CN101437705B

CN101437705B - 可逆地打开和关闭使用活性材料的格栅

Info

Publication number: CN101437705B
Application number: CN2007800158564A
Authority: CN
Inventors: A·L·布劳恩; N·L·约翰逊
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-05-01
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: WO2007130847A3; DE112007001053B4; US20080133090A1; CN101437705A; DE112007001053T5; WO2007130847A2; US7498926B2

Abstract

一种活性格栅(10)，包括多个叶片(14)和与叶片(14)有效相联的活性材料。活性材料与叶片(14)有效相联并响应激活信号而有效改变至少一种属性，其中流过格栅(10)的流体量随着活性材料的所述至少一种属性的改变而改变。作为示例，在机动车辆应用中，位于发动机舱前方的格栅(10)的叶片(14)能够被选择性地设置为由于发动机冷却液温度的升高而提供更多的气流通过散热器。这样，活性格栅(10)能够被设置成提高机动车辆燃料的经济性同时保持适当的发动机冷却。可以使用激活装置(20)，控制器(22)和传感器(24)以进一步控制活性格栅(10)的至少一种属性的改变。

Description

可逆地打开和关闭使用活性材料的格栅

技术领域

本公开涉及一种活性格栅，并且更具体地涉及可逆地打开和关闭使用活性材料的格栅的叶片。为了实现打开和关闭，活性材料与限定格栅的叶片有效相联或者构成叶片的至少一部分。活性材料响应激活信号而改变至少一种属性以实现叶片的重新定位。

背景技术

通过机动车辆的气流能够影响多方面的车辆性能，包括车辆阻力，车辆传动系统的冷/热交换，空调系统，制动器，及类似方面。车辆阻力的减小提高了燃料的经济性。如本文中所用，术语“气流”表示空气相对于车辆的外表面或者车辆各部件的表面穿过车辆各部分的动作，沿上述表面例如发动机舱内的各表面能够引导外部气流。术语“阻力”表示由与沿在流体内移动的物体的重心移动方向相反的方向的摩擦导致的阻力。机动车辆生产的现有技术中的车辆格栅通常由形状，位置，朝向和硬度均为预定且不可调节的叶片构成。这样的装置在行车条件改变时通常不能适应，因此无法调节通过格栅的气流以更好地适应行车条件的改变。

因此，存在对于一种用于在变化的条件下控制流体流动的可调节的外部车辆格栅，例如，一种用于在变化的行车条件下控制通过格栅的气流的可调节的外部车辆格栅的需求。

发明内容

本文中公开的是活性格栅和控制流体流过所述活性格栅的方法。在一个实施例中，一种被设置成选择性地控制流体流动的活性格栅包括一个枢轴安装至框架的叶片；以及与所述叶片有效相联的活性材料，所述活性材料响应激活信号而有效改变至少一种属性，其中通过所述格栅的流体流动随着所述活性材料的至少一种属性的改变而改变。

在另一个实施例中，一种机动车辆包括设置成选择性地控制气流进入发动机舱的活性格栅，其中所述活性格栅包括多个叶片；以及与所述叶片有效相联的活性材料，所述活性材料响应激活信号而有效改变至少一种属性，其中通过所述格栅的气流随着所述活性材料的至少一种属性的改变而改变。

还包括一种控制气流通过由多个叶片构成的格栅的方法，该方法包括：激活有效连接至所述多个叶片的活性材料以将所述多个叶片中的至少一个从第一位置枢转至第二位置，其中从第一位置到第二位置的转动改变了通过格栅的气流量。

上述内容以及其他特征通过下面的附图和详细说明来进行介绍。

附图说明

下面参照表示示范性实施例的附图，并且其中相似的部件标记相同。

图1是与本公开相一致的机动车辆内的活性外部格栅的正视图；

图2示意性地示出了包括用于在活性格栅内使用的叶片的系统，其中将格栅内的叶片与基于活性材料的致动器一起设置；

图3是打开和关闭位置下的活性格栅的部分透视图；

图4是图3中的活性格栅的侧截面图；

图5是用于在活性格栅内使用的叶片的透视图，其中所述叶片有至少一部分由与本公开的一个实施例相一致的活性材料制成；

图6是用于在活性格栅内使用的叶片的透视图，其中所述叶片有至少一部分由与本公开的另一个实施例相一致的活性材料制成；和

图7是用于在活性格栅内使用的叶片的透视图，其中所述叶片有至少一部分由与本公开的再一个实施例相一致的活性材料制成。

具体实施方式

本公开提供了一种活性格栅，其中所述格栅的部件能够可逆地改变形状，尺寸，朝向，位置和/或硬度，这种改变通过活性材料的致动实现，从而允许格栅适应变化的条件并且也改变格栅单元正面和装有格栅的对象例如机动车辆的视觉外观。例如，对于机动车辆应用，选择性地打开和关闭活性格栅的部件能够改变气动阻力系数。通过在高速下关闭格栅，能够减小阻力并提高燃料的经济性。本公开不应理解为局限于活性材料的任何特定的应用领域例如用于机动车辆，用于建筑物内的通风口等。另外，本公开不应理解为局限于活性材料的任何特定的功能用途例如造型功能，冷却/加热气流的控制等。类似地，本公开不应理解为局限于在机动车辆上的任何特定位置使用例如在缓冲器上方的正面，在引擎罩上，在车辆挡泥板区域内的正面侧，在车辆顶部，及类似位置。

本文中使用的术语“活性材料”通常表示一种在施加激活信号时表现出某种属性例如尺寸，形状，物相，朝向，硬度，剪切强度及类似属性的变化的材料。活性材料可以由任意的多种活性材料构成，包括但不限于形状记忆材料，例如，形状记忆合金，形状记忆聚合物，和电活性聚合物例如离子型聚合物金属复合物，导电聚合物，以及压电材料，磁流变(MR)复合材料，例如MR弹性体，和其他能够在接收激活信号时表现出至少一种属性变化的类似材料。根据特定的活性材料，激活信号可以采取不作为限制的电流，电场(电压)，温度变化，磁场，机械负载或应力，及类似形式。在上述的材料中，基于SMA和SMP的部件优选地包括存储部件初始形状的返回机构。返回机构可以是机械，气动，液压，烟火式的，或基于上述的一种智能材料。如本文中将要介绍的那样，机动车辆的外部活性格栅被从外部安装或者和车辆构成整体以选择性地控制从中通过的气流。活性格栅能够被设置为主动地检测并响应行车条件地变化，从而不再需要外部电源，或者可选地，被设置为与电源有效相联的致动器以单独地或组合地改变叶片的形状，尺寸，朝向，位置和/或硬度。

如图1所示，一种用于机动车辆的示范性的外部格栅，用附图标记10表示，通常包括框架12，多个枢轴安装在框架12内共同限定格栅的间隔开的叶片14，和用于实现叶片的选择性动作的基于活性材料的致动器或材料。叶片14可以被设置为随着活性材料的激活而选择性地打开和/或关闭。

在图2所示的一个实施例中，格栅10包括与叶片14有效相联的活性材料16，活性材料16具有能够响应对活性材料16的激活信号而有效改变的至少一种属性。活性材料16的一种属性，及其改变，涉及活性材料16的各种属性例如但不限于形状，尺寸，硬度，及其组合，和类似属性。活性材料16的至少一种属性的改变影响格栅10的各种特征例如但不限于形状，尺寸，位置，朝向，硬度，及其组合，和/或类似特征，从而改变通过格栅16的气流。用这种方式，格栅10是可调节的而且通过装置10的气流在变化的行车条件下随着活性材料16的至少一种属性的改变而改变。例如，图2中所示的活性材料可以是形状记忆合金，其在激活后能够被设置为收缩，从而绕枢轴点18枢轴旋转叶片。偏置弹簧19或其他的活性材料可以被用于恢复叶片14的位置。应该注意叶片14可以依赖于激活信号的大小，所使用的特定活性材料，所应用的致动机构，和类似因素而被枢轴定位在无限多个位置内。

连接至叶片14并与其有效相联的是激活装置20。激活装置20与活性材料16功能性连通，其可操作的用于选择性地给活性材料提供激活信号并通过改变活性材料16的至少一种属性来改变叶片14的位置/朝向。例如，活性材料16能够低速收缩(在激活后缩短其长度尺寸)至打开位置并允许气流流过格栅并进入发动机舱。在活性材料解除激活后，偏置弹簧或其他活性材料能够被激活用于将叶片定位至例如在高速下行车时可能需要的关闭位置。

激活装置20按要求给活性材料16提供激活信号或刺激以造成格栅10的至少一部分的一个或多个特征的变化。本公开不应理解为局限于任何特定的活性材料16和/或活性材料16的组合。类似地，本公开不应理解为局限于任何特定的激活信号。特定的激活信号将依赖于活性材料16的灵敏度。同样地，激活信号可以包括热激活信号，磁激活信号，电激活信号，化学激活信号，和/或其他类似的激活信号。而且，术语“响应激活信号”应被理解为包括用于提供形状，尺寸，硬度，及其组合的改变的被动以及主动方式。

在一个实施例中，特征的改变通常在施加激活信号期间得以保持。在激活信号停止后，活性材料16通常恢复到无动力形式并基本返回到初始的至少一种属性，从而将格栅叶片送回其初始位置。在另一个实施例中，活性材料16的属性和/或活性格栅10的至少一部分的特征的变化可以在激活信号停止后保持。在该实施例中，活性格栅10包括用于保持活性材料16变化的装置21，例如闩，锁，止档和/或类似装置。在释放该装置后，活性格栅10返回到初始的至少一个特征。图示的活性格栅10仅仅是示范性的而不应理解为局限于任何特定的形状，大小，尺寸或结构，材料，或类似属性。例如，叶片可以根据所需的应用而垂直或水平朝向。类似地，活性材料致动器可以与叶片垂直或水平对齐以实现其动作。在另一个实施例中，使用以与活性材料16对抗的方式设置的单个致动器的操作而不是偏置弹簧来将活性格栅10返回到初始的至少一个特征。

在另一个实施例中，活性格栅10包括与活性格栅10和/或活性材料16有效相联的至少一个传感器26，其中该传感器适用于传输指示至少一种机动车辆状态的信号。该实施例可以进一步包括被有效连接至传感器24和激活装置20的控制器22，其中控制器被编程和设置为在传感器24的信号指示预定的机动车辆状态，例如燃料电池或散热器冷却系统的温度时促使激活装置20给活性材料16提供激活信号。

图3和图4示出了开放和关闭位置下的活性格栅的不同视图。通过选择性地从完全关闭位置到开放位置定位叶片来控制通过活性格栅10的气流(如图4中的箭头28所示)。应该注意活性格栅可以被设置为带有一个或多个不同的活性材料致动器以允许叶片中的一个或全部叶片来选择性地打开和/或关闭。

叶片14(在本文中也被称作空气偏移体)可以是能够使活性格栅10起作用的各种材料和结构中的任意一种。包括跨越物理格栅的整个高度或宽度的格栅叶片。也包括嵌入仅单独跨越一部分例如物理开口的一半的多个独立部件的格栅叶片。这种方法是一种通过允许更小的其旋转轴是更短的弦的“月牙形”格栅部件而允许更有效率/有效果的跨越高度弯曲的格栅形状的方法，也就是说，跨越一个弧形的弦部件数量越多，每个部件的弧度(曲率)就越小。一个例子是将水平叶片的格栅分为两部分，其中分隔线沿整个开口的水平中心向下。可以在中心处使用单个垂直导轨来同时控制右边和左边的部分。可选地可以在每一外侧边缘使用单独的垂直导轨或在中心处使用双导轨以提供右手和左手部分的单独致动。另外，可以预见到能够将特定的疏水涂料(包括纳米涂料)用于格栅叶片以作为最小化格栅被雪/冰/泥浆涂敷和堵塞情况的出现频率以及在这些情况确实存在时的格栅打开作用力(需要用来松开这种涂敷/堵塞)的一种方法。

例如，根据刚性位移方法，提出了旋转，局部滑动，和整体滑动的方法。第二种方法是当外部连接的活性材料被用于弯曲或以其他方式使格栅的柔性部件变形时，以此来改变开口形状。实施例的第三种方法是在其中活性材料被嵌入在格栅的柔性部件内并且其致动导致格栅形状和开口大小的变化。实施例的第四种方法是在其中活性材料构成格栅的部件并且其致动导致格栅形状和开口大小的变化。实施例的第五种方法是在其中使用上述四种方法中的一种以激活独立于格栅但是可能被连接至格栅的部件，该部件-例如侧翼-的激活导致该部件遮盖格栅的一个或多个开口。在可选方法中包括在本公开内的是用于替换当前的被动格栅的完整的直接替代的活性格栅单元，和直接滑向被动格栅背部的活性单元，该背部单元包含活性关闭部件，也就是改进型格栅。

在图5A和图5B中，叶片30由柔性材料构成，柔性材料表现出足够的柔性以在活性材料32改变至少一种属性时用作设置在弹性或可弯曲材料34内的可调节活性格栅。例如，叶片30可以包括由活性材料16构成的至少一部分，如图中所示的栅格形式。活性材料32可以在第一温度下具有基本平坦的形状(图5a)而在被加热至相变温度以上时具有弯曲的形状(也就是如图5b所示的曲线形状)。激活装置36被连接至活性材料以提供选择性的激活。控制器38和传感器40能够被编程为控制激活装置36。

如图6所示，示出了叶片50的透视图，具有嵌入在柔性材料54上或嵌入在柔性材料54内的活性材料52的条带和/或部分。活性材料52的设置不局限于任何特定的结构或模式而是由所需的格栅应用来决定。在一个实施例中，例如在SMA条带中，活性材料52具有在奥氏体相中的整形弯曲形状，未在本视图中示出。在固定的或较低的车辆速度下，活性材料52可以通过电阻加热或者被动地通过发动机的热量而被加热，这可能会造成活性材料52弯曲并因此允许气流通过格栅。形状的改变可以由通过激活装置54，控制器56，和/或传感器58传输的激活信号发起。

作为形状记忆合金相变的结果，叶片的硬度将会大于马氏体相时的硬度。嵌入的活性材料条带的数量和尺寸可以被选择为使得嵌入的活性材料52在处于奥氏体相时造成活性格栅叶片50的体积变形。但是，当SMA材料处于马氏体相时，构成叶片50体积的柔性材料足够硬以将装置的格栅叶片返回到平坦，展开的结构，并因此矫直活性材料52。在较高的速度下，超过预定的车辆速度时，当前流量导致的电阻加热可以被停止，使得活性材料52返回马氏体相。用这种方式，活性格栅叶片50回复到平坦的展开状态，从而防止气流通过活性格栅。有利地，如果叶片50的变形是作用力的结果，例如是由于通过将活性材料52加热到奥氏体相温度使活性材料52的条带塑性变形产生的应力的结果，那么叶片50可以被恢复。

在一个附加实施例中，如图7所示，叶片60的透视图包括设置在有效工作范围内的螺旋弹簧形状的活性材料62。在该实施例中，活性材料62可以被外部直接连接或远程连接至叶片60的表面。叶片60被与中空管64以管64可以绕其轴线自由旋转这样的方式连接。弹簧机构65和活性材料62都以相对的方式被连接至管64以使得它们各自的张力彼此平衡。用这种方式，管64通过外部装置的旋转可以在一个方向上增大张力同时在另一个方向上减小张力。在较低的车辆速度下(也就是低于预定速度)，弹簧机构65中的张力与未被加热的活性材料62降低的硬度和更大的长度相结合造成叶片60的旋转。在较高的速度下(也就是高于预定速度)，活性材料62的温度能够通过电阻加热或者传导加热被升高以在活性材料62中产生从马氏体相到奥氏体相的相变。由活性材料62构成的连线优选地表现为长度最多减小约4％和硬度属性最多增加3倍。用这种方式，长度的减小结合硬度属性的增加能够造成叶片60的旋转，也就是管64的旋转和反平衡弹簧机构65的拉伸。在电阻加热停止后，活性材料62冷却至马氏体相且拉伸的弹簧机构65能够被用于使叶片返回至其初始位置。在另一个实施例中，活性材料62的一种或多种属性的改变和/或叶片60的位置可以在激活信号停止后继续保持。在该实施例中，叶片60包括保持活性材料62变化的装置，例如闩，锁，止档和/或类似装置。在释放保持活性材料62中的变化的装置后，叶片60返回到初始位置。如前所述，激活装置66，控制器68和/或传感器70可以与彼此和叶片60结合发挥作用以发起活性材料62的至少一种属性的变化和叶片位置的变化。

如上所述，在上述任一实施例中确定格栅10的叶片14，30，50，60都可以在两个位置-完全打开和完全关闭位置-之间移动；可以在多个介于完全打开和完全关闭之间的不连续开度之间移动；或者单独控制或分组控制多个活性部件中不同部件的打开和关闭。这样，关闭叶片的横向和/或垂直移动就被用于关闭/打开垂直或横向的格栅开口。

上述任一实施例中的活性材料包括能够响应激活信号表现出硬度属性，形状和/或尺寸变化的那些组合，对于不同的活性材料激活信号可以采取电场，磁场，热场和类似场的类型。激活信号可以是被动的或主动的。也就是说，激活信号可以被主动地施加至形状记忆材料，例如通过向与形状记忆材料有效相联的电阻导线施加电流，或者也可以被间接地施加，例如通过浸入发动机冷却液内，置于激动车辆的工作温度内，和类似方式。优选的活性材料包括但不限于各类形状记忆材料及其组合。形状记忆材料通常表示具有记忆其初始的至少一种属性例如形状的能力的材料或组合，所述属性随后能够通过施加或停止某种外界刺激而从这些材料的不同状态下被恢复，正如将在本文中详细论述的那样。因此，初始形状的变形是暂时状态。用这种方式，不同的形状记忆材料能够响应于激活信号的施加或去除而改变为训练形状。

适合用于以活性材料为基础的格栅的活性材料包括但不限于形状记忆合金(“SMA”，例如热激活和应力激活的形状记忆合金和磁控形状记忆合金(MSMA))，电活性聚合物(EAP)例如绝缘弹性体，离子型聚合物金属复合物(IPMC)，压电材料(例如聚合物，陶瓷)，和形状记忆聚合物(SMP)，形状记忆陶瓷(SMC)，压塑性塑料，磁流变(MR)材料(例如流体和弹性体)，电流变(ER)材料(例如流体和弹性体)，上述活性材料和非活性材料的复合材料，由至少一种上述活性材料构成的系统，以及由至少一种上述活性材料构成的组合。为了方便并作为示例，本文中提及的活性材料表示形状记忆合金和形状记忆聚合物。形状记忆陶瓷，压塑性塑料，和类似材料，也可以按类似方式使用。例如，对于压塑性塑料，压力导致的高温和低温玻璃态转化温度(Tg)部件的纳米相域混合实现形状的改变。压塑性塑料可以在相对低的温度下重复使用而不会退化。SMC类似于SMA但是与其他的形状记忆材料相比能够承受更高的工作温度。SMC的一个例子是压电材料。

形状记忆材料在施加或去除外部刺激后返回其初始形状的能力使其被用于致动器中来产生力/施加力以导致所需的动作。活性材料致动器与传统的机电式和液压式致动装置相比提供了降低致动器的尺寸，重量，体积，成本，噪音和提高其鲁棒性的可能性。例如铁磁SMA响应于施加的磁场(并与磁场强度成比例)表现出快速的高达几个百分点的尺寸变化。但是，这些变化是单向变化并利用偏置力或反向场的使用来将铁磁SMA返回其起始结构。

形状记忆合金是具有至少两种不同的与温度相关的相或极性的合金组合。这些相中使用最为普遍的是所谓的马氏体相和奥氏体相。在下面的讨论中，马氏体相通常指的是更具有可变形性的温度更低的相，而奥氏体相通常指的是更刚性的温度更高的相。当形状记忆合金处于马氏体相且被加热时，其开始变为奥氏体相。该现象开始时所处的温度通常被称作奥氏体起始温度(A_S)。该现象完成时的温度通常被称作奥氏体完成温度(A_f)。当形状记忆合金处于奥氏体相并被冷却时，其开始变为马氏体相，且该现象开始时所处的温度通常被称作马氏体起始温度(M_S)。奥氏体完成向马氏体的转变时所述的温度通常被称作马氏体完成温度(M_f)。A_S和A_f之间的范围通常被称作马氏体-奥氏体转变温度范围，而M_S和M_f之间的范围通常被称作奥氏体-马氏体转变温度范围。应该注意到上述的转变温度时SMA样品所经受应力的函数。通常，这些温度随着应力的增加而增加。考虑到上述性质，优选在奥氏体起始温度下或在低于奥氏体起始温度的温度下(在A_S下或低于A_S的温度下)进行形状记忆合金的变形。随后加热到高于奥氏体起始温度使变形的形状记忆合金样品开始回复到其初始(未经受应力)的永久形状，直到在奥氏体完成温度下完成为止。因此，用于形状记忆合金的适当的激活输入或信号是其大小足以导致在马氏体相和奥氏体相之间进行转变的热激活信号。

可以通过合金成分的微小变化并通过热-机械处理来调整形状记忆合金被加热时记忆其高温形式(也就是其初始的未经受应力的形状)所处的温度。例如在镍-钛形状记忆合金中，该温度可以从高于约100℃的温度变化至低于约-100℃的温度。形状回复过程可在仅几度的范围内发生或者在更宽的温度范围内进行更为渐进式的回复。可根据所需的应用和合金成分将转变的开始或完成控制在几度之内。形状记忆合金的机械性质在跨越其转变过程的温度范围内发生很大程度的变化，通常提供了形状记忆效应和超弹性效应。例如，在马氏体相形态下，观察到了比在奥氏体相形态下更低的弹性模量。处于马氏体相形态的形状记忆合金能够由于所施加的应力使晶体结构布置得以重新排列而经受大的变形。在去除应力后，材料将保持该形状。换句话说，在SMA中由应力诱发的相变在本质上是双向的，当SMA处于其奥氏体相状态时施加足够的应力即可导致其变为模量更低的马氏体相。去除所施加的应力将导致SMA切换回其奥氏体相，并因此回复其起始形状和更高的模量。形状记忆合金的机械性质在跨越其转变过程的温度范围内发生很大程度的变化，通常给格栅叶片提供了形状记忆效应，超弹性效应，和高阻尼容量。

示范性的形状记忆合金材料包括基于镍-钛的合金，基于铟-钛的合金，基于镍-铝的合金，基于镍-镓的合金，基于铜的合金(例如铜-锌合金，铜-铝合金，铜-金和铜-锡合金)，基于金-镉的合金，基于银-镉的合金，基于铟-镉的合金，基于锰-铜的合金，基于铁-铂的合金，基于铁-钯的合金等等。合金可以是二元合金，三元合金或者任何更高级别的合金，只要合金成分呈现出形状记忆效应即可，例如在形状，朝向，屈服强度，挠曲模量，阻尼容量，超弹性，和/或类似性质方面的变化。对适当的形状记忆合金成分的选择部分地取决于预期应用的温度范围。

在更高温度下回复至奥氏体相的过程伴随着很高的(与使材料变形所需的应力相比)应力，可以高达奥氏体材料的固有屈服强度，有时则高达变形的马氏体相的固有屈服强度的三倍或更多倍。对于需要大量操作循环的应用场合，可以获得小于或等于4％左右的所用金属丝的变形长度的应变。在使用直径为0.5毫米(mm)的记忆形状合金的金属丝进行的实验中，获得了大小为4％的最大应变。对于循环次数较少的应用场合，该百分比可以增加至8％。

MSMA是合金，通常由Ni-Mn-Ga构成，因磁场产生的应力而改变形状。MSMA具有不同磁性和晶体朝向的内变量。在磁场中，这些变量的比例变化，导致材料的整体形状变化。MSMA致动器通常需要MSMA材料被设置在电磁铁的线圈之间。流过线圈的电流诱发磁场穿过MSMA材料，导致形状的变化。

如前所述，其他示范性的形状记忆材料是形状记忆聚合物(SMP)。“形状记忆聚合物”通常是指在施加激活信号后表现出属性例如模量，尺寸，热膨胀系数，透湿性，光学属性(例如透射率)或包括上述属性中的至少一种的组合随其微观结构和/或形态的改变而改变的聚合材料。形状记忆聚合物可以是热响应的(也就是属性的改变是由直接通过热量供给或去除传输的，或间接通过相当于在导致内部产生热量的模量水平下激发高幅振动的一定频率的振动传输的热激活信号所导致)，光响应的(也就是属性的改变是由电磁辐射激活信号所导致)，湿响应的(也就是属性的改变是由流体激活信号例如湿度，水蒸气或水所导致)，化学响应的(也就是对环境中的一种或多种化学物质的浓度变化例如环境的PH值即氢离子浓度的变化做出响应)，或者包括上述类型中的至少一种的组合。

通常，SMP是相离析的共聚物，包括至少两种可以描述为SMP内定义不同链段的不同单元，每种链段对SMP的整体性质贡献不同。如本文中所用，术语“链段”指的是共聚形成SMP的相同或相似单体或低聚物单元的嵌段，接枝或序列。每种链段可以是(半)结晶或无定形的并且分别具有相应熔点或玻璃态转化温度(Tg)。术语“热转变温度”在本文中为了方便被用于根据该链段是无定形链段还是结晶链段来统称Tg或熔点。如果SMP包括(n)个链段，就说该SMP具有一个硬链段和(n-1)个软链段，其中硬链段的热转变温度高于所有软链段。因此，该SMP具有(n)个热转变温度。硬链段的热转变温度被称作“最终转变温度”，而所谓“最软”链段的最低热转变温度被称作“第一转变温度”。重要的是，如果SMP具有多个由相同的热转变温度表征的链段，且该温度也是最终转变温度，那么就称该SMP具有多个硬链段。

当SMP被加热到高于最终转变温度时，该SMP材料能够被赋予永久形状。SMP的永久形状可以通过随后将SMP冷却至低于那个温度而被固定或记忆。如本文中所用，术语“初始形状”，“原来定义的形状”，“预定形状”和“永久形状”是同义的且旨在互换地使用。一种暂时形状的设定可以通过将材料加热至高于所有软链段的热转变温度却低于最终转变温度的温度，施加外部应力或载荷以使SMP变形，然后冷却至软链段的特定热转变温度之下同时保持变形的外部应力或载荷。

永久形状可以通过在接触应力或载荷时加热该材料至软链段的特定热转变温度以上却低于最终转变温度来恢复。因此，很明显通过组合多种软链段就有可能表现出多种暂时形状，而用多种硬链段就有可能表现出多种永久形状。类似地，使用层压或负荷技术，多种SMP的组合将表现出在多种暂时和永久形状之间的转换。尽管SMP可以应用为各种片材，板材，纤维，或泡沫形式以调节/控制叶片硬度，但是SMP还是具有需要连续的动力以保持其较低模量形状的缺点。SMP因此而更好地适用于根据驾驶偏好(通过加热/冷却/再加热循环)设定叶片的可逆形状，位置和朝向。

形状记忆材料也可以包括压电材料。此外，在某些实施例中，压电材料可以被设置为致动器以提供快速展开。如本文中所用，术语“压电”被用于描述一种材料，在施加电压电势时，该材料机械变形(改变形状)，或者相反地，在机械变形时产生电荷。压电材料在承受施加的电压时表现出很小的尺寸变化，该响应与施加的电场强度成正比且非常迅速(能够很容易地达到千赫范围)。因为其尺寸变化很小(例如小于0.1％)，所以为了大幅度增加尺寸变化的大小，压电材料通常以被构造为在施加相对小的电压时可弯成凹形或凸形的压电陶瓷单压电晶片和双压电晶片的平片式致动器的形式使用。这种晶片在固定器衬垫内的变形/弯曲适合用于抓紧/释放目标物体。

一种类型的单压电晶片是外部粘合至柔性金属箔或条带的单个压电元件构成的结构，柔性金属箔或条带在用变化的电压激活时被压电元件刺激并由于其对抗压电元件的移动而导致轴向的翘曲或挠曲。单压电晶片的致动器动作可以通过收缩或膨胀进行。单压电晶片可以表现出高达约10％的应变，但通常只能承受相对于单压电晶片结构的整体尺寸而言较低的负荷。

与单压电晶片压电设备相反，双压电晶片设备包括夹在两个压电元件之间的中间柔性金属箔。因为在所施加的电压下一个陶瓷元件会收缩而另一个则膨胀，所以双压电晶片表现出比单压电晶片更大的位移。双压电晶片可以表现出高达约20％的应变，但类似于单压电晶片，通常不能承受相对于单压电晶片结构的整体尺寸而言的高负荷。

示范性的压电材料包括无机化合物，有机化合物和金属。对于有机材料而言，具有非中心对称结构和在分子的主链或侧链或既在主链又在侧链中具有大偶极矩基团的所有聚合物材料都可以被用作压电薄膜的候选材料。聚合物的实例包括聚(4-苯乙烯磺酸钠)(“PSS”)，聚S-119(聚(乙烯胺)主链偶氮生色团)，和其衍生物；多氟烃，包括聚偏1，1-二氟乙烯(“PVDF”)，其共聚物1，1-二氟乙烯(“VDF”)，三氟乙烯(TrFE)，和其衍生物；多氯烃，包括聚(氯乙烯)(“PVC”)，聚偏1，1-二氯乙烯(“PVC2”)，和其衍生物；聚丙烯腈(“PAN”)，和其衍生物；聚羧酸类，包括聚(甲基丙烯酸(“PMA”))，和其衍生物；聚脲，和其衍生物；聚氨酯(“PUE”)，和其衍生物；生物高分子例如聚-L-乳酸类和其衍生物，和膜蛋白质，以及磷酸盐生物分子；聚苯胺和其衍生物，以及全部四胺衍生物；聚酰亚胺，包括

分子和聚醚酰亚胺(“PEI”)，和其衍生物；所有的膜聚合物；聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(“PVP”)均聚物，和其衍生物，和无规PVP-共乙酸乙烯酯(“PVAC”)共聚物；和所有在主链或侧链或既在主链又在侧链中具有偶极矩基团的芳香族聚合物，以及包括上述聚合物中的至少一种的组合。

进一步地，压电材料可包括Pt，Pd，Ni，Ti，Cr，Fe，Ag，Au，Cu，和包括上述金属中的至少一种的金属合金，以及包括上述材料中的至少一种的混合物。这些压电材料还可以包括例如金属氧化物，如SiO₂，Al₂O₃，ZrO₂，TiO₂，SrTiO₃，PbTiO₃，BaTiO₃，FeO₃，Fe₃O₄，ZnO，和包括上述材料中的至少一种的混合物；以及VIA和IIB族化合物，例如CdSe，CdS，GaAs，AgCaSe₂，ZnSe，GaP，InP，ZnS，和包括上述材料中的至少一种的混合物。

示范性的形状记忆材料还包括磁流变(MR)和ER共聚物。MR共聚物是微米级的可磁性极化的粒子(例如，如下所述的铁磁或顺磁例子)在共聚物(例如热固性弹性聚合物或橡胶)中的悬浮体。示范性的共聚物基体包括聚-α-烯烃，天然橡胶，硅树脂，聚丁二烯，聚乙烯，聚异戊二烯，和包括上述材料中的至少一种的混合物。

通过变化所施加磁场的强度，由改变剪切和抗压/张力模量来获得聚合物结构的硬度和潜在形状。MR聚合物通常在暴露于磁场中仅仅几毫秒时就形成其结构，其硬度和形状的改变正比于所施加磁场的强度。中断MR聚合物在磁场中的暴露而使该过程逆转，该聚合物返回到其较低的模量状态。

电活性聚合物(EAP)是一对电极和低弹性模量介电材料的中间层的层压板。在电极之间施加电压挤压中间层使其在平面内膨胀。它们表现出与所施加的场成比例的响应并能够在高频下被致动。已经介绍了EAP变形层压板。它们的主要缺点是与压电材料所需的电压相比需要施加大约为三倍大小的电压。

电活性聚合物包括响应于电场或力学场而表现出压电，热电或电致伸缩性质的那些聚合物材料。电致伸缩接枝弹性体的实例是压电聚(亚乙烯基氟化物-三氟代乙烯)的共聚物。该组合物具有能够产生变化量的铁电-电致伸缩分子复合体系的能力。

适于用作电活性聚合物的材料可以包括响应于静电力而产生变形或者所产生的变形导致电场产生变化的任何基本绝缘的聚合物和/或橡胶。适于用作预应变聚合物的示范性材料包括硅酮弹性体，丙烯酸弹性体，聚氨酯，热塑性弹性体，包括PVDF的共聚物，压敏胶粘剂，含氟弹性体，包括硅酮和丙烯酸基团的聚合物(例如，包括硅酮和丙烯酸基团的共聚物，包括硅酮弹性体和丙烯酸弹性体的共混聚合物等)。

可以基于一种或多种材料性质例如高的电击穿强度，低的弹性模量(例如对于大变形或小变形而言)，高介电常数等来选择被用作电活性聚合物的材料。在一个实施例中，聚合物可被选择为使其具有小于或等于约100Mpa的弹性模量。在另一个实施例中，聚合物可被选择为使其具有约0.05兆帕(Mpa)和约10Mpa的最大致动压力，或更具体地，具有约0.3Mpa至约3Mpa的最大致动压力。在另一个实施例中，聚合物可被选择为使其具有大约为2和大约为20的介电常数，或更具体地，具有大约为2.5和大约为12的介电常数。本公开不应理解为局限于这些范围。理想地，如果材料既具有高介电常数又具有高介电强度，那么具有比上述给出的范围更高的介电常数的材料将是所希望的。在很多情况下，电活性聚合物可以被制作和实施为薄膜，例如具有小于或等于50微米的厚度。

由于电活性聚合物会在高应变下偏斜，因此，连接到聚合物上的电极也应该偏斜而不会有损于机械或电性能。通常，适于使用的电极可以是任何形状和材料，只要它们能够将适当的电压提供给电活性聚合物或者从电活性聚合物接收适当的电压即可。电压可以是常数或者也可以随时间变化。在一个实施例中，电极附着到聚合物的表面。附着到聚合物上的电极可以是适应性的并符合聚合物变化的形状。电极可以仅仅被施加到聚合物的一部分上并根据其几何形状限定出活性区域。各种类型的电极包括由金属迹线和电荷分布层构成的结构化电极，由超出平面尺寸变化的传导性油脂(例如碳油脂和银油脂)构成的网状电极，胶状悬浮物，高纵横比的传导性材料(例如碳纤维和碳纳米管，与离子传导性材料的混合物)，以及包括上述材料中的至少一种的混合物。

示范性的电极材料可以包括石墨，碳黑，胶体悬浮物，金属(包括银和金)，充填凝胶和聚合物(例如充填银和充填碳的凝胶和聚合物)，和离子或电子传导性聚合物，以及包括上述材料中的至少一种的混合物。应该理解某种电极材料可能对于特定的聚合物而言运行良好但对其他聚合物则运行地不那么良好。作为实例，碳纤维对于丙烯酸弹性体聚合物而言运行良好但对于硅酮聚合物而言则运行地不那么良好。

磁致伸缩是固体在经受外部磁场时发生较大机械变形的现象。这种磁致伸缩现象归因于材料内小磁畴的旋转，这种旋转在材料未暴露于磁场中时是随机朝向的。这种形状的改变在铁磁体或铁磁固体中最大(例如Terfenol-D磁致伸缩材料)。这些材料具有非常快速的响应能力，和与所施加的磁场强度成比例的应变，并且它们在去除磁场后返回其起始尺寸。但是，这些材料具有的最大应变仅为大约0.1％到大约0.2％。

本公开的活性格栅和方法能够通过改变活性材料的至少一种属性来调节格栅特征例如形状，尺寸，硬度，位置，其组合，和类似特征以满足不同的行车条件的需要。活性材料16的至少一种属性的改变包括形状，尺寸，硬度，其组合和类似属性的改变。利用活性材料来实现这些变化给活性格栅提供了更好的简易性和鲁棒性，同时减少了失效模式的次数，设备的体积和用于因高能量密度而激活的能量需求。

除非另外指出，否则在说明书和权利要求书中使用的表示成分的数量，性质例如分子量，反应条件等的所有数字应被理解为在所有情况下都用术语“约”来修饰。因此，除非相反地指出，否则在以下说明书和所附权利要求中所述的数值参数都是可以根据本公开试图获得的期望性质变化的近似值。至少，并且不是试图用等价理论的应用限制权利要求的保护范围，每个数值参数都应至少按照所报告的有效数字并通过应用常规的取舍规则来进行理解。

用于调节气流的活性格栅可以被用于控制通过和/或穿过机动车辆内的散热器，燃料电池舱，燃料电池，和/或发动机舱的气流。但是，应该理解格栅可以被设置和适合用于机动车辆的其他部分，例如但不应理解为局限于，传输壳体上，空调热交换器上，制动器上，穿过轮胎开口，和类似部分的气流控制。

控制逻辑的元素包括但不局限于：由车速命令的打开/关闭；致动机构上的用于对因被碎片，冰块等堵塞或锁定造成的过载进行保护的限力控制；手动按钮控制的打开和关闭操作；具有局部移动灵活性以避免夹手指等情况的移动部件的物理设计；指示只能在发动机运行且车辆挂档时和/或车辆挂档且移动时发生关闭的逻辑；用于致动的多个线束的使用，其中只有有限数量的控制线会在车辆静止时使用以使夹手指的负荷被限制在安全边界内；所有的控制线在车辆处于一定速度下时都被激活；使格栅在停车时且温度低于冰点时打开的逻辑以避免格栅受冻关闭；使用可获得的信号例如冷却液的温度，发动机舱的温度等来控制格栅的打开和关闭；使格栅在停车时且温度低于(可能是远远低于)冰点时打开的逻辑以避免发动机过快地冷却；使格栅在任何车辆工作循环中初始关闭直至发动机暖机的逻辑以允许更快速地加热和伴随排放的潜在减少；还包括被动的安全超驰机构(基于SMA的形状记忆)以在被动机构所处区域内的温度过高时导致自动打开。

尽管已经参考示范性实施例对本发明进行了介绍，但是本领域普通技术人员应该理解的是可以进行各种变化并且可以用等价物取代其各个部件而并不背离本发明的保护范围。另外，可以进行多种变形以根据本发明的教导适应特定的情况或材料而并不背离本发明的实质保护范围。因此，应该理解本发明不但不局限于为了实现本发明而作为最佳方式公开的特定实施例，而且本发明应该包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims

1.一种被设置成选择性地控制流体流动的活性格栅，包括：

枢轴安装至框架的叶片；

与所述叶片有效相联的活性材料，所述活性材料响应激活信号而有效改变至少一种属性，其中通过所述格栅的流体流动随着所述活性材料的所述至少一种属性的改变而改变；和

连接至所述激活信号且设置成对过载进行保护的限力控制装置。

2.如权利要求1所述的活性格栅，其中所述叶片由所述活性材料制成。

3.如权利要求1所述的活性格栅，其中所述叶片的至少一部分由所述活性材料制成。

4.如权利要求1所述的活性格栅，其中所述活性材料包括形状记忆合金，电活性聚合物，离子型聚合物金属复合物，压电材料，形状记忆聚合物，形状记忆陶瓷，磁流变材料，电流变材料，电致伸缩材料，磁致伸缩材料，上述活性材料中的至少一种和非活性材料的复合材料，或者上述活性材料的组合。

5.如权利要求1所述的活性格栅，其中所述激活信号包括热激活信号，电激活信号，磁激活信号，化学激活信号，机械负载，或者上述激活信号的组合。

6.如权利要求1所述的活性格栅，进一步包括设置成将所述激活信号提供给所述活性材料的激活装置。

7.如权利要求1所述的活性格栅，进一步包括控制器，控制器有效连接至设置成将所述激活信号提供给所述活性材料的激活装置。

8.如权利要求1所述的活性格栅，其中所述至少一种属性的改变包括形状，尺寸，物相，形状朝向，硬度，剪切强度，粘度，或者上述属性的组合的改变。

9.如权利要求1所述的活性格栅，进一步包括设置成将所述叶片恢复为第一位置的偏置弹簧。

10.如权利要求1所述的活性格栅，进一步包括用于在所述激活信号停止后保持所述叶片位置的装置。

11.如权利要求1所述的活性格栅，其中所述活性材料被连接至设置成将所述叶片枢转至打开或关闭位置的活性材料致动器。

12.如权利要求11所述的活性格栅，其中所述活性材料致动器是一端通过所述活性材料连接至所述叶片而另一端连接至静止表面的控制线。

13.如权利要求1所述的活性格栅，进一步包括设置成检测预定机动车辆状态的传感器。

14.一种机动车辆，包括：

设置成选择性地控制气流的活性格栅，其中所述活性格栅包括多个叶片和与所述叶片有效相联的活性材料，所述活性材料响应激活信号而有效改变至少一种属性，其中通过所述格栅的气流随着所述活性材料的所述至少一种属性的改变而改变；以及

15.如权利要求14所述的车辆，其中所述活性材料包括形状记忆合金，电活性聚合物，离子型聚合物金属复合物，压电材料，形状记忆聚合物，形状记忆陶瓷，磁流变材料，电流变材料，电致伸缩材料，磁致伸缩材料，上述活性材料中的至少一种和非活性材料的复合材料，或者上述活性材料的组合。

16.如权利要求14所述的车辆，其中所述至少一种属性的改变包括形状，尺寸，物相，形状朝向，硬度，剪切强度，粘度，或者上述属性的组合的改变。

17.一种控制流体流动通过由多个叶片构成的格栅的方法，所述方法包括：

激活有效连接至所述多个叶片的活性材料以将所述多个叶片中的至少一个从第一位置枢转至第二位置，其中从所述第一位置到所述第二位置的移动改变了流过所述格栅的流体量；以及

致动限力控制装置，以便对过载进行保护。

18.如权利要求17所述的方法，进一步包括在所述激活信号停止后将所述多个叶片中的所述至少一个保持在所述第二位置。

19.如权利要求17所述的方法，其中将所述多个叶片中的所述至少一个从所述第一位置枢转至所述第二位置增加了流过所述格栅的流体量。