CN112878823A - 一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，包括：推杆装置的一端固定在门把手上；底座包括第一部分、第二部分和第三部分；第一定滑轮可转动的设置在第三部分上；直径小于第一定滑轮的第二定滑轮与第一定滑轮为一体化设置；形状记忆合金丝的一端缠绕在第二定滑轮上；金属丝的一端缠绕在第一定滑轮上，另一端穿过第二部分；弹簧的一端固定在第二部分的另一侧；U型件与弹簧和金属丝的另一端相连接；齿轮同时与推杆装置的另一端和第一部分相啮合，且齿轮可转动的设置在U型件内。本发明还公开一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的控制方法，通过形状记忆合金丝和弹簧的配合使门把手实现自动隐藏。

Description

一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车车身智能化和轻量化技术领域，更具体的是，本发明涉及一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手及其控制方法。

背景技术

自从第一辆汽车的问世，给人们带来了很大的便利，尤其是进入现代社会以来，汽车行业随着社会的进步与经济的建设也不断发展，反之也为其做出了巨大的贡献。近年来，随着我国模具的生产和制造技术不断的提高和发展，因而汽车门把手这种汽车上常见的零部件也开始不断革新。

隐藏式车把手作为近些年来新兴的车把手的类型，一方面改进了车门外观，保证整车的整体感，同时也让整车的科技感得到了保证；另一方面，避免了灰尘、雨水等的进入，保证了门把手的清洁性。在需要开启车门时，仅仅通过遥控或者按钮控制，可以顺着一定的轨迹运动出车门，进行开门的动作，然后经车门内各部件之间的同时运动与配合来控制车门的锁体，来开启车门。在车门关闭一段时间后，在短时间内无其他操作后，门把手可以顺利收回到车门内部，或者在锁车门时，遥控锁或钥匙控制，即可以实现同样的效果，这个技术的研发和使用，都给我们生活中的日常应用带来了很大的便利，同时相比于传统的车门把手，这种形式的门把手更美观，也更安全。

传统隐藏式汽车门把手结构复杂，电机驱动结构复杂，不利于车身轻量化，如中国专利CN104943587A、CN206644702U。

形状记忆合金(简称SMA)是一种新型智能材料，其主要特征是具有形状记忆效应，能感知温度或位移的变化，可将热能转换为机械能。如果控制形状记忆合金的温度，可以使形状记忆合金在一定的范围内实现循环运动。由于形状记忆合金可集传感、驱动及执行机构于一体，因而是一种很好的智能材料。结合新型材料和3D打印技术等，可以使驱动结构更加满足轻量化要求。

发明内容

本发明设计开发了一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，通过形状记忆合金的形状记忆效应代替电机驱动，拉力通过两级放大装置后，减小电磁影响的同时，驱动更稳定。

本发明还设计开发了一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的控制方法，通过形状记忆合金和弹簧的结合使门把手能够自动弹出和隐藏，并且在低温下调节对形状记忆合金丝的加热功率，使门把手弹出更灵活，延长使用寿命。

本发明提供的技术方案为：

一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，包括：

门把手；以及

推杆装置，其一端固定在所述门把手上；

底座，其与所述推杆装置平行间隔设置，且所述底座包括第一部分、第二部分和第三部分；

其中，所述第一部分设置在车门中，所述第二部分垂直设置在所述第一部分的一端，所述第三部分垂直设置在所述第二部分的一侧；

第一定滑轮，其可转动的设置在所述第三部分上；

第二定滑轮，其与所述第一定滑轮为一体化设置，且所述第二定滑轮的直径小于所述第一定滑轮的直径；

形状记忆合金丝，其一端缠绕在所述第二定滑轮上，另一端与电源相连接；

金属丝，其一端缠绕在所述第一定滑轮上，另一端穿过所述第二部分；

弹簧，其一端固定在所述第二部分的另一侧；

U型件，其底端与所述弹簧的另一端和金属丝的另一端相连接；

齿轮，其同时与所述推杆装置的另一端和第一部分相啮合，且所述齿轮可转动的设置在所述U型件的开口端。

优选的是，所述推杆装置包括：

推杆前端，其固定在所述门把手上；

推杆，其一端固定在所述推杆前端上，另一端与所述齿轮相啮合。

优选的是，所述弹簧空套在所述金属丝的外侧。

优选的是，还包括：

支撑杆，其固定在所述第三部分上；

其中，所述第一定滑轮和第二定滑轮均可转动的设置在所述支撑杆上。

优选的是，所述形状记忆合金丝的材质为镍钛基材料。

优选的是，所述弹簧的最大压缩率为20％，所述形状记忆合金丝的最大拉伸率为5％-10％。

优选的是，所述形状记忆合金丝的长度为75mm-150mm。

优选的是，还包括：

驱动器控制开关，其设置在所述电源与形状记忆合金丝之间；

信号接收器，其设置在所述车门中，用于接收汽车遥控钥匙所发出的信号；

位移传感器，其设置在所述门把手的一侧，用于检测所述门把手的运动距离；

中央控制器，其与所述信号接收器、位移传感器和驱动器控制开关相连接。

一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的控制方法，使用所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，包括如下步骤：

步骤一、整车电源启动后，驱动器控制开关开启，所述形状记忆合金丝通电受热收缩后的拉力经过两级方大后将所述门把手弹出；

步骤二、当L≥28mm时，所述驱动器控制开关关闭，所述形状记忆合金丝断电冷却，所述弹簧带动所述门把手回复到初始位置；

式中，L为门把手的运动距离。

优选的是，当室外温度低于零度后，所述形状记忆合金丝的加热功率满足：

式中，P₁为形状记忆合金丝的输入功率，K为安全系数，T₀为形变温度，T₁为环境温度，C_v为形状记忆合金丝加热后的比热容，C_b为形状记忆合金丝无相变时的比热容，P₀为形状记忆合金丝的平均输入功率，F为形状记忆合金丝的输出力，Δx为形状记忆合金丝的形变量，t_y为形状记忆合金丝的加热时间；

其中，所述形状记忆合金丝的输出力满足：

式中，n为形状记忆合金丝的根数，F_i为每一根形状记忆合金丝提供的输出力，α₁为一级放大机构放大倍数，α₂为二级级放大机构放大倍数；

所述形状记忆合金丝的形变量满足：

本发明所述的有益效果：

(1)本发明提供的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，让汽车门把手不工作时隐藏在车门内部，一方面改进了车门外观，保证整车的整体感，同时也让整车的科技感得到了保证；另一方面，避免了灰尘、雨水等的进入，保证了门把手的清洁性。

(2)本发明提供的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，替代现有车门中最常用的电机驱动方式，解决它结构复杂，并会受到电磁的影响的问题，以实现车身部件的轻量化要求。

(3)本发明提供的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的控制方法，通过形状记忆合金和弹簧的结合使门把手能够自动弹出和隐藏，并且在低温下调节对形状记忆合金丝的加热功率，使门把手弹出更灵活，延长使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的装配结构示意图。

图2为本发明所述基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的主视结构示意图。

图3为本发明所述基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的左视结构示意图。

图4为本发明所述门把手的结构示意图。

图5为本发明所述推杆前端的结构示意图。

图6为本发明所述推杆的结构示意图。

图7为本发明所述固定支架的结构示意图。

图8为本发明所述底座的主视结构示意图。

图9为本发明所述底座的俯视结构示意图。

图10为本发明所述齿轮的结构示意图。

图11为本发明所述U型件的结构示意图。

图12为本发明所述滑轮组的结构示意图。

图13为本发明所述基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图2所示，本发明提供一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，包括：底座110、推杆装置120、齿轮130、连接结构140、弹簧150、门把手160、金属丝172、形状记忆合金丝171、车门180、固定支架181和滑轮组190，所述车门180内设置有容纳腔，如图7所示，所述固定直架181为长方体结构，所述固定支架181固定容纳腔中，所述底座110固定在所述固定支架181上部，所述底座110、推杆装置120、齿轮130、连接结构140、弹簧150、金属丝172、固定支架181和滑轮组190均设置在所述容纳腔中。

如图4所示，为门把手160的示意图。

其中，所述推杆装置120包括：推杆前端122和推杆121，如图5所示，所述推杆前端122包括推部201和第一杆部202，所述推部201固定在所述门把手160的内侧；如图6所示，所述推杆121包括齿条部203和第二杆部204，所述第二杆部204用胶粘接固定在所述第一杆部202上。

如图8、图9所示，所述底座110包括第一部分111、第二部分112、第三部分113和第一凸台114，所述第一部分111固定在所述固定支架181上，且所述第一部分111上具有齿条结构，所述第一部分111与齿条部203平行间隔设置，所述第二部分112垂直设置在所述第一部分111的一端，在所述第二部分112上具有通孔；所述第三部分113垂直设置在所述第二部分112的一侧，在所述第三部分112上垂直设置有支撑杆115，在所述第二部分112的另一侧设置有第一凸台114，且所述第一凸台114设置在所述通孔的外侧，第一凸台114具有外螺纹，所述弹簧150的一端固定在所述第一凸台114上，作为回复结构，在形状记忆合金丝171断开电流冷却后，提供再次形变的力，实现往复驱动。

如图12所示，所述滑轮组190包括：第一定滑轮191和第二定滑轮192，所述第一定滑轮191可转动的设置在所述支撑杆115上；第二定滑轮192与所述第一定滑轮191为一体化设置，且所述第二定滑轮192的直径小于所述第一定滑轮191的直径，并用固定用帽盖限制第一定滑轮191和第二定滑轮192与固定支架181发生相对滑动，并可以完成转动动作；所述形状记忆合金丝171作为驱动结构，其一端缠绕在所述第二定滑轮192上，另一端与电源相连接；金属丝172的一端缠绕在所述第一定滑轮191上，另一端穿过所述第二部分112上的通孔；所述滑轮组190为第一级放大装置，第一定滑轮191和第二定滑轮192的直径之比为第一级放大倍数。

如图10所示，所述齿轮130包括：齿轮部132和2个圆盘部131，在所述齿轮130上还具有中心通孔，所述2个圆盘部131对称设置在所述齿轮部132的外侧，且所述圆盘部131的半径大于齿轮部132的半径，用于提供齿轮130工作所需的工作间隙；所述齿轮130同时与第一部分111和齿条部203相互啮合。

所述齿轮130、推杆装置120和底座110为第二级放大装置，放大倍数为2。

如图3、图11所示，所述连接结构140包括：U型件141、固定轴142、端盖143和第二凸台144，所述固定轴142穿过齿轮130上的中心通孔和所述U型件的两侧开口端，将齿轮130可转动的固定在所述U型件开口端，在固定轴142的另一端通过端盖143固定，在所述U型件141的底端固定有第二凸台144，所述弹簧150的另一端固定在所述第二凸台144上，所述金属丝172的另一端穿过所述第二凸台144固定在所述U型件141的底端。

在本实施例中，所述弹簧150空套在所述金属丝172的外侧。

本发明所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手还包括：驱动器控制开关、信号接收器、位移传感器和中央控制器(未标出)，驱动器控制开关，其设置在所述电源与形状记忆合金丝171之间；信号接收器，其设置在所述车门180中，用于接收汽车遥控钥匙所发出的信号；位移传感器，其设置在所述门把手160的一侧，用于检测所述门把手160的运动距离；中央控制器，其与所述信号接收器、位移传感器和驱动器控制开关相连接。

在本实施例中，形状记忆合金丝171采用镍钛基形状记忆合金丝，可以通过温度控制其形状改变的材料，且记忆合金丝171可以由多根记忆合金丝相互平行布置获得记忆合金丝组，以此增加驱动力，改善散热效果。

所述形状记忆合金丝171在初始时处于拉伸的状态，所述弹簧150在初始时处于压缩状态，弹簧150的最大压缩率为20％左右，形状记忆合金丝171的最大拉伸率为5％至10％之间，门把手160向外运动的距离为30mm，所需形状记忆合金丝171形变量为7.5mm左右，形状记忆合金丝171的长度在75mm到150mm之间。

在本实施例中，第一级放大装置放大的比率为2，第二级放大装置放大的比率为2，整个机构可以将形状记忆合金丝171形变扩大4倍。

本发明提供的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，可以用形状记忆合金的形状记忆效应代替电机驱动，减小电磁的影响，使驱动更稳定，且简化驱动结构，更有利于实现车身的轻量化。

如图13所示，本发明还提供一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的控制方法，使用所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，包括如下步骤：

步骤一、通过汽车遥控钥匙对车辆发出开启信号，所述遥控信号接收器接收信号后，将信号传输到中央控制器，中央控制器确定整车电源启动后，驱动器控制开关开启，所述形状记忆合金丝171通电受热收缩后，拉动滑轮组190转动，从而带动缠绕在第一定滑轮191上的金属丝172转动，压缩弹簧150，拉动U型件141带着齿轮130在底座110上移动，推杆装置120与齿轮啮合，形状记忆合金丝171的拉力经过两级方大后将所述门把手160弹出；

步骤二、通过位移传感器检测门把手160的运动距离，当L≥28mm时，所述驱动器控制开关关闭，所述形状记忆合金丝171断电冷却收缩，所述弹簧150的弹力带动所述门把手回复到初始位置，并使形状记忆合金丝171拉长，形成一个工作循环；

式中，L为门把手的运动距离。

其中，当室外温度不低于零度时，所述形状记忆合金丝的加热功率为额定功率即可；

当室外温度低于零度后，所述形状记忆合金丝的加热功率(形状记忆合金丝的输入功率)满足：

式中，P₁为形状记忆合金丝的输入功率，K为安全系数，T₀为形变温度，T₁为环境温度，C_v为形状记忆合金丝加热后的比热容，C_b为形状记忆合金丝无相变时的比热容，P₀为形状记忆合金丝的平均输入功率，F为形状记忆合金丝的输出力，Δx为形状记忆合金丝的形变量，t_y为形状记忆合金丝的加热时间；

在本实施例中，当-10℃≤T₁＜0℃时，K＝5.34～5.38；

当T₁＜10℃时，K＝5.41～5.43；

其中，所述形状记忆合金丝的输出力满足：

式中，n为形状记忆合金丝的根数，F_i为每一根形状记忆合金丝提供的输出力，α₁为一级放大机构放大倍数，α₂为二级级放大机构放大倍数；

所述形状记忆合金丝的形变量满足：

本发明提供的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的控制方法，通过形状记忆合金和弹簧的结合使门把手能够自动弹出和隐藏，并且在低温下调节对形状记忆合金丝的加热功率，使门把手弹出更灵活，延长使用寿命。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，其特征在于，包括：

门把手；以及

推杆装置，其一端固定在所述门把手上；

底座，其与所述推杆装置平行间隔设置，且所述底座包括第一部分、第二部分和第三部分；

其中，所述第一部分设置在车门中，所述第二部分垂直设置在所述第一部分的一端，所述第三部分垂直设置在所述第二部分的一侧；

第一定滑轮，其可转动的设置在所述第三部分上；

第二定滑轮，其与所述第一定滑轮为一体化设置，且所述第二定滑轮的直径小于所述第一定滑轮的直径；

形状记忆合金丝，其一端缠绕在所述第二定滑轮上，另一端与电源相连接；

金属丝，其一端缠绕在所述第一定滑轮上，另一端穿过所述第二部分；

弹簧，其一端固定在所述第二部分的另一侧；

U型件，其底端与所述弹簧的另一端和金属丝的另一端相连接；

齿轮，其同时与所述推杆装置的另一端和第一部分相啮合，且所述齿轮可转动的设置在所述U型件的开口端。

2.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，其特征在于，所述推杆装置包括：

推杆前端，其固定在所述门把手上；

推杆，其一端固定在所述推杆前端上，另一端与所述齿轮相啮合。

3.如权利要求2所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，其特征在于，所述弹簧空套在所述金属丝的外侧。

4.如权利要求3所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，其特征在于，还包括：

支撑杆，其固定在所述第三部分上；

其中，所述第一定滑轮和第二定滑轮均可转动的设置在所述支撑杆上。

5.如权利要求4所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，其特征在于，所述形状记忆合金丝的材质为镍钛基材料。

6.如权利要求5所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，其特征在于，所述弹簧的最大压缩率为20％，所述形状记忆合金丝的最大拉伸率为5％-10％。

7.如权利要求6所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，其特征在于，所述形状记忆合金丝的长度为75mm-150mm。

8.如权利要求7所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，其特征在于，还包括：

驱动器控制开关，其设置在所述电源与形状记忆合金丝之间；

信号接收器，其设置在所述车门中，用于接收汽车遥控钥匙所发出的信号；

位移传感器，其设置在所述门把手的一侧，用于检测所述门把手的运动距离；

中央控制器，其与所述信号接收器、位移传感器和驱动器控制开关相连接。

9.一种基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的控制方法，使用如权利要求1-8任意一项所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、整车电源启动后，驱动器控制开关开启，所述形状记忆合金丝通电受热收缩后的拉力经过两级方大后将所述门把手弹出；

步骤二、当L≥28mm时，所述驱动器控制开关关闭，所述形状记忆合金丝断电冷却，所述弹簧带动所述门把手回复到初始位置；

式中，L为门把手的运动距离。

10.如权利要求9所述的基于形状记忆合金的汽车隐藏式门把手的控制方法，其特征在于，当室外温度低于零度后，所述形状记忆合金丝的加热功率满足：

式中，P₁为形状记忆合金丝的输入功率，K为安全系数，T₀为形变温度，T₁为环境温度，C_v为形状记忆合金丝加热后的比热容，C_b为形状记忆合金丝无相变时的比热容，P₀为形状记忆合金丝的平均输入功率，F为形状记忆合金丝的输出力，Δx为形状记忆合金丝的形变量，t_y为形状记忆合金丝的加热时间；

其中，所述形状记忆合金丝的输出力满足：

式中，n为形状记忆合金丝的根数，F_i为每一根形状记忆合金丝提供的输出力，α₁为一级放大机构放大倍数，α₂为二级级放大机构放大倍数；

所述形状记忆合金丝的形变量满足：

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