用于控制活性材料致動器的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】用于控制活性材料致動器的系統(tǒng)包括被構造為當通電時致動的活性材料致動器、被構造為供給電力的電源、以及包括多個回路并被構造為基于激活信號的接收而選擇性地建立活性材料致動器與電源之間的電連接的控制電路。所述控制電路被構造為當控制電路沒有接收到激活信號時將所述回路中的至少一個斷電從而最小化從電源汲取的寄生電流。
【專利說明】用于控制活性材料致動器的系統(tǒng)和方法

【技術領域】
[0001] 本公開涉及用于控制活性材料致動器的致動的系統(tǒng)和方法。

【背景技術】
[0002] 活性材料以相對低的成本和質(zhì)量提供致動。活性材料可包括形狀記憶合金（SMA )、 電活性聚合物（ΕΑΡ )、壓電材料、磁致伸縮材料和電節(jié)流材料。由于活性材料的非線性，精確 地控制提供致動的活性材料的致動是困難的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本公開涉及用于控制活性材料致動器的系統(tǒng)和方法。在實施例中，所述系統(tǒng)包括 被構造為當通電時致動的活性材料致動器、供給電力的電源、和包括多個回路并被構造為 基于激活信號的接受而選擇性地建立活性材料致動器與電源之間的電連接的控制電路?？?制電路被構造為當控制電路沒有接收到激活信號時將至少一個回路斷電，以最小化從電源 汲取的寄生電流。
[0004] 在實施例中，控制電路包括電壓傳感回路，該電壓傳感回路被構造為測量電源供 給的電力的電壓勢。電壓傳感回路被構造為當控制電路沒有接收到激活信號時斷電。電壓 傳感回路可包括低的導通電阻固態(tài)開關，比如M0SFET開關，該開關被構造為當控制電路沒 有接收到激活信號時選擇性地從電源斷開電壓傳感回路。
[0005] 在實施例中，控制電路包括電連接到電源的電源濾波器。電源濾波器被構造為過 濾由電源供給的輸出電壓。電源濾波器可包括至少一個二極管，該二極管被構造為防止反 向電壓出現(xiàn)于跟隨輸入過濾器的電路上。
[0006] 在實施例中，控制電路包括電連接到電源濾波器的偏壓調(diào)節(jié)器。偏壓調(diào)節(jié)器被構 造為調(diào)節(jié)電源供給的輸出電壓。偏壓調(diào)節(jié)器被構造為當控制電路沒有接收到激活信號時斷 電。
[0007] 在實施例中，控制電路包括電力開關回路，該電力開關回路被構造為當控制電路 沒有接收到激活信號時選擇性地建立活性材料致動器與電源之間的電連接。電力開關回路 可包括低的導通電阻固態(tài)開關，比如M0SFET開關，以控制穿過活性材料致動器的電流。
[0008] 在實施例中，控制電路包括數(shù)字控制處理器，該數(shù)字控制處理器被構造為產(chǎn)生具 有占空比的脈沖寬度調(diào)制信號。數(shù)字控制處理器電連接到電力開關回路。這樣，數(shù)字控制 處理器被構造為將脈沖寬度調(diào)制信號傳遞到電力開關回路?？刂齐娐愤€包括點連接到數(shù)字 控制處理器的計算機程序端口。計算機程序端口被構造為允許數(shù)字控制處理器與遠程計算 機之間的數(shù)據(jù)傳輸。
[0009] 在實施例中，控制電路包括溫度傳感回路，該溫度傳感回路被構造為測量接近活 動材料致動器的環(huán)境溫度并產(chǎn)生表示環(huán)境溫度的溫度信號。
[0010] 在實施例中，控制電路包括位置傳感回路，該位置傳感回路被構造為檢測活性材 料致動器的位置并產(chǎn)生表示活性材料致動器的位置的位置信號。
[0011] 在實施例中，控制電路包括電流傳感回路，該電流傳感回路被構造為測量穿過活 性材料致動器的電流并產(chǎn)生表示通過致動器的電流的電流信號。
[0012] 在實施例中，數(shù)字控制處理器被構造為接收溫度信號、電流信號、位置信號、和電 壓信號。數(shù)字控制處理器被構造為基于電流信號、電壓信號、位置信號、和溫度信號調(diào)節(jié)脈 沖寬度調(diào)制信號的占空比。在實施例中，活性材料致動器包括形狀記憶合金?？刂齐娐房?包括被構造為過濾由外部控制器供給的激活信號的信號處理單元。
[0013] 本公開還涉及控制活性材料致動器的方法。在實施例中，該方法包括確定激活信 號是否已被控制電路接收?？刂齐娐房砂ǘ鄠€回路并且被構造為選擇性地建立活性材料 致動器與電源之間的電連接。該方法還可包括如果控制電路沒有接收到激活信號，則將多 個回路中的至少一個斷電以最小化從電源汲取的寄生電流，以及如果控制電路接收到激活 信號，則向多個回路通電以建立活性材料致動器與電源之間的電連接，從而致動活性材料 致動器。
[0014] 在實施例中，所述方法包括監(jiān)視接近活性材料致動器的環(huán)境溫度、活性材料致動 器的位置、電源的電壓、和穿過活性材料致動器的電流。該方法還可包括向活性材料致動器 供給脈沖寬度調(diào)制信號。該方法還可包括基于環(huán)境溫度、活性材料致動器的位置、電源的電 壓、和穿過活性材料致動器的電流調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制信號的占空比。
[0015] 當結(jié)合附圖和所附的權利要求時，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢，以及其他特征和優(yōu) 勢從下面對用于實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實施例和最佳模式的詳細描述中變得顯見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1A是包括活性材料致動器、電源、和處于開啟位置的開關的致動系統(tǒng)的示意性 視圖；
[0017] 圖1B是圖1A的致動系統(tǒng)的示意性視圖，其示出開關處于閉合位置；
[0018] 圖2是圖1A的致動系統(tǒng)的控制電路的示意性圖表；
[0019] 圖3是圖2中示出的根據(jù)本公開的實施例的控制電路的詳細示意性圖表；
[0020] 圖4是根據(jù)本公開的另一個實施例的控制電路的電流傳感回路和電力開關回路 的詳細的示意性圖表；以及
[0021] 圖5是示出了控制圖1A和1B中示出的致動裝置的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0022] 現(xiàn)在參見附圖，其中相似的附圖標記表示幾個視圖中對應的零件，本公開涉及控 制活性材料致動器的致動的系統(tǒng)和方法。所用的術語"活性材料（active material)"指的 是當遭受或遭遇比如熱刺激的激活刺激時其性質(zhì)能夠經(jīng)歷可逆轉(zhuǎn)的變化的材料?；钚圆牧?包括但不限于形狀記憶合金（SMA)、電活性聚合物（ΕΑΡ)、壓電材料、磁致伸縮材料和電節(jié) 流材料等。例如，SMA是展示出當遭受適當?shù)臒岽碳r恢復到一些之前限定的形狀或大小 的能力的一群材料。具體地，SMA能夠經(jīng)歷晶體相變，在相變中，它們的屈服強度、剛度、尺 寸和/或形狀基于溫度而改變。SMA存在在幾個不同的溫度依賴的相中。例如，一些SMA 由于馬氏體相與奧氏體相之間的晶體變化而展現(xiàn)出大的可恢復應變。適合的SMA包括但不 限于鎳鈦基合金、銦鈦基合金、鎳錯基合金、鎳鎵基合金、銅基合金(例如，銅鋅合金、銅錯合 金、銅金合金、和銅錫合金)、金鎘基合金、銀鎘基合金、銦鎘基合金、猛銅基合金、鐵鉬基合 金、鐵鉬基合金等。
[0023] 圖1A和1B示意性地示出了包括致動裝置30的致動系統(tǒng)28。致動裝置30包括 被構造為當通電時致動的活性材料致動器36。致動系統(tǒng)28包括致動裝置30?；钚圆牧现?動器36可以是致動裝置30的部分，并且全部或部分地由至少一種諸如SMA的活性材料制 成。如下所詳述的，活性材料致動器36可在不同的溫度條件下變化其形狀或大小以移動致 動裝置30的另一個部件。除了活性材料致動器36,致動裝置30包括殼體32、布置在殼體 32中的可移動構件34、系統(tǒng)控制器38、和諸如彈簧的偏置構件34?？梢苿訕嫾?4可移動 地聯(lián)接到殼體32。這樣，可移動構件34能夠相對于殼體32在第一或未被致動位置（圖1A) 與第二或致動位置（圖1B)之間移動。在所示實施例中，可移動構件34可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至殼 體32。隨后，可移動構件34能夠相對于殼體32在未被致動位置與致動位置之間旋轉(zhuǎn)。銷 39或任何其他適合的緊固件能夠?qū)⒖梢苿訕嫾?4旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到殼體32。銷39可以聯(lián)接 到殼體32的內(nèi)表面33。
[0024] 致動裝置30還包括位置傳感器41，位置傳感器41被構造為檢測可移動構件34 的位置。在所示實施例中，位置傳感器41是諸如旋轉(zhuǎn)數(shù)字編碼器或電位計的旋轉(zhuǎn)位置傳感 器，并且被聯(lián)接到銷39。位置傳感器41與系統(tǒng)控制器38電連通并且因此能夠向系統(tǒng)控制 器38提供位置反饋信號。位置反饋信號表示可移動構件34或者活性材料致動器36相對 于殼體32的位置。
[0025] 活性材料致動器36可以是電線并且包括第一致動器端35和第二致動器端37。活 性材料致動器36可是大致U形的并且因此第一致動器端35可接近第二致動器端37。然 而，預期的是第二致動器端37可以與第一致動器端35相反。第一致動器端35機械地聯(lián)接 到可移動構件34,而第二致動器端37機械地聯(lián)接到殼體32的內(nèi)表面33。在一個實施例中， 活性材料致動器36全部或部分地由SMA制成。然而，活性材料致動器36可以全部或部分地 由諸如電活性聚合物（ΕΑΡ)、壓電材料、磁致伸縮材料、電節(jié)流材料、或它們的組合的其他適 合的活性材料制成。雖然附圖示出了大致線性的電線，活性材料致動器36可基于期望的致 動裝置30的功能和活性材料致動器36需要的致動力具有其他形狀。不論它是什么形狀，活 性材料致動器36電連接到諸如電存儲裝置（ESD)的電源42。開關44電連接在電源42和 活性材料致動器36之間。電源42被構造為供給電力。開關44能夠在開啟狀態(tài)（圖1Α)與 閉合狀態(tài)（圖1Β)之間轉(zhuǎn)換。在開啟位置，沒有電從電源42行進到活性材料致動器36。相 反地，在閉合位置，電能夠從電源42行進到活性材料致動器36。因而，活性材料致動器36 能夠在當開關44處于閉合位置時被通電。如果活性材料致動器36全部或部分地由SMA材 料制成，則通電電流流過活性材料致動器36并且引起活性材料致動器36中的溫度變化以 導致活性材料致動器36中的應變。結(jié)果，活性材料致動器36縮回第一致動器端35而第二 致動器端37保持固定，因而在可移動構件34上施加扭矩。
[0026] 致動裝置30的偏置構件40可以是卷簧并且聯(lián)接在可移動構件34與殼體32的部 分之間。在所示實施例中，偏置構件40限定第一偏置端43和與第一偏置端43相反的第二 偏置端45。第一偏置端43機械地聯(lián)接到可移動構件34,而第二偏置端45機械地聯(lián)接到殼 體32的內(nèi)表面33。當致動裝置30未被致動時（圖1Α)，偏置構件40在可移動構件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動器36上產(chǎn)生施加應變的應力并由 此拉長活性材料致動器36。另一方面，當致動裝置30被致動時（圖1B)，活性材料致動器36 由于電源42與活性材料致動器36之間的電連接而被激活。當致動裝置30被致動時，通電 的活性材料致動器36使施加的應變恢復并且在可移動構件34上施加對應的力96,該力又 傳遞到抵抗偏置扭矩94的偏置構件40。
[0027] 系統(tǒng)控制器38可以是印刷電路板（PCB)并且聯(lián)接到殼體32。例如，在所示實施例 中，系統(tǒng)控制器38安裝在殼體32的外表面31。然而，可以想象的是，系統(tǒng)控制器38可以安 裝在殼體32的內(nèi)表面33上或可以位于致動裝置30的外面。無論它的位置在哪里，系統(tǒng)控 制器38都被構造為接收來自外部控制器的激活信號以基于某些車輛狀況啟動或關閉致動 裝置30。
[0028] 例如，系統(tǒng)控制器38可基于接收到表示車輛艙門打開的激活信號而啟動致動裝 置30 (并因而使活性材料致動器36通電)。因此，致動裝置30能夠被用于主動地移動車輛 的部件。例如，可移動構件34 (或致動裝置30的另一個零件）可以操作地聯(lián)接到艙門孔以 基于某些車輛狀況主動地開啟或關閉艙門孔。眾所周知，車輛包括限定諸如駕駛艙空間或 行李艙空間之類的內(nèi)部空間的車輛主體。內(nèi)部空間被諸如門或行李艙蓋的艙門封閉。艙門 或車輛主體包括密封件以緊緊地相對于車輛主體密封艙門以防止碎片、水、噪音等進入車 輛的內(nèi)部空間四處。這些密封件還防止空氣在艙門封閉的時候漏出，由此引起車輛的內(nèi)部 空間內(nèi)的氣壓增加。內(nèi)部空間內(nèi)增加的氣壓抵抗艙門的關閉，由此增加了關閉艙門所需要 的力氣。為了緩解當艙門關閉時車輛的內(nèi)部空間內(nèi)的氣壓的增加，車輛可包括能夠移動以 選擇性地建立車輛內(nèi)部空間的外面環(huán)境之間的流體連通的孔組件。因而，孔組件可包括一 個或多個能夠從封閉位置移動到開啟位置的葉片（vane)以允許空氣從車輛的內(nèi)部空間離 開。第一致動器端35 (或致動裝置30的另一個部分）可以操作地聯(lián)接到葉片以基于某些 車輛狀況使葉片在開啟和封閉位置之間選擇性地移動。例如，車輛可包括一個或多個被構 造為檢測艙門是否處于開啟或封閉位置的艙門傳感器。該艙門傳感器可以向系統(tǒng)控制器38 發(fā)送激活信號。因而，基于表示艙門處于開啟位置的激活信號的接收，系統(tǒng)控制器38可命 令致動裝置30將孔組件的葉片移動到開啟位置。相反地，為了響應表示艙門處于封閉位置 的激活信號，系統(tǒng)控制器38可命令致動裝置30將孔組件的葉片移動到封閉位置。替代地， 系統(tǒng)控制器38可啟動或禁用致動裝置30以基于其他車輛狀況選擇性地移動車輛的其他部 分。
[0029] 如以下詳述的，系統(tǒng)控制器38被構造為接收電力并有效地追蹤時間。此外，系統(tǒng) 控制器38可監(jiān)視來自電源42的電壓，接近活性材料致動器36的環(huán)境溫度、穿過活性材料 致動器36的電流、和可移動構件34或活性材料致動器36相對于殼體32的位置。因而，系 統(tǒng)控制器38被構造為經(jīng)由不同的電信號線或局域網(wǎng)（LAN)總線接收來自于傳感器的關于 溫度、電壓、電流、和活性材料致動器歷史的信息。LAN總線提供在傳感器與系統(tǒng)控制器38 之間的結(jié)構化通訊信號。系統(tǒng)控制器38被構造為產(chǎn)生轉(zhuǎn)換成穿過活性材料致動器36的脈 沖寬度調(diào)制（PWM)占空比的電壓。因此，通過控制穿過穿過活性材料致動器36的電壓的PWM 占空比，活性材料致動器36的均方根（RMS)電流能夠被有效地且精確地控制。替代地，系統(tǒng) 控制器38在控制其他致動裝置的同時還可以集成到致動裝置30中的微控制器單元（MCU)。
[0030] 如上所述，活性材料致動器36可基于電能的接收而變化其形狀或大小。例如，如 果活性材料致動器36全部或部分地由SMA材料制成，活性材料致動器變化其形狀以響應電 流流過其所產(chǎn)生的熱。然而，因為某些狀況，活性材料致動器36可能需要變化的電流以有 效地操作。例如，環(huán)境溫度、可移動構件34的期望位置、以及諸如開啟或變短的活性材料致 動器36或阻塞的車輛部件(例如，阻塞的孔）之類的反常的狀況可影響活性材料致動器36 的行為。因而，需要考慮到前述狀況而開發(fā)能夠控制致動裝置30的系統(tǒng)。
[0031] 此外，來自電源的反向電壓和過電壓會不好地影響活性材料致動器36的運轉(zhuǎn)。因 而，需要開發(fā)能夠保護活性材料致動器36防止來自電源的反向電壓和過電壓的系統(tǒng)。此 夕卜，不可接受的高的電流也會不好地影響活性材料致動器36的運轉(zhuǎn)。因而，需要開發(fā)能夠 不管電源電壓變化調(diào)節(jié)流過活性材料致動器36的電流的系統(tǒng)。還需要開發(fā)能夠最小化汲 取電源的寄生電流的系統(tǒng)。如上所述，活性材料致動器36能夠基于由外部電子控制器產(chǎn)生 的激活信號的被接收而被激活。然而，當活性材料致動器36未被激活時，系統(tǒng)可以關閉一 個或多個回路以最小化從電源汲取的寄生電流。另外，需要開發(fā)能夠在不同的狀況下有效 地控制致動裝置30的可編程、低成本的系統(tǒng)。在諸如機動車輛應用的一些大規(guī)模應用中， 開發(fā)能夠有效地并有效率地控制致動裝置30的低成本的系統(tǒng)是重要的。
[0032] 圖2和3示意性地示出了用于控制活性材料致動器36的控制系統(tǒng)49?？刂葡到y(tǒng) 49包括控制電路50,該控制電路50是系統(tǒng)控制器38的部分?？刂齐娐钒ǘ鄠€回路并且 與諸如車輛主體控制器之類的外部控制器58電子連通。因此，控制電路50被構造為接收 來自外部控制器58的激活信號78。激活信號78可以是基于某些狀況的，比如車輛狀況，在 這些狀況中，活性材料致動器36必須被致動以滿足所述狀況。例如，當車輛門或艙門打開 或關閉時，外部控制器58可產(chǎn)生并發(fā)送激活信號78到控制電路50?？刂齐娐?0被構造為 基于激活信號78的接收選擇性地建立活性材料致動器36與電源42之間的電連接。此外， 控制電路50被構造為當控制電路50沒有接收到激活信號78時將至少一個回路斷電，以最 小化從電源42汲取的寄生電流。
[0033] 繼續(xù)參見圖2和3,激活信號78被發(fā)送給信號處理單元60。信號處理單元60可 以是控制電路50的部分并且能夠處理激活信號78以在激活信號78上施加限制。例如，信 號處理單元60可用作信號濾波器，電壓/電流限制器、或它們的組合。因此，信號處理單元 60能夠被構造為減小頻率高于截止頻率的信號的幅度。替代地或額外地，信號處理單元60 能夠被構造為在激活信號78的電壓/電流上施加上限。如圖3所示，信號處理單元60可 被構造為電回路并且可因此被稱為信號處理回路。在所示實施例中，信號處理單元60包括 低通濾波器回路80以及諸如齊納二極管82之類的一個或多個二極管，以在激活信號78上 施加限制，并由此產(chǎn)生控制信號114。低通濾波器回路80可包括一個或多個電阻器84以及 諸如非電解電容器86之類的一個或多個電容器。在本公開中，控制信號114也可以指的是 濾過的激活信號。
[0034] 控制信號114可以與偏置電壓調(diào)節(jié)器56連通。當偏置電壓調(diào)節(jié)器56接收激活控 制信號114時，偏置電壓調(diào)節(jié)器56能夠調(diào)節(jié)電源42供給的輸出電壓98。偏置電壓調(diào)節(jié)器 56被構造為當供給電壓的電源42和外部控制器58被激活時，通過控制電路50分配合適的 電壓。電壓調(diào)節(jié)器56被構造為當控制信號114未被激活時斷開經(jīng)調(diào)節(jié)電壓102 (S卩，偏置 電壓102)以降低控制電路50的寄生電路消耗。
[0035] 電源42電連接到控制電路50并且因此能夠供給輸出電壓98到控制電路50。應 想象到的是，電源42可例如為諸如車輛電池之類的電池、交流發(fā)電機或任何能夠儲存電能 的裝置。因而，電源42也可以指的是車輛電源。輸出電壓98被發(fā)送到電源濾波器54。電 源濾波器54被構造為緩解反向電壓。替代地或額外地，電源濾波器54被構造為抑制電磁 干擾（EMI)。在圖3所所示實施例中，電源濾波器54被構造為電源濾波器回路并且包括被 構造為防止反向電壓的諸如p-n或低壓降的肖特基二極管88之類的一個或多個二極管。 替代地或額外地，電源濾波器54可包括被構造為抑制電磁干擾的一個或多個EMI瞬變?yōu)V波 器。在圖3所示實施例中，電源濾波器54的EMI瞬變?yōu)V波器包括一個或多個電容器，比如 非電解電容器86和電解電容器90，以及至少一個瞬變電壓抑制（TVS )二極管92。具體地， 在所示實施例中，電源濾波器54包括一個非電解電容器86、兩個電解電容器90、和一個并 聯(lián)布置的TVS二極管92。因此電源濾波器54能夠過濾電源42供給的輸出電壓98并且其 自身供給受保護電壓1〇〇到偏置電壓調(diào)節(jié)器56。
[0036] 電源濾波器54電連接到偏置電壓調(diào)節(jié)器56。因而，受保護電壓100能夠被供給到 偏置電壓調(diào)節(jié)器56。偏置電壓調(diào)節(jié)器56被構造為調(diào)節(jié)受保護電壓100并且向整個控制電 路50供給經(jīng)調(diào)節(jié)電壓102。如上所述，偏置電壓調(diào)節(jié)器56能夠在受保護電壓100上施加上 限，從而通過控制電路50分配合適的電壓（S卩，經(jīng)調(diào)節(jié)電壓102 )。通過這樣做，偏置電壓調(diào) 節(jié)器56供給大體穩(wěn)定的電壓（S卩，經(jīng)調(diào)節(jié)電壓102)至包括控制電路50的回路。
[0037] 繼續(xù)參見圖2和3，控制電路50還包括電連接到偏置電壓調(diào)節(jié)器56的位置傳感器 回路68。因此，經(jīng)調(diào)節(jié)電壓102能夠被傳遞到位置傳感器回路68。位置傳感器回路68包 括位置傳感器41 (圖1A)并且位置傳感器回路被構造為確定活性材料致動器36的位置并 且提供位置信號104至數(shù)字控制處理器66。位置信號104表示活性材料致動器36的位置。 數(shù)字控制處理器66能夠利用位置信號104提供的信息控制活性材料致動器36。
[0038] 在圖3所示實施例中，位置傳感器回路68包括用作位置傳感器41的電位計106。 電位計106可具有高的循環(huán)壽命并且被供給有來自偏置電壓調(diào)節(jié)器56的經(jīng)調(diào)節(jié)電壓102。 電位計106可聯(lián)接到活性材料致動器36并且因此被構造為確定活性材料致動器36的位 置。如果可移動構件34 (或致動裝置30的任何其他部分）聯(lián)接到艙門孔組件，電位計106 能夠確定艙門孔組件是否處于開啟位置或封閉位置。除了電位計106,位置傳感回路68還 可包括一個或多個濾波器以最小化信號噪音。例如，在所示實施例中，位置傳感回路68包 括諸如非電解電容器86之類的一個或多個電容器，電容器被構造為用作濾波器以最小化 信號噪音。在位置傳感回路68至少兩個非電解電容器86可被并聯(lián)地布置以實現(xiàn)在寬的頻 率范圍內(nèi)的噪音抑制。除了非電解電容器86,位置傳感回路68還可包括至少一個緩沖放大 器，比如運放緩沖放大器108,以最小化位置信號阻抗。如上所述，位置傳感回路68與數(shù)字 控制處理器66電連通。因而，位置信號104能夠被傳遞到數(shù)字控制處理器66。
[0039] 繼續(xù)參見圖2和3,控制電路50還包括被構造為測量接近活性材料致動器36的環(huán) 境溫度和產(chǎn)生表示這個環(huán)境溫度的溫度信號110的溫度傳感回路70。溫度傳感回路70電 連接到偏置電壓調(diào)節(jié)器56并且能因此從偏置電壓調(diào)節(jié)器56接收經(jīng)調(diào)節(jié)電壓102。此外， 溫度傳感回路70還電連接到數(shù)字控制處理器66并且能因此傳遞溫度信號110到數(shù)字控制 處理器66。數(shù)字控制處理器66能夠基于溫度信號110中包含的信息控制活性材料致動器 36 〇
[0040] 如圖3所示，溫度傳感回路70可包括諸如負溫度系數(shù)（NTC)熱敏電阻器112的、 被構造為感應接近活性材料致動器36的環(huán)境溫度的溫度傳感器。溫度傳感器可替代地為 正溫度系數(shù)（PTC)熱敏電阻器。溫度傳感器(例如，熱敏電阻器112)可設置為靠近第一致 動器端35、第二致動器端37、或兩者，以感應鄰近活性材料致動器36的環(huán)境溫度以及任何 由于變短的致動器端而導致的異常溫度。溫度傳感回路70可額外地包括至少一個電阻器 84以在預定的溫度范圍上提高溫度測量的準確性。電阻器84與熱敏電阻器112以串聯(lián)的 方式布置，并且選擇其電阻值以在預定的溫度范圍(例如，在-40攝氏度和125攝氏度之間） 上提供精確地溫度測量。此外，溫度傳感回路70可包括一個或多個諸如非電解電容器86 的電容器，電容器被構造為濾波器以最小化信號噪音。另外，溫度傳感回路70可包括至少 一個緩沖放大器，比如運放緩沖放大器108,以最小化溫度信號阻抗。
[0041] 繼續(xù)參見圖2和3，控制電路50額外地包括電連接到電源濾波器54和信號處理單 元60的電壓傳感回路62。電壓傳感回路62能因此從電源濾波器54接收保護的信號100 和從信號處理單元60接收控制信號114 (S卩，經(jīng)過濾的激活信號)。電壓傳感回路62被構 造為監(jiān)視電源濾波器54和信號處理單元60中的電壓勢并且產(chǎn)生電壓信號120。電壓傳感 回路62電連接到數(shù)字控制處理器66并且能夠?qū)㈦妷盒盘?20傳遞至數(shù)字控制處理器66。
[0042] 在圖3所示實施例中，電壓傳感回路62包括分壓器136,分壓器136由以串聯(lián)方 式布置的至少兩個電阻器84形成。額外地，電壓傳感回路62包括至少一個電容器，比如非 電解電容器86,以及一個或多個齊納二極管82,以限制瞬變電壓峰值。此外，電壓傳感回路 62包括諸如p型溝道M0SFET116的電子開關138和相關的門控回路部件，它們共同地被構 造為當激活信號78未被激活時切斷電壓傳感回路從而限制從電源42汲取的寄生電流。換 句話說，電子開關138被構造為當控制電路50沒有接收到激活信號78時選擇性地從電源 42斷開電壓傳感回路62。門控回路部件包括電阻器84、二極管88、齊納二極管82、和NPN 半導體管118?？刂齐娐?0還可在其沒有接收到激活信號78時將偏置電壓調(diào)節(jié)器56斷電 以限制從電源42汲取的寄生電流。
[0043] 再次參見圖2和3,控制電路50還包括電力開關回路76,電力開關回路76被構造 為選擇性地禁用活性材料致動器36與電源42之間的電連接。電力開關回路76還被構造 為選擇性地建立活性材料致動器與電源42之間的電連接，并且電連接在活性材料致動器 36與電源42之間。例如，電力開關回路76可電連接到電源濾波器54,并且可由此被構造 為接收來自電源濾波器54的保護電壓100。
[0044] 在圖3所示實施例中，電力開關回路76包括低導通電阻固態(tài)開關140,比如低側(cè) M0SFET116,該導通電阻固態(tài)開關140被構造為選擇性地控制向活性材料致動器36的電流 供給。此外，電力開關回路76可包括諸如二極管88之類的續(xù)流二極管，所述續(xù)流二極管被 構造為當M0SFET116斷開時通過提供用于耗散負載感應能的通路以防止電壓尖峰。另外， 電力開關回路76包括開關速度限制部件，比如電阻器84和電容器86,以最小化電力開關回 路76中產(chǎn)生的電磁干擾。
[0045] 電力開關回路76電連接到數(shù)字控制處理器66并且能夠由此接收來自數(shù)字控制處 理器66的脈沖寬度調(diào)制（PMW)信號，如下所述。電力開關回路76的M0SFET116能夠用作 電力開關并且能禁用或開啟電源42與活性材料致動器36之間的電連接?；钚圆牧现聞?器36的一側(cè)電連接至電力開關回路76的第一端子122,而活性材料致動器36的另一側(cè)電 連接至電力開關回路76的第二端子124。第一端子122電連接至電源濾波器54或直接連 接到電源42。第二端子124電連接至電力開關回路76的低導通電阻固態(tài)開關140 (例如， M0SFET116)。具體地，第二端子124電連接至電力開關回路76的M0SFET116的漏極端子 142。在電力開關回路76中，M0SFET116的源極端子144 (或者任何其他適合的開關返回端 子）電連接到電源42的接地端子146。在電力開關回路76中，M0SFET116的柵極端子148 電連接到數(shù)字控制處理器66以接收來自數(shù)字控制處理器66的PWM信號132。因而，電力開 關回路76的M0SFET116的操作取決于數(shù)字控制處理器66產(chǎn)生的PWM信號132。
[0046] 在此參見圖2和3,控制電路50還包括電連接到電力開關回路76的電流傳感回 路74。電流傳感回路74包括分流電路（shunt) 126并且被構造為測量穿過活性材料致動 器36的電流?？稍诜至麟娐?26上測量電流，以產(chǎn)生表示穿過活性材料致動器36的電流 的信號128。因為分流電路126的電阻是已知的，所以電流能夠通過測量穿過分流電路126 的壓降而確定。電流傳感回路74還可包括一個或多個二極管，比如一個或多個齊納二極管 82,和一個或多個電阻器84以限制瞬變電壓尖峰。
[0047] 參見圖4,在另一個實施例中，電流傳感回路74A確定穿過電力開關回路76的 M0SFET116的電流。事實上，能夠在PMW信號132被激活期間感應M0SFET116的電壓以確 定電流。具體地，電流傳感回路74A包括非電解電容器86、電阻器84、和二極管88以感應 電力開關回路76的M0SFET116的電壓。在所示實施例中，PMW信號132還可被稱為M0SFET 控制信號。
[0048] 再次參見圖2和3,控制電路50包括電連接到電流傳感回路74 (或74A)的數(shù)字 控制處理器66、電力開關回路76、偏置電壓調(diào)節(jié)器56、電壓傳感回路62、溫度傳感回路70、 和位置傳感回路68。因而，數(shù)字控制處理器66能夠接收幾個輸入，即調(diào)節(jié)電壓102、電壓信 號120、電流信號128、位置信號104、和溫度信號110。
[0049] 數(shù)字控制處理器66可以是微處理器、數(shù)字信號處理器、現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、可編程邏輯電路（PLD)或能夠執(zhí)行存儲在計算機刻度存儲媒介上的計算機可讀指 令的任何適合的處理器。在實施例中，數(shù)字控制處理器66包括板載時鐘、可編程存儲器(例 如，用于儲存計算機程序指令的可擦可編程只讀存儲器（EPROM))、數(shù)據(jù)存儲器(例如，隨機 存取存儲器（RAM))、計時器、用于產(chǎn)生PWM信號的PWM信號生成器、和用于接受模擬信號并 將這些信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的多通道模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)。操作室，一旦控制電路 50接收到激活信號78并且偏置電壓調(diào)節(jié)器56在由電連接在數(shù)字控制處理器66與偏置電 壓調(diào)節(jié)器56之間的重置回路部件產(chǎn)生的重置信號設置的延時后大體穩(wěn)定，則數(shù)字控制處 理器66激活。能夠從圖3中看出，重置回路部件可包括一個或多個電阻器84、非電解電容 器86、和二極管88。數(shù)字控制處理器66能夠利用感應的信號(例如，位置信號104、電流信 號128、電壓信號120、和溫度信號110)和預定的控制參數(shù)以產(chǎn)生適合活性材料致動器36的 操作條件的PWM信號132。換句話說，數(shù)字控制處理器66能夠利用感應的信號和預定的輸 出參數(shù)執(zhí)行被編程進入其存儲器中的計算機指令(例如，時序邏輯)，以產(chǎn)生PWM信號132。 這些感應信號可以是模擬信號，并且可被傳遞到數(shù)字控制處理器66的A/D轉(zhuǎn)換器。數(shù)字控 制處理器66的A/D轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⑦@些感應的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。應想象到的是，在 非限制性的實施例中，數(shù)字控制處理器66的A/D轉(zhuǎn)換器可具有最小10字節(jié)的分辨率以實 現(xiàn)活性材料致動器36的強大控制。
[0050] 此外，數(shù)字控制處理器66能夠經(jīng)由控制器程序端口 64接收包括來自遠程計算機 的計算機程序指令（即，控制程序）的數(shù)據(jù)150。因此，系統(tǒng)控制器38包括電連接到數(shù)字控 制處理器66的控制器程序端口 64。在裝配前，諸如計算機程序指令的數(shù)據(jù)150能夠經(jīng)由控 制器程序端口 64被傳遞到數(shù)字控制處理器66。換句話說，數(shù)字控制處理器66的初始程序 能夠通過將數(shù)據(jù)150通過控制器程序端口 64從外部計算機傳遞到數(shù)字控制處理器66來實 現(xiàn)。因而，儲存在外部計算機上的數(shù)據(jù)150 (S卩，控制程序）能夠在系統(tǒng)控制器38被裝配進 入致動裝置30中前被下載到數(shù)字控制處理器66的存儲器中。此外，數(shù)據(jù)150能夠經(jīng)由用 于診斷目的的控制器程序端口 64從數(shù)字控制處理器66傳遞到遠程計算機。操作時，數(shù)字 控制處理器66利用控制程序檢測控制電路50或活性材料致動器36的正常或異常的狀況， 并且因而調(diào)節(jié)或結(jié)束PWM信號132。這些正?；虍惓５臓顩r包括：通過活性材料致動器36 的過電流、過電壓、電源42的欠電壓、活性材料致動器36是否不能移動（S卩，卡住的情況)、 變短的活性材料致動器36、破損的活性材料致動器36等等。如果致動裝置30聯(lián)接到孔組 件，則數(shù)字控制處理器66能夠基于活性材料致動器36是否處于"卡住的情況"利用控制程 序檢測孔是否被堵住。此外，數(shù)字控制處理器66能夠利用控制程序檢測傳感器或者活性材 料致動器36的異常運轉(zhuǎn)并且提供診斷反饋。
[0051] 圖5是示出了控制活性材料致動器36的致動的方法200的流程圖。方法200能 夠用于控制傳遞到活性材料致動器36的PWM信號132的占空比，從而控制活性材料致動器 36的行為。例如，數(shù)字控制處理器66能夠基于多個感應信號(例如，位置信號104、電流信 號128、電壓信號120、和溫度信號110)等執(zhí)行方法200以控制活性材料致動器36的操作。
[0052] 繼續(xù)參見圖5,方法200從方框202開始。接著，在方框204,系統(tǒng)控制器38是未 被激活的("睡眠模式")，并且電流沒有被供給到活性材料致動器36。在方框206,數(shù)字控制 處理器66檢測諸如車輛主體控制器的外部控制器58是否已經(jīng)向控制電路50發(fā)出激活信 號78。換句話說，在方框206,控制電路50確定控制電路50是否已經(jīng)接收到激活信號78。 如果沒有檢測到激活信號78,方法200返回到方塊204并且系統(tǒng)控制器38保持未被激活。 如果檢測到了激活信號78,在方框206,數(shù)字控制處理器66可選地確定激活信號78是否在 方框208被第一次檢測到。如果這是控制電路50第一次接收到激活信號78,則數(shù)字控制 處理器66可執(zhí)行延時(例如，大約2. 5秒)以允許控制電路50使方框210穩(wěn)定。延時后，方 框212發(fā)生初始化。系統(tǒng)控制器38的初始化使得需要控制電路50的所有回路通電、初始 化微處理器記錄器、以及監(jiān)視并記錄活性材料致動器36的初始位置?；钚圆牧现聞悠?6 的初始位置可通過位置傳感回路68確定。因而，方法200包括如果控制電路50接收到了 來自外部控制器58的激活信號78,則是控制電路50的回路通電以建立活性材料致動器36 與電源42之間的電連接，由此致動活性材料致動器36。
[0053] 初始化之后，系統(tǒng)控制器38在方框214監(jiān)視并記錄活性材料致動器36的位置、靠 近活性材料致動器36的環(huán)境溫度、電源42的電壓，以及穿過活性材料致動器36的電流。特 別地，在方框214,幾個傳感回路發(fā)送感應的信號到數(shù)字控制處理器66,并且數(shù)字控制處理 器66讀取并儲存這些感應信號。具體地，位置傳感回路68發(fā)送位置信號104至數(shù)字控制 處理器66。電壓傳感回路62發(fā)送電壓信號120到數(shù)字控制處理器66。電流傳感回路74 發(fā)送電流信號128至數(shù)字控制處理器66。溫度傳感回路70發(fā)送溫度信號110至數(shù)字控制 處理器66。
[0054] 返回到方框208,如果數(shù)字控制處理器66確定這不是第一次接收到激活信號78， 則不執(zhí)行系統(tǒng)延時步驟（即，方框208)和系統(tǒng)初始化步驟（S卩，方框212)，并且數(shù)字控制處 理器66如以上在方框214所描述地繼續(xù)讀取并記錄來自傳感回路的溫度、位置、電流和電 壓信息。
[0055] 在那以后，在方框216,數(shù)字控制處理器66確定感應的溫度、電流、位置和電壓的 值是否在規(guī)定的限制內(nèi)。如果這些感應的值中至少一個不在規(guī)定的限制內(nèi)，則數(shù)字控制處 理器66在方框218執(zhí)行"運行錯誤操作"。"運行錯誤操作"可能使得需要，例如，切斷系統(tǒng) 控制器38的電力并等到幾秒鐘，然后再返回到方框206。例如，如果環(huán)境溫度高于某個預 定的溫度閥值，則數(shù)字控制處理器66可命令電力開關回路76切斷活性材料致動器36的電 力，從而防止活性材料致動器36被致動。替代地，"運行錯誤操作"可使得需要將系統(tǒng)控制 器38的電力降低到某個水平。
[0056] 如果數(shù)字控制處理器66確定電壓、溫度、位置、和電流的值在規(guī)定的限制內(nèi)，則數(shù) 字控制處理器66在方框220確定系統(tǒng)控制器38是否在規(guī)定的時間（例如，大約4秒鐘）內(nèi) 操作。如果系統(tǒng)控制器38操作超過了規(guī)定的時間，則在方框222切斷活性材料致動器36 的電力，并且然后方法200返回到方框206。相反地，如果數(shù)字控制處理器66確定系統(tǒng)控制 器38在規(guī)定的時間內(nèi)操作，則數(shù)字控制處理器66在方框224基于位置傳感回路68產(chǎn)生的 位置信號104確定活性材料致動器36是否不能夠移動（S卩，卡住或堵塞的情況)。
[0057] 如果檢測到了堵塞的情況，則數(shù)字控制處理器66在方框226以第一占空比產(chǎn)生 PWM信號132。PWM信號132的第一占空比可允許活性材料致動器36在大部分時間內(nèi)保持 靜止，同時活性材料致動器36通電。如果沒有檢測到堵塞情況，則數(shù)字控制處理器66以不 同于第一占空比的第二占空比產(chǎn)生PWM信號132。數(shù)字控制處理器66在方框228基于與 電壓、位置、電流、溫度、或它們的組合相關的感應信號確定PWM信號132的第一和第二占空 比。
[0058] 隨后，數(shù)字控制處理器66在方框230將具有所確定的輸出占空比（即第一或第二 占空比)的PWM信號132傳遞到電力開關回路76。通過控制穿過活性材料致動器36的PWM 占空比，活性材料致動器36的均方根（RMS)電流能夠被控制。
[0059] 這些詳細的描述和示圖或圖形對于本發(fā)明來說是支持性的和描述性的，而本發(fā)明 的范圍僅由權利要求限定。雖然已經(jīng)詳細描述了用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式，但是本發(fā)明 相關領域技術人員將意識到用于在所附權利要求范圍內(nèi)實施本發(fā)明的多種替代涉及和實 施例。
[0060] 相關申請的交叉引用
[0061] 本申請要求于2013年4月15日申請的美國臨時申請61/811，890號的優(yōu)先權，該 申請整體通過引用結(jié)合于此。
【權利要求】
1. 一種用于控制活性材料致動器的系統(tǒng)，其包括： 電源，其被構造為供給電力； 控制電路，其包括多個回路，并被構造為基于激活信號的接收而選擇性地建立所述活 性材料致動器與所述電源之間的電連接，所述活性材料致動器被構造為當通電時致動；并 且 其中，所述控制電路被構造為當所述控制電路沒有接收到激活信號時將多個回路中的 至少一個斷電，從而最小化從電源汲取的寄生電流。
2. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個回路包括被構造為測量電源供給的電力的 電壓勢的電壓傳感回路，所述電壓傳感回路被構造為當控制電路沒有接收到激活信號時斷 電。
3. 如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述電壓傳感回路包括低的導通電阻固態(tài)開關，所 述低的導通電阻固態(tài)開關被構造為當控制電路沒有接收到激活信號時選擇性地將電壓傳 感回路與電源斷開。
4. 如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述多個回路包括電連接到所述電源的電源濾波 器，所述電源濾波器被構造為過濾所述電源供給的輸出電壓。
5. 如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述電源濾波器包括被構造為防止反向電壓的至少 一個二極管。
6. 如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述多個回路包括電連接到所述電源濾波器的偏置 電壓調(diào)節(jié)器，所述偏置電壓調(diào)節(jié)器被構造調(diào)節(jié)所述電源供給的輸出電壓。
7. 如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述偏置電壓調(diào)節(jié)器被構造為當控制電路沒有接收 到激活信號時斷電。
8. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個回路包括電力開關回路，所述電力開關回 路被構造為當控制電路接收到激活信號時選擇性地建立所述活性材料致動器與電源之間 的電連接。
9. 如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述電力開關回路包括低的導通電阻固態(tài)開關以控 制穿過活性材料致動器的電流。
10. 如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述多個回路包括被構造為產(chǎn)生具有占空比的脈 沖寬度調(diào)制信號的數(shù)字控制處理器，所述數(shù)字控制處理器被構造為電連接到電力開關回路 使得所述數(shù)字控制處理器被構造為將脈沖寬度調(diào)制信號傳遞到電力開關回路。
【文檔編號】H02N2/00GK104104264SQ201410147887
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權日:2013年4月15日
【發(fā)明者】C.S.納穆德里, L.郝, P.W.亞歷山大, X.高 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司