DE102013206916A1

DE102013206916A1 - Method of autonomously controlling shape memory alloy actuator, involves determining event such as change in slope without reaching valley based on analyzing derivative of electrical resistivity change signal of actuator

Info

Publication number: DE102013206916A1
Application number: DE201310206916
Authority: DE
Inventors: Xiujie Gao; Guillermo A. Herrera; Christopher P. Henry; Geoffrey P. McKnight; Lei Hao; Nancy L. Johnson; Alan L. Browne
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2033-04-18
Also published as: CN103375376A; DE102013206916B4; CN103375376B

Abstract

The method involves delivering an activation signal to a shape memory alloy (SMA) actuator (12) coupled to a load (14) by a power source (16). A controller (18) is coupled to the power source and actuator for monitoring an electrical resistivity of actuator at preset time. An event such as change in slope without reaching a valley or jump in resistance is determined based on analyzing derivative of electrical resistivity change signal of SMA actuator. A response signal is transmitted to analyze operation of actuator, when the event of actuator is determined.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Verfahren zum Steuern von Aktuatoren aus aktivem Material und insbesondere ein Verfahren zum Steuern und/oder Voraussagen der verbleibenden verwendbaren Lebensdauer eines Aktuators aus aktivem Material, wie beispielsweise eines Aktuators aus einer Formgedächtnislegierung, unter Verwendung einer Betriebshüllkurve, die basierend auf einer inhärenten Systemvariablen, wie beispielsweise dem Widerstand, über einer sekundären Variablen, wie beispielsweise der Zeit, entwickelt wird (z. B. basierend auf der Änderung des Widerstands, die dem Aktuator über einen Betätigungszyklus inhärent ist).The present disclosure relates generally to methods of controlling active material actuators and, more particularly, to a method of controlling and / or predicting the remaining useful life of an active material actuator, such as a shape memory alloy actuator, using an operating envelope based on an active envelope inherent system variables, such as resistance, are developed over a secondary variable, such as time (eg, based on the change in resistance inherent in the actuator over an actuation cycle).

2. Diskussion des Standes der Technik2. Discussion of the Related Art

Unter den Aktuatoren aus aktivem Material werden Aktuatoren aus einer Formgedächtnislegierung (SMA-Aktuatoren) in der Martensitphase aktiviert, indem das SMA-Material auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die oberhalb eines vorgeschriebenen Wertes liegt. Dies bewirkt, dass das Material eine Phasenumwandlung von der Martensitphase zur Austenitphase durchläuft, wobei es sich zusammenzieht und bei diesem Prozess eine lineare Verschiebung oder eine Winkelverschiebung liefert. Ein übliches Verfahren zur Aktivierung umfasst eine Widerstandsheizung der SMA, indem ein elektrischer Strom an dieser angelegt wird. Probleme bei der Verwendung von SMA-Aktuatoren umfassen weiterhin eine Überhitzung, d. h. das Anwenden eines Übermaßes an Wärmeenergie oberhalb dessen, was zum Betätigen des Drahts erforderlich ist, und eine Überlastung, d. h. das Ausüben einer übermäßigen Spannungslast, beispielsweise indem der Ausgang blockiert wird. Die Überhitzung und die Überlastung können längere Abkühlzeiten, eine verringerte Bandbreite für das Ansprechen des Systems und in einigen Fällen eine Beschädigung des Drahts bewirken. Es ist daher wünschenswert, ein effektives und robustes Mittel zum steuern der Drahtbetätigung zur Verfügung zu haben, um eine Überhitzung und eine Überlastung zu verhindern, um eine konsistente Ausgabe und eine optimierte Betätigung über die Lebensdauer des Aktuators zu schaffen und um die verbleibende verwendbare Lebensdauer des Aktuators genau vorauszusagen.Among the active material actuators, shape memory alloy (SMA) actuators in the martensite phase are activated by heating the SMA material to a temperature above a prescribed value. This causes the material to undergo phase transformation from the martensite phase to the austenite phase, contracting and providing a linear displacement or angular displacement in this process. One common method of activation involves resistive heating of the SMA by applying an electrical current thereto. Problems with the use of SMA actuators further include overheating, i. H. applying an excess of heat energy above that required to actuate the wire and overloading, i. H. exerting an excessive voltage load, for example by blocking the output. Overheating and overloading can cause longer cooling times, reduced bandwidth for the system to respond, and in some cases damage to the wire. It is therefore desirable to have an effective and robust means of controlling wire actuation to prevent overheating and overloading, to provide consistent output and optimized actuation over the life of the actuator, and the remaining useful life of the actuator Accurately predict actuator.

Üblicherweise wurden verschiedene externe Sensoren und/oder mechanische Einrichtungen verwendet, wie beispielsweise Temperatur- und Positionssensoren, um die Probleme zu beheben, die mit der Überhitzung, der Überlastung und der Schwankung/Verschlechterung in der Ausgabe in Beziehung stehen. Diese Einrichtungen tragen jedoch zur Komplexität, zu den Kosten und zu den Bauraumanforderungen herkömmlicher Aktuatoren bei. Es wurden Steuerungen entwickelt, die den absoluten Aktuatorwiderstand überwachen, um unter anderem den Beginn der Betätigung, das Ende der Betätigung, eine Überlastung und/oder einen zurückgesetzten Zustand oder einen Zustand zu detektieren, der für den nächsten Betätigungszyklus bereit ist. Diese Verfahren weisen jedoch ihre eigenen Beschränkungen auf. Beispielsweise haben die Hysterese des Widerstands, die relative kleine Änderung im elektrischen Widerstand (5–10%), ein kleiner Wert des intrinsischen Widerstands und externe Faktoren, wie beispielsweise Rausch- und Umgebungsbedingungen, alle die Zuverlässigkeit dieser Ansätze beeinträchtigt.Conventionally, various external sensors and / or mechanical devices have been used, such as temperature and position sensors, to overcome the problems associated with overheating, overload, and output fluctuation / degradation. However, these devices add to the complexity, cost, and packaging requirements of conventional actuators. Controls have been developed which monitor the absolute actuator resistance to detect, inter alia, the beginning of the actuation, the end of actuation, an overload and / or a reset condition, or a condition ready for the next actuation cycle. However, these methods have their own limitations. For example, the resistance hysteresis, the relative small change in electrical resistance (5-10%), a small intrinsic resistance value, and external factors such as noise and environmental conditions all affect the reliability of these approaches.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung behandelt diese Probleme, indem ein neues Verfahren zum Steuern eines Aktuators aus aktivem Material geschaffen wird, wie beispielsweise eines Drahtaktuators aus einer Formgedächtnislegierung, welches Verfahren eine Betriebshüllkurve oder ein Betriebsfenster verwendet, die bzw. das anhand von historischen Daten entwickelt wird, um die Form eines gegenwärtigen Profils zu überwachen. Die Erfindung ist unter anderem verwendbar, um eine Überhitzung, eine Überlastung oder andere schädliche Ereignisse während eines Betätigungszyklus zu entdecken und um eine genaue Rückkopplung zu liefern, welche die vorstehend erwähnten Probleme abschwächt. Die Erfindung ist verwendbar, um die Integrität des Aktuators und auch den durch diesen angetriebenen Mechanismus zu schützen, und sie ermöglicht die Erkennung schädlicher Ereignisse bei allen Stufen der Betätigung. Die Erfindung schafft ein Verfahren, das ausschließlich durch Aktualisierungen von Firmware implementiert werden kann, wodurch die Notwendigkeit für zusätzliche Hardware beseitigt wird. Die Ersetzung von Hardware verringert die Anzahl der möglichen Ausfallmodi und verringert ferner die Kosten, das Volumen und die Konstruktionskomplexität der betätigten Systeme. Schließlich ist die Erfindung auch verwendbar, um ein Verfahren zu schaffen, um die verbleibende verwendbare Lebensdauer eines Aktuators aus aktivem Material basierend auf einer Bewertung von historischen Daten vorauszusagen, welche normale Ereignisse und Ereignisse außerhalb von Grenzen umfassen, und um dadurch die Ersetzung von Aktuatoren vor einem katastrophalen Ausfall zu ermöglichen.The present invention addresses these problems by providing a novel method for controlling an active material actuator, such as a shape memory alloy wire actuator, which method uses an operating envelope or window of operation developed from historical data to monitor the shape of a current profile. The invention is useful, inter alia, to detect overheating, overload or other deleterious events during an actuation cycle and to provide accurate feedback that mitigates the aforementioned problems. The invention is useful for protecting the integrity of the actuator as well as the mechanism driven by it, and enables the detection of harmful events at all stages of operation. The invention provides a method that can be implemented solely by firmware updates, thereby eliminating the need for additional hardware. The replacement of hardware reduces the number of possible failure modes and further reduces the cost, volume, and design complexity of the actuated systems. Finally, the invention is also useful to provide a method to predict the remaining useful life of an active material actuator based on a historical data evaluation that includes normal events and out of bounds events, and thereby the replacement of actuators to allow a catastrophic failure.

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Steuern und/oder Voraussagen einer verbleibenden verwendbaren Lebensdauer eines Aktuators aus aktivem Material (z. B. eines Drahts aus einer Formgedächtnislegierung), der eine inhärente Systemvariable aufweist. Das Verfahren umfasst, dass historische Daten für die inhärente Systemvariable über einer zweiten Variablen erhalten werden, wobei zumindest ein Teil der Daten während normaler Betätigungsereignisse erzeugt wurde, und dass eine obere sowie eine untere Grenze basierend auf den historischen Daten festgelegt werden. Die Grenzen liefern ein oberes und ein unteres Profil der inhärenten Systemvariablen über der zweiten Variablen, welche jeweils die normale Betätigung angeben. Als Nächstes wird ein Aktivierungssignal auf den Aktuator angewendet, um dadurch einen Startpunkt für die Aktivierung zu definieren und den Aktuator über einen Betätigungszyklus zu aktivieren. Die inhärente Systemvariable wird während des Zyklus über der zweiten Variablen überwacht, um dadurch ein gegenwärtiges Profil zu ermitteln, und das gegenwärtige Profil wird mit dem oberen und dem unteren Profil verglichen, um dadurch ein Ereignis außerhalb der Grenzen zu ermitteln. Wenn ein solches Ereignis ermittelt wird, erzeugt das Verfahren ein Ansprechen, und/oder es führt eine Maßnahme aus.The invention relates generally to a method for controlling and / or predicting a remaining useful life of an active material actuator (eg, a shape memory alloy wire) having an inherent system variable. The method includes historical data for the inherent system variable above a second variable, wherein at least a portion of the data was generated during normal actuation events, and that upper and lower bounds are determined based on the historical data. The boundaries provide upper and lower profiles of the inherent system variables over the second variable, each indicating normal operation. Next, an activation signal is applied to the actuator to thereby define a start point for activation and to activate the actuator over an actuation cycle. The inherent system variable is monitored over the second variable during the cycle to thereby determine a current profile, and the current profile is compared to the top and bottom profiles to thereby determine an out of bounds event. When such an event is detected, the method generates a response and / or executes a measure.

Die Offenbarung kann durch Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung der verschiedenen Merkmale der Offenbarung und der darin umfassten Beispiele leichter verstanden werden.The disclosure may be more readily understood by reference to the following detailed description of the various features of the disclosure and the examples included therein.

KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ZEICHNUNGSANSICHTENBRIEF DESCRIPTION OF THE VARIOUS DRAWING VIEWS

Eine bevorzugte Ausführungsform bzw. bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren im Detail beschrieben, wobei:A preferred embodiment (s) of the invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawing figures, in which:

1 ein schematisches Diagramm eines Betätigungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, welches eine elektrische Leistungsquelle, einen Aktuatordraht aus einer Formgedächtnislegierung, der mit einer Last antreibend gekoppelt ist, einen Controller, der zwischen die Quelle und dem Aktautor dazwischengeschaltet und mit dem Aktuator funktional gekoppelt ist, und eine Überwachungseinrichtung umfasst, die mit dem Controller kommunikativ gekoppelt ist; 1 12 is a schematic diagram of an actuation system according to a preferred embodiment of the invention, including an electrical power source, a shape memory alloy actuator wire drivingly coupled to a load, a controller interposed between the source and the actor, and operably coupled to the actuator and a monitoring device communicatively coupled to the controller;

2 eine beispielhafte Liniengraphik des Widerstands eines SMA-Aktuators während eines Betätigungszyklus und der ersten Ableitung des Widerstands über der Zeit ist; 2 an exemplary line graph of the resistance of an SMA actuator during an actuation cycle and the first derivative of the resistance over time;

3 eine Liniengraphik des Widerstands eines SMA-Aktuators über der Zeit während mehrerer Betätigungszyklen, einer Betriebshüllkurve, die durch eine obere und eine untere Grenze definiert ist, und von sekundären Hüllkurven, bei denen zwei der Zyklusprofile Ereignisse außerhalb der Grenzen definieren, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist; 3 a line graph of the resistance of an SMA actuator over time during multiple actuation cycles, an operating envelope defined by upper and lower limits, and secondary envelopes in which two of the cycle profiles define out of bounds events, according to a preferred embodiment of the present invention Invention is;

4 eine Liniengraphik der Gesamtänderung ΔR des Widerstands eines SMA-Aktuators über Zyklen ist, welche über mehrere Temperaturmesswerte erfasst wurde; und 4 is a line graph of the total change ΔR of the resistance of an SMA actuator over cycles detected over several temperature readings; and

5 eine Liniengraphik des Widerstands eines SMA-Aktuators über der Zeit ist, welche über mehrere Betätigungszyklen erfasst wurde und mehrere Überlastungs-/Überhitzungszyklen umfasst, die unterschiedliche erreichte Dehnungen aufweisen. 5 Figure 5 is a line graph of the resistance of an SMA actuator over time that has been detected over multiple cycles of operation and includes multiple overload / overheat cycles having different strains achieved.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist nur beispielhafter Natur und in keiner Weise dazu gedacht, die Erfindung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Wie es hierin beschrieben und veranschaulicht ist, wird ein neues Verfahren zum Steuern und/oder Voraussagen der verbleibenden verwendbaren Lebensdauer eines Aktuators 10 aus aktivem Material dargestellt (1–5). Allgemein umfasst das Verfahren, dass historische Betätigungsdaten einer inhärenten Systemvariable erhalten werden, wie beispielsweise des Widerstands über der Zeit, dass eine Hüllkurve 12 für den normalen Betrieb (3), die durch eine obere und eine untere Grenze 14u, l definiert wird, anhand der Daten ermittelt wird, dass ein gegenwärtiges Profil 16 während eines Betätigungszyklus ermittelt wird und dass das Profil 16 mit der Hüllkurve 12 verglichen wird, um dadurch ein Ereignis außerhalb der Grenzen zu ermitteln. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann die verbleibende verwendbare Lebensdauer anhand der Anzahl und der Heftigkeit solcher Ereignisse genau vorausgesagt werden. Die vorliegende Erfindung ist zur Verwendung bei einem beliebigen Aktuator 10 aus einem aktiven Material geeignet, der eine messbare Änderung in einem Profil einer inhärenten Variablen während eines normalen Betätigungszyklus durchläuft, sie ist jedoch besonders geeignet zur Verwendung bei der Betätigung mit einer Formgedächtnislegierung, wie nachstehend weiter beschrieben wird.The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or uses. As described and illustrated herein, a new method for controlling and / or predicting the remaining useful life of an actuator 10 represented from active material ( 1 - 5 ). Generally, the method includes obtaining historical actuation data of an inherent system variable, such as the resistance over time, that an envelope 12 for normal operation ( 3 ) passing through an upper and a lower limit 14u , l is determined based on the data that a current profile 16 during an actuation cycle is determined and that the profile 16 with the envelope 12 is compared to thereby determine an event outside the limits. According to another aspect of the invention, the remaining useful life can be accurately predicted from the number and severity of such events. The present invention is for use with any actuator 10 However, it is particularly suitable for use in the operation with a shape memory alloy, as will be further described below, suitable for an active material that undergoes a measurable change in a profile of an inherent variable during a normal actuation cycle.

Wie hierin verwendet, ist der Ausdruck ”aktives Material” als ein beliebiges Material oder eine beliebige Zusammensetzung definiert, das bzw. die eine reversible Änderung in einer fundamentalen (z. B. chemischen oder intrinsisch physikalischen) Eigenschaft zeigt, wenn es bzw. sie einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem verdeckt bzw. von diesem getrennt wird. Formgedächtnislegierungen (SMAs) beziehen sich allgemein auf eine Gruppe von metallischen Materialien, welche die Fähigkeit zeigen, zu einer bestimmten, zuvor definierten Form oder Größe zurückzukehren, wenn sie einer geeigneten thermischen Anregung ausgesetzt werden. Formgedächtnislegierungen sind in der Lage, Phasenumwandlungen zu durchlaufen, bei denen ihre Fließfestigkeit, ihre Steifigkeit, ihre Abmessung und/oder ihre Form als eine Funktion der Temperatur verändert werden. Im Allgemeinen können Formgedächtnislegierungen in der Niedrigtemperatur- oder Martensitphase pseudo-plastisch verformt werden, und sie wandeln sich dann, wenn sie einer bestimmten höheren Temperatur ausgesetzt werden, in eine Austenitphase oder Stammphase um und kehren zu ihrer Form vor der Verformung zurück, wenn sie nicht unter Spannung stehen.As used herein, the term "active material" is defined as any material or composition that exhibits a reversible change in a fundamental (eg, chemical or intrinsic physical) property when it is one Activation signal is exposed to or hidden from this. Shape memory alloys (SMAs) generally refer to a group of metallic materials which exhibit the ability to return to a particular, previously defined shape or size when exposed to suitable thermal stimulation. Shape memory alloys are in the Able to undergo phase transformations in which its yield strength, rigidity, dimension and / or shape are varied as a function of temperature. In general, shape memory alloys in the low temperature or martensite phase may be pseudo-plastically deformed and then, when exposed to a certain higher temperature, transform to an austenite or parent phase and return to their shape prior to deformation if they do not are under tension.

Formgedächtnislegierungen existieren in verschiedenen unterschiedlichen, temperaturabhängigen Phasen. Die gebräuchlichsten dieser Phasen sind die Martensitphase und die Austenitphase. In der nachfolgenden Diskussion bezieht sich die Martensitphase im Allgemeinen auf die besser verformbare Phase bei niedrigerer Temperatur, während sich die Austenitphase im Allgemeinen auf die starrere Phase bei höherer Temperatur bezieht. Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Martensitphase befindet und aufgeheizt wird, beginnt sie, sich in die Austenitphase zu verändern. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird oft als eine Austenit-Starttemperatur (A_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen abgeschlossen ist, wird als die Austenit-Endtemperatur (A_f) bezeichnet.Shape memory alloys exist in various different temperature-dependent phases. The most common of these phases are the martensite phase and the austenite phase. In the following discussion, the martensite phase generally refers to the more deformable phase at lower temperature, while the austenite phase generally refers to the more rigid phase at higher temperature. When the shape memory alloy is in the martensite phase and heated, it begins to change to the austenite phase. The temperature at which this phenomenon starts is often referred to as an austenite start temperature (A _s ). The temperature at which this phenomenon is completed is called the austenite end temperature (A _f ).

Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Austenitphase befindet und abgekühlt wird, beginnt sie, sich in die Martensitphase zu verändern, und die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird als die Martensit-Starttemperatur (M_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei welcher der Austenit damit aufhört, sich in Martensit umzuwandeln, wird als die Martensit-Endtemperatur (M_f) bezeichnet. Somit ist ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungen ein thermisches Aktivierungssignal mit einer Größe, die ausreicht, um Umwandlungen zwischen der Martensitphase und der Austenitphase zu bewirken.When the shape memory alloy is in the austenite phase and cooled, it begins to change to the martensite phase, and the temperature at which this phenomenon begins is referred to as the martensite start temperature (M _s ). The temperature at which the austenite ceases to convert to martensite is referred to as the martensite finish temperature (M _f ). Thus, a suitable activation signal for use with shape memory alloys is a thermal activation signal having a magnitude sufficient to effect transformations between the martensite phase and the austenite phase.

Formgedächtnislegierungen können in Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung und der Bearbeitungshistorie einen Einweg-Formgedächtniseffekt, einen intrinsischen Zweiwegeeffekt oder einen extrinsischen Zweiwege-Formgedächtniseffekt zeigen. Geglühte Formgedächtnislegierungen zeigen typischerweise nur den Einweg-Formgedächtniseffekt. Ein ausreichendes Aufheizen nach einer Verformung des Formgedächtnismaterials bei niedriger Temperatur ruft die Umwandlung von der Martensit- zur Austenitphase hervor, und das Material wird die ursprüngliche, geglühte Form wieder herstellen. Folglich werden Einweg-Formgedächtniseffekte nur beim Aufheizen beobachtet. Aktive Materialien, die Formgedächtnislegierungszusammensetzungen umfassen, die Einweg-Gedächtniseffekte zeigen, wechseln nicht automatisch zwischen zwei Formen hin und zurück, wenn sich die Temperatur ändert, und sie erfordern eine äußere mechanische Kraft, um die Form von der erinnerten oder gelernten Geometrie weg zu verformen.Shape memory alloys may exhibit a one-way shape memory effect, an intrinsic two-way effect, or an extrinsic two-way shape memory effect, depending on the alloy composition and the processing history. Annealed shape memory alloys typically exhibit only the one-way shape memory effect. Sufficient heating after deformation of the shape memory material at low temperature causes the transformation from the martensite to austenite phase, and the material will restore the original, annealed shape. As a result, one-way shape memory effects are observed only during heating. Active materials comprising shape memory alloy compositions that exhibit one-way memory effects do not automatically switch back and forth between two shapes as the temperature changes, and they require an external mechanical force to deform the shape away from the remembered or learned geometry.

Intrinsische und extrinsische Zweiwege-Formgedächtnismaterialien sind durch einen Formübergang sowohl beim Aufheizen von der Martensitphase zu der Austenitphase als auch durch einen zusätzlichen Formübergang beim Abkühlen von der Austenitphase zurück zu der Martensitphase charakterisiert. Aktive Materialien, die einen intrinsischen Formgedächtniseffekt zeigen, sind aus einer Formgedächtnislegierungszusammensetzung hergestellt, die bewirkt, dass sich die aktiven Materialien automatisch von selbst infolge der vorstehend genannten Phasenumwandlungen umformen. Das intrinsische Zweiwege-Formgedächtnisverhalten muss in dem Formgedächtnismaterial durch Bearbeiten hervorgerufen werden. Solche Prozeduren umfassen eine extreme Verformung des Materials, während es sich in der Martensitphase befindet, ein Aufheizen-Kühlen unter einer Zwangsbedingung oder einer Last oder eine Oberflächenmodifikation, wie beispielsweise durch Laserglühen, Polieren oder Kugelstrahlen. Sobald das Material trainiert wurde, um den Zweiwege-Formgedächtniseffekt zu zeigen, ist die Formänderung zwischen dem Zustand bei niedriger Temperatur und dem Zustand bei hoher Temperatur im Allgemeinen reversibel, und sie bleibt über eine große Anzahl von thermischen Zyklen bestehen. Im Gegensatz dazu sind aktive Materialien, welche den extrinsischen Zweiwege-Formgedächtniseffekt zeigen, Verbundmaterialien oder Mehrkomponentenmaterialien. Diese kombinieren eine Legierung, die einen Einwegeffekt zeigt, mit einem anderen Element, das eine wiederherstellende Kraft liefert, um die ursprüngliche Form zurückzubilden.Intrinsic and extrinsic two-way shape memory materials are characterized by a shape transition both upon heating from the martensite phase to the austenite phase, as well as through additional shape transition upon cooling from the austenite phase back to the martensite phase. Active materials that exhibit an intrinsic shape memory effect are made from a shape memory alloy composition that causes the active materials to reform automatically by themselves due to the aforementioned phase transformations. The intrinsic two-way shape memory behavior must be produced in the shape memory material by machining. Such procedures include extreme deformation of the material while in the martensite phase, heating-cooling under a constraint or load, or surface modification such as laser annealing, polishing or shot peening. Once the material has been trained to exhibit the two-way shape memory effect, the shape change between the low temperature state and the high temperature state is generally reversible and persists over a large number of thermal cycles. In contrast, active materials which exhibit the extrinsic two-way shape memory effect are composite materials or multi-component materials. These combine an alloy that exhibits a one-way effect with another element that provides a restorative force to rebuild the original shape.

Die Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung an ihre Form bei hoher Temperatur erinnert, wenn sie aufgeheizt wird, kann durch leichte Änderungen in der Zusammensetzung der Legierung und durch eine Wärmebehandlung eingestellt werden. Bei Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen kann diese beispielsweise von oberhalb ungefähr 100°C bis unterhalb ungefähr –100°C verändert werden. Der Wiederherstellungsprozess für die Form tritt über einen Bereich von nur wenigen Grad auf, und der Beginn oder das Ende der Umwandlung kann in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung und der Legierungszusammensetzung derart gesteuert werden, dass er innerhalb eines Grades oder innerhalb von zwei Grad liegt. Die mechanischen Eigenschaften der Formgedächtnislegierung variieren stark über den Temperaturbereich, der durch deren Umwandlung aufgespannt wird, und sie verleihen dem System typischerweise Formgedächtniseffekte, superelastische Effekte und eine hohe Dämpfungskapazität.The temperature at which the shape memory alloy remembers its shape at high temperature when heated can be adjusted by slight changes in the composition of the alloy and by a heat treatment. For example, in nickel-titanium shape memory alloys, this can be changed from above about 100 ° C to below about -100 ° C. The recovery process for the mold occurs over a range of only a few degrees, and the beginning or end of the conversion can be controlled to be within one degree or within two degrees, depending on the desired application and alloy composition. The mechanical properties of the shape memory alloy vary widely over the temperature range spanned by their conversion and typically impart shape memory effects, superelastic effects, and high damping capacity to the system.

Geeignete Formgedächtnislegierungsmaterialien umfassen auf Nickel-Titan basierte Legierungen, auf Indium-Titan basierte Legierungen, auf Nickel-Aluminium basierte Legierungen, auf Nickel-Gallium basierte Legierungen, kupferbasierte Legierungen (z. B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Gold-Legierungen und Kupfer-Zinn-Legierungen), auf Gold-Cadmium basierte Legierungen, auf Silber-Cadmium basierte Legierungen, auf Indium-Cadmium basierte Legierungen, auf Mangan-Kupfer basierte Legierungen, auf Eisen-Platin basierte Legierungen, auf Eisen-Palladium basierte Legierungen und dergleichen, ohne auf diese beschränkt zu sein. Die Legierungen können binär, ternär oder von einer beliebigen höheren Ordnung sein, solange die Legierungszusammensetzung einen Formgedächtniseffekt zeigt, z. B. eine Änderung in der Formausrichtung, der Dämpfungskapazität und dergleichen. Suitable shape memory alloy materials include nickel-titanium based alloys, indium titanium based alloys, nickel aluminum based alloys, nickel gallium based alloys, copper based alloys (e.g., copper zinc alloys, copper aluminum alloys, Copper-gold alloys and copper-tin alloys), gold cadmium based alloys, silver cadmium based alloys, indium cadmium based alloys, manganese copper based alloys, iron platinum based alloys, iron Palladium-based alloys and the like, without being limited thereto. The alloys may be binary, ternary or any higher order as long as the alloy composition exhibits a shape memory effect, e.g. As a change in the shape orientation, the damping capacity and the like.

Daher ist einzusehen, dass SMAs zu Zwecken dieser Erfindung eine ungefähr 2,5-fache Modulzunahme und eine Abmessungsänderung von bis zu 8% zeigen (was von dem Ausmaß der Vordehnung abhängt), wenn sie über ihre Phasenübergangstemperatur aufgeheizt werden. Es ist einzusehen, dass dann, wenn die SMA eine solche mit Einwegbetrieb ist, ein Rückstellmechanismus (wie beispielsweise eine Feder) mit einer Vorspannungskraft erforderlich ist, um die SMA in ihre anfängliche Ausbildung zurückzustellen. Schließlich ist einzusehen, dass eine Joulesche Aufheizung verwendet werden kann, um das gesamte System elektronisch steuerbar zu machen.Thus, for purposes of this invention, SMAs exhibit about a 2.5-fold increase in modulus and a dimensional change of up to 8% (depending on the amount of pre-strain) when heated above their phase transition temperature. It will be appreciated that if the SMA is one-way operation, a reset mechanism (such as a spring) with a biasing force is required to return the SMA to its initial configuration. Finally, it can be seen that Joule heating can be used to make the entire system electronically controllable.

Zum erfindungsgemäßen Verfahren zurückkehrend, werden die historischen Daten für eine inhärente Systemvariable erfasst (z. B. für den Aktuatorwiderstand, eine Ableitung des Aktuatorwiderstands, eine angelegte Spannung, eine gemessene Dehnung usw.), die sich über einer zweiten Variablen ändert (z. B. über der Zeit, der Temperatur, einer Verschiebung usw.), um dadurch ein x-y-Profil während dessen Betätigungszyklus zu definieren. Zumindest ein Teil der Daten wird während normaler Betätigungsereignisse erzeugt, so dass Ziel-Daten oder Daten für das normale Verhalten erfasst werden. Basierend auf den Daten für die normale Betätigung werden eine obere und eine untere Grenze 14u, l festgelegt, die ein oberes und ein unteres Profil liefern, wobei die obere und die untere Grenze/das obere und das untere Profil 14u, l beispielsweise den maximalen und den minimalen Wert der inhärenten Systemvariablen über der zweiten Variablen umfassen, welche während der normalen Betätigung beobachtet werden. Der Aktuator 10 kann anschließend sicher gesteuert werden, indem ein Aktivierungssignal auf den Aktuator 10 angewendet wird, um dadurch einem Startpunkt für die Aktivierung zu definieren und die inhärente Systemvariable über der zweiten Variablen während des Zyklus zu überwachen. Die gegenwärtigen Werte der Systemvariablen werden zum Entwickeln eines temporären gegenwärtigen Profils 16 verwendet. Als Nächstes wird das gegenwärtige Profil 16 mit der oberen und der unteren Grenze 14u, l visuell oder computertechnisch verglichen, um dadurch ein Ereignis außerhalb der Grenzen zu ermitteln. Folglich wird das Profil 16 beobachtet, um zu ermitteln, ob es sich innerhalb der ”Betriebshüllkurve” 12 (2) befindet, die durch die Daten definiert ist. Schließlich wird ein Ansprechen erzeugt, oder es wird autonom eine Maßnahme ergriffen (z. B. zum Modifizieren/Beenden des Aktivierungssignals), wenn ein Ereignis außerhalb der Grenzen ermittelt wird.Returning to the inventive method, the historical data for an inherent system variable is detected (eg, for actuator resistance, derivative of actuator resistance, applied voltage, measured strain, etc.) that varies over a second variable (e.g. over time, temperature, displacement, etc.) to thereby define an xy profile during its actuation cycle. At least part of the data is generated during normal actuation events so that target or normal behavior data is captured. Based on the data for normal actuation, upper and lower limits are set 14u , l, which provide an upper and a lower profile, wherein the upper and the lower limit / the upper and the lower profile 14u 1, for example, include the maximum and minimum values of the inherent system variables over the second variable observed during normal operation. The actuator 10 can then be safely controlled by an activation signal on the actuator 10 to thereby define a start point for the activation and to monitor the inherent system variable over the second variable during the cycle. The current values of the system variables become the development of a temporary current profile 16 used. Next is the current profile 16 with the upper and lower limits 14u , l compared visually or computer technically, thereby determining an out-of-bounds event. Consequently, the profile becomes 16 observed to determine if it is within the "operating envelope" 12 ( 2 ), which is defined by the data. Finally, a response is generated or an action is taken autonomously (eg, to modify / terminate the activation signal) when an out-of-bounds event is detected.

Ein Ereignis außerhalb der Grenzen wird vorzugsweise ermittelt, wenn das überwachte Profil 16 die obere oder die untere Grenze für eine minimale Zeitdauer überschreitet, so dass Anomalien beispielsweise aufgrund eines momentanen Schlupfs von Befestigungen oder aufgrund von Anstiegen im Strom und auch natürliche Schwankungen in der inhärenten Variablen während des Zyklus berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer minimalen Zeitdauer kann ein Ereignis außerhalb der Grenzen identifiziert werden, wenn das Profil 16 die obere oder die untere Grenze 14u, l über einen speziellen Wert oder einen speziellen Bereich der zweiten Variablen hinaus überschreitet. Bei einer weiteren Alternative kann ein Ereignis außerhalb der Grenzen festgelegt werden, wenn das überwachte Profil 16 die obere oder die untere Grenze um einen minimalen Prozentanteil überschreitet (z. B. um 5%).An out of bounds event is preferably determined when the monitored profile 16 exceeds the upper or lower limit for a minimum amount of time, such that anomalies due to, for example, a momentary slip of fasteners or due to increases in the current and also natural variations in the inherent variables during the cycle are taken into account. Alternatively, or in addition to a minimum amount of time, an off-border event may be identified when the profile 16 the upper or the lower limit 14u , l exceeds a specific value or range of the second variable. In another alternative, an event may be set out of bounds if the monitored profile 16 exceeds the upper or lower limit by a minimum percentage (eg, by 5%).

Wie zuvor festgestellt wurde, können die obere und die untere Grenze 14u, l basierend auf dem maximalen und dem minimalen Wert festgelegt werden, die für die inhärente Systemvariable bei einem gegebenen Wert der zweiten Variablen beobachtet werden. Alternativ können die obere und die untere Grenze 14u, l festgelegt werden, indem ein ideales Profil basierend auf idealen Bedingungen (z. B. einer idealen Spannung, einer idealen Temperatur, einer idealen Konstruktion, einer idealen Vordehnung usw.) ermittelt wird und indem eine Toleranz auf das ideale Profil angewendet wird; oder, wenn die historischen Daten aus dem Profil des vorhergehenden Zyklus bestehen, indem eine Abweichungstoleranz auf das vorhergehende Profil angewendet wird. Die Hüllkurve 12 kann basierend auf einem detektierten Wert einer beeinflussenden Bedingung modifiziert werden, z. B. der Umgebungstemperatur, der Aktuatortemperatur, der Aktuatordehnung, der Lasthistorie, der Verwendung/der Zyklen, der tatsächlichen Spannung und des nominellen Antriebsstroms usw., so dass falsche Positivereignisse vermieden werden. Eine Modifikation kann dadurch erfolgen, dass ein Wert einer detektierten Bedingung in eine vorbestimmte Formel oder in einen vorbestimmten Algorithmus eingegeben wird oder dass eine Nachschlagetabelle bezüglich des Bedingungswerts durchsucht wird, um einen entsprechenden Faktor, eine entsprechende Toleranz, eine entsprechende Abweichung oder eine auf andere Weise resultierende Wirkung zu erhalten. Darüber hinaus werden die bevorzugten Grenzen 14u, l durch beliebige Änderungen bezüglich der physikalischen und inhärenten Eigenschaften des Aktuators 10 (z. B. der Länge, der Zusammensetzung, des Durchmessers, der Vordehnung usw.) oder des Typs der Anwendung modifiziert, die ausgeführt werden soll (z. B. kritisch, moderat usw.). Folglich kann die Bedingung für den Aktuator 10 eine externe oder eine interne sein. Es ist einzusehen, dass gemäß einem weiteren Beispiel Grenzen 14u, l für das Szenario des schlimmsten Falls für einen gegebenen Satz von Bedingungen verwendet werden können, die auf der Kapazität des Aktuators 10 basieren.As stated earlier, the upper and lower limits can be 14u , l are set based on the maximum and minimum values observed for the inherent system variable for a given value of the second variable. Alternatively, the upper and lower limits 14u l are determined by determining an ideal profile based on ideal conditions (eg, ideal stress, ideal temperature, ideal design, ideal pre-strain, etc.) and applying a tolerance to the ideal profile; or if the historical data consists of the profile of the previous cycle by applying a deviation tolerance to the previous profile. The envelope 12 can be modified based on a detected value of an influencing condition, e.g. Ambient temperature, actuator temperature, actuator elongation, load history, usage / cycles, actual voltage, and nominal drive current, etc., so as to avoid false positive events. A modification may be made by inputting a value of a detected condition into a predetermined formula or algorithm, or a look-up table is searched for the condition value to obtain a corresponding factor, tolerance, deviation, or otherwise resulting effect. In addition, the preferred limits 14u , I by any changes in the physical and inherent properties of the actuator 10 (eg, length, composition, diameter, pre-strain, etc.) or type of application to be performed (eg, critical, moderate, etc.). Consequently, the condition for the actuator 10 be an external or an internal one. It will be appreciated that according to another example, limits 14u , l can be used for the worst case scenario for a given set of conditions based on the capacity of the actuator 10 based.

Sobald die Grenzen 14u, l festgelegt sind, kann ein Betätigungszyklus überwacht werden, um dadurch ein gegenwärtiges Profil 16 und ein Ereignis außerhalb der Grenzen zu ermitteln, wenn das gegenwärtige Profil eine der Grenzen 14u, l überschreitet (d. h. höher liegt als die obere Grenze oder niedriger als die untere Grenze). Die Abweichungen können als einmalige Ereignisse, als eine Drift von Signalen oder gemäß der Position (z. B. dem Zeitpunkt) des Ereignisses außerhalb der Grenzen kategorisiert werden. Wie vorstehend festgestellt wurde, erzeugt das Verfahren anschließend ein Ansprechen (es alarmiert beispielsweise einen Benutzer, dass sich der Aktuator nicht wie erwartet verhalten hat), oder es führt auf andere Weise eine Maßnahme autonom aus. Das Aktivierungssignal kann beispielsweise in dem Fall eines Überlastungs- oder Überhitzungsereignisses modifiziert, unterbrochen oder beendet werden. 3 stellt sekundäre Hüllkurven 12a dar, bei denen angenommen wird, dass ein Ereignis außerhalb der Grenzen, das während eines Anstiegs kleiner als die untere Grenze oder während eines Abfallens größer als die obere Grenze ist, ein unzureichendes Aktivierungssignal angibt (z. B. bezüglich der Aufheizungsrate oder des Antriebsstroms). Hier ist das System vorzugsweise betreibbar, um autonom eine entsprechende Zunahme in dem Aktivierungssignal zu bewirken.Once the limits 14u 1, an actuation cycle may be monitored to thereby establish a current profile 16 and to determine an event outside the boundaries, if the current profile is one of the limits 14u , l exceeds (ie, is higher than the upper limit or lower than the lower limit). The deviations may be categorized as one-time events, as a drift of signals, or according to the position (eg, the time) of the out-of-bounds event. As noted above, the method then generates a response (for example, alerts a user that the actuator did not behave as expected), or otherwise autonomously performs a policy. For example, the activation signal may be modified, interrupted, or terminated in the event of a congestion or overheating event. 3 provides secondary envelopes 12a in which it is assumed that an out-of-bounds event that is greater than the upper limit during a rise smaller than the lower limit or during a fall indicates an insufficient enable signal (eg, with respect to the heating rate or the drive current). , Here, the system is preferably operable to autonomously effect a corresponding increase in the activation signal.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das bevorzugte Ansprechen ferner, dass eine Aufzeichnung des Ereignisses außerhalb der Grenzen beibehalten wird, um dadurch die historischen Daten zu aktualisieren, und dass das Ereignis in den Daten bevorzugter basierend auf der Heftigkeit kategorisiert wird. Daten außerhalb der Grenzen können bei der Ermittlung der Grenzen 14u, l verwendet werden oder auch nicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Heftigkeit basierend auf dem anfänglichen Wert der zweiten Variable (z. B. der Startzeit) und/oder dem Bereich von Werten für die zweite Variable (z. B. der Periode/der Zeitdauer) für das Ereignis ermittelt. Basierend auf der bevorzugten Beziehung zwischen der verwendbaren Lebensdauer und kritischen Ereignissen kann das Ansprechen ferner umfassen, dass die vorausgesagte verbleibende verwendbare Lebensdauer basierend auf den historischen Daten autonom aktualisiert wird, welche die Anzahl der normalen Ereignisse und der Ereignisse außerhalb der Grenzen umfassen, und dass anschließend ein Benutzer alarmiert wird, den Aktuator 10 zu ersetzen, wenn die verbleibende verwendbare Lebensdauer kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist (z. B. kleiner als 5% der verwendbaren Lebensdauer).According to another aspect of the invention, the preferential response further comprises keeping a record of the out-of-bound event to thereby update the historical data and categorizing the event in the data more preferably based on the severity. Out of bounds data can be used in determining the limits 14u , l be used or not. In a preferred embodiment, the severity is determined based on the initial value of the second variable (eg, the start time) and / or the range of values for the second variable (eg, the period / time duration) for the event. Based on the preferred relationship between useful life and critical events, the response may further include autonomously updating the predicted remaining useful life based on the historical data including the number of normal events and the out of bounds events, and then a user is alerted to the actuator 10 if the remaining useful life is less than a predetermined threshold (eg, less than 5% of usable life).

Schließlich ist einzusehen, dass die historischen Daten anhand der Verwendung des Aktuators 10 oder bevorzugter anhand der zurückliegenden Verwendung des Aktuators 10 plus anderer äquivalenter Aktuatoren unter vergleichbaren Bedingungen sowie unter einer ähnlichen Belastung zusammengestellt werden können, um dadurch das zukünftige Verhalten vorauszusagen usw. Bezüglich des Letzteren ist einzusehen, dass eine umfassende Datenbank 18 von Aktuatoren, Bedingungen und Belastungen beibehalten und über ein breites Spektrum angewendet werden kann und dass die Hüllkurve 12 in Echtzeit oder periodisch (z. B. nach einem Ereignis außerhalb der Grenzen usw.) aktualisiert werden kann.Finally, it can be seen that the historical data based on the use of the actuator 10 or more preferably based on the past use of the actuator 10 plus other equivalent actuators under comparable conditions and under a similar load, thereby predicting the future behavior, etc. With regard to the latter, it should be understood that a comprehensive database 18 maintained by actuators, conditions and loads and can be applied over a wide range and that the envelope 12 can be updated in real time or periodically (eg, after an out of bounds event, etc.).

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Erfindung durch einen Draht 10 aus einer Formgedächtnislegierung verwendet, der mit einer Last 100 antreibend gekoppelt ist (1), um dadurch verwendbare mechanische Arbeit zu verrichten, und der mit einer Aktivierungsquelle 20 (z. B. mit dem Ladungssystem eines Fahrzeugs (nicht gezeigt)) durch eine Verbindung gekoppelt ist, wobei der Ausdruck ”Draht” nicht einschränkend ist und andere, ähnliche geometrische Konfigurationen umfassen soll, die eine Zuglastfestigkeit/Dehnungsfähigkeiten aufweisen, wie beispielsweise Seile, Bündel, Litzen, Leinen, Streifen, Ketten und andere Elemente. Ein Controller 22, der die Datenbank 18 beinhaltet, ist zwischen dem Aktuator 10 und der Quelle 20 dazwischengeschaltet und durch Programmierung ausgebildet, um selektiv zu bewirken, dass der Aktuator 10 aktiviert wird, und um das hierin beschriebene Verfahren zu implementieren. Schließlich ist eine Überwachungseinrichtung 24 durch eine Verbindung mit dem Controller 22 gekoppelt (z. B. drahtlos oder mittels Hardware) und betreibbar, um Daten von dem Aktuator 10 beispielsweise mittels eines Sensors 26 (1) abzurufen. Es ist einzusehen, dass die Überwachungseinrichtung 24, der Controller 22 und/oder der Sensor 26 eine integrierte Einheit darstellen können.In the preferred embodiment, the invention is achieved by a wire 10 made of a shape memory alloy used with a load 100 drivingly coupled ( 1 ) to thereby perform usable mechanical work and that with an activation source 20 (eg, coupled to the cargo system of a vehicle (not shown) through a link, where the term "wire" is not limitative and is intended to include other similar geometric configurations that have tensile load / strain capabilities, such as ropes, Bundles, strands, linen, strips, chains and other elements. A controller 22 who the database 18 includes is between the actuator 10 and the source 20 interposed and formed by programming to selectively cause the actuator 10 is activated, and to implement the method described herein. Finally, a monitoring device 24 through a connection with the controller 22 coupled (eg, wirelessly or by hardware) and operable to receive data from the actuator 10 for example by means of a sensor 26 ( 1 ). It can be seen that the monitoring device 24 , the controller 22 and / or the sensor 26 an integrated unit.

Bei dieser Ausbildung können der Aktuator 10, die Quelle 20 und der Controller 22 eine elektrische Schaltung bilden, die betreibbar ist, um den SMA-Aktuator 10 durch Joulesche Heizung zu aktivieren, und der Widerstand, den der Aktuator 10 für eine gegebene Amperezahl zeigt, kann verwendet werden, um historische Daten des Widerstands über der Zeit zu entwickeln. Spezieller ist die bevorzugte inhärente Systemvariable der elektrische Widerstand des Aktuators 10, und die bevorzugte zweite Variable ist die Zeit, um ein Rückgabesignal basierend auf einer Änderung des elektrischen Widerstands zu entwickeln, da einzusehen ist, dass der elektrische Widerstand konsistent mit dem Prozentanteil der Phasenumwandlung und der Temperatur der SMA variiert und mit der Position und der Betriebsfähigkeit des Aktuators 10 korreliert werden kann. Obwohl die Ableitung des Widerstands eine definiertere Angabe über das Betätigungsereignis liefert, einschließlich eines ausgeprägten Minimums für das Ende der Betätigung (2), wie es offensichtlich offenbart wird, ist einzusehen, dass das Fehlen an Komplexität in dem Widerstandsprofil der SMA während der Betätigung Vergleiche von Profilformen relativ gesehen erleichtert.In this training, the actuator 10 , the source 20 and the controller 22 a form electrical circuit that is operable to the SMA actuator 10 to activate by Joule heater, and the resistance that the actuator 10 for a given ampere rating can be used to develop historical data of resistance over time. More specifically, the preferred inherent system variable is the electrical resistance of the actuator 10 , and the preferred second variable is the time to develop a return signal based on a change in electrical resistance, as it will be appreciated that the electrical resistance varies consistently with the percentage of phase transformation and temperature of the SMA and with position and operability of the actuator 10 can be correlated. Although the derivative of the resistor provides a more definite indication of the actuation event, including a distinct minimum for the end of actuation ( 2 ), as will be apparent, it will be appreciated that the lack of complexity in the resistance profile of the SMA during operation facilitates relative comparisons of profile shapes.

In 2 ist gezeigt, dass ein normal aktivierter SMA-Aktuator ein Widerstandsprofil mit einer im Wesentlichen konstanten oder flachen anfänglichen Aufheizungszeitdauer aufweist, gefolgt von einem Anstieg ΔR_p im Widerstand aufgrund des Beginns der Phasenumwandlung, die an dem Spitzen-SMA-Widerstand R_p kulminiert (was typischerweise kurz nach der Auslösung der Dehnung auftritt), und einem anschließenden ausgedehnten Abfall ΔR_v im Widerstand, bis der Austenit-Widerstand R_v erreicht ist. Wie es in 4 gezeigt ist, wurde gefunden, dass die Gesamtänderung ΔR im Widerstand der Verwendung/den Zyklen des Aktuators 10 entspricht, insbesondere dann, wenn die Verwendung zehntausend Zyklen überschreitet. Darüber hinaus ist einzusehen, dass ΔR umgekehrt proportional zur Temperatur ist, wie es auch in 4 gezeigt ist. Indem ΔR für eine gegebene Temperatur ermittelt wird (und/oder auf eine ähnliche Weise für eine gegebene Amperezahl, eine gegebene Dehnung usw.), kann daher eine genaue Bewertung der Anzahl von vorhergehenden Zyklen durchgeführt werden, und die verbleibende Lebensdauer kann vorausgesagt werden (d. h. die empfohlene Verwendung minus die vorhergehenden Zyklen). Fachleute werden einsehen, dass alternativ die ”Miner-Regel” oder Korrelationsverfahren für die Eigenlebensdauer verwendet werden können, um die verbleibende verwendbare Lebensdauer des Aktuators 10 vorauszusagen.In 2 For example, a normally-activated SMA actuator is shown to have a resistance profile with a substantially constant or flat initial heating time followed by a rise ΔR _p in the resistance due to the onset of phase transformation culminating at the peak SMA resistance R _p typically occurring shortly after the initiation of stretching), and a subsequent extended fall ΔR _v in the resistor until the austenite resistance R _{v is} reached. As it is in 4 As shown, it has been found that the overall change ΔR in the resistance of the use / cycles of the actuator 10 corresponds, in particular, if the use exceeds ten thousand cycles. In addition, it can be seen that ΔR is inversely proportional to the temperature, as it is in 4 is shown. Therefore, by determining ΔR for a given temperature (and / or in a similar manner for a given amperage, given strain, etc.), an accurate evaluation of the number of previous cycles can be made, and the remaining life can be predicted (ie the recommended use minus the previous cycles). Those skilled in the art will appreciate that alternatively, the "miner's rule" or self-life correlation method may be used to determine the remaining useful life of the actuator 10 predict.

Obgleich einzusehen ist, dass der SMA-Widerstand an dem Startpunkt der Aktivierung aufgrund verschiedener Faktoren schwankt (z. B. aufgrund der vorhergehenden Temperatur und den vorhergehenden Verwendungsbedingungen usw.), wird die Überwachung vorzugsweise an einem vorbestimmten Referenzpunkt (z. B. am Spitzenwiderstand) nach dem Startpunkt der Aktivierung ausgelöst. Bei Anwendungen mit SMA-Drahtaktuator kann das Ereignis außerhalb der Grenzen eine nicht ausreichende Aufheizungsrate, wie sie vorstehend festgestellt wurde, ein Überlastungsereignis, ein Überhitzungsereignis, eine Drahtermüdung, einen Schlupf der Befestigung, eine Verschlechterung der Befestigung und/oder eine Verschlechterung von peripheren Mechanismen (z. B. von Lagerzapfen, Scheiben, gleitenden Führungen usw.) in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Ereignisses angeben. Es ist einzusehen, dass beispielsweise ein Überhitzungsereignis durch ein Minimum 28 gefolgt von einem Anstieg im Widerstand über dem Zeitprofil (5) angegeben wird.Although it will be appreciated that the SMA resistance varies at the starting point of activation due to various factors (eg, due to the previous temperature and conditions of use, etc.), the monitoring is preferably at a predetermined reference point (eg, peak resistance ) after the start point of activation. In SMA Wire Actuator applications, the out-of-bounds event may include insufficient heating rate as noted above, overload event, overheat event, wire fatigue, attachment slippage, attachment degradation, and / or deterioration of peripheral mechanisms ( eg of trunnions, washers, sliding guides, etc.) depending on the characteristics of the event. It will be appreciated, for example, that an overheat event is a minimum 28 followed by an increase in resistance over the time profile ( 5 ).

In 5 sind verschiedene Widerstandskurven bei Überlastung für einen SMA-Drahtaktuator 10 gezeigt, wobei Überlastungsereignisse bei unterschiedlichen Dehnungen auftreten. Wie es dargestellt ist, wird die Form der Kurve signifikant beeinflusst, wenn die SMA eine Überlastung erfährt, und die Form kann unter Verwendung der vorgeschlagenen Hüllkurve des Betriebsverfahrens detektiert werden. Indem die Form des Profils 16 identifiziert wird, kann folglich der Typ des Überlastungs-/Überhitzungsereignisses ermittelt werden (z. B. dann, wenn das Blockieren auftritt). Schließlich ist einzusehen, dass verschiedene Überwachungseinrichtungen 24 zum genauen Messen der Widerstandsänderung in dem Draht 10 und Algorithmen zur Ausführung durch den Controller 22 zusätzlich vorgesehen sind. Beispielsweise kann die Einrichtung 24 einen Aufbau mit einer Wheatstone-Brücke, eine Widerstand-Kondensator-Schaltung (RC-Schaltung) und ein überlagertes AC-Signal auf dem regulären Aktivierungssignal umfassen.In 5 are different resistance curves at overload for a SMA wire actuator 10 with overload events occurring at different strains. As illustrated, the shape of the curve is significantly affected when the SMA experiences congestion, and the shape can be detected using the proposed envelope of the method of operation. By the shape of the profile 16 Thus, the type of overload / overheat event can be determined (eg, when stalling occurs). Finally, it can be seen that various monitoring devices 24 to accurately measure the resistance change in the wire 10 and algorithms for execution by the controller 22 are additionally provided. For example, the device 24 a structure with a Wheatstone bridge, a resistor-capacitor circuit (RC circuit) and a superimposed AC signal on the regular activation signal include.

Die dargelegte Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, welche den besten Ausführungsmodus umfassen, und auch, um einem beliebigen Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen und zu verwenden. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die Fachleuten offensichtlich werden. Beispielsweise liegt es sicherlich innerhalb des Umfangs der Erfindung, dass die Hüllkurve 12 unter einem komplexeren Regime einen dreidimensionalen Raum definiert, wobei sich eine inhärente Systemvariable ändert (z. B. der Widerstand) und gleichzeitig über einer zweiten Variablen (z. B. über der Zeit) und einer dritten Variablen (z. B. über der Dehnung) überwacht wird. Solche andere Beispiele sollen innerhalb des Umfangs der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Abweichungen von der wörtlichen Sprache der Ansprüche umfassen.The description set forth uses examples to disclose the invention which includes the best mode of execution, and also to enable any person skilled in the art to make and use the invention. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that will become apparent to those skilled in the art. For example, it is certainly within the scope of the invention that the envelope 12 under a more complex regime defines a three-dimensional space, where an inherent system variable changes (eg the resistance) and simultaneously over a second variable (eg over time) and a third variable (eg over the strain ) is monitored. Such other examples are intended to be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent structural elements with insubstantial departures from the literal language of the claims.

Die Ausdrücke ”erster”, ”zweiter” und dergleichen bezeichnen ebenso, wenn sie hierin verwendet werden, nicht irgendeine Reihenfolge oder Wichtigkeit, sondern sie werden stattdessen verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Ausdrücke ”der” bzw. ”die” bzw. ”das”, ”ein” und ”eine” bezeichnen keine Einschränkung der Quantität, sondern sie bezeichnen stattdessen das Vorhandensein zumindest eines des referenzierten Gegenstands. Alle Bereiche, die auf die gleiche Quantität einer gegebenen Komponente oder eines gegebenen Messwerts gerichtet sind, umfassen die Endpunkte und sind unabhängig kombinierbar.Likewise, the terms "first," "second," and the like, when used herein, do not denote any order or importance, but instead are used to distinguish one element from another, and the terms "the" the "or", "an" and "an" denote no restriction of quantity, but instead designate the presence of at least one of the referenced object. All areas that are directed to the same quantity of a given component or measurement value include the endpoints and are independently combinable.

Claims

A method of controlling and / or predicting a remaining useful life of an active material actuator having an inherent system variable, the method comprising: a. historical data for the inherent system variable is collated over a second variable, wherein at least a portion of the data was generated during normal actuation events; b. determining upper and lower bounds of the inherent system variables over the second variable based on the historical data, which limits indicate normal operation; c. an activation signal is applied to the actuator to thereby define a start point for activation and to activate the actuator over an actuation cycle; d. monitoring the inherent system variable over the second variable during the cycle to thereby generate a current profile, e. comparing the current profile with the upper and lower limits to thereby determine an out-of-bounds event; and f. a response is generated and / or a measure is taken when the event is detected.

The method of claim 1, wherein the actuator is a shape memory alloy wire, the inherent system variable is the electrical resistance of the wire, and the second variable is the time to thereby develop a return signal based on a change in electrical resistance.

The method of claim 1, wherein: Step e) further comprises the steps of determining an out-of-bounds event if the current profile over a minimum period of time exceeds the upper profile or is less than the lower profile; or Step e) further comprises the steps of determining an out of bounds event if the current profile at a predetermined value of the second variable exceeds the upper profile or is less than the lower profile; or Step e) further comprises the steps of determining an out-of-bounds event when the current profile exceeds the upper profile by a minimum percentage or is less than the lower profile and wherein the minimum percentage equals five.

The method of claim 1, wherein: Step b) further comprises the steps of detecting an influencing condition outside of the actuator and determining the boundaries in part based on the condition; or Step b) further comprises the steps of detecting an influencing condition within the actuator and setting the limits partly based on the condition; or wherein step b) further comprises the steps of detecting an influencing condition, searching a look-up table based on the condition, and determining the boundaries based on the look-up table.

The method of claim 1, wherein step b) further comprises determining an influencing condition selected from the group consisting essentially of an ambient temperature, an actuator temperature, an actuator strain, a load history, a use / cycles, an instantaneous voltage and a nominal drive current.

The method of claim 1, wherein: the response maintains a record of the event and categorizes the event; or the response modifies, interrupts or terminates the activation signal.

The method of claim 1, wherein the event is selected from the group consisting essentially of a congestion event, an overheat event, an actuator fatigue, a slip of an attachment, a deterioration of an attachment, and a deterioration of a peripheral mechanism.

The method of claim 7, wherein the event is a congestion event and wherein steps e) and f) further comprise the steps of determining a severity of the congestion event and adding the congestion event and severity to the historical data; wherein step f) further comprises the steps of predicting a remaining useful life based on the historical data; and wherein step e) further comprises determining an initial value of a second variable and a range of values of the second variable during the event, and determining the severity based on an initial value of the second Variables and a range of values of the second variable is determined.

The method of claim 1, wherein: Step b) further comprises the steps of setting the upper and lower bounds by determining an ideal profile based on the historical data and applying a tolerance to the ideal profile; or the historical data consists of a previous current profile and step b) further comprises the steps of setting the upper and lower limits by applying a deviation tolerance to the previous current profile.

The method of claim 1, wherein: Step d) further comprises the steps of initiating a monitoring at a predetermined reference point after the starting point of the activation; and wherein the inherent system variable is selected from the group consisting of an actuator resistance, a derivative of the actuator resistance and an applied voltage, and the second variable is selected from the group consisting of time, temperature, and displacement.