動器并在初始延遲周期之后監(jiān)控過載條件； 基于探測過載條件而執(zhí)行機械過載保護控制方案包括停用所述線性致動器，標(biāo)記指示探測到過載條件的可移動元件位置的過載位置，并且 監(jiān)控重試計數(shù)器，所述重試計數(shù)器對應(yīng)于具有指示探測到過載條件的可移動元件的過載位 置的標(biāo)記的循環(huán)數(shù)；比較重試計數(shù)器和重試閾值；以及當(dāng)重試計數(shù)器小于重試閾值時激活所述線性致動器且保持停用足夠長的時間段以允 許所述線性致動器冷卻以在任何隨后的激活所述線性致動器之前消除剩余熱保持。
10.一種裝置，所述裝置用于執(zhí)行機械過載保護以防止發(fā)出激活信號的命令到所述線 性致動器，其會使所述線性致動器機械過載，所述裝置包括聯(lián)接于可移動元件的線性致動器，其構(gòu)造為在激活周期將可移動元件從初始位置移動 到優(yōu)選位置；與可移動元件和線性致動器相關(guān)聯(lián)的激活控制器； 響應(yīng)于激活信號激活線性致動器；基于激活的線性致動器在初始延遲周期之后監(jiān)控過載條件； 基于探測過載條件執(zhí)行機械過載保護控制方案，其包括停用所述線性致動器，標(biāo)記指示探測到過載條件的可移動元件位置的過載位置，并且 監(jiān)控重試計數(shù)器，所述重試計數(shù)器對應(yīng)于具有指示探測到過載條件的可移動元件的過載位 置的標(biāo)記的循環(huán)數(shù)；比較重試計數(shù)器和重試閾值；以及當(dāng)重試計數(shù)器小于重試閾值時激活所述線性致動器且保持停用足夠長的時間段以允許所述線性致動器冷卻以在任何隨后的激活所述線性致動器之前消除剩余熱保持。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于過載保護的基于位置反饋的控制的方法。具體地，一種執(zhí)行機械過載保護的方法，以防止發(fā)出控制信號給線性致動器，當(dāng)探測到線性致動器的過載條件時其可能使線性致動器機械過載，使用線性致動器響應(yīng)于控制信號來控制和線性致動器相關(guān)聯(lián)的可移動元件，該方法包括基于在積分周期與線性致動器相關(guān)聯(lián)的可移動元件的位置變化和積分周期的剩余能量來監(jiān)控過載條件，當(dāng)探測到過載條件時斷開線性致動器，基于探測到過載條件的循環(huán)數(shù)監(jiān)控過載重試計數(shù)器，將過載重試計數(shù)器和過載重試閾值相比較，當(dāng)過載重試計數(shù)器小于過載重試閾值時重新通電線性致動器，以及當(dāng)過載重試計數(shù)器至少達到過載重試閾值時保持斷開線性致動器。
文檔編號H02H7/085GK101950952SQ20101025655
公開日2011年1月19日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者A·L·布勞恩, D·L·帕特森, L·郝, M·A·沃斯, P·W·亞歷山大, X·高 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司