專利名稱：用于sma裝置的過負(fù)荷保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測和防止過負(fù)荷狀態(tài)對通電活性材料的損害。
背景技術(shù)：
這部分的敘述僅提供涉及本發(fā)明的背景信息，并且不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。活性材料提供激勵(致動)，具有相對低的成本和質(zhì)量?；钚圆牧峡砂ㄐ螤钣洃?合金(SMA)，電活性聚合物(EAP)，壓電的、磁致伸縮的和電致伸縮的材料。通過施加通過該 活性材料的電流，來增加該活性材料的溫度或磁場，活性材料能夠從施加了應(yīng)力或負(fù)載的 狀態(tài)中恢復(fù)應(yīng)變?；謴?fù)應(yīng)變的能力使得活性材料能夠提供激勵。在許多應(yīng)用中，活性材料 是SMA導(dǎo)線或電纜。然而，由于SMA材料的熱性能，過負(fù)荷保護(hù)期望能夠防止導(dǎo)線過度拉伸 以及由此喪失在被激活時恢復(fù)應(yīng)變的能力。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于檢測通電線性致動器的機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)以防止向該線性致動器發(fā)出可 能使該線性致動器機(jī)械過負(fù)荷的啟動信號的方法，包括監(jiān)測與該線性致動器相關(guān)的活動 部件的反饋?zhàn)兓?，包括監(jiān)測該活動部件的當(dāng)前反饋信號，監(jiān)測該活動部件的先前反饋信號， 比較該當(dāng)前反饋信號和先前反饋信號并基于該比較確定該反饋?zhàn)兓?。比較該反饋?zhàn)兓头?饋?zhàn)兓撝?。監(jiān)測與用于控制該線性致動器的啟動信號相關(guān)的輸入信號，并比較該輸入信 號和輸入信號閾值。在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝登以撦斎胄盘柎笥谠撦斎胄盘栭撝?時，檢測到電過負(fù)荷狀態(tài)。本發(fā)明進(jìn)一步包括下面的技術(shù)方案。方案1. 一種用于檢測通電線性致動器的機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)并提供機(jī)械過負(fù)荷保護(hù) 方案的方法，該機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案用于防止向該線性致動器發(fā)出啟動信號，在檢測到機(jī) 械過負(fù)荷狀態(tài)時該啟動信號可能使該線性致動器機(jī)械過負(fù)荷，所述方法包括監(jiān)測與該線性致動器相關(guān)的可動部件的反饋?zhàn)兓ūO(jiān)測該可動部件的當(dāng)前反 饋信號，監(jiān)測該可動部件的先前反饋信號，比較該當(dāng)前反饋信號和先前反饋信號并基于該 比較確定該反饋?zhàn)兓?；比較該反饋?zhàn)兓头答佔(zhàn)兓撝?；監(jiān)測與用于控制該線性致動器的啟動信號相關(guān)的輸入信號；比較該輸入信號和輸入信號閾值；以及檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)并在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝登以撦斎胄盘柎笥?該輸入信號閾值時，提供該機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案。
方案2.根據(jù)方案1的方法，其中監(jiān)測該可動部件的當(dāng)前反饋信號包括監(jiān)測該可動 部件的當(dāng)前位置，且監(jiān)測該可動部件的先前反饋信號包括在隨后的啟動周期期間監(jiān)測該可 動部件的先前位置。方案3.根據(jù)方案2的方法，其中該當(dāng)前位置對應(yīng)于該可動部件的轉(zhuǎn)動位置、旋轉(zhuǎn) 角度、線性運(yùn)動以及該線性致動器的電阻中的至少一個。方案4.根據(jù)方案1的方法，其中監(jiān)測與用于控制該線性致動器的啟動信號相關(guān)的 輸入信號包括監(jiān)測指示該可動部件的優(yōu)選位置的命令信號；監(jiān)測指示該可動部件的當(dāng)前位置的當(dāng)前反饋信號；比較上述命令信號和當(dāng)前反饋信號；以及基于上述比較確定誤差信號。方案5.根據(jù)方案4的方法，其中比較該輸入信號和輸入信號閾值包括比較該誤差信號和誤差閾值；監(jiān)測過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器；比較該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器和過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值；以及在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝?、誤差信號大于該誤差信號閾值且過負(fù)荷時間 計(jì)數(shù)器超過該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值時，檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)。方案6.根據(jù)方案1的方法，其中監(jiān)測與用于控制該線性致動器的啟動信號相關(guān)的 輸入信號包括監(jiān)測指示該可動部件的優(yōu)選位置的命令信號；監(jiān)測指示該可動部件的當(dāng)前位置的該當(dāng)前反饋信號；比較上述命令信號和當(dāng)前反饋信號；基于對該命令信號和當(dāng)前反饋信號的比較進(jìn)行PI控制來確定放大信號；監(jiān)測該線性致動器大體的周圍溫度以及電能存儲設(shè)備的電壓電位，該電能存儲設(shè) 備用于在該線性致動器響應(yīng)于該啟動信號而處于啟用期間時，提供流過該線性致動器的激 勵電流；以及基于該放大信號、周圍溫度以及該電壓電位確定控制信號，該控制信號包括與該 電壓電位和周圍溫度相關(guān)的最大和最小值。方案7.根據(jù)方案6的方法，其中比較該輸入信號和輸入閾值，包括比較該控制信號和控制信號閾值；監(jiān)測過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器；比較該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器和過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值；以及在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝?、控制信號大于該控制信號閾值且過負(fù)荷時間 計(jì)數(shù)器超過該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值時，檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)。方案8.根據(jù)方案7的方法，其中在該線性致動器響應(yīng)于該啟動信號而啟用期間， 該控制信號表示用于控制流過該線性致動器的激勵電流的脈沖寬度調(diào)制、電流調(diào)制和電壓 調(diào)制中的一種。方案9.根據(jù)方案1的方法，其中在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝登逸斎胄盘柎?于該輸入信號閾值時檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)且提供該機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案包括立即斷電
5(禁用)該線性致動器從而冷卻該線性致動器。方案10.根據(jù)方案9的方法，還包括在斷電該線性致動器預(yù)定持續(xù)時間后接著再 次為該線性致動器通電。方案11.根據(jù)方案1的方法，還包括在監(jiān)測與該線性致動器相關(guān)的可動部件的反 饋?zhàn)兓氨O(jiān)測初始延遲周期，該初始延遲周期足以允許該通電線性致動器的剩余熱量降 低，從而減少由于低的反饋?zhàn)兓瘞淼腻e誤的過負(fù)荷狀態(tài)檢測。方案12.根據(jù)方案11的方法，其中該初始延遲周期被可變地選擇，包括在通電之 前該線性致動器上基本沒有剩余熱量時選擇較長的初始延遲周期，以及在通電之前該線性 致動器上保留有剩余熱量時選擇較短的初始延遲周期。方案13. —種用于檢測通電線性致動器的機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)并提供機(jī)械過負(fù)荷保 護(hù)方案的方法，該機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案用于防止發(fā)出啟動信號來控制與該線性致動器相關(guān) 聯(lián)的可動部件，在檢測到機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)時該啟動信號可能使該線性致動器機(jī)械過負(fù)荷， 所述方法包括監(jiān)測過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器；監(jiān)測該可動部件的反饋?zhàn)兓ūO(jiān)測該可動部件的當(dāng)前位置；監(jiān)測所監(jiān)測的當(dāng)前位置之前的周期內(nèi)該可動部件的先前位置；比較該當(dāng)前位置和該先前位置；以及基于該比較來確定該反饋?zhàn)兓?；比較該反饋?zhàn)兓c反饋?zhàn)兓撝担换谠摽蓜硬考膬?yōu)選位置以及該可動部件的當(dāng)前位置監(jiān)測輸入信號；比較該輸入信號和所選擇的輸入信號閾值；比較該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器和過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值；在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝?、輸入信號大于該選擇的輸入信號閾值且過負(fù) 荷時間計(jì)數(shù)器大于該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值時，檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)；以及基于所述檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)來提供該過負(fù)荷保護(hù)方案。方案14.根據(jù)方案13的方法，其中該線性致動包括由活性材料制成的導(dǎo)線和電纜 中的一種。方案15.根據(jù)方案13的方法，其中該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值基于與該線性致動器 相關(guān)的過負(fù)荷循環(huán)壽命和操作循環(huán)壽命。方案16.根據(jù)方案13的方法，其中所選擇的輸入信號閾值包括容許極限的范圍， 所述范圍包括實(shí)質(zhì)上減少過早的過負(fù)荷狀態(tài)檢測的下閾值極限以及實(shí)質(zhì)上與可動部件的 優(yōu)選位置相一致的上閾值極限中的一個。方案17.根據(jù)方案13的方法，其中該反饋?zhàn)兓撝狄蕾囉谄谕膯訒r間而變， 以使該可動部件運(yùn)動到該優(yōu)選位置。方案18.根據(jù)方案16的方法，其中該反饋?zhàn)兓撝蛋ㄈ菰S極限的范圍，所述范 圍包括下列各項(xiàng)之一使該可動部件運(yùn)動的期望啟動時間長時的反饋?zhàn)兓麻撝禈O限，以 及使該可動部件運(yùn)動的期望啟動時間短時的反饋?zhàn)兓撝瞪蠘O限。方案19.根據(jù)方案13的方法，其中基于檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)來提供該過負(fù)荷保
6護(hù)方案包括監(jiān)測時間周期內(nèi)過負(fù)荷狀態(tài)周期的次數(shù)；比較該過負(fù)荷狀態(tài)周期的次數(shù)和過負(fù)荷周期閾值；以及在過負(fù)荷狀態(tài)周期的次數(shù)至少為過負(fù)荷周期閾值時斷電該線性致動器以實(shí)質(zhì)上 冷卻該線性致動器，且在過負(fù)荷狀態(tài)周期的次數(shù)小于過負(fù)荷周期閾值時暫時地斷電該線性 致動器。方案20. —種用于檢測通電線性致動器的機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)并在檢測到該機(jī)械過 負(fù)荷狀態(tài)時提供機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案的裝置，包括連接到線性致動器的可動部件；以及啟動控制器監(jiān)測連接到該線性致動器的可動部件的反饋?zhàn)兓ūO(jiān)測該可動部件的當(dāng)前反 饋信號、監(jiān)測該可動部件的先前反饋信號、比較該當(dāng)前反饋信號和先前反饋信號并基于該 比較確定該反饋?zhàn)兓?；比較該反饋?zhàn)兓c反饋?zhàn)兓撝担槐O(jiān)測與控制該線性致動器的啟動信號相關(guān)的輸入信號；比較該輸入信號與輸入信號閾值；以及檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)并在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝登以撦斎胄盘柎笥?該輸入信號閾值時提供該機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案。


下面參考相應(yīng)的附圖，通過示例來描述一個或多個實(shí)施例，其中圖1A和1B是根據(jù)本發(fā)明示出的奧氏體-馬氏體晶體變換的臨界應(yīng)力隨溫度而變 的相圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明披露的材料的應(yīng)力和應(yīng)變的圖解；圖3和4根據(jù)本發(fā)明繪制了指示出由一種示例性SMA材料制成的導(dǎo)線或電纜的應(yīng) 力(0)0、應(yīng)變(06和溫度arc ))i的三維視圖，所述示例性SMA材料在不同的負(fù)荷和 溫度條件下既展現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)又展現(xiàn)出超彈效應(yīng)；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明用于一種設(shè)備的致動器系統(tǒng)，該設(shè)備包括具有連接到線性 SMA致動器的旋轉(zhuǎn)部件的外殼；圖6和7的每個都是根據(jù)本發(fā)明的控制電路的詳細(xì)原理圖，該控制電路包括啟動 控制器，以控制使用了線性SMA致動器的設(shè)備的位置；圖8A和8B根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例圖示了當(dāng)SMA致動器被啟動和禁用時 SMA致動器上的應(yīng)力(0 )、應(yīng)變(O以及應(yīng)變恢復(fù)(￡ EEC)的詳細(xì)視圖；圖9-11根據(jù)本發(fā)明圖示了當(dāng)在線性SMA致動器上施加高激勵電流電平以在一定 時間周期內(nèi)響應(yīng)于啟動信號而提供啟動時，所采用的用于檢測該線性SMA致動器中的過負(fù) 荷條件的形成的各種控制方案；以及圖12根據(jù)本發(fā)明圖示了用于防止由圖9-11中的一種控制方案檢測的過負(fù)荷狀態(tài) 的控制方案。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中這些附圖僅用于解釋某些示例性實(shí)施例的目的，而不用于限 制的目的，圖1A和1B解釋了用于形狀記憶合金(SMA)的奧氏體-馬氏體晶體變換的臨界 應(yīng)力隨溫度而變的相圖。橫坐標(biāo)軸1表示溫度且縱坐標(biāo)軸0表示應(yīng)力(o )。SMA由于在馬 氏體和奧氏體之間的結(jié)晶轉(zhuǎn)化而具有很強(qiáng)的應(yīng)變可恢復(fù)特性。結(jié)果，由于SMA可提供大的 形狀改變或產(chǎn)生大的力而令人期望。圖2概略地解釋了一種材料的應(yīng)力(o )和應(yīng)變(O。橫坐標(biāo)軸6表示應(yīng)變(￡ ) 且縱坐標(biāo)軸0表示應(yīng)力(0)。如所示出的，依賴于溫度的應(yīng)變在加熱14時按滯后回線恢復(fù) 或者在卸載該材料時恢復(fù)。這種可逆、可控的較大應(yīng)變的能力是對選擇SMA作為致動器材 料產(chǎn)生興趣的根本。這些材料可以很容易地引起大的形狀改變。在約束狀態(tài)下，大的應(yīng)力 可被傳遞給相連的結(jié)構(gòu)部件。參考圖1A和圖2，SMA的行為是由于在高對稱母相奧氏體10和低對稱子相馬氏體 12之間的可逆熱彈晶相轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的。奧氏體10和馬氏體12之間相變作為應(yīng)力和溫度的結(jié) 果發(fā)生。在應(yīng)力13下馬氏體相12的形成導(dǎo)致可引起大的誘導(dǎo)應(yīng)變的優(yōu)選的各種結(jié)晶取向 的形成。參考圖1B，在靜載荷和充分低的溫度下，該材料穩(wěn)定在馬氏體12。在充分高的溫 度下，該材料穩(wěn)定在奧氏體10。馬氏體開始(Ms)3和結(jié)束(Mf)2分別指示了馬氏體12相 轉(zhuǎn)化開始和結(jié)束的溫度。奧氏體開始(As)4和結(jié)束(Af) 5分別指示了奧氏體10相轉(zhuǎn)化開 始和結(jié)束的溫度。溫度在Mf2以下，SMA材料穩(wěn)定在馬氏體12相。當(dāng)SMA材料在馬氏體12 相且在恒定應(yīng)力下加熱時，向奧氏體相10的轉(zhuǎn)化只有在溫度在第三區(qū)域20超過As4時才 開始。從這個點(diǎn)，材料逐漸地向奧氏體向相10轉(zhuǎn)化，直到在Af5完成該轉(zhuǎn)化。如圖1B中所 示，當(dāng)溫度在Af5以上，在靜應(yīng)力22下，材料穩(wěn)定在奧氏體10相。然而，施加足夠的負(fù)載24 給該材料則可能引起從奧氏體10到可伸縮(或去孿晶的)馬氏體的固態(tài)、無擴(kuò)散相變，從 而導(dǎo)致該材料的誘導(dǎo)應(yīng)變。在隨后于相同溫度下的卸載26期間，該材料回復(fù)到奧氏體10， 其中該應(yīng)變?nèi)炕虿糠值鼗謴?fù)。參考圖3，示出了指示出由一種示例性SMA材料制成的導(dǎo)線或電纜的應(yīng)力(0 )0、 應(yīng)變(￡ )6和溫度(T(°C))1的三維視圖，所述示例性SMA材料在不同的負(fù)荷和溫度條件下 既展現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)又展現(xiàn)出超彈效應(yīng)。在參考點(diǎn)81和91之間，之前在較低溫度下的誘 導(dǎo)應(yīng)變隨著溫度的升高而恢復(fù)。在參考點(diǎn)91和93之間，向處于奧氏體相的SMA電纜或?qū)?線施加拉伸負(fù)荷，在參考點(diǎn)91和95之間產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)維持在恒定溫度時，在參考點(diǎn)95和 91之間SMA電纜或?qū)Ь€部分地卸載，其中在參考點(diǎn)97和99之間，大部分誘導(dǎo)應(yīng)變被恢復(fù)。 當(dāng)仍然維持在該恒定溫度時，在參考點(diǎn)99和91之間，該SMA電纜或?qū)Ь€完全卸載，其中在 奧氏體相中應(yīng)變完全恢復(fù)。在參考點(diǎn)91和81之間，該SMA電纜或?qū)Ь€被冷卻到材料的特 定溫度(比溫)，其中該材料從奧氏體相到馬氏體相進(jìn)行相變。因此，SMA材料可被應(yīng)用于 實(shí)現(xiàn)形狀改變，該形狀改變響應(yīng)于啟動(激活)信號，比如激勵電流而引起，所述啟動信號 造成該SMA材料的溫度增加和溫度減小中的一種。如下所述，在物理約束的應(yīng)用中，SMA材 料可被應(yīng)用于響應(yīng)于所述啟動信號而在連接的結(jié)構(gòu)部件之間引起應(yīng)力。參考圖4，示出了指示出由一種示例性SMA材料制成的導(dǎo)線或電纜的應(yīng)力(0)0、 應(yīng)變(￡ )6和溫度(T(°C))1的三維視圖，所述示例性SMA材料在不同的負(fù)荷和溫度條件下既展現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)又展現(xiàn)出超彈效應(yīng)。在參考點(diǎn)81和83之間，向處于馬氏體相的SMA 材料施加負(fù)荷，生成應(yīng)變。當(dāng)維持在靜態(tài)溫度時，該材料在參考點(diǎn)83和85之間卸載。在參 考點(diǎn)81和85之間加載和卸載的循環(huán)導(dǎo)致該材料穩(wěn)定在馬氏體相并具有誘導(dǎo)應(yīng)變。增加材 料的溫度導(dǎo)致在參考點(diǎn)85和87之間相對靜態(tài)的應(yīng)變。然而，在參考點(diǎn)87和89之間，在某 一材料的特定溫度，應(yīng)變迅速減小(即，恢復(fù))，其中發(fā)生從馬氏體到奧氏體的轉(zhuǎn)換。在參考 點(diǎn)91，轉(zhuǎn)變后的材料穩(wěn)定在奧氏體相。在從奧氏體冷卻到馬氏體時，即便有的話，通常也只 觀察到微小的應(yīng)變(或形狀改變)，除非該材料已被明顯地處理成具有所謂的雙向形狀記 憶效應(yīng)。一種使用具有雙向形狀記憶效應(yīng)的SMA材料的替代方案包括偏置元件的使用，以 在該材料冷卻時形成誘導(dǎo)應(yīng)變。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的用于設(shè)備10的致動器系統(tǒng)。該設(shè)備10包 括外殼32，其包括在輪軸39處可樞轉(zhuǎn)地安裝在外殼32中的旋轉(zhuǎn)部件34。外殼32分別包 括內(nèi)表面和外表面31、33。旋轉(zhuǎn)部件34可被封閉在外殼32的內(nèi)表面31內(nèi)。該致動器系統(tǒng) 包括電連接到啟動控制器40的線性SMA致動器30。該線性SMA致動器30連接到該旋轉(zhuǎn) 部件34的一側(cè)，且機(jī)械偏置部件44相對于輪軸39在相對的一側(cè)機(jī)械連接到旋轉(zhuǎn)部件34。 該線性SMA致動器30和偏置部件44在對應(yīng)于輪軸39的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)施加相對的拉伸力，導(dǎo)致相 對的轉(zhuǎn)矩臂。位置反饋傳感器50構(gòu)造成監(jiān)測旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的位置，例如旋轉(zhuǎn)位置。該啟動 控制器40監(jiān)測來自位置反饋傳感器50的信號輸入并產(chǎn)生啟動信號，其控制激勵電流以 啟動線性SMA致動器30。該線性SMA致動器30包括由活性材料制成的導(dǎo)線或電纜，該活性材料可包括SMA 材料。該線性SMA致動器30的第一端30A機(jī)械連接到位于設(shè)備10上的固定定位點(diǎn)37。該 線性SMA致動器30的第二端30B機(jī)械連接到旋轉(zhuǎn)設(shè)備34上的固定定位點(diǎn)35。線性SMA致 動器30在被啟動時相對于輪軸39在旋轉(zhuǎn)設(shè)備34上引起轉(zhuǎn)矩，促使旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34A 旋轉(zhuǎn)。活性材料可替代的實(shí)施例包括電活性聚合體(EAP)、壓電的、磁致伸縮的和電致伸縮 的材料?？梢岳斫獾氖腔钚圆牧显扇Q于所期望的該設(shè)備的功能以及所期望的該元件 的啟動力而被應(yīng)用于廣泛的各種形狀。啟動控制器40在第一端30A和第二端30B電連接到該線性SMA致動器30，并且 產(chǎn)生啟動信號V_79，其控制激勵電流以啟動該線性SMA致動器30。在一個實(shí)施例中，由啟 動信號V_79控制的激勵電流通過該線性SMA致動器30，并引起該致動器中的溫度改變，從 而在該線性SMA致動器30內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)致第二端30B相對于第一端30A物理地延伸或者 縮回，進(jìn)而在該旋轉(zhuǎn)設(shè)備34上引起轉(zhuǎn)矩以相對于設(shè)備10上的固定定位點(diǎn)37線性地移動固 定定位點(diǎn)35。在與激勵電流相關(guān)的電流為脈寬調(diào)制電流或以其他方式交變時，該啟動信號 Vem79可被用于，例如控制該電流的整個幅值，或者控制該電流的平均值或RMS幅值。可以 理解的是其他的實(shí)施例也可以提供該啟動信號Vem79來控制該激勵電流。在一個實(shí)施例中，啟動控制器40電連接到開關(guān)設(shè)備41，以響應(yīng)于啟動信號Vem79 控制施加給該線性SMA致動器30的激勵電流。該開關(guān)設(shè)備41通過控制從能量儲存設(shè)備 42 (例如電池)經(jīng)由導(dǎo)線線束到固定定位點(diǎn)37處流入線性SMA致動器30的第一端30A的 電流來控制激勵電流。如所示，開關(guān)設(shè)備41位于啟動狀態(tài)。該開關(guān)設(shè)備41可以采取任何 合適的方式，包括機(jī)械的、電磁的、電開關(guān)設(shè)備或固態(tài)設(shè)備，比如IGBT和M0SFET設(shè)備。偏置部件44連接到旋轉(zhuǎn)設(shè)備34，在一個實(shí)施例中該偏置設(shè)備包括分別具有第一
9端43和第二端45的機(jī)械彈簧設(shè)備。第一端43機(jī)械連接到旋轉(zhuǎn)設(shè)備34且第二端45機(jī)械 固定到外殼32的內(nèi)表面31。位置反饋傳感器50用于監(jiān)測旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的位置，由此可以確定與部件34A相關(guān) 聯(lián)的當(dāng)前位置(PM)。位置反饋傳感器50可以信號地連接到啟動控制器40。位置反饋傳感 器50可以是連接到輪軸39的旋轉(zhuǎn)位置傳感器，且在一個實(shí)施例中可被構(gòu)造成測量旋轉(zhuǎn)設(shè) 備34的旋轉(zhuǎn)角度。在一個實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)位置傳感器50可以是構(gòu)造成提供反饋位置的電 位計(jì)，且與設(shè)備10的外殼32成為一體?？蛇x地，其他的反饋傳感器可以監(jiān)測該線性SMA致 動器30的旋轉(zhuǎn)角度、線性運(yùn)動和電阻中的一個以獲得電流位置。向啟動控制器40提供信 號輸入的其他傳感器包括電壓監(jiān)測傳感器以用于監(jiān)測能量儲存設(shè)備42的輸出電壓(VB)，以 及溫度監(jiān)測傳感器以用于監(jiān)測線性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)于來自啟動控制器40的啟動信號V_79，相對于第一端 30A線性地移動第二端30B時，旋轉(zhuǎn)設(shè)備34繞輪軸39旋轉(zhuǎn)，改變了部件34A的位置。在示出的實(shí)施例中，該線性SMA致動器30在固定定位點(diǎn)35線性地移動旋轉(zhuǎn)設(shè)備 34。固定定位點(diǎn)35處的線性移動導(dǎo)致了旋轉(zhuǎn)設(shè)備34繞輪軸39的轉(zhuǎn)動，致使部件34A的轉(zhuǎn) 動?？梢岳斫獾氖强蛇x的實(shí)施例可包括連接到該線性SMA致動器30的設(shè)備的線性移動以 及相關(guān)的旋轉(zhuǎn)和移動。當(dāng)該線性SMA致動器30被禁用，偏置部件44施加偏置力94給旋轉(zhuǎn)設(shè)備34，從而 產(chǎn)生對該線性SMA致動器30施加應(yīng)變并從而拉伸該線性SMA致動器30的應(yīng)力?？梢岳斫?的是當(dāng)該線性SMA致動器30被禁用時，開關(guān)41也被禁用且位于斷開位置。當(dāng)該線性SMA 致動器30啟用時，該線性SMA致動器30恢復(fù)所施加的與偏置部件相關(guān)聯(lián)的應(yīng)變，且對該偏 置部件44施加相反的力96，克服偏置力94并繞輪軸39轉(zhuǎn)動該旋轉(zhuǎn)設(shè)備34、轉(zhuǎn)動或線性地 移動該部件34A。該啟動控制器40構(gòu)造成接收參考信號或命令信號(Pe)，并響應(yīng)于該參考 信號和指示與部件34A相關(guān)的當(dāng)前位置(PM)的反饋信號而產(chǎn)生啟動信號V_79。命令信號 (Pc)可包括預(yù)定的與部件34A相關(guān)的不連續(xù)的位置，比如打開或閉合?？蛇x地，命令信號 (Pc)可包括與部件34A相關(guān)的線性位置，比如部分打開(percent-opened)位置或部分閉合 (percent-closed)位置。命令信號(Pc)可由另一個控制方案生成，或者可由操作者通過用 戶界面生成。命令信號(Pe)可以響應(yīng)于車輛狀態(tài)啟用或禁用設(shè)備10。生成控制信號(Pe) 的車輛狀態(tài)的非限制性實(shí)例包括打開門或關(guān)閉門事件以及打開窗口或關(guān)閉窗口事件。啟動控制器40將指示與部件34A相關(guān)的當(dāng)前位置(PM)的當(dāng)前位置反饋信號和控 制信號(Pc)相比較，并相應(yīng)地產(chǎn)生啟動信號VeM79。該啟動信號VeM79用于通過采用針對 線性SMA致動器的脈沖寬度調(diào)制(PWM)或電壓調(diào)節(jié)來控制電功率，從而產(chǎn)生流過該線性SMA 致動器30的激勵電流。該啟動控制器40可包括微控制器以用于執(zhí)行生成啟動信號Vem79 的控制方案和電路，該啟動信號Vem79與功率級，例如PWM控制器相通信以啟用或禁用流過 該線性SMA致動器30的激勵電流。對指示當(dāng)前位置(PM)的當(dāng)前位置反饋信號的基于時間 的微商可用于過負(fù)荷保護(hù)和精確控制。圖6示出了用于啟動控制器40的控制電路的實(shí)施例的詳細(xì)示意性電路圖，該啟動 控制器40用于控制設(shè)備的位置，例如控制該旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34A的位置。啟動控制器 40包括控制電路以用于產(chǎn)生啟動信號Vem79來控制PWM發(fā)生器58，該P(yáng)WM發(fā)生器58通過開 關(guān)設(shè)備41控制流過線性SMA致動器30的激勵電流?？蛇x地，啟動控制器40包括控制電路以用于產(chǎn)生啟動信號V_79，該啟動信號VeM79包括電壓調(diào)節(jié)器設(shè)備，其控制流向線性SMA 致動器30的激勵電流。生成命令信號71，其可以是與設(shè)備的優(yōu)選位置，比如旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34A的優(yōu) 選位置相關(guān)的命令信號。位置反饋傳感器50測量當(dāng)前位置反饋信號73，其被輸入到信號處 理電路93，由此確定關(guān)注的部件的當(dāng)前位置(PM)，例如旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34A的位置。信 號處理電路93還監(jiān)測來自電壓傳感器52和周圍溫度傳感器54的信號輸入，以分別確定電 壓電位(VB) 63和周圍溫度(T)75。利用差分單元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)，該差分單元51確定位置差異或誤差信號77，其被輸入到誤差放大器 72。誤差放大器72可包括PI控制器，且生成放大信號81，該放大信號81被傳送到信號限 制器74。該信號限制器74對放大信號81施加限制以產(chǎn)生控制信號76，該控制信號76包括 與電壓電位(VB)63和周圍溫度(T) 75相關(guān)的最大和最小控制信號值。過負(fù)荷保護(hù)電路91 在由能量儲存設(shè)備42輸出的電壓電位(VB)63、周圍溫度(T)75、和指示旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件 34A的當(dāng)前位置(PM)的當(dāng)前位置反饋信號73的條件下監(jiān)測控制信號76以檢測機(jī)械過負(fù)荷 狀態(tài)并執(zhí)行過負(fù)荷保護(hù)，從而防止發(fā)出可能導(dǎo)致線性SMA致動器30出現(xiàn)機(jī)械過負(fù)荷的控制 信號。最終控制信號，即啟動信號VeM79包括用于控制線性SMA致動器30的占空因數(shù)控制 信號，其被輸出給致動器，例如PWM發(fā)生器58和相關(guān)開關(guān)設(shè)備41中的一個?？蛇x的，包括 用于控制線性SMA致動器30的電壓控制信號的啟動信號Vem79可被輸出給電壓調(diào)節(jié)器或 電流調(diào)節(jié)器。一個示例性的過負(fù)荷保護(hù)電路可參考圖14來解釋。圖7是一個示意性的電路圖，示出了控制電路38的實(shí)施例的細(xì)節(jié)，啟動控制器40 采用該控制電路來控制傳遞到包括位置傳感器50在內(nèi)的線性SMA致動器30的激勵電流。 位置傳感器50可以是構(gòu)造成如所描述的作為旋轉(zhuǎn)位置感測設(shè)備來操作的電位計(jì)設(shè)備?？?制電路38包括線性比較器裝置102，在一個實(shí)施例中其可以是運(yùn)算放大器。能量儲存設(shè)備 42提供輸出電壓(Vc)83以提供電功率給位置傳感器50和線性比較器裝置102?？煽剌敵?電壓(Ve)83可以是0V的直流，其禁用該控制電路38，以便控制處于具有旋轉(zhuǎn)部件34的對 應(yīng)轉(zhuǎn)動的延伸態(tài)800的線性SMA致動器30。該可控輸出電壓(Vc)83可以是5V的直流或其 他合適的電壓電平，以啟動控制電路38來控制處于具有旋轉(zhuǎn)部件34的對應(yīng)轉(zhuǎn)動的收縮態(tài) 802的該線性SMA致動器30。當(dāng)該能量儲存設(shè)備42控制輸出電壓(Ve)83來啟動該控制電路38時，向該線性SMA 致動器30提供致使其收縮的電功率。該位置傳感器50生成輸入到該線性比較器裝置102 的正極(+)輸入端的信號。輸入到該線性比較器裝置102的負(fù)極(-)輸入端的信號為校準(zhǔn) 參考電壓，其可采用形成分壓器的可變電阻裝置108來設(shè)定?？梢岳斫獾氖禽斎氲皆摼€性 比較器裝置102的負(fù)極(-)輸入端的參考電壓可以采用其他的裝置和方法來生成。當(dāng)通過 能量儲存設(shè)備42提供電功率來啟用該控制電路38時，輸入該線性比較器裝置102的負(fù)極 (-)輸入端的參考電壓將該線性SMA致動器30控制到與收縮態(tài)802相關(guān)聯(lián)的預(yù)定長度并相 應(yīng)地轉(zhuǎn)動該旋轉(zhuǎn)部件34。該比較器102生成輸出電壓，其對應(yīng)于啟動信號V_79，在一個實(shí) 施例中該啟動信號可被輸入到任選的電路驅(qū)動器58。信號限制器74，在一個實(shí)施例中為電 阻設(shè)備的形式，電連接在該線性SMA致動器30的第二端30B和能量存儲設(shè)備42之間。上 拉電阻53電連接在能量存儲設(shè)備42和比較器102的輸出引腳之間。
該線性SMA致動器30分別包括第一和第二端30A和30B，其中該第二端30B機(jī)械 連接到旋轉(zhuǎn)設(shè)備34上的固定定位點(diǎn)35，且第一端30A機(jī)械固定在外殼32的內(nèi)表面上的固 定定位點(diǎn)37。來自位置傳感器50的反饋電壓輸入到比較器102，其中該反饋電壓與參考電 壓相比較。該比較器裝置102信號地連接到任選的電路驅(qū)動器58并生成啟動信號以控制 開關(guān)設(shè)備41，以響應(yīng)于啟動信號Vaffi而控制該線性SMA致動器30的電功率。該比較器102 構(gòu)造成控制激勵電流和相關(guān)的材料溫度并因此控制該線性SMA致動器30的長度。由于來 自位置傳感器50的反饋電壓被用于控制該線性SMA致動器30的長度，比如溫度或氣流的 任何外部力在內(nèi)部被補(bǔ)償。操作中，只要來自位置傳感器50的反饋電壓小于參考電壓，啟 動信號Vaffi 79就控制開關(guān)設(shè)備41傳遞激勵電流流過線性SMA致動器30。當(dāng)來自位置傳感 器50的反饋電壓大于參考電壓時，由比較器102輸出的啟動信號Vaffi 79下降至零，用于禁 用開關(guān)設(shè)備41來中斷和停止流過線性SMA致動器30的激勵電流。在一個實(shí)施例中，示出 的旋轉(zhuǎn)部件34處在與禁用狀態(tài)相關(guān)的第一位置800，以及與啟用狀態(tài)相關(guān)的第二位置802， 所述位置分別對應(yīng)于分壓器108在OV直流和5V直流時的參考電壓。根據(jù)本發(fā)明披露的一個示例性的實(shí)施例，圖8A和8B解釋了當(dāng)該SMA致動器30在 啟用和禁用時，該SMA致動器30上的應(yīng)力(σ )、應(yīng)變(ε )以及應(yīng)變恢復(fù)(ε EEC)的詳細(xì)視 圖。可以理解的是圖8A對應(yīng)于該SMA致動器30被禁用，即在延伸態(tài)800。圖8B對應(yīng)于該 SMA致動器30被啟用，即在收縮態(tài)802。應(yīng)該理解的是該SMA致動器30可包括一種選擇的 SMA材料，以便于該SMA致動器30的周圍或操作溫度小于該SMA材料的奧氏體初始溫度。 因此，當(dāng)該SMA致動器30被禁用時，且未被電加熱時，該SMA致動器30維持在馬氏體相且 被保護(hù)以防由于周圍溫度的上升而被意外致動。參考圖8A，當(dāng)該線性SMA致動器30被禁用時，偏置部件44對旋轉(zhuǎn)設(shè)備34施加偏 置力94，產(chǎn)生在該線性SMA致動器30上施加應(yīng)變(ε )的應(yīng)力(σ )，并因此延伸該線性SMA 致動器30以達(dá)到延伸態(tài)800?？梢岳斫獾氖钱?dāng)該線性SMA致動器30被禁用時，開關(guān)41也 被禁用且位于斷開位置。進(jìn)一步可以理解的是位置反饋傳感器50測量輸入到信號處理電 路93的當(dāng)前位置反饋信號，由此確定旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34Α的當(dāng)前位置(Pm) 73。參考圖8Β，當(dāng)該SMA致動器30被啟用時，該SMA致動器恢復(fù)所施加的與偏置部件 相關(guān)聯(lián)的應(yīng)變(ε EEC)，且對該偏置部件44施加相反的力96，以克服偏置力94并繞輪軸39 轉(zhuǎn)動該旋轉(zhuǎn)設(shè)備34以及旋轉(zhuǎn)或線性移動部件34A。可以理解的是位置反饋傳感器50測量 輸入到信號處理電路93的當(dāng)前位置反饋信號，由此確定旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34A的當(dāng)前位 置(Pm) 73。根據(jù)本發(fā)明披露的示例性實(shí)施例，圖9-11解釋了當(dāng)通過利用脈沖寬度調(diào)制 (PWM)、電流調(diào)制或電壓調(diào)制來控制電功率來施加高的激勵電流電平給線性SMA致動器30 以用于在一定周期時間內(nèi)提供致動時，用于檢測線性SMA致動器30中過負(fù)荷狀態(tài)發(fā)展的各 種控制方案?？梢岳斫獾氖窃谥聞悠鏖_始改變位置或出現(xiàn)任何反饋?zhàn)兓?，需要花費(fèi)時間來 加熱該線性SMA致動器30。這個初始加熱時間是變化的。在一個非限制性的實(shí)例中，初始 加熱時間為大約1秒。在這個期間，誤差可能較大且反饋?zhàn)兓扔诹?。因此，由于不希望?加熱期間引起過負(fù)荷，初始延遲周期被用于測量到誤差或反饋?zhàn)兓那樾巍Ｔ摮跏佳舆t周 期可被設(shè)置成允許通電線性致動器的剩余熱量降低，從而減少由于低反饋?zhàn)兓鸬腻e誤的過負(fù)荷狀態(tài)檢測。該初始延遲周期能被可變地選擇，包括在通電之前線性致動器基本上 未保留剩余熱量時，選擇較長的初始延遲周期；以及在通電之前線性致動器上保留有剩余 熱量時，選擇較短的初始延遲周期?？刂品桨?00和200 (分別為圖9和10)中預(yù)想的實(shí)施例包括當(dāng)檢測到過負(fù)荷狀 態(tài)時執(zhí)行過負(fù)荷保護(hù)方案?？梢岳斫獾氖菣z測過負(fù)荷狀態(tài)可基于預(yù)先確定的窗口，在該窗 口內(nèi)過負(fù)荷狀態(tài)的檢測必須滿足特定的次數(shù)。類似地，當(dāng)窗口內(nèi)的樣本中的每一個都滿足 過負(fù)荷狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)時，可以使用移動的窗口，在啟動控制器40中記錄滿足過負(fù)荷狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的 樣本?；谧钤绲暮妥罱臉颖緛砀掠?jì)數(shù)。在移動的窗口內(nèi)當(dāng)過負(fù)荷狀態(tài)滿足特定的次 數(shù)時，可以執(zhí)行過負(fù)荷保護(hù)方案?？商娲?，如果沒有采用預(yù)先確定的窗口，可以按基于時 間的方式檢測過負(fù)荷狀態(tài)。參考圖6和9，控制方案100通過基于當(dāng)前位置反饋信號73和之前的位置反饋信 號之間的差別監(jiān)測位置反饋?zhàn)兓?，以及基于?dāng)前位置反饋信號73(例如，旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部 件34A的當(dāng)前位置Pm)和命令信號71 (例如，旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34A的優(yōu)選位置)之間 的差別監(jiān)測誤差信號77來檢測過負(fù)荷狀態(tài)。如之前提到的，誤差信號77為用在啟動信號 Vcm79的產(chǎn)生中的輸入信號，該啟動信號V.79包括用于控制線性SMA致動器30的電壓電 平控制信號或脈沖寬度調(diào)制信號脈沖。如之前提到的，線性SMA致動器30的激勵電流增加 了該線性SMA致動器的溫度，以控制該線性SMA致動器30的長度來移動旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部 件34Α到優(yōu)選的位置。分別在方框101和102中開始控制方案100和增加窗口時間計(jì)數(shù)器。該窗口時間 計(jì)數(shù)器在判定方框103處與窗口時間閾值進(jìn)行比較。如果剩余的時間計(jì)數(shù)器大于該窗口時 間閾值，則在進(jìn)行到判定方框169之前在方框104將過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器和窗口時間計(jì)數(shù)器 重置為零。如果該窗口時間計(jì)數(shù)器小于窗口時間計(jì)數(shù)器閾值，則控制方案100繼續(xù)到方框 169，此處基于當(dāng)前位置反饋信號73和之前的位置反饋信號監(jiān)測位置反饋?zhàn)兓?。窗口時間 閾值被選擇作為用于監(jiān)測和檢測過負(fù)荷狀態(tài)所需的初始值和參數(shù)被重置時的時間周期。例 如，過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器和窗口時間計(jì)數(shù)器可每秒鐘被重置。參考判定方框170，比較位置反 饋?zhàn)兓c位置反饋?zhàn)兓撝?。如果位置反饋?zhàn)兓盘柎笥谖恢梅答佔(zhàn)兓撝?，則該控制方 案100由于未檢測到過負(fù)荷狀態(tài)而在方框199處結(jié)束。如果位置反饋?zhàn)兓盘栃∮谖恢梅?饋?zhàn)兓撝?，則控制方案繼續(xù)到監(jiān)測到誤差信號77的方框173。可以理解的是如果位置反 饋?zhàn)兓∮谖恢梅答佔(zhàn)兓撝?，則在線性SMA致動器的啟動期間旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34Α的 當(dāng)前位置Pm的變化過慢，從而指示出線性SMA致動器30啟用的阻斷或中斷。線性SMA致 動器30啟用的阻斷或中斷可能是由于對線性SMA致動器30施加了過長時間的激勵電流而 導(dǎo)致過負(fù)荷狀態(tài)的結(jié)果。位置反饋?zhàn)兓撝悼梢蕾囉谄谕膯訒r間而改變，以使旋轉(zhuǎn)設(shè) 備34的可動部件34Α運(yùn)動到優(yōu)選的位置。進(jìn)一步可以理解的是位置反饋?zhàn)兓撝悼砂?容許極限的范圍，包括在用于使該可動部件運(yùn)動的期望啟動時間長時選擇反饋?zhàn)兓麻撝?極限，以及在用于使該可動部件運(yùn)動的期望啟動時間短時選擇反饋?zhàn)兓祥撝禈O限。參考 判定方框174，將誤差信號77和誤差閾值相比較。如果誤差信號77小于該誤差閾值，則該 控制方案100由于未檢測到過負(fù)荷狀態(tài)而在方框199處結(jié)束。如果誤差信號77大于該誤 差閾值，則該控制方案100繼續(xù)到方框177，在此增加過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器?；诋?dāng)前位置反 饋信號73 (例如，旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34Α的當(dāng)前位置Pm)和命令信號71 (例如，旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34A的優(yōu)選位置)之間的差別將誤差閾值選擇作為可接受或容許的誤差。例如， 命令信號71可以命令旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34A的優(yōu)選位置轉(zhuǎn)動到60度的轉(zhuǎn)動角度，而當(dāng)前 位置反饋信號73僅指示旋轉(zhuǎn)設(shè)備的部件34A的當(dāng)前位置PM為55度，從而導(dǎo)致5度的誤差 信號77。如果誤差閾值選擇為4度，則誤差信號77將大于該誤差閾值，表明可能的過負(fù)荷。 可以理解的是誤差閾值可包括容許極限的范圍，包括選擇下閾值極限以基本上減少過負(fù)荷 狀態(tài)的過早檢測，以及選擇上閾值極限以基本上與可動部件的優(yōu)選位置相一致。參考判定方框178，比較過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器和過負(fù)荷時間閾值。過負(fù)荷時間閾值 被選擇為足夠的時間周期以在該控制方案100已經(jīng)確定位置反饋?zhàn)兓∮谖恢梅答佔(zhàn)兓?閾值(例如方框170)以及該誤差信號77大于誤差閾值(例如方框174)在窗口時間周期 內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)足夠次數(shù)時，檢測過負(fù)荷狀態(tài)。該過負(fù)荷時間閾值可以變化，且基于與線性SMA 致動器30的材料相關(guān)的過負(fù)荷循環(huán)壽命和操作循環(huán)壽命來選擇。如果過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器 小于該過負(fù)荷時間閾值，則該控制方案100由于沒有檢測到過負(fù)荷狀態(tài)而在方框199處結(jié) 束。如果過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器大于過負(fù)荷時間閾值，則檢測到過負(fù)荷狀態(tài)，并可利用過負(fù)荷保 護(hù)(即，圖12中所示的過負(fù)荷保護(hù)方案600)來防止該線性SMA致動器30中過負(fù)荷狀態(tài)的 發(fā)展。換句話說，對于待檢測的過負(fù)荷狀態(tài)而言，在窗口時間周期內(nèi)，位置反饋?zhàn)兓仨毿?于位置反饋?zhàn)兓撝登艺`差信號77必須大于誤差閾值一定數(shù)量的預(yù)定次數(shù)(即，窗口)。參考圖6和10，控制方案200通過基于當(dāng)前位置反饋信號73和之前的位置反饋 信號之間的差別監(jiān)測位置反饋?zhàn)兓约盎诋?dāng)前位置反饋信號73 (例如，旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的 部件34A的當(dāng)前位置Pm)和命令信號71 (例如，旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34A的優(yōu)選位置)監(jiān)測 控制信號76來檢測過負(fù)荷狀態(tài)。如之前提到的，該控制信號76為由信號限制器74產(chǎn)生且 用在啟動信號V。M79的產(chǎn)生中的輸入信號，該啟動信號V.79包括用于控制線性SMA致動器 30的電壓電平控制信號或脈沖寬度調(diào)制信號脈沖。該控制信號76進(jìn)一步包括與電壓電位 (VB)63和周圍溫度(T) 75相關(guān)的最大和最小控制信號值。如前所述，周圍溫度(T)75是在 該線性SMA致動器處或基本上在該線性SMA致動器附近測量的溫度，且電壓電位(Vb) 63對 應(yīng)于為控制該線性SMA致動器30而提供激勵電流的電能存儲設(shè)備。分別在方框201和202中開始控制方案200和增加窗口時間計(jì)數(shù)器。該窗口時間 計(jì)數(shù)器在判定方框203處與窗口時間閾值進(jìn)行比較。如果窗口時間計(jì)數(shù)器大于該窗口時間 閾值，則在進(jìn)行到判定方框269之前將窗口時間計(jì)數(shù)器和過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器在方框204處 重置為零。如果該窗口時間計(jì)數(shù)器小于窗口時間閾值，則控制方案200繼續(xù)到方框269，在 此處基于當(dāng)前位置反饋信號73和之前的位置反饋信號監(jiān)測位置反饋?zhàn)兓?。窗口時間閾值 被選擇作為監(jiān)測和檢測過負(fù)荷狀態(tài)所需的初始值和參數(shù)被重置時的時間周期。例如，過負(fù) 荷時間計(jì)數(shù)器和窗口時間計(jì)數(shù)器可每秒鐘被重置。參考判定方框270，比較位置反饋?zhàn)兓c 位置反饋?zhàn)兓撝怠Ｈ绻恢梅答佔(zhàn)兓笥谖恢梅答佔(zhàn)兓撝?，則該控制方案200由于沒 有檢測到過負(fù)荷狀態(tài)而在方框299處結(jié)束。如果位置反饋?zhàn)兓∮谖恢梅答佔(zhàn)兓撝?，則 控制方案繼續(xù)到方框276，在此監(jiān)測控制信號76且將其與控制信號閾值進(jìn)行比較。可以理 解的是，如果位置反饋?zhàn)兓∮谖恢梅答佔(zhàn)兓撝?，則在線性SMA致動器的啟動期間旋轉(zhuǎn) 設(shè)備34的部件34Α的當(dāng)前位置Pm的變化過慢，從而指示出線性SMA致動器30啟用的阻斷 或中斷。線性SMA致動器30啟用的阻斷或中斷可能是由于對線性SMA致動器30施加了過 長時間的激勵電流而導(dǎo)致過負(fù)荷狀態(tài)的結(jié)果。位置反饋?zhàn)兓撝悼梢蕾囉谄谕膯訒r間而改變以使旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的可動部件34A運(yùn)動到優(yōu)選的位置。進(jìn)一步可以理解的是位置反 饋?zhàn)兓撝悼砂扇菰S極限的范圍，包括在用于使部件34A運(yùn)動的期望啟動時間長時選 擇反饋?zhàn)兓麻撝禈O限，以及在用于使部件34A運(yùn)動的期望啟動時間短時選擇反饋?zhàn)兓?閾值極限。如果該控制信號76小于該控制信號閾值，則該控制方案200由于未檢測到過負(fù) 荷狀態(tài)而在方框299處結(jié)束。如果控制信號76大于該控制信號閾值，則該控制方案繼續(xù)到 方框277，在此增加過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器。選擇該控制信號閾值作為用于可接受的控制信號 76的極限，該可接受的控制信號76用于生成控制該線性SMA致動器的啟動信號V·。該控 制信號閾值可包括容許極限的范圍，包括選擇下閾值極限以基本上減少過負(fù)荷狀態(tài)的過早 檢測，以及選擇上閾值極限以基本上與可動部件的優(yōu)選位置相一致。參考判定方框278，比較過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器和過負(fù)荷時間閾值。該過負(fù)荷時間閾值 被選擇為足夠的時間周期，以用于在該控制方案200已經(jīng)確定位置反饋?zhàn)兓∮谖恢梅答?變化閾值(例如方框270)以及該控制信號76大于控制信號閾值(例如方框276)在窗口 時間周期內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)預(yù)定次數(shù)(即窗口)時，檢測過負(fù)荷狀態(tài)。該過負(fù)荷時間閾值可以變 化，且基于與線性SMA致動器30的材料相關(guān)的過負(fù)荷循環(huán)壽命和操作循環(huán)壽命來選擇。如 果過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器小于該過負(fù)荷時間閾值，則該控制方案200由于沒有檢測到過負(fù)荷狀 態(tài)而在方框299處結(jié)束。如果過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器大于過負(fù)荷時間閾值，則檢測到過負(fù)荷狀 態(tài)，并可利用過負(fù)荷保護(hù)(例如，圖12中所示的過負(fù)荷保護(hù)方案600)來防止該線性SMA致 動器30中過負(fù)荷狀態(tài)的發(fā)展。換句話說，對于待檢測的過負(fù)荷狀態(tài)，在窗口時間周期內(nèi)，位 置反饋?zhàn)兓仨毿∮谖恢梅答佔(zhàn)兓撝登铱刂菩盘?6必須大于控制信號閾值一定數(shù)量的 預(yù)定次數(shù)(即，窗口)。參考圖6和11，控制方案300通過監(jiān)測時間周期內(nèi)控制信號76的積分來檢測過 負(fù)荷狀態(tài)，其中該控制信號76由電壓限制器74產(chǎn)生，且包括與電壓電位(Vb)和周圍溫度 (T)相關(guān)的最大和最小控制信號值?？蛇x的，該控制方案300可通過監(jiān)測時間周期內(nèi)誤差信 號77的絕對值的積分來檢測過負(fù)荷狀態(tài)。如前所述，誤差信號77是基于命令信號71 (例 如，旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件34A的優(yōu)選位置)和當(dāng)前位置反饋信號(例如，旋轉(zhuǎn)設(shè)備34的部件 34A的當(dāng)前位置Pm)的。這里將討論在時間周期內(nèi)控制信號76的積分。分別在方框301和 302中開始控制方案300并增加重置時間計(jì)數(shù)器。在判定框303處比較該重置時間計(jì)數(shù)器 和窗口時間閾值。如果該重置時間計(jì)數(shù)器大于該重置時間閾值，則在進(jìn)行到方框376之前， 過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器、重置時間計(jì)數(shù)器以及該信號(例如，控制信號76或誤差信號77)的積 分在方框304處被重置為零。如果該重置時間計(jì)數(shù)器大于該重置時間閾值，則該控制方案 300進(jìn)行到方框376，在此監(jiān)測過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器等于零的該控制信號76的積分。當(dāng)用于監(jiān) 測和檢測過負(fù)荷狀態(tài)所需的初始值和參數(shù)被重置時，選擇重置時間閾值作為時間周期。例 如，過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器，積分和窗口時間計(jì)數(shù)器可每三秒被重置。對信號(例如，控制信號 或誤差信號77)求積分包括確定積分周期內(nèi)的總體累積能量。在判定方框370處，信號的 積分和積分閾值相比較。如果該控制信號76的積分大于積分閾值，則檢測到過負(fù)荷狀態(tài)， 且運(yùn)行過負(fù)荷保護(hù)控制方案(如圖12中所示的過負(fù)荷保護(hù)方案600)以防止線性SMA致動 器30中過負(fù)荷狀態(tài)的發(fā)展。如果該控制信號76 (或誤差信號77)的積分小于該積分閾值， 則該控制方案300繼續(xù)到方框377，在此增加過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器。參考判定方框378，比較 過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器和過負(fù)荷時間閾值。如果時間計(jì)數(shù)器小于過負(fù)荷時間閾值，則該控制方案300由于未檢測到過負(fù)荷狀態(tài)而在方框399處結(jié)束。如果時間計(jì)數(shù)器大于過負(fù)荷時間閾 值，該控制方案300繼續(xù)到方框380，在此在控制方案在方框399處結(jié)束之前計(jì)算該信號的 積分和控制閾值之間的差。該過負(fù)荷時間閾值可以變化，且基于與線性SMA致動器30的材 料相關(guān)的過負(fù)荷循環(huán)壽命和操作循環(huán)壽命來選擇。根據(jù)本發(fā)明披露的示例性實(shí)施例，圖12解釋了一個示例性的過負(fù)荷保護(hù)控制方 案600。當(dāng)利用圖9-11中所描述的任意一種控制方案檢測到線性SMA致動器30出現(xiàn)過負(fù) 荷狀態(tài)時，該過負(fù)荷保護(hù)控制方案600被設(shè)置成防止對線性致動器發(fā)出啟動信號V。M79，該 啟動信號可使得線性SMA致動器30電性過負(fù)荷?？梢岳斫獾氖侨绻刂品桨?00、200和 300中的任意一種檢測出過負(fù)荷狀態(tài)，則在該啟動控制器40的存儲器中記錄該過負(fù)荷狀 態(tài)。該存儲器在不會出現(xiàn)休眠或斷電的情況下可以是易失性存儲器，或者可以是非易失性 存儲器。控制器40內(nèi)的存儲器進(jìn)一步構(gòu)造成儲存過負(fù)荷循環(huán)的數(shù)量、循環(huán)的數(shù)量、最后過 負(fù)荷位置、最后啟動時間且在之前的啟動期間是否檢測到負(fù)荷狀態(tài)。而且，該控制器40可 構(gòu)造成與位置反饋傳感器50通信，其中可讀取微商以用于與速度控制及車輛操控速度狀 態(tài)的保持姿態(tài)相關(guān)，但不限于此的過負(fù)荷和精確控制。參照方框601，過負(fù)荷保護(hù)控制方案600開始于過負(fù)荷狀態(tài)的檢測(即，控制方案 100、200和300)之后。在判定方框603，比較重置時間與重置時間閾值?？梢岳斫獾氖羌?使未檢測到過負(fù)荷狀態(tài)，在啟動控制器40執(zhí)行過負(fù)荷保護(hù)控制方案600之前，也每次周期 性地增加重置時間。啟動控制器40執(zhí)行過負(fù)荷保護(hù)控制方案600時第一次開始計(jì)數(shù)?？?選地，重置時間計(jì)數(shù)器可以在檢測到預(yù)定量的過負(fù)荷狀態(tài)后開始計(jì)數(shù)。重置時間閾值比上 面討論的窗口時間閾值大的多。在非限制性的實(shí)例中，重置時間閾值為30秒。如果該重 置時間比重置時間閾值大，則控制方案600進(jìn)行到方框604，在此重置時間且過負(fù)荷循環(huán)計(jì) 數(shù)器重置為零且線性SMA致動器30在進(jìn)行到方框605之前被通電。如果該重置時間比重 置時間閾值小，則控制方案600直接進(jìn)行到方框605和606，在此檢查控制方案100、200或 300設(shè)置的過負(fù)荷標(biāo)記位。如果在方框606未檢測到過負(fù)荷狀態(tài)，則控制方案由于未檢測 到過負(fù)荷狀態(tài)而繼續(xù)到方框699。如果在方框606檢測到過負(fù)荷狀態(tài)，則控制方案進(jìn)行到 方框608，在此存儲和記錄(即，啟動控制器40)檢測到的過負(fù)荷狀態(tài)?？梢岳斫獾氖窃诜?框608，在重置時間周期內(nèi)檢測到的過負(fù)荷狀態(tài)周期的數(shù)量作為過負(fù)荷狀態(tài)周期的總數(shù)合 計(jì)被存儲。例如，在窗口時間周期內(nèi)每次檢測一個過負(fù)荷狀態(tài)，記錄該過負(fù)荷狀態(tài)作為單一 的過負(fù)荷狀態(tài)周期。在判定方框610比較過負(fù)荷狀態(tài)周期的數(shù)量和過負(fù)荷周期閾值。在判 定方框610如果過負(fù)荷狀態(tài)周期的數(shù)量大于或等于過負(fù)荷周期閾值，則在方框612該線性 SMA致動器30被完全斷電。如果過負(fù)荷狀態(tài)周期的數(shù)量小于過負(fù)荷周期閾值，則控制方案 600進(jìn)行到方框614，在此該線性SMA致動器30在禁用周期期間暫時被斷電，且接下來在方 框616在經(jīng)過禁用周期之后被通電?？梢岳斫獾氖窃诮闷陂g暫時的斷電冷卻了該線性 SMA致動器30，且因此允許消除阻斷。在判定方框616處通電時，控制方案600返回到判定 方框603?？梢岳斫獾氖侨绻^負(fù)荷狀態(tài)周期的數(shù)量至少不是過負(fù)荷周期閾值，則該線性 SMA致動器30被斷電并被重新通電，在此在每個隨后的循環(huán)周期連續(xù)地應(yīng)用控制方案(例 如，方案100、200和300)以檢測過負(fù)荷狀態(tài)。除了上面描述的過負(fù)荷保護(hù)控制方案600，可以設(shè)想其他的實(shí)施例。一種設(shè)想的防 止過負(fù)荷狀態(tài)損害線性SMA致動器30的實(shí)施例是簡單地立即斷電該線性SMA致動器30。設(shè)想的第二個實(shí)施例是暫時切斷該線性SMA致動器30的電源(S卩，使該線性SMA致動器30 斷電)且在禁用周期之后同時該線性SMA致動器被斷電時，給該線性SMA致動器30通電。 對該線性SMA致動器30斷電是有效的以便允許該線性SMA致動器30基本上冷卻。冷卻 該線性SMA致動器30防止了增加可能導(dǎo)致該線性SMA致動器30損害的阻斷。在對該線性 SMA致動器30通電和斷電若干周期之后，如果仍然檢測到過負(fù)荷狀態(tài)，則該線性SMA致動器 30可以被完全斷電一段重置時間周期，此后重試之前的次序。 本發(fā)明已經(jīng)描述了某些優(yōu)選的實(shí)施例及其變形方式。閱讀和理解了本說明書的本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出進(jìn)一步的變形和變換。因此，本發(fā)明的目的不在于限制到這里作為 用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式而披露的具體的實(shí)施例，本發(fā)明的目的在于包括了所有落入所 附權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種用于檢測通電線性致動器的機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)并提供機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案的方法，該機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案用于防止向該線性致動器發(fā)出啟動信號，在檢測到機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)時該啟動信號可能使該線性致動器機(jī)械過負(fù)荷，所述方法包括監(jiān)測與該線性致動器相關(guān)的可動部件的反饋?zhàn)兓?，包括監(jiān)測該可動部件的當(dāng)前反饋信號，監(jiān)測該可動部件的先前反饋信號，比較該當(dāng)前反饋信號和先前反饋信號并基于該比較確定該反饋?zhàn)兓?；比較該反饋?zhàn)兓头答佔(zhàn)兓撝?；監(jiān)測與用于控制該線性致動器的啟動信號相關(guān)的輸入信號；比較該輸入信號和輸入信號閾值；以及檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)并在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝登以撦斎胄盘柎笥谠撦斎胄盘栭撝禃r，提供該機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中監(jiān)測該可動部件的當(dāng)前反饋信號包括監(jiān)測該可動部件 的當(dāng)前位置，且監(jiān)測該可動部件的先前反饋信號包括在隨后的啟動周期期間監(jiān)測該可動部 件的先前位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中該當(dāng)前位置對應(yīng)于該可動部件的轉(zhuǎn)動位置、旋轉(zhuǎn)角度、 線性運(yùn)動以及該線性致動器的電阻中的至少一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中監(jiān)測與用于控制該線性致動器的啟動信號相關(guān)的輸入 信號包括監(jiān)測指示該可動部件的優(yōu)選位置的命令信號； 監(jiān)測指示該可動部件的當(dāng)前位置的當(dāng)前反饋信號； 比較上述命令信號和當(dāng)前反饋信號；以及 基于上述比較確定誤差信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中比較該輸入信號和輸入信號閾值包括 比較該誤差信號和誤差閾值；監(jiān)測過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器；比較該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器和過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值；以及在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝怠⒄`差信號大于該誤差信號閾值且過負(fù)荷時間計(jì)數(shù) 器超過該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值時，檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中監(jiān)測與用于控制該線性致動器的啟動信號相關(guān)的輸入 信號包括監(jiān)測指示該可動部件的優(yōu)選位置的命令信號； 監(jiān)測指示該可動部件的當(dāng)前位置的該當(dāng)前反饋信號； 比較上述命令信號和當(dāng)前反饋信號；基于對該命令信號和當(dāng)前反饋信號的比較進(jìn)行PI控制來確定放大信號； 監(jiān)測該線性致動器大體的周圍溫度以及電能存儲設(shè)備的電壓電位，該電能存儲設(shè)備用 于在該線性致動器響應(yīng)于該啟動信號而處于啟用期間時，提供流過該線性致動器的激勵電 流；以及基于該放大信號、周圍溫度以及該電壓電位確定控制信號，該控制信號包括與該電壓 電位和周圍溫度相關(guān)的最大和最小值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中比較該輸入信號和輸入閾值，包括 比較該控制信號和控制信號閾值；監(jiān)測過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器；比較該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器和過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值；以及在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝?、控制信號大于該控制信號閾值且過負(fù)荷時間計(jì)數(shù) 器超過該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值時，檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中在該線性致動器響應(yīng)于該啟動信號而啟用期間，該控 制信號表示用于控制流過該線性致動器的激勵電流的脈沖寬度調(diào)制、電流調(diào)制和電壓調(diào)制 中的一種。
9.一種用于檢測通電線性致動器的機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)并提供機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案的方 法，該機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案用于防止發(fā)出啟動信號來控制與該線性致動器相關(guān)聯(lián)的可動部 件，在檢測到機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)時該啟動信號可能使該線性致動器機(jī)械過負(fù)荷，所述方法包 括監(jiān)測過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器； 監(jiān)測該可動部件的反饋?zhàn)兓?監(jiān)測該可動部件的當(dāng)前位置；監(jiān)測所監(jiān)測的當(dāng)前位置之前的周期內(nèi)該可動部件的先前位置； 比較該當(dāng)前位置和該先前位置；以及 基于該比較來確定該反饋?zhàn)兓?比較該反饋?zhàn)兓c反饋?zhàn)兓撝?；基于該可動部件的?yōu)選位置以及該可動部件的當(dāng)前位置監(jiān)測輸入信號； 比較該輸入信號和所選擇的輸入信號閾值； 比較該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器和過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值；在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝怠⑤斎胄盘柎笥谠撨x擇的輸入信號閾值且過負(fù)荷時 間計(jì)數(shù)器大于該過負(fù)荷時間計(jì)數(shù)器閾值時，檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)；以及 基于所述檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)來提供該過負(fù)荷保護(hù)方案。
10.一種用于檢測通電線性致動器的機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)并在檢測到該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)時 提供機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案的裝置，包括連接到線性致動器的可動部件；以及 啟動控制器監(jiān)測連接到該線性致動器的可動部件的反饋?zhàn)兓?，包括監(jiān)測該可動部件的當(dāng)前反饋信 號、監(jiān)測該可動部件的先前反饋信號、比較該當(dāng)前反饋信號和先前反饋信號并基于該比較 確定該反饋?zhàn)兓?；比較該反饋?zhàn)兓c反饋?zhàn)兓撝?；監(jiān)測與控制該線性致動器的啟動信號相關(guān)的輸入信號；比較該輸入信號與輸入信號閾值；以及檢測該機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)并在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝登以撦斎胄盘柎笥谠撦?入信號閾值時提供該機(jī)械過負(fù)荷保護(hù)方案。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于SMA裝置的過負(fù)荷保護(hù)方法。一種用于檢測通電線性致動器機(jī)械過負(fù)荷狀態(tài)以防止向該線性致動器發(fā)出啟動信號的方法，該啟動信號可能使該線性致動器出現(xiàn)機(jī)械過負(fù)荷，包括監(jiān)測與該線性致動器相關(guān)的可動部件的反饋?zhàn)兓ūO(jiān)測該可動部件的當(dāng)前反饋信號，監(jiān)測該可動部件的前次反饋信號，比較該當(dāng)前反饋信號和前次反饋信號并基于該比較確定該反饋?zhàn)兓?。比較該反饋?zhàn)兓头答佔(zhàn)兓撝?。監(jiān)測與用于控制該線性致動器的啟動信號相關(guān)的輸入信號，并比較該輸入信號和輸入信號閾值。在該反饋?zhàn)兓∮谠摲答佔(zhàn)兓撝登以撦斎胄盘柎笥谠撦斎胄盘栭撝禃r，檢測到電過負(fù)荷狀態(tài)。
文檔編號H02H7/085GK101950953SQ20101026140
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25日
發(fā)明者L·郝, S·M·奈克, X·高 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司