CN102015362B

CN102015362B - 活性材料致动的座椅底座伸展器

Info

Publication number: CN102015362B
Application number: CN200980115535.0A
Authority: CN
Inventors: J·P·拉瓦尔; D·K·麦奎恩; S·E·莫里斯; N·L·约翰逊; P·W·亚历山大; A·L·布朗; G·L·琼斯; N·D·曼凯姆
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: DE112009000484T5; WO2009111367A3; DE112009000484B4; WO2009111367A2; US20090224584A1; CN102015362A

Abstract

一种适于与座椅一起使用的座椅底部伸展系统，其限定了支撑长度，并且包括基于致动器的活性材料，其中所述致动器被构造成导致或使得所述支撑长度能够伸展或收回。

Description

活性材料致动的座椅底座伸展器

技术领域

本发明大体上涉及座椅底座，具体地，涉及具有活性材料致动器的坐垫或底座延伸部，该活性材料致动器从动地耦接至该底座的远端边缘，并可操作以使底座的远端边缘伸展或收回。

背景技术

传统的座椅底座或垫子用于支撑乘客的臀部。然而，令人担忧的是，这些底座往往无视乘客的体型或喜好，而采用了恒定的长度。也就是说，尽管座椅作为整体通常是可操作的，但是座椅的支撑长度却通常是固定的。特别考虑到汽车的设置，后排的乘客座椅底座通常是固定定位的，这对乘客进出车辆造成了障碍。结果，有动力和无动力的垫子伸展装置在本领域中已经被开发出来，然而，由于机电致动和锁定的复杂性，这些实施例仅获得有限的应用或使用。

发明内容

本发明通过提供了一种使用活性材料致动来实现支撑长度的伸展/收回、或者实现释放锁定机构以及允许锁定机构的座椅底座伸展系统，从而解决了这些担忧。因此，本发明对于提供一种能更好地适应多种不同(例如，体型或喜好)乘客的节能的座椅伸展/收回解决方案是有用的。也就是说，通过可伸展，座椅底座可更好的支撑身材较大的乘客的大腿，而传统的座椅底座则通常被设计成适于平均身材的成年乘客。本发明的功用还在于，在小型汽车中通过按照需要缩短座椅底座的长度能够使乘客上下车更便利。最后，要认识到的是，活性材料致动的使用(取代了机电马达，螺线管，等)导致了减少的重量、并且导致了在封装要求和噪音(包括听觉上的和关于EMF的)方面的减小。

总之，创新性的系统包括：具有第一支撑长度的可重新构造的座椅底座，从动地(或被驱动地(drivenly))耦接至该底座并包括活性材料元件的致动器，以及可操作以产生信号并将其输送至该元件以便激活该信号的信号源。致动器被构造成导致或者使得底座能够重新构造，以便在被激活时具有与第一支撑长度不同的第二支撑长度。

通过参考以下对本发明各种特征的详细说明以及包含在其中的示例，可以更加充分地理解本发明。

附图说明

下面将参照示例性比例的附图来详细描述本发明的优选实施例，附图中：

图1是根据本发明的优选实施例的具有底座和靠背(upright)的汽车座椅的透视图，其中特别示出了底座伸展系统，包括：与控制器通信耦接的枢转结构、信号源、输入装置和传感器；

图2是根据本发明的优选实施例的汽车座椅底座的侧视图，其示出了底座伸展系统的内部，包括：形状记忆线丝致动器、枢转结构、和以放大视图示出的齿轮锁定机构；

图3是根据本发明的优选实施例的底座伸展系统的局部正视图，包括：固定区段(或部分)、可手动调节的自由区段(或部分)、储能元件、和以放大视图示出的齿杆锁定机构；

图4是根据本发明优选实施例的图3所示系统的俯视图，还包括：弓弦状形状记忆线丝致动器，和以放大视图示出的过载保护器；

图5是根据本发明优选实施例的底座伸展系统的局部侧视图，包括：通过齿杆和销锁定机构选择性接合的可手动调节的自由区段，以及储能元件；

图6是根据本发明优选实施例的图5所示系统的俯视图，还示出与销互相耦接的形状记忆线丝致动器，并且还示出了与致动器通信耦接的按钮输入装置；

图7是根据本发明优选实施例的用来与图5和图6所示系统一起使用的小齿轮和齿条的侧视图；

图8是根据本发明优选实施例的适于锁定底座伸展系统以便防止双向运动的凹口杆和方销的局部透视图；

图9a是根据本发明优选实施例的层的透视图，其中该层具有由多个衬垫构成的带分块小平面的远端区段，以及从动地耦接至所述区段的第一形状记忆线丝与第二形状记忆线；

图9b是根据本发明优选实施例的图9a中所示层的透视图，其中线丝被激活，以使所述区段变直并伸展；

图10a是根据本发明优选实施例的层的侧视图，其中该层具有：柔性远端区段，该柔性远端区段限定有内部空间；设置在该空间中的远端耦接器；以及同样位于该空间之中的由至少一根形状记忆线丝与耦接器互相连接的滑动机构；

图10b是图10a中所示层的侧视图，其中线丝被激活，使得滑块被促使外移动，从而使底座相应伸展；

图11是根据本发明优选实施例的底座伸展系统的侧视图，包括：四连杆联接组件、由滑轮拖拽并从动地耦接至该组件的形状记忆线丝致动器、和内部返回机构；

图12是根据本发明优选实施例的柔性结构构件的侧视图，该构件枢转地连接至底座框架并具有第一升起位置(以实线示出)和由形状记忆线丝致动器与乘客的体重共同导致的伸展位置(以虚线示出)；

图13是根据本发明优选实施例的图12中所示构件的侧视图，其中该竖直构件限定了铰链和移动至跨骑该铰链的线丝。

具体实施例

下述对活性材料致动的座椅底座伸展系统10的优选实施例的描述在本质上仅仅是示例性的，并不意图限制本发明、其应用或使用。本发明关于包括底座或垫子12a的汽车座椅12进行描述和例示，其中该底座或垫子12a构造成用于支撑乘客的臀部(未示出)；然而应该理解，本发明的益处可有用于其他各种类型的座椅(或家具)，包括，例如：靠躺式沙发、飞机座椅和儿童座椅。在所示出的实施例中，座椅12是还具有靠背(或椅背)12b的类型。

图1示出了处于正常状态中的座椅底座12a，其中限定了第一支撑长度L₁。在本发明的第一方面，底座12a的至少一部分被从动地耦接到至少一个活性材料元件14，或以其他方式与至少一个活性材料元件14相关联，以便通过其来进行重新构造。此处，重新构造导致支撑长度伸展或收回至第二长度L₂。在第二方面，元件14的激活使得重新构造能够以其他方式(例如，手动)被致动。也就是说，活性材料元件14用于驱动底座12a的至少一部分进行移位或重新构造，或者用于使底座12a的至少一部分能够移位或重新构造，从而改变所述支撑长度。

I.活性材料的描述和功能

如此处所用，术语“活性材料”应被赋予其由本领域的普通技术人员所理解那样的通常含义，并且包括当暴露于外部信号源时在基本性质(例如，化学性质或固有的物理性质)中具有可逆变化的任何材料或复合物。因此，活性材料应当包括那些响应于激活信号而在刚性、形状和/或尺寸中具有变化的成分。

活性材料包括但不仅限于，形状记忆合金(SMA)、铁磁体形状记忆合金、电活性聚合物(EAP)、压电材料、磁流变弹性体、电流变弹性体、高输出石蜡型(HOP)蜡致动器，等等。取决于特定的活性材料，激活信号可以采取但不仅限于以下形式：热能、电流、电场(电压)、温度变化、磁场、机械负载、或应力等，具体激活信号取决于活性材料的构造和/或材料。例如，磁场可被应用于改变由磁致伸缩材料制造的活性材料的性质。热信号可被应用于改变如SMA之类的热激活的活性材料的性质。电信号可被应用于改变由电活性材料和压电材料制造的活性材料的性质。

用于和本发明一起使用的合适的活性材料包括但不仅限于：形状记忆合金、铁磁形状记忆合金、电活性聚合物(EAP)、压电陶瓷、和其他可作为致动器起作用的活性材料。这些类型的活性材料具有记住其原始形状和/或弹性模量的能力，该原始形状和/或弹性模量可通过应用外部刺激被随后恢复。这样，从原始形状的变形只是临时性的情况。以这种方式，由这些材料构成的元件可响应激活信号改变到训练形状(trained shape)。

更特别的，形状记忆合金(SMA′s)通常是指显示出在受到合适热量刺激时恢复到某种预先限定的形状或尺寸的能力的一组金属材料。形状记忆合金能够经受相变，其中它们的屈服强度、刚性、尺寸和/或形状均作为温度的函数而变化。术语“屈服强度”是指这样的应力，即材料在该应力处具有与应力及应变的特定偏离。通常，在低温或马氏体相中，形状记忆合金可被伪塑性变形，并在暴露于一些更高温度时转变成奥氏体相，或母相，从而恢复到其变形前的形状。

因此，形状记忆合金存在于几个不同的依赖于温度的相。这些相中最常用的是如前所述的所谓马氏体相和奥氏体相。在下述讨论中，马氏体相通常是指更容易变形的，较低温的相，而奥氏体相通常是指更刚硬的，较高温的相。当形状记忆合金处于马氏体相中并被加热时，该形状记忆合金开始变化到奥氏体相。这一现象开始时的温度通常称为奥氏体起始温度(A_s)。这一现象完成时的温度被称为奥氏体结束温度(A_f)。

当形状记忆合金处于奥氏体相中并被冷却时，该形状记忆合金开始变化到马氏体相，这一现象开始时的温度称为马氏体起始温度(M_s)。奥氏体结束其转变到马成氏体相时的温度被称为马氏体结束温度(M_f)。通常，形状记忆合金在马氏体相中更柔软并更容易变形，而在奥氏体相中则更坚硬、更刚性和/或更刚硬。考虑到前述情况，用于形状记忆合金的合适的激活信号是热激活信号，其具有足以导致在马氏体相和奥氏体相之间进行转换的大小。

取决于合金成分和处理历史，形状记忆合金可具有单程形状记忆效应、固有的(内因)双程效应、或非固有的(外因)双程形状记忆效应。退火的形状记忆合金通常只具有单程形状记忆效应。在形状记忆材料的低温变形后进行充分加热可引起马氏体至奥氏体类型的转换，从而材料可恢复至原始的退火过的形状。因此，单程形状记忆效应仅在加热时才被观察到。具有单程形状记忆效应的包括形状记忆合金成分的活性材料不会自动重组，而可能需要外部的机械力来重组成其先前具有的形状。

固有的和非固有的双程形状记忆材料的特征在于：都在从马氏体相加热到奥氏体相时具有形状转换，以及在从奥氏体相冷却回到马氏体相时具有额外的形状转换。具有固有形状记忆效应的活性材料由这样的形状记忆合金成分制造，即，所述形状记忆合金成分作为上述相变的结果将促使活性材料自动将其重组。

固有的双程形状记忆行为必需通过加工处理来引入到形状记忆材料中。这样的过程包括：在处于马氏体相时使材料极端变形，在约束或负载情况下进行加热-冷却，或表面改性，例如：激光退火、抛光或喷丸硬化。一旦材料被训练成具有双程形状记忆效应，那么在低温与高温状态之间的形状变化一般是可逆的并能持续多次的热循环。与之相对的，具有非固有的双程形状记忆效应的活性材料是复合物或多组分材料，其由具有单程效应的形状记忆合金成分与提供了重组原始形状的回复力的另一种元素组成。

当加热时形状记忆合金记住其高温形式时的温度可通过稍微改变合金成分和通过热处理来进行调整。例如，在镍钛形状记忆合金中，该温度可从高于大约100℃到低于大约-100℃来变化。形状恢复过程发生在仅几度的范围内，并且取决于期望应用和合金成分，转变的开始和结束可被控制在一度或两度内。形状记忆合金的机械性质在跨越其转变的温度范围上变化极大，通常为系统提供了形状记忆效应，超弹性效应和高阻尼能力。

适宜的形状记忆合金材料包括但不限于：镍钛基合金、铟钛基合金、镍铝基合金、镍镓基合金、铜基合金(例如，铜锌合金、铜铝合金、铜金合金、以及铜锡合金)、金镉基合金、银镉基合金、铟镉基合金、锰铜基合金、铁铂基合金、铁铂基合金、铁钯基合金等。这些合金可以是二元的、三元的、或更高阶的，只要合金成分能具有形状记忆效应(例如在形状取向、阻尼能力等等中的变化)便可。

要认识到的是，当SMA被加热到高于其马氏体至奥氏体的相变温度时，其具有2.5倍的模量增加以及高达8％的尺寸变化(取决于预应变的量)。还要认识到的是，热引发的SMA相变是单向的，从而使得需要偏置力返回机构(例如弹簧)，以便一旦去除所施加的场，则使SMA返回其起始构造。可利用电阻加热(或焦耳加热)来使整个系统电可控。

但是，由加载或卸载所导致的、应力引发的SMA相变本质上是双向的。也就是说，当SMA处于其奥氏体相中时，施加足够的应力将导致SMA转变至其较低模量的马氏体相，其中，SMA可具有高达8％的“超弹性”变形。去除所施加的应力将导致SMA返回其奥氏体相，这样将恢复其初始形状和较高的模量。

铁磁形状记忆合金(FSMA)是SMA的子类。FSMA可表现得与常规SMA材料相似，这些常规SMA材料具有由应力或热引发的在马氏体和奥氏体之间的相变。另外，FSMA具有铁磁性，且具有强的磁晶各向异性，这允许外部磁场影响场对准的马氏体变体的取向/部分(或百分率，fraction)。当去除磁场时，材料具有部分双程或单程形状记忆。对于部分或单程形状记忆，外部刺激、温度、磁场或应力可允许材料返回到其初始状态。完美的双程形状记忆可用于采用了持续供应电力的比例控制。单程形状记忆在闭锁类型的应用中更加有用，其中延迟的返回刺激允许闭锁功能。在汽车应用中，外部磁场通常通过软磁芯电磁体产生。通过线圈的电流感应出通过FSMA材料的磁场，从而引起其形状变化。可替代地，可采用一对赫姆霍兹(Helmholtz)线圈以获取更快的响应。

示例性的铁磁形状记忆合金包括：镍锰镓基合金、铁铂基合金、铁钯基合金、钴镍铝基合金、钴镍镓基合金。类似于SMA，这些合金可以是二元的、三元的、或更高阶的，只要合金成分具有形状记忆的效应(例如，在形状、取向、屈服强度、弯曲模量、阻尼能力、超弹性、和/或类似性质中的改变)便可。对于合适的形状记忆合金成分的选择部分依赖于在所设想应用中的温度范围和响应类型。

电活性聚合物包括那些响应于电场或机械场而具有压电、热电或电致伸缩性质的材料。例如，具有压电聚(亚乙烯基氟化三氟乙烯)共聚物的电致伸缩接枝弹性体。该化合物具有产生可变量的铁电电致伸缩分子复合物系统的能力。

适于用作电活性聚合物的材料包括任何充分绝缘的聚合物或橡胶(或其组合)，其响应于静电力而变形，或其变形导致电场的变化。适于作为预应变聚合物使用的示例材料包括：硅树脂弹性体、丙烯酸弹性体、聚亚安酯、热塑性弹性体、包括PVDF的共聚物、压敏粘合剂、氟橡胶、包括硅树脂和丙烯酸部分(acrylic moieties)的聚合物，等等。例如，包括硅树脂和丙烯酸部分的聚合物可以包括例如：包括硅树脂和丙烯酸部分的共聚物、包括硅树脂弹性体和丙烯酸弹性体的聚合物混合物。

用作电活性聚合物使用的材料可基于一种或多种材料性质进行选择，例如高的电击穿强度，低弹性模量(用于或大或小的变形)、高介电常数，等等。在一个实施例中，选择聚合物以使其具有大约100MPa的最大弹性模量。在另一实施例中，选择聚合物以使其最大致动压力介于大约0.05MPa至大约10MPa之间，并优选位于大约0.3MPa至大约3MPa之间。在另一实施例中，选择聚合物以使其介电常数位于大约2至大约20之间，并优选位于大约2.5至大约12之间。但是，本发明并不意在被局限于这些范围。理想地，如果材料同时具有高介电常数和高介电强度，那么具有比上述给定范围更高的介电常数的材料将是期望的。在许多情况下，电活性聚合物可以被制造和实施为薄膜。这些薄膜的厚度可以低于50微米。

因为电活性聚合物可在高应变时偏转，所以附接至聚合物的电极也应当能够偏转而不会损害其机械或电性能。通常，适于使用的电极可以是任何形状和材料，设置成使其可以向电活性聚合物供应合适的电压，或从电活性聚合物接收合适的电压。电压可以是稳定的，也可以随时间变化。在一个实施例中，电极粘接至聚合物的表面。粘接于聚合物的电极优选适应和符合聚合物形状的变化。相应地，本发明可包括与电活性聚合物形状相符的电极，其中这些电极被附接至所述电活性聚合物。电极可只应用于电活性聚合物的一部分，并根据其几何来限定活性区域。适于与本发明一起使用的各种类型的电极包括具有金属迹线和电荷分布层的结构化电极、具有超出平面维度变化的织构电极、例如含碳油脂和含银油脂这样的导电油脂、胶状悬浮体、例如碳纤维和碳纳米管这样的高展弦比导电材料、以及离子导电材料的混合物。

适用于本发明的电极材料是可以改变的。适宜用在电极中的材料可以包括：石墨、炭黑、胶态悬浮体、包括银和金的薄金属、填充了银以及填充了碳的凝胶和聚合物、以及离子导电或电子导电聚合物。要理解的是，某些电极材料可与特定的聚合物很好地一起工作，而不能与其他聚合物很好地一起工作。例如，碳纤维可与丙烯酸弹性体聚合物很好地一起工作，而不能与硅树脂聚合物很好地一起工作。

适宜的压电材料包括但不旨在限于：无机化合物，有机化合物和金属。关于有机材料，具有非中心对称的结构以及在其分子内的主链或侧链上或者在主链和侧链这两者上均具有大偶极矩基团的所有聚合物材料都可以用作压电膜的适合的候选材料。。例如，示例性聚合物包括但不限于：聚(钠-4-苯乙烯磺酸)、聚(聚(乙烯胺)主链偶氮发色团)(poly(poly(vinylamine)backbone azo chromophore))及它们的衍生物；聚氟烃，包括聚偏二氟乙烯、它的偏二氟乙烯共聚物(“VDF”)、三氟乙烯共聚物、及它们的衍生物；聚氯烃，包括聚(氯乙烯)、聚偏二氯乙烯，及它们的衍生物；聚丙烯腈，及它们的衍生物；多聚羧酸，包括聚(甲基丙烯酸)，及它们的衍生物；聚脲，及它们的衍生物；聚亚安酯，及它们的衍生物；生物分子，例如聚-L-乳酸，及它们的衍生物，和细胞膜蛋白质，以及磷酸酯生物分子，例如磷酸二酯；聚苯胺，及它们的衍生物，以及四胺的所有衍生物；包括芬芳聚酰胺在内的聚酰胺，和包括Kapton和聚醚酰亚胺在内的聚酰亚胺，以及它们的衍生物；所有的膜聚合物；聚(N-乙烯吡咯烷酮)(PVP)均聚物，及其衍生物，和随机PVP-共-醋酸乙烯酯共聚物；以及所有在主链或侧链中或者在主链和侧链这两者中均具有偶极矩基团的芳香族聚合物，及它们的混合物。

压电材料也可包括选自由以下所构成的组的金属，即：铅、锑、锰、钽、锆、铌、镧、铂、钯、镍、钨、铝、锶、钛、钡、钙、铬、银、铁、硅、铜，包括至少一种前述金属的合金，以及包括至少一种前述金属的氧化物。适合的金属氧化物包括SiO₂、A1₂O₃、ZrO₂、TiO₂、SrTiO₃、PbTiO₃、BaTiO₃、FeO₃、Fe₃O₄、ZnO及它们的混合物，以及VIA和IIB族的化合物，例如CdSe、CdS、GaAs、AgCaSe₂、ZnSe、GaP、InP、ZnS，及其混合物。优选地，压电材料从包括聚偏二氟乙烯、锆钛酸铅、钛酸钡及其混合物的组中选择。

最后，要认识到的是，当施以电荷时，压电陶瓷也可用于产生力和变形。PZT陶瓷由经过切割、研磨、抛光、以及以其他方式成形至期望构造和容差的铁电材料和石英材料构成。铁电材料包括钛酸钡、钛酸铋、铌镁酸铅、偏铌酸铅、铌镍酸铅、铅锌钛酸盐(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、锆钛酸铅铌(PNZT)。电极通过喷溅或丝网印制工艺来加以应用，此后所述块被经过极化处理，使其显示出肉眼可见的压电特性。多层压电致动器通常需要采用箔铸工艺(foil castingprocess)，其使层的厚度降至20μm。此处，电极被丝网印制，且片材被层叠；压实工艺增加了陶瓷生坯的密度并去除了困在层间的空气。最后步骤包括粘合剂燃尽，以低于1100℃的温度进行烧结(混烧)，引线接线，以及进行极化。

钛酸钡和钛酸铋是常见的压电陶瓷类型。改进过的钛酸钡成分结合了在-10℃至60℃温度范围内的高电压灵敏性。钛酸钡压电陶瓷对于水听器和其他接收装置是有用的。这些压电陶瓷也用于低功率投影机。钛酸铋用于高温应用，诸如压力传感器和加速度计。钛酸铋属于基于软铋矿结构的陶瓷的组(Bi₁₂MO₂0，其中M＝Si，Ge，Ti)。

铌镁酸铅、偏铌酸铅、铌镍酸铅材料被用在一些压电陶瓷中。铌镁酸铅在应变呈非线性变化时表现出电致伸缩的或张弛振荡器的行为。这些压电陶瓷均用于水听器、致动器、接收器、投影机、声纳换能机，并因为它们具有通常其他类型压电陶瓷所没有的特性，所以还可用于微定位装置。铌镁酸铅还具有可忽略的老化，宽广的操作温度范围和低的介电常数。与铌镁酸铅相似，铌镍酸铅在应变呈非线性变化时表现出电致伸缩的或张弛振荡器的行为。

压电陶瓷包括PZN、PLZT和PNZT。PZN陶瓷材料具有锌改性的铌酸铅成分，其当非线性应变产生时表现出电致伸缩的或张弛振荡器的行为。张弛振荡器的压电陶瓷材料在从铁电相向顺电相的转化过程中在一定温度范围内具有高介电常数。PLZT压电陶瓷已被开发用于中等功率的应用，但其也可以用于超声波应用中。PLZT材料通过在PZT成分中增加镧离子而形成。PNZT压电陶瓷材料通过在PZT成分中增加铌离子形成。PNZT陶瓷材料应用于高灵敏性的应用中，例如：水听器、音响和喇叭。

压电陶瓷包括石英，石英可通过采矿形式和人工熔凝石英的形式获得。熔凝石英是高纯度、结晶形式的硅，适用于特殊的应用中，例如：半导体晶舟，炉管，钟型玻璃罩或石英制品，硅熔化坩埚，高性能材料，和高温产品。如单晶体石英之类的压电陶瓷也是可以得到的。

II.示例性底座伸展构造、应用和使用

回到图1-13，其示出了活性材料的底座伸展系统10的各个实施例。在每一个实施例中，通过活性材料运动致动器16，将导致或使得底座12a能够伸展(伸长)和/或收回(缩短)，以获得变化的支撑长度。

如前所述，本发明的第一个方面提供了直接致动。例如，在图1和图2中，底座12a包括可运动的结构18，可运动的结构18枢转地连接至底座框架20，以便限定枢转轴线。致动器16基本上由将结构18和框架20相互连接在一起的SMA线丝14构成。结构18具有与底座12a共同延伸并且限定了短的、伸展的板18a，b(图2)的成角度的下垂部。如图，致动器16构造成向下拉短板18a，从而使得伸展侧18b向外摆动并建立了第二长度。可替代地，结构18可被促使从升起位置枢转至降低位置，反之亦然。

要认识到的是，线丝14具有合适的规格和成分，以便实现设想的功能。线丝14优选在端部处连接至框架20，并在中间耦接至结构18，以便由其形成顶点，并形成弓弦构造(图4)。在这种构造中，要认识到的是，由于所具有的三角学关系，所以线丝的激活在顶点处将导致放大的位移。

如此处所用，术语“线丝”并非限定性的，而是包含了其他等同的几何构造，例如：捆、环、编织物、线缆、绳、链、带，等等。例如，线14可使用环形的构造，其中致动力加倍，而位移则减半。通过将线丝14缠绕于一个或多个滑轮、弯曲结构等等，可对线丝14如图所示那样取向，或重定向，以便于进行封装。线丝14优选地通过加强的结构紧固件(例如，褶皱(crimps)，等等)连接至结构18和框架20，这有利于机械连接和电连接，并且有利于将机械连接和电连接隔离开。最后，为了定制的力和位移性能，致动器16可包括多个活性材料元件14(例如，SMA线丝)，所述多个活性材料元件14被电气或机械上串联或并联地加以构造，并以伸缩的、堆叠的、或交错的构造被机械连接。在操作过程中，电气构造可通过软件定时，电路定时，外部引起或致动引起的电接触来修改。

如图3、图5、图6所示，运动致动器16可用于收回支撑长度，并包括在结构18和框架20中间耦接至这两者的储能元件22。此处，在乘客手动引起伸展的情况下，导致储能元件22存储能量。例如，在所示出的实施例中，元件22是拉伸弹簧。在该构造中，活性元件14用于释放所存储的能量，使得元件22导致结构18收回，或根据图1和图2所示，摆动回到较低的位置。

这样，无论是释放所存储的能量还是零功率地保持在被致动的伸展构造中，优选的系统10还包括接合结构18的锁定机构(或“锁”)24(图3)，以便防止重新构造。

在图2中，锁定机构24包括“带齿的”齿轮26，其固定地耦接至结构18，以便与轴线同心对准。枢转地连接至框架20的爪28可操作，以便有选择地接合齿轮26，从而在一个方向上防止结构18和框架20之间的相对运动。第二活性材料元件(例如SMA线丝)30连接至爪28，并构造成导致爪28有选择地与结构18分离，以便使其能够返回(图2)。最后，返回机构(例如，拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧，或第三活性材料元件，等等)32反抗分离元件30而起作用，以便朝向接合位置来偏置机构24。优选地，构建锁定机构24以提供被动过载保护器，例如，其中爪28和/或框架20具有可脱开的(break-away)连接点或联接。

如图3所示，锁24可取代齿轮26，用于和齿杆34互锁。可替代地，如图5、图6、图8所示，齿杆34可与至少一个可运动的销36联系起来使用，以在期望长度处锁定底座12a。在一个示例中，杆34可固定地连接到可运动的结构18，并具有多个齿或凹口34a，每一个都构造成在接合状况中抓住销36。在图6中，相对的第一和第二销36a，b通过SMA线丝14相互连接，以使线丝14的激活导致销36a，b被向内拉，直至它们摆脱齿或凹口34a时为止。销36a，b优选被朝向接合状况而弹簧偏置。在限定了斜齿34a的情况下，销36还被通常朝向杆34偏置，使得通过沿着倾斜侧滑动仅能在一个方向上运动(图5)。要认识到的是，在杆的凹口34a和销36的截面在形状上是矩形的情形中(图8)，可以在双方向上阻止运动。在分离的状况中，乘客可手动将底座12a重新构造至期望的长度。

当被相邻地定位时(图3-7)，底座12a可具有纵向分开的第一和第二区段38、40，这些区段协同地提供了第一长度。当锁24处于分离状况中时(或者在设置了斜齿的情形下，则在所有时间中时)，乘客能够向外拉动第二区段。在所述实施例中，第一区段38由底座12a的剩余部分限定，并且是固定的，第二区段40一致地位于第一区段38的侧向，且可以自由移动。优选设置平行轨道42用于引导该移动，并共同地使第一和第二区段38，40形成配对。

在该构造中，致动器16被构造成使自由区段40水平移动到第二位置，该第二位置使支撑长度得以伸展。同样，致动器16可由将区段40与底座框架20线性地相互连接起来的SMA线丝14构成。更优选地，线丝14具有如前所述的弓弦构造(图4)。优选地，在第一和第二长度中都使用外部垫层覆盖区段38、40，以提供连续的乘客接合表面。

可替代地，如图7所示，区段38、40可通过齿条44和小齿轮46相耦接。致动器16从动地耦接至齿条44或小齿轮46，以使元件14的致动在它们之间导致相对的移位。例如，致动器16可包括接合小齿轮轮轴的卷绕的SMA线丝14或扭矩管(未示出)，以使致动器16的激活导致小齿轮46的转动，并因此使齿条44和自由区段40移动。应该认识到，替代性传动装置(诸如机械连杆装置，螺母和螺杆传动装置，齿轮传动装置，或液压或气动耦接器)可用于取代齿条44和小齿轮46。

在另一实施例中，底座12a包括具有分块小平面的(faceted)远端区段48。区段48是易挠曲的(图9a，b)，以便具有覆盖底座框架20和垫层正常的扩展构造，并限定第一长度。更特别地，区段48由多个衬垫48a构成，这些衬垫在其下面的角部被相邻地互相连接。这使得区段48只能向下(或顺时针的)弯曲。在这种构造中，致动器16可包括优选沿衬垫48a侧端将它们互相连接起来的第一和第二SMA线丝14，如图所示。线丝14构造成在受到激活时促使区段48实现第二支撑长度。要认识到的是，在激活时，线丝14的形状记忆导致区段48被拉直，而不是进一步的卷曲。

在如图10a，b所示的另一实施例中，底座12a包括限定了内部空间的柔性远端区段50。例如，柔性区段50可包含悬臂式的保护性外表和没有结构支撑件的垫层。致动器16包含滑动结构(或“滑块”)52和紧固于该空间内远端处的耦接器54。滑块52和耦接器54通过至少一个活性材料元件14互相连接，更优选地，通过多个SMA线丝14相连。在图10a中，滑块52被凹进地置于底座12a中，从而导致耦接器54被悬垂，且底座12a限定第一长度。当至少一部分的线丝14被激活时，导致滑块52朝向固定耦接器54移动。如图10b所示，这导致滑块52支撑柔性区段50的至少一部分，区段50也因此被伸直并具有第二长度。

正如在每个实施例的情形中那样，恢复机构56被优选提供，以产生反抗致动器16而工作的偏置力。在这样的构造中，示例性恢复机构56可以是连接至滑块52的拉伸弹簧(图10a，b)。弹簧56具有足够的模量，以便在停用线丝14时导致滑块52缩回底座12a中。也就是说，恢复机构56产生小于致动力的偏置力，以便导致底座12a有选择地实现第一长度。在多个实施例中，恢复机构56可以是多种多样的，其可体现为弹簧、固定负载、气动或气体弹簧、或另外的活性材料元件(例如第二SMA线丝)。例如，在如图1和图2所示的枢转的实施例中，可提供第二SMA线丝用于双向的运动；此外，关于小齿轮46，也可以使用与所述轮轴同心对准的扭转弹簧、卷簧、或钟表弹簧来使自由区段40返回。

优选的致动器16还包括过载保护器58，过载保护器58构造成当致动器元件14暴露于信号且底座12a不能被重新构造时，提供第二工作输出路径。例如，如图4中所示，过载保护器58通过串联连接至元件14并固定至轨道42之一的拉伸弹簧60来提供。弹簧60被拉伸至某点处，其中它施加的预加载对应于一定负载水平，并且其中要认识到的是如果被阻止则元件14将开始遭受过量的力。结果，元件14的激活将首先施加力以试图操纵结构18，但如果该力的水平超过了弹簧60上预先施加的负载(例如，底座伸展被阻止)，则线14将替代地进一步拉伸弹簧60，从而保证了致动器16的完整性。替代的保护器58可被采用；例如，应该认识到，当等于优选负载限制的脱开力在其上产生时，末端耦接器54可从区段50上被拆开。

在另一实施例中，可运动的或自由区段40被导致移动和旋转至伸展位置。例如，如图11所示，结构18可被四连杆联接组件62替换。与通过自存储的活动躺椅伸展器所使用的那些装置类似，组件62在双枢转点处使固定区段38和自由区段40相互连接。致动器16包括将组件62的顶表面和底座框架20相互连接的SMA线丝14。线丝14通过滑轮64携带于组件62上，滑轮64将线丝14沿着底座12a纵向地重定向。滑轮64位于线丝组件连接点之前，使得当线丝14被激活并导致收缩时，导致自由区段40向外并向上摆动，如图11中以虚线所示的那样。双稳定机构(未示出)可用于在收回和伸展位置中时锁定区段40；或更优选地，可以使用如前所述的锁定机构实现多个停顿位置。最后，拉伸返回弹簧56被构造成当区段40处于伸展状况中时通过拉伸来存储所产生的能量。在停用时，弹簧56通过驱动组件62使区段40回到凹进状况中来释放能量。

在最终的实施例中，由致动器16所承担的工作增由于乘客施加的负载(重量)而增大。例如，如图12和图13所示，底座12a可包括有抵抗性的柔性构件66(例如，塑料板、线丝框架、篮或网，等等)，其侧向跨越底座12a。当乘客或物体未作用于座椅12时，构件66具有限定第一长度的第一升起构造。此处，致动器16被从动地耦接至构件66，并可操作，以便导致构件66实现第二位置，其中构件66的一部分向外弯曲，并定位成因为乘客的重量而进一步弯曲至限定第二长度的第三位置。优选提供了硬止动(hard stop)(未示出)，使得在第三位置中，底座12a具有如示的水平接合表面。

更特别地，在该构造中，构件66竖直且水平地连接至底座框架20，以便限定“L”形状的结构，以及枢转的接头66a。如图12所示，竖直取向的SMA线丝14可将构件66的刚性水平部件66b互连至底座框架20。在升起位置中，接头66a被升起以便提供构件66的竖直部件66c。当致动器16被激活时，接头66a被向下拉，导致竖直部件66c的弯曲。应该认识到，当存在乘客的重量时，将导致接头66a进一步下降并使竖直部件66c进一步弯曲，从而获得第二支撑长度。

更优选地，当竖直部件66c被弯曲时，可提供第二辅助线丝14a，并优选从接头66a连接到沿竖直部件66c高度的中间点，以形成斜弦(如图12)。当辅助线丝14a被激活时，导致竖直部件66c进一步伸展到第二支撑长度。最后，可提供恢复机构56(例如，可使用竖直取向的压缩弹簧(如图12所示))来使构件66朝向升起构造偏置；此外，应该认识到，弯曲的部件66c提供了部分的弹簧功能。

如图13所示，可替代地，竖直部件66c可限定第二接头66d，用于使上部件区段和下部件区段枢转地相互连接，以便形成铰链。此处，致动器16包括跨越该铰链将所述区段相互连接在一起的SMA线丝14。当激活时，线丝14收缩，导致接头66d被向外推，并使上方的接头66a向下摆动。第二接头66d的动量推动它通过上方的接头66a的竖直平面，导致竖直部件66c朝向图13中以虚线所示的伸展位置摆动。

在操作中，信号源68与元件14通信耦接，并可操作以产生激活信号，从而致动元件14。例如，在汽车设置中，源68可包括车辆充电系统，该充电系统包括电池(图1)，元件14可通过总线、引线70或适宜的短程无线通信(例如，RF、蓝牙、红外，等)与源68相互连接。优选地，使用具有到形状记忆合金元件14的电接口的按钮或其他输入装置72，来闭合源68和元件14之间的电路，以提供系统10的按需控制。应该认识到，输入装置72可能只产生用于致动的请求，该请求被系统10中的门处理，其将确定是否准许这一请求。在图6中，输入装置72连接至底座12a的前端，而在图1中输入装置72位于底座12a的侧边，以提供更少遭受意外致动情况的固定位置。

可替代地，通过控制器74和至少一个通信耦接至控制器74的传感器76，输入装置72可被替代或进行补充。控制器74和传感器76被协作地构造成仅在预定状况被探测到的情况下导致致动(图1)。在汽车设置中，例如，传感器76可被用来指示相邻于座椅位置的门何时被打开；当类似的进出事件被指示时，控制器74可导致系统10收回。作为第二个例子，至少一个负载单元传感器76可与座椅底座12a关联地使用。在该构造中，负载单元76被可操作地定位，以便能够检测放置于其上的细小的力变化(例如，成年乘客的平均体重等)。底座12a可在施加力时自动伸展。第三个例子，传感器76可操作，以在伸展之前对底座12a前方不存在物体进行检测。第一和第二个例子可被组合，其中当上下车时底座12a被收回，并保持在收回位置中直到足够重量的乘客或物体被检测到时为止。最后，应该认识到的是，在输入装置72通信耦接至控制器74、并且控制器74在其上存储了多个记忆恢复长度的情形中，装置72和控制器74可协作地构造成导致系统10实现第二长度，其中第二长度是所述恢复长度中被选定的一个。

应该认识到，关于本发明，合适的算法、处理能力和传感器输入是本领域技术人员已知的。同样，还应该认识到，替代性构造和活性材料的选择也都被包含在本发明中。例如，SMP可用于释放所存储的能量，并且导致实现其较低的模量状态。

上述说明使用了示例来公开本发明(包括最佳模式)，也使本领域技术人员可以实施和应用本发明。本发明的专利范围由所附权利要求限定，并可能包括本领域技术人员采用的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的文字表述相同的结构元件，或者它们包含了与权利要求的文字表述并无实质性不同的等同结构元件，那么这些其它示例也被认为是在所附权利要求的范围之内。

此外，术语“第一”“第二”，和诸如此类，在本文中并不表示任何顺序、数量、或重要性，而只是用来使一个元件区分于另一个，本文中的术语“一”、“一个”和“一种”(以及诸如此类表述)均不用于表示数量限制，而只是用于表示至少一个所参考的物体(或项目)的存在。与数量联系起来使用的修饰词“大约”(或“约”)用于表示状态值，并根据上下文而具有其含义(例如，包括了与特定数量的测量结果相关联的误差的程度)。本文中使用的术语就其本身而言，意在既包括单个也包括多个该术语所表示的物体或对象，也就是说包括一个或多个，例如，“着色剂”，表示一种或多种着色剂。参照全文，“一个实施例”，“另一个实施例”，“实施例”，等等，意指特定的要素(例如：特征、结构、和/或特性)将被联系该实施例进行说明，并且将被包含在本文中描述的至少一个实施例中，且可以或可以不存在于在其他实施例中。此外，应该理解，所描述的元件能够以任何适宜的方式组合在各种实施例中。

Claims

1.一种座椅底座伸展系统，包括：

具有第一支撑长度的能够重新构造的座椅底座；

从动耦接至所述底座的致动器，所述致动器包括活性材料元件，当暴露于激活信号或者被与激活信号隔开时，所述活性材料元件能够操作以经受可逆的变化；

信号源，其能够操作以产生所述信号并将所述信号输送至所述元件，以使所述元件暴露于所述信号；

所述致动器被构造成作为所述变化的结果导致或使得所述底座能够被重新构造，以便具有与所述第一支撑长度不同的第二支撑长度；

其中，所述底座包括锁定机构，所述锁定机构能够操作以相对于所述底座实现接合和分离状况，仅当所述机构处于所述分离状况中时所述底座能够被重新构造，所述致动器从动地耦接至所述机构，并且能够操作以导致所述机构实现所述接合和分离状况；以及

其中，所述锁定机构包括齿杆和可运动的销，其构造成在所述接合状况中选择性地抓住所述杆，并且所述致动器从动地耦接至所述销，以便作为所述变化的结果导致所述销与所述杆分离。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述元件包括选自由如下材料构成的组中的材料：形状记忆合金、形状记忆聚合物、磁流变弹性体、电流变弹性体、电活性聚合物和压电陶瓷。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述形状记忆合金是铁磁形状记忆合金。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述致动器还包括在所述活性材料元件和所述底座中间与它们耦接的储能元件，并且其中，作为所述变化的结果，所述储能元件能够操作以释放所储存的能量并导致所述底座被重新构造。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述致动器还包含偏置弹簧，其接合所述机构，以便朝向所述接合状况驱动所述机构。

6.如权利要求1所述的系统，其中，输入装置连接至所述底座，通信地耦接至所述致动器，并且能够操作以选择性地导致所述元件变化。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述底座包括枢转结构，所述枢转结构被构造成使所述底座在处于第一位置中时达到所述第一支撑长度，并且在摆动到第二位置时达到第二支撑长度，并且所述元件是从动地耦接至所述结构并且构造成导致所述结构作为所述变化的结果而摆动的形状记忆合金线丝。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述底座具有纵向分开的第一区段和第二区段，所述区段协同地具有所述第一支撑长度，并且所述致动器被构造成选择地修改所述区段之间的间隔或相对定位，以便限定所述第二支撑长度。

9.如权利要求1所述的系统，其中，进一步包括从动地耦接至所述底座并反抗所述致动器的返回机构，其产生小于致动力的偏置力，使得所述机构导致所述底座选择性地实现所述第一支撑长度。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述返回机构选自由以下组成的组：压缩弹簧、拉伸弹簧、板簧、扭转弹簧、固定负载、气动和气体弹簧、以及另外的活性材料元件。

11.如权利要求1所述的系统，其中，所述致动器还包括过载保护器，所述过载保护器串联连接至所述元件，并且构造成在所述元件暴露于所述信号且所述底座不能被重新构造时，提供第二工作输出路径。

12.一种座椅底座伸展系统，包括：

能够进行重新构造的座椅底座，其能够操作以交替地具有第一支撑长度和第二支撑长度；

锁定机构，其包括活性材料元件，所述活性材料元件能够操作，以在暴露给激活信号或者被与激活信号隔开时经受可逆的变化，所述锁定机构构造成接合所述底座以将所述底座保持在所述第一支撑长度和所述第二支撑长度之一中，以及选择性地使所述底座分离，以便使所述底座能够实现所述第一支撑长度和所述第二支撑长度中的另一个；

信号源，其能够操作以产生所述信号并将所述信号输送至所述元件，以使所述元件暴露于所述信号；以及

13.一种座椅底座伸展系统，包括：

具有第一支撑长度的能够进行重新构造的座椅底座；

致动器，其从动地耦接至所述底座，且包括活性材料元件，所述活性材料元件能够操作，以在暴露于激活信号或者被与所述激活信号隔开时经受可逆的变化，并且所述致动器构造成作为所述变化的结果导致或使得所述底座能够重新构造，以具有与所述第一支撑长度不同的第二支撑长度；

信号源，其能够操作以产生所述信号并输送所述信号至所述元件，以使所述元件暴露于所述信号；

控制器，其通信耦接至所述致动器；以及

传感器，其通信耦接至所述控制器，并且能够操作以便对状况进行检测；

所述控制器和所述传感器被协作地构造成仅当所述状况被检测到时自动导致所述元件经受所述变化；以及

14.如权利要求13所述的系统，其中所述状况是：上下车事件、放置在底座上的负载或者在所述底座前方不存在物体。

15.如权利要求13所述的系统，其中，进一步包括通信耦接至所述控制器的输入装置，其中所述控制器已经在其上存储了多个记忆恢复长度，所述装置和所述控制器被协作地构造成使所述致动器导致所述底座实现所述第二支撑长度，且所述第二支撑长度是所述恢复长度中被选定的一个。