DE102014104959B4

DE102014104959B4 - System und Verfahren zum Steuern eines Aktors aus aktiven Materialien

Info

Publication number: DE102014104959B4
Application number: DE102014104959.4A
Authority: DE
Inventors: Chandra S. Namuduri; Lei Hao; Paul W. Alexander; Xiujie Gao
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2034-04-09
Also published as: CN104104264A; CN104104264B; DE102014104959A1

Abstract

System (49) zum Steuern eines Aktors (36) aus aktiven Materialien, umfassend:eine Stromversorgung (42), die ausgestaltet ist, um elektrische Leistung zu liefern;eine Steuerungsschaltung (50), die mehrere Schaltkreise (54, 56, 62, 66, 76) enthält und ausgestaltet ist, um auf den Empfang eines Aktivierungssignals (78) hin selektiv eine elektrische Verbindung zwischen dem Aktor (36) aus aktiven Materialien und der Stromversorgung (42) herzustellen, wobei der Aktor (36) aus aktiven Materialien ausgestaltet ist, um zu agieren, wenn er erregt wird; undwobei die Steuerungsschaltung (50) ausgestaltet ist, um zumindest einen der mehreren Schaltkreise abzuschalten, wenn kein Aktivierungssignal (78) von der Steuerungsschaltung (50) empfangen wird, um einen parasitären Strom zu minimieren, welcher der Stromversorgung (42) entnommen wird;wobei die mehreren Schaltkreise (54, 56, 62, 66, 76) einen Spannungserfassungsschaltkreis (62) umfassen, der ausgestaltet ist, um ein Spannungspotential der elektrischen Leistung zu messen, die von der Stromversorgung (42) geliefert wird, wobei der Spannungserfassungsschaltkreis (62) ausgestaltet ist, um abgeschaltet zu werden, wenn kein Aktivierungssignal (78) von der Steuerungsschaltung (50) empfangen wird; undwobei der Spannungserfassungsschaltkreis (62) einen Halbleiterschalter (138) mit niedrigem Durchlasswiderstand enthält, der ausgestaltet ist, um den Spannungserfassungsschaltkreis (62) selektiv von der Stromversorgung (42) zu trennen, wenn kein Aktivierungssignal (78) von der Steuerungsschaltung (50) empfangen wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der provisorischen US-Anmeldung mit der Nummer 61/811,890, die am 15. April 2013 eingereicht wurde und die durch Bezugnahme vollständig hier mit aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern der Betätigung eines Aktors aus aktiven Materialien.
HINTERGRUND
Aktive Materialien stellen eine Betätigung mit relativ geringen Kosten und relativ geringer Masse bereit. Aktive Materialien können Formgedächtnislegierungen (SMAs, SMA von shape memory alloy), elektroaktive Polymere (EAPs), piezoelektrische, magnetostriktive und elektrorestriktive Materialien umfassen. Aufgrund der Nichtlinearität von aktiven Materialien ist es schwierig, die Betätigung des aktiven Materials, das die Betätigung bereitstellt, präzise zu steuern.
Die Druckschrift DE 10 2004 007 391 A1 offenbart eine Piezoaktuator-Ansteuerschaltung, die den Betrieb eines durch einen Piezoaktuator angetriebenen Kraftstoffinjektors stabilisiert, indem sie Schaltelemente so ein- und ausschaltet, dass ein Strom an den und von dem Piezoaktuator so fließt, dass er sich nur in der Abnahmerichtung kontinuierlich ändert.
In der Druckschrift DE 10 2004 009 373 A1 ist eine Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung offenbart, die eine an das Piezobetätigungsglied gelieferte Ladungsmenge während eines Ladevorgangs anhand des Ladestroms und der anliegenden Ladespannung misst, mit einer Soll-Ladungsmenge vergleicht und die Differenz daraus zur Regelung des nächsten Ladevorgangs verwendet.
Die Druckschrift DE 10 2006 000 288 A1 offenbart ein Ansteuerungsgerät für eine Piezo-Einspritzvorrichtung, bei dem bei Start und Ende des Ladens eines piezoelektrischen Elements der Absolutwert der Änderungsrate der elektrischen Energie des piezoelektrischen Elements niedriger eingestellt wird als in einer Zeitdauer dazwischen, um Schwierigkeiten bei Start und Ende des Ladens/Entladens des piezoelektrischen Elements zu überwinden.
In der Druckschrift DE 20 2009 007 299 U1 ist eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer kapazitiven Last, etwa eines piezoelektrischen Aktors, offenbart, die ein möglichst verlustfreies Ansteuern piezoelektrischer Aktoren dadurch ermöglicht, dass die beim Entladen der piezoelektrischen Aktoren freiwerdende Energie zur Verwendung bei nachfolgenden Ladevorgängen zwischengespeichert wird.
Die Druckschrift DE 10 2007 059 540 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Aktors, bei dem der piezoelektrische Aktor mithilfe einer Pulsbreitenmodulation eines Ansteuerstroms angesteuert wird.
In der Druckschrift US 2010 / 0 332 035 A1 ist ein System zum Steuern eines Aktors aus aktiven Materialien mit einer Steuerungsschaltung offenbart, die mehrere Schaltkreise enthält und auf den Empfang eines Aktivierungssignals hin selektiv eine elektrische Verbindung zwischen dem Aktor aus aktiven Materialien und einer Stromversorgung herstellt. Um einen parasitären Strom zu minimieren, welcher der Stromversorgung entnommen wird, schaltet die Steuerungsschaltung mindestens einen der mehreren Schaltkreise ab, wenn sie kein Aktivierungssignal empfängt. Einer dieser Schaltkreise ist ein Spannungserfassungsschaltkreis, der ein Spannungspotential der Stromversorgung misst und einen Halbleiterschalter mit niedrigem Durchlasswiderstand enthält, um den Spannungserfassungsschaltkreis selektiv von der Stromversorgung zu trennen, wenn kein Aktivierungssignal von der Steuerungsschaltung empfangen wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zum Steuern eines Aktors aus aktiven Materialien bereitzustellen, das parasitäre Ströme minimiert, wenn der Aktor aus aktiven Materialien nicht aktiviert ist.
Diese Aufgabe wird durch das System nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme zum Steuern eines Aktors aus aktiven Materialien. Bei einer Ausführungsform enthält das System einen Aktor aus aktiven Materialien, der ausgestaltet ist, um betätigt zu werden, wenn er erregt wird, eine Stromversorgung, die ausgestaltet ist, um elektrische Leistung zu liefern, und eine Steuerungsschaltung, die mehrere Schaltkreise enthält und ausgestaltet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Aktor aus aktiven Materialien und der Stromversorgung auf den Empfang eines Aktivierungssignals hin selektiv herzustellen. Die Steuerungsschaltung ist ausgestaltet, um mindestens einen der Schaltkreise abzuschalten, wenn die Steuerungsschaltung kein Aktivierungssignal empfängt, um einen parasitären Strom zu minimieren, der der Stromversorgung entnommen wird.
Bei einer Ausführungsform enthält die Steuerungsschaltung einen Spannungserfassungsschaltkreis, der ausgestaltet ist, um ein Spannungspotential der elektrischen Leistung zu messen, die von der Stromversorgung geliefert wird. Der Spannungserfassungsschaltkreis ist so ausgestaltet, dass er abschaltet, wenn von der Steuerungsschaltung kein Aktivierungssignal empfangen wird. Der Spannungserfassungsschaltkreis kann einen Halbleiterschalter mit geringem Durchlasswiderstand, etwa einen MOSFET-Schalter, enthalten, der ausgestaltet ist, um den Spannungserfassungsschaltkreis selektiv von der Stromversorgung zu trennen, wenn die Steuerungsschaltung kein Aktivierungssignal empfängt.
Bei einer Ausführungsform enthält die Steuerungsschaltung ein Stromversorgungsfilter, das mit der Stromversorgung elektrisch verbunden ist. Das Stromversorgungsfilter ist ausgestaltet, um eine Ausgangsspannung, die von der Stromversorgung geliefert wird, zu filtern. Das Stromversorgungsfilter kann mindestens eine Diode enthalten, die ausgestaltet ist, um zu verhindern, dass über der Schaltung, die dem Eingabefilter folgt, eine Rückwärtsspannung auftritt.
Bei einer Ausführungsform enthält die Steuerungsschaltung einen Vorspannungsregler, der mit dem Stromversorgungsfilter elektrisch verbunden ist. Der Vorspannungsregler ist ausgestaltet, um die Ausgangsspannung zu regeln, die von der Stromversorgung geliefert wird. Der Vorspannungsregler ist ausgestaltet, um abzuschalten, wenn die Steuerungsschaltung kein Aktivierungssignal empfängt.
Bei einer Ausführungsform enthält die Steuerungsschaltung einen Leistungsschalter-Schaltkreis, der ausgestaltet ist, um die elektrische Verbindung zwischen dem Aktuator aus aktiven Materialien und der Stromversorgung selektiv herzustellen, wenn die Steuerungsschaltung das Aktivierungssignal empfängt. Der Leistungsschalter-Schaltkreis kann einen Halbleiterschalter mit geringem Durchlasswiderstand, etwa ein MOSFET, enthalten, um einen elektrischen Strom über dem Aktor aus aktiven Materialien zu steuern.
Bei einer Ausführungsform enthält die Steuerungsschaltung einen digitalen Steuerungsprozessor, der ausgestaltet ist, um ein Pulsbreitenmodulationssignal mit einem Tastverhältnis zu erzeugen. Der digitale Steuerungsprozessor ist mit dem Leistungsschalter-Schaltkreis elektrisch verbunden. Folglich ist der digitale Steuerungsprozessor ausgestaltet, um das Pulsbreitenmodulationssignal an den Leistungsschalter-Schaltkreis zu übertragen. Die Steuerungsschaltung enthält ferner einen Computerprogrammanschluss, der mit dem digitalen Steuerungsprozessor elektrisch verbunden ist. Der Computerprogrammanschluss ist ausgestaltet, um die Übertragung von Daten zwischen dem digitalen Steuerungsprozessor und einem entfernten Computer zu ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform enthält die Steuerungsschaltung einen Temperaturerfassungsschaltkreis, der ausgestaltet ist, um eine Umgebungstemperatur benachbart zu dem Aktor aus aktiven Materialien zu messen und um ein Temperatursignal zu erzeugen, das die Umgebungstemperatur anzeigt.
Bei einer Ausführungsform enthält die Steuerungsschaltung einen Positionserfassungsschaltkreis, der ausgestaltet ist, um eine Position des Aktors aus aktiven Materialien zu detektieren und um ein Positionssignal zu erzeugen, das die Position des Aktors aus aktiven Materialien anzeigt.
Bei einer Ausführungsform enthält die Steuerungsschaltung einen Stromerfassungsschaltkreis, der ausgestaltet ist, um einen elektrischen Strom über dem Aktor aus aktiven Materialien zu messen und um ein Stromsignal zu erzeugen, das den elektrischen Strom durch den Aktor hindurch anzeigt.
Bei einer Ausführungsform ist der digitale Steuerungsprozessor ausgestaltet, um das Temperatursignal, das Stromsignal, das Positionssignal und das Spannungssignal zu empfangen. Der digitale Steuerungsprozessor ist ausgestaltet, um das Tastverhältnis des Pulsbreitenmodulationssignals basierend auf dem Stromsignal, dem Spannungssignal, dem Positionssignal und dem Temperatursignal zu justieren. Bei einer Ausführungsform enthält der Aktor aus aktiven Materialien eine Formgedächtnislegierung. Die Steuerungsschaltung kann eine Signalverarbeitungseinheit enthalten, die ausgestaltet ist, um das Aktivierungssignal zu filtern, das von einem externen Controller geliefert wird.
Die vorliegende Offenbarung betrifft außerdem Verfahren zum Steuern eines Aktors aus aktiven Materialien. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass festgestellt wird, ob ein Aktivierungssignal von einer Steuerungsschaltung empfangen worden ist. Die Steuerungsschaltung kann mehrere Schaltkreise enthalten und ist ausgestaltet, um selektiv eine elektrische Verbindung zwischen einem Aktor aus aktiven Materialien und einer Stromversorgung herzustellen. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass mindestens einer der mehreren Schaltkreise abgeschaltet wird, wenn von der Steuerungsschaltung kein Aktivierungssignal empfangen worden ist, um einen parasitären Strom zu minimieren, welcher der Stromversorgung entnommen wird, und um die mehreren Schaltkreise zu erregen, wenn das Aktivierungssignal von der Steuerungsschaltung empfangen worden ist, um die elektrische Verbindung zwischen dem Aktor aus aktiven Materialien und der Stromversorgung herzustellen, um den Aktor aus aktiven Materialien zu betätigen.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass eine Umgebungstemperatur benachbart zu dem Aktor aus aktiven Materialien, eine Position des Aktors aus aktiven Materialien, eine Spannung der Stromversorgung und ein elektrischer Strom über den Aktor aus aktiven Materialien überwacht wird. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass ein Pulsbreitenmodulationssignal an den Aktor aus aktiven Materialien geliefert wird. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass ein Tastverhältnis des Pulsbreitenmodulationssignals auf der Grundlage der Umgebungstemperatur, der Position des Aktors aus aktiven Materialien, der Spannung der Stromversorgung und des elektrischen Stroms über den Aktor aus aktiven Materialien justiert wird.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung einiger der besten Arten und anderer Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
Figurenliste

1A ist eine schematische Ansicht eines Betätigungssystems, das einen Aktor aus aktiven Materialien, eine Stromversorgung und einen Schalter in einer offenen Position enthält;
1 B ist eine schematische Ansicht des Betätigungssystems von 1A, das den Schalter in einer geschlossenen Position zeigt;
2 ist eine schematische Zeichnung einer Steuerungsschaltung des Betätigungssystems von 1A;
3 ist ein detaillierter Schaltplan der Steuerungsschaltung, die in 2 dargestellt ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
4 ist ein detaillierter Schaltplan eines Leistungsschalter-Schaltkreises und eines Stromerfassungsschaltkreises einer Steuerungsschaltung in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern der Betätigungsvorrichtung veranschaulicht, die in 1A und 1B gezeigt ist.

GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen in den mehreren Ansichten einander entsprechende Teile anzeigen, betrifft die vorliegende Offenbarung Verfahren und Systeme zum Steuern der Betätigung eines Aktors aus aktiven Materialien. Der Begriff „aktives Material“ bezeichnet, sowie er hier verwendet wird, ein Material, das zum Durchlaufen einer reversiblen Veränderung bei seinen Eigenschaften in der Lage ist, wenn es einem Aktivierungsstimulus, etwa einem thermischen Stimulus, ausgesetzt wird, oder dieser davon entfernt wird. Aktive Materialien umfassen, sind aber nicht begrenzt auf Formgedächtnislegierungen (SMAs), elektroaktive Polymere (EAPs), piezoelektrische, magnetostriktive und elektrorestriktive Materialien und dergleichen. SMAs beispielsweise sind eine Gruppe von Materialien, welche die Fähigkeit zeigen, zu irgendeiner zuvor definierten Form oder Größe zurückzukehren, wenn sie einem geeigneten thermischen Stimulus ausgesetzt werden. Insbesondere sind SMAs in der Lage, Transformationen bei der kristallographischen Phase zu durchlaufen, bei denen ihre Dehnungsgrenze, Steifigkeit, Dimension und/oder Form als Funktion der Temperatur verändert werden. SMAs existieren in mehreren verschiedenen temperaturabhängigen Phasen. Zum Beispiel zeigen einige SMAs große umkehrbare Deformationen aufgrund von kristallographischen Transformationen zwischen Martensit- und Austenit-Phasen. Geeignete SMAs umfassen ohne Einschränkung auf Nickel-Titan beruhende Legierungen, auf Indium-Titan beruhende Legierungen, auf Nickel-Aluminium beruhende Legierungen, auf Nickel-Gallium beruhende Legierungen, auf Kupfer beruhende Legierungen (z.B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Gold-Legierungen und Kupfer-Zinn-Legierungen), auf Gold-Cadmium beruhende Legierungen, auf Silber-Cadmium beruhende Legierungen, auf Indium-Cadmium beruhende Legierungen, auf Mangan-Kupfer beruhende Legierungen, auf Eisen-Platin beruhende Legierungen und dergleichen.
1A und 1B veranschaulichen auf schematische Weise ein Betätigungssystem 28, das eine Betätigungsvorrichtung 30 enthält. Die Betätigungsvorrichtung 30 enthält einen Aktor 36 aus aktiven Materialien, der ausgestaltet ist, um betätigt zu werden, wenn er erregt wird. Das Betätigungssystem 28 enthält eine Betätigungsvorrichtung 30. Der Aktor 36 aus aktiven Materialien kann Teil der Betätigungsvorrichtung 30 sein und besteht vollständig oder teilweise aus mindestens einem aktiven Material wie etwa einer SMA. Wie nachstehend im Detail erörtert wird, kann der Aktor 36 aus aktiven Materialien seine Form oder Größe unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen verändern, um eine andere Komponente der Betätigungsvorrichtung 30 zu bewegen. Zusätzlich zu dem Aktor 36 aus aktiven Materialien enthält die Betätigungsvorrichtung 30 ein Gehäuse 32, ein bewegliches Element 34, das innerhalb des Gehäuses 32 angeordnet ist, einen Systemcontroller 38 und ein Vorspannelement 40, etwa eine Feder. Das bewegliche Element 34 ist mit dem Gehäuse 32 bewegbar gekoppelt. Daher kann sich das bewegliche Element 34 mit Bezug auf das Gehäuse 32 zwischen einer ersten oder nicht betätigten Position (1A) und einer zweiten oder betätigten Position (1B) bewegen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das bewegliche Element 34 mit dem Gehäuse 32 drehbar gekoppelt. Folglich kann sich das bewegliche Element 34 bezüglich des Gehäuses 32 zwischen der nicht betätigten Position und der betätigten Position drehen. Ein Stift 39 oder ein beliebiges anderes geeignetes Befestigungselement kann das bewegliche Element 34 mit dem Gehäuse 32 drehbar koppeln. Der Stift 39 kann mit der Innenoberfläche 33 des Gehäuses 32 gekoppelt sein.
Die Betätigungsvorrichtung 30 enthält ferner einen Positionssensor 41, der ausgestaltet ist, um die Position des beweglichen Elements 34 zu detektieren. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Positionssensor 41 ein Drehpositionssensor, etwa ein rotatorischer digitaler Codierer oder ein Potentiometer, und ist mit dem Stift 39 gekoppelt. Der Positionssensor 41 steht in elektronischer Verbindung mit dem Systemcontroller 38 und kann daher ein Positionsrückmeldungssignal an den Systemcontroller 38 liefern. Das Positionsrückmeldungssignal zeigt die Position des beweglichen Elements 34 oder des Aktors 36 aus aktiven Materialien relativ zu dem Gehäuse 32 an.
Der Aktor 36 aus aktiven Materialien kann ein Draht sein und umfasst ein erstes Aktorende 35 und ein zweites Aktorende 37. Der Aktor 36 aus aktiven Materialien kann im Wesentlichen eine U-Form aufweisen und daher kann das erste Ende 35 des Aktors benachbart zu dem zweiten Ende 37 des Aktors sein. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass sich das zweite Aktorende 37 entgegengesetzt zum ersten Aktorende 35 befinden kann. Das erste Aktorende 35 ist mit dem beweglichen Element 34 mechanisch gekoppelt, wohingegen das zweite Aktorende 37 mit der Innenoberfläche 33 des Gehäuses 32 mechanisch gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform besteht der Aktor 36 aus aktiven Materialien vollständig oder teilweise aus einer SMA. Jedoch kann der Aktor 36 aus aktiven Materialien vollständig oder teilweise aus anderen geeigneten aktiven Materialien bestehen, etwa aus elektroaktiven Polymeren (EAPs), einem piezoelektrischem Material, einem magnetostriktiven Material, elektrorestriktiven Materialien oder einer Kombination daraus. Obwohl die Zeichnungen einen im Wesentlichen geradlinigen Draht zeigen, kann der Aktor 36 aus aktiven Materialien in Abhängigkeit von der gewünschten Funktion der Betätigungsvorrichtung 30 und der Betätigungskraft, die von dem Aktor 36 aus aktiven Materialien benötigt wird, andere Formen aufweisen. Unabhängig von seiner Form ist der Aktor 36 aus aktiven Materialien mit einer Stromversorgung 42, etwa einer elektrischen Speichervorrichtung (ESD), elektrisch verbunden. Ein Schalter 44 ist zwischen die Stromversorgung 42 und den Aktor 36 aus aktiven Materialien elektrisch verbunden. Die Stromversorgung 42 ist ausgestaltet, um elektrische Leistung zu liefern. Der Schalter 44 kann zwischen einem offenen Zustand (1A) und einem geschlossenen Zustand (1 B) übergehen. In der offenen Position fließt keine Elektrizität von der Stromversorgung 42 an den Aktor 36 aus aktiven Materialien. In der geschlossenen Position hingegen kann Elektrizität von der Stromversorgung 42 zu dem Aktor 36 aus aktiven Materialien fließen. Daher kann der Aktor 36 aus aktiven Materialien erregt werden, wenn sich der Schalter 44 in der geschlossenen Position befindet. Wenn der Aktor 36 aus aktiven Materialien vollständig oder teilweise aus einem SMA-Material besteht, fließt der Erregungsstrom durch den Aktor 36 aus aktiven Materialien hindurch und bewirkt darin eine Temperaturveränderung, um eine Deformation in dem Aktor 36 aus aktiven Materialien zu induzieren. Als Folge zieht der Aktor 36 aus aktiven Materialien das erste Aktorende 35 zurück, während das zweite Aktorende 37 fest bleibt, wodurch ein Drehmoment auf das bewegliche Element 34 aufgebracht wird.
Das Vorspannelement 40 der Betätigungsvorrichtung 30 kann eine Schraubenfeder sein und ist zwischen das bewegliche Element 34 und einen Abschnitt des Gehäuses 32 gekoppelt. Bei der dargestellten Ausführungsform definiert das Vorspannelement 40 ein erstes Vorspannende 43 und ein zweites Vorspannende 45 entgegengesetzt zu dem ersten Vorspannende 43. Das erste Vorspannende 43 ist mit dem beweglichen Element 34 mechanisch gekoppelt, wohingegen das zweite Vorspannende 45 mit der Innenoberfläche 33 des Gehäuses 32 mechanisch gekoppelt ist. Wenn die Betätigungsvorrichtung 30 nicht betätigt wird (1A), übt das Vorspannelement 40 ein Vorspanndrehmoment 94 auf das bewegliche Element 34 aus. Das Vorspanndrehmoment 34 erzeugt eine Belastung, die eine Deformation auf den deaktivierten Aktor 36 aus aktiven Materialien ausübt und dadurch den Aktor 36 aus aktiven Materialien dehnt. Wenn die Betätigungsvorrichtung 30 hingegen betätigt wird (1 B) wird der Aktor 36 aus aktiven Materialien aufgrund der elektrischen Verbindung zwischen der Stromversorgung 42 und dem Aktor 36 aus aktiven Materialien aktiviert. Wenn die Betätigungsvorrichtung 30 betätigt wird, macht der erregte Aktor 36 aus aktiven Materialien die auferlegte Deformierung rückgängig und übt eine entsprechende Kraft 96 auf das bewegliche Element 34 aus, die wiederum an das Vorspannelement 40 übertragen wird und die dem Vorspanndrehmoment 94 entgegenwirkt.
Der Systemcontroller 38 kann eine gedruckte Leiterplatte (PCB) sein und ist mit dem Gehäuse 32 gekoppelt. Beispielsweise ist der Systemcontroller 38 bei der dargestellten Ausführungsform an der Außenoberfläche 31 des Gehäuses 33 montiert. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Systemcontroller 38 an der Innenoberfläche 33 des Gehäuses 32 montiert oder außerhalb der Betätigungsvorrichtung 30 angeordnet sein kann. Unabhängig von seiner Anordnung ist der Systemcontroller 38 ausgestaltet, um ein Aktivierungssignal von einem externen Controller zu empfangen, um die Betätigungsvorrichtung 30 auf der Grundlage bestimmter Fahrzeugbedingungen zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Der Systemcontroller 38 kann beispielsweise die Betätigungsvorrichtung 30 auf den Empfang eines Aktivierungssignals hin aktivieren (und damit den Aktor 36 aus aktiven Materialien erregen), welches anzeigt, dass eine Fahrzeugklappe offen ist. Daher kann die Betätigungsvorrichtung 30 verwendet werden, um eine Komponente eines Fahrzeugs aktiv zu bewegen. Das bewegliche Element 34 (oder ein anderes Teil der Betätigungsvorrichtung 30) kann beispielsweise mit einer Klappenentlüftung wirksam gekoppelt sein, um die Klappenentlüftung auf der Grundlage bestimmter Fahrzeugbedingungen aktiv zu öffnen oder zu schließen. Wie gut bekannt ist, enthalten Fahrzeuge eine Fahrzeugkarosserie, die einen Innenraum definiert, etwa einen Fahrgastzellenraum oder einen Kofferraum. Der Innenraum wird durch eine Klappe verschlossen, etwa eine Tür oder einen Kofferraumdeckel. Die Klappe oder die Fahrzeugkarosserie enthält Dichtungen, um die Klappe gegen die Fahrzeugkarosserie dicht abzudichten, um zu verhindern, dass unter anderem Schmutz, Wasser und Geräusche in den Innenraum des Fahrzeugs eindringen. Diese Dichtungen verhindern auch, dass Luft entweicht, wenn die Klappe geschlossen wird, wodurch ein Anstieg des Luftdrucks im Innenraum des Fahrzeugs verursacht wird. Der erhöhte Luftdruck im Innenraum leistet Widerstand beim Schließen der Klappe, wodurch der zum Schließen der Klappe benötigte Aufwand erhöht wird. Um das Aufbauen des Luftdrucks innerhalb des Innenraums des Fahrzeugs zu mildern, wenn die Klappe geschlossen wird, kann das Fahrzeug eine Entlüftungsanordnung enthalten, die bewegt werden kann, um selektiv eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum des Fahrzeugs und der Außenumgebung herzustellen. Daher kann die Entlüftungsanordnung einen oder mehrere Schieber enthalten, die von einer geschlossenen Position in eine offene Position bewegt werden können, um zu ermöglichen, dass Luft den Innenraum des Fahrzeugs verlässt. Das erste Aktorende 35 (oder ein anderer Abschnitt der Betätigungsvorrichtung 30) kann mit den Schiebern wirksam gekoppelt sein, um die Schieber auf der Grundlage bestimmter Fahrzeugbedingungen selektiv zwischen den offenen und geschlossenen Positionen zu bewegen. Beispielsweise kann das Fahrzeug einen oder mehrere Klappensensoren enthalten, die ausgestaltet sind, um zu detektieren, ob sich die Klappe in einer offenen Position oder einer geschlossenen Position befindet. Dieser Klappensensor kann ein Aktivierungssignal an den Systemcontroller 38 senden. Beim Empfangen des Aktivierungssignals, das anzeigt, dass sich die Klappe in der offenen Position befindet, kann der Systemcontroller 38 folglich befehlen, dass die Betätigungsvorrichtung 30 die Schieber der Entlüftungsanordnung in die offene Position bewegt. In Ansprechen auf ein Aktivierungssignal hingegen, das anzeigt, dass sich die Klappe in der geschlossenen Position befindet, kann der Systemcontroller 38 befehlen, dass die Betätigungsvorrichtung 30 die Schieber der Ventilanordnung in die geschlossene Position bewegt. Alternativ kann der Systemcontroller 38 die Betätigungsvorrichtung 30 aktivieren oder deaktivieren, um andere Teile des Fahrzeugs auf der Grundlage anderer Fahrzeugbedingungen selektiv zu bewegen.
Wie nachstehend im Detail erörtert wird, ist der Systemcontroller 38 ausgestaltet, um Leistung zu empfangen und die Zeit effektiv zu verfolgen. Zudem kann der Systemcontroller 38 die Spannung von der Stromversorgung 42, die Umgebungstemperatur benachbart zu dem Aktor 36 aus aktiven Materialien, den elektrischen Strom über den Aktor 36 aus aktiven Materialien und die Position des beweglichen Elements 34 oder des Aktors 36 aus aktiven Materialien relativ zu dem Gehäuse 32 überwachen. Folglich ist der Systemcontroller 38 ausgestaltet, um Informationen von Sensoren, welche die Temperatur, die Spannung, den Strom und den Verlauf des Aktors aus aktiven Materialien betreffen, über diskrete elektrische Signalleitungen oder einen lokalen Netzwerkbus (LAN-Bus) zu empfangen. Der LAN-Bus ermöglicht strukturierte Kommunikationssignale zwischen Sensoren und dem Systemcontroller 38. Der Systemcontroller 38 ist ausgestaltet, um eine Spannung zu erzeugen, die in ein Pulsbreitenmodulations-Tastverhältnis (PWM-Tastverhältnis) über dem Aktor 36 aus aktiven Materialien umgewandelt wird. Daher kann durch Steuern des PWM-Tastverhältnisses über der Spannung über dem Aktor 36 aus aktiven Materialien der Effektivwert des Stroms (RMS-Strom) des Aktors 36 aus aktiven Materialien effektiv und präzise gesteuert werden. Alternativ kann der Systemcontroller 38 eine Mikrocontrollereinheit (MCU) sein, die in die Betätigungsvorrichtung 30 eingebaut ist, während sie auch andere Betätigungsvorrichtungen steuert.
Wie vorstehend erörtert wurde, kann der Aktor 36 aus aktiven Materialien seine Form oder Größe auf den Empfang von elektrischer Energie hin verändern. Wenn der Aktor 36 aus aktiven Materialien beispielsweise vollständig oder teilweise aus einem SMA-Material besteht, verändert der Aktor 36 aus aktiven Materialien seine Form in Ansprechen auf die Wärme, die von dem elektrischen Strom erzeugt wird, der durch ihn hindurchfließt. Aufgrund bestimmter Bedingungen jedoch kann es sein, dass der Aktor 36 aus aktiven Materialien einen variablen elektrischen Strom benötigt, um effektiv zu arbeiten. Beispielsweise können die Umgebungstemperatur, die gewünschte Position des beweglichen Elements 34 und nicht normale Bedingungen wie etwa ein offener oder kurzgeschlossener Aktor 36 aus aktiven Materialien oder eine blockierte Fahrzeugkomponente (z.B. eine blockierte Entlüftung) das Verhalten des Aktors 36 aus aktiven Materialien beeinträchtigen. Es ist folglich wünschenswert, ein System zu entwickeln, das in der Lage ist, die Betätigungsvorrichtung 30 zu steuern, indem es die vorstehend erwähnten Bedingungen berücksichtigt.
Zudem können eine Rückwärtsspannung und eine Überspannung von einer Stromversorgung die Arbeitsweise des Aktors 36 aus aktiven Materialien nachteilig beeinflussen. Folglich ist es wünschenswert, ein System zu entwickeln, das in der Lage ist, den Aktor 36 aus aktiven Materialien gegen eine Rückwärtsspannung und eine Überspannung von einer Stromversorgung zu schützen. Darüber hinaus kann auch ein Strom von nicht akzeptabler Höhe die Arbeitsweise des Aktors 36 aus aktiven Materialien nachteilig beeinflussen. Es ist daher wünschenswert, ein System zu entwickeln, das in der Lage ist, den elektrischen Strom zu regeln, der durch den Aktor 36 aus aktiven Materialien hindurchfließt, unabhängig von einer Spannungsschwankung der Stromversorgung. Es ist auch wünschenswert, ein System zu entwickeln, das in der Lage ist, einen parasitären Strom zu minimieren, welcher der Stromversorgung entnommen wird. Wie vorstehend erörtert wurde, kann der Aktor 36 aus aktiven Materialien auf den Empfang eines Aktivierungssignals hin aktiviert werden, das von einem externen elektronischen Controller erzeugt wird. Wenn der Aktor 36 aus aktiven Materialien jedoch inaktiv ist, kann das System einen oder mehrere Schaltkreise deaktivieren, um den parasitären Strom zu minimieren, welcher der Stromversorgung entnommen wird. Es ist außerdem wünschenswert, ein programmierbares kostengünstiges System zu entwickeln, das in der Lage ist, die Betätigungsvorrichtung 30 unter unterschiedlichen Bedingungen effektiv zu steuern. Bei einigen Massenproduktionsanwendungen wie etwa Kraftfahrzeuganwendungen ist es wichtig, ein kostengünstiges System zu entwickeln, das zum effektiven und effizienten Steuern der Betätigungsvorrichtung 30 in der Lage ist.
2 und 3 veranschaulichen auf schematische Weise ein Steuerungssystem 49 zum Steuern des Aktors 36 aus aktiven Materialien. Das Steuerungssystem 49 enthält eine Steuerungsschaltung 50, die Teil des Systemcontrollers 38 ist. Die Steuerungsschaltung enthält mehrere Schaltkreise und steht in elektronischer Verbindung mit einem externen Controller 58, etwa einem Fahrzeugkarosseriecontroller. Folglich ist die Steuerungsschaltung 50 ausgestaltet, um ein Aktivierungssignal 78 von dem externen Controller 58 zu empfangen. Das Aktivierungssignal 78 kann auf bestimmten Bedingungen beruhen, etwa Fahrzeugbedingungen, bei denen der Aktor 36 aus aktiven Materialien betätigt werden muss, um die Bedingungen zu erfüllen. Beispielsweise kann der externe Controller 58 das Aktivierungssignal 78 erzeugen und an die Steuerungsschaltung 50 senden, wenn eine Fahrzeugtür oder eine Fahrzeugklappe geöffnet oder geschlossen wird. Die Steuerungsschaltung 50 ist ausgestaltet, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Aktor 36 aus aktiven Materialien und der Stromversorgung 42 auf den Empfang des Aktivierungssignals 78 hin selektiv herzustellen. Außerdem ist die Steuerungsschaltung 50 ausgestaltet, um mindestens einen der Schaltkreise abzuschalten, wenn die Steuerungsschaltung 50 kein Aktivierungssignal 78 empfängt, um einen parasitären Strom zu minimieren, der der Stromversorgung 42 entnommen wird.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 und 3 wird das Aktivierungssignal 78 an eine Signalverarbeitungseinheit 60 übermittelt. Die Signalverarbeitungseinheit 60 kann Teil der Steuerungsschaltung 50 sein und sie kann das Aktivierungssignal 78 verarbeiten, um dem Aktivierungssignal 78 Grenzen aufzuerlegen. Die Signalverarbeitungseinheit 60 kann beispielsweise wie ein Signalfilter, eine Spannungs/Strombegrenzung oder eine Kombination daraus fungieren. Daher kann die Signalverarbeitungseinheit 60 ausgestaltet sein, um die Amplitude von Signalen mit Frequenzen, die höher als eine Grenzfrequenz sind, zu verringern. Alternativ oder zusätzlich kann die Signalverarbeitungseinheit 60 ausgestaltet sein, um eine Obergrenze für die Spannung/den Strom des Aktivierungssignals 78 aufzuerlegen. Wie in 3 gezeigt ist, kann die Signalverarbeitungseinheit 60 als elektrischer Schaltkreis ausgestaltet sein und kann daher als der Signalverarbeitungsschaltkreis bezeichnet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält die Signalverarbeitungseinheit 60 einen Tiefpassfilterschaltkreis 80 und eine oder mehrere Dioden, etwa Zener-Dioden 82, um dem Aktivierungssignal 78 Grenzen aufzuerlegen, um dadurch ein Steuerungssignal 114 zu erzeugen. Der Tiefpassfilterschaltkreis 80 kann einen oder mehrere Widerstände 84 und einen oder mehrere Kondensatoren wie etwa einen Kondensator 86, der kein Elektrolytkondensator ist, enthalten. Bei der vorliegenden Offenbarung kann das Steuerungssignal 114 auch als das gefilterte Aktivierungssignal bezeichnet werden.
Das Steuerungssignal 114 kann an einen Vorspannungsregler 56 übermittelt werden. Der Vorspannungsregler 56 kann die Ausgangsspannung 98 regeln, die von der Stromversorgung 42 geliefert wird, wenn er ein aktives Steuerungssignal 114 empfängt. Der Vorspannungsregler 56 ist ausgestaltet, um eine geeignete Spannung durch die Steuerungsschaltung 50 zu verteilen, wenn die Versorgungsspannungen der Stromversorgung 42 und des externen Controllers 58 aktiv sind. Der Spannungsregler 56 ist ausgestaltet, um die geregelte Spannung 102 (d.h. die Vorspannung 102) auszuschalten, wenn das Steuerungssignal 114 inaktiv ist, um einen parasitären Stromverbrauch der Steuerungsschaltung 50 zu verringern.
Die Stromversorgung 42 ist mit der Steuerungsschaltung 50 elektrisch verbunden und kann daher die Ausgangsspannung 98 an die Steuerungsschaltung 50 liefern. Es wird in Betracht gezogen, dass die Stromversorgung 42 beispielsweise eine Batterie, etwa eine Fahrzeugbatterie, ein Generator oder eine beliebige Vorrichtung, die zum Speichern von elektrischer Energie in der Lage ist, sein kann. Folglich kann die Stromversorgung 42 auch als eine Fahrzeugstromversorgung bezeichnet werden. Die Ausgangsspannung 98 wird an ein Stromversorgungsfilter 54 gesendet. Das Stromversorgungsfilter 54 ist ausgestaltet, um eine Rückwärtsspannung abzuschwächen. Alternativ oder zusätzlich ist das Stromversorgungsfilter 54 ausgestaltet, um elektromagnetische Interferenzen (EMI) zu unterdrücken. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist das Stromversorgungsfilter 54 als Stromversorgungsfilter-Schaltkreis ausgestaltet und enthält eine oder mehrere Dioden, etwa eine p-n-Diode oder eine Schottky-Diode 88 mit geringem Spannungsabfall, die ausgestaltet sind, um eine Rückwärtsspannung zu verhindern. Zusätzlich oder alternativ kann das Stromversorgungsfilter 54 ein oder mehrere EMI-Transientenfilter enthalten, die ausgestaltet sind, um elektromagnetische Interferenzen zu unterdrücken. Bei der Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, enthalten die EMI-Transientenfilter des Stromversorgungsfilters 54 einen oder mehrere Kondensatoren, etwa Kondensatoren 86, die keine Elektrolytkondensatoren sind, und Elektrolytkondensatoren 90 und mindestens eine Diode 92 zur Unterdrückung von transienten Spannungen (TVS-Diode). Insbesondere enthält das Stromversorgungsfilter 54 bei der dargestellten Ausführungsform einen Kondensator 86, der kein Elektrolytkondensator ist, zwei Elektrolytkondensatoren 90 und eine TVS-Diode 92, die parallel angeordnet sind. Das Stromversorgungsfilter 54 kann daher die Ausgangsspannung 98 filtern, die von der Stromversorgung 42 geliefert wird, und selbst eine geschützte Spannung 100 an den Vorspannungsregler 56 liefern.
Das Stromversorgungsfilter 56 ist mit dem Vorspannungsregler 56 elektrisch verbunden. Folglich kann die geschützte Spannung 100 an den Vorspannungsregler 56 geliefert werden. Der Vorspannungsregler 56 ist ausgestaltet, um die geschützte Spannung 100 zu regeln und um eine geregelte Spannung 102 über die gesamte Steuerungsschaltung 50 hinweg zu liefern. Wie vorstehend erörtert wurde, kann der Vorspannungsregler 56 Obergrenzen für die geschützte Spannung 100 auferlegen, um eine geeignete Spannung über die Steuerungsschaltung 50 hinweg zu verteilen (d.h. die geregelte Spannung 102). Dadurch liefert der Vorspannungsregler 56 eine im Wesentlichen stabile Spannung (d.h. die geregelte Spannung 102) an die Schaltkreise, welche die Steuerungsschaltung 50 umfasst.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 und 3 enthält die Steuerungsschaltung 50 ferner einen Positionssensorschaltkreis 68, der mit dem Vorspannungsregler 56 elektrisch verbunden ist. Folglich kann die geregelte Spannung 102 an den Positionssensorschaltkreis 68 übertragen werden. Der Positionssensorschaltkreis 68 enthält den Positionssensor 41 (1A) und ist ausgestaltet, um die Position des Aktors 36 aus aktiven Materialien zu bestimmen und um ein Positionssignal 104 an einen digitalen Steuerungsprozessor 66 zu liefern. Das Positionssignal 104 zeigt die Position des Aktors 36 aus aktiven Materialien an. Der digitale Steuerungsprozessor 66 kann die Informationen, die von dem Positionssignal 104 bereitgestellt werden, zum Steuern des Aktors 36 aus aktiven Materialien verwenden.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform enthält der Positionssensorschaltkreis 68 ein Potentiometer 106, das als Positionssensor 41 dient. Das Potentiometer 106 kann eine hohe Zykluslebensdauer aufweisen und wird mit der geregelten Spannung 102 vom Vorspannungsregler 56 versorgt. Das Potentiometer 106 kann mit dem Aktor 36 aus aktiven Materialien gekoppelt sein und ist daher ausgestaltet, um die Position des Aktors 36 aus aktiven Materialien zu bestimmen. Wenn das bewegliche Element 34 (oder ein beliebiger anderer Abschnitt der Betätigungsvorrichtung 30) mit einer Klappenentlüftungsanordnung gekoppelt ist, kann das Potentiometer 106 feststellen, ob sich die Klappenentlüftungsanordnung in einer offenen Position oder einer geschlossenen Position befindet. Der Positionserfassungsschaltkreis 68 kann zusätzlich zu dem Potentiometer 106 ein oder mehrere Filter enthalten, um Signalrauschen zu minimieren. Beispielsweise enthält der Positionserfassungsschaltkreis 68 bei der dargestellten Ausführungsform einen oder mehrere Kondensatoren, etwa Kondensatoren 86, die keine Elektrolytkondensatoren sind, die ausgestaltet sind, um als Filter zum Minimieren von Signalrauschen zu fungieren. Mindestens zwei Kondensatoren 86 in dem Positionserfassungsschaltkreis 68, die keine Elektrolytkondensatoren sind, können parallel angeordnet sein, um eine Rauschunterdrückung über einen großen Frequenzbereich hinweg zu erreichen. Zusätzlich zu den Kondensatoren 86, die keine Elektrolytkondensatoren sind, kann der Positionserfassungsschaltkreis 68 mindestens einen Pufferverstärker enthalten, etwa einen Operationsverstärker-Pufferverstärker 108, um die Impedanz des Positionssignals zu minimieren. Wie vorstehend erörtert wurde, steht der Positionserfassungsschaltkreis 68 in elektrischer Verbindung mit dem digitalen Steuerungsprozessor 66. Folglich kann das Positionssignal 104 an den digitalen Steuerungsprozessor 66 übertragen werden.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 und 3 enthält die Steuerungsschaltung 50 ferner einen Temperaturerfassungsschaltkreis 70, der ausgestaltet ist, um eine Umgebungstemperatur benachbart zu dem Aktor 36 aus aktiven Materialien zu messen und um ein Temperatursignal 110 zu erzeugen, das diese Umgebungstemperatur anzeigt. Der Temperaturerfassungsschaltkreis 70 ist mit dem Vorspannungsregler 56 elektrisch verbunden und kann daher die geregelte Spannung 102 vom Vorspannungsregler 56 empfangen. Darüber hinaus ist der Temperaturerfassungsschaltkreis 70 auch mit dem digitalen Steuerungsprozessor 66 elektrisch verbunden und kann daher das Temperatursignal 110 an den digitalen Steuerungsprozessor 66 übertragen. Der digitale Steuerungsprozessor 66 kann den Aktor 36 aus aktiven Materialien auf der Grundlage der Informationen steuern, die im Temperatursignal 110 enthalten sind.
Wie in 3 gezeigt ist, kann der Temperaturerfassungsschaltkreis 70 einen Temperatursensor enthalten, etwa einen Thermistor 112 mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (NTC-Thermistor), der ausgestaltet ist, um die Umgebungstemperatur benachbart zu dem Aktor 36 aus aktiven Materialien zu erfassen. Der Temperatursensor kann alternativ ein Thermistor mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC-Thermistor) sein. Der Temperatursensor (z.B. der Thermistor 112) kann nahe bei dem ersten Aktorende 35, bei dem zweiten Aktorende 37 oder bei beiden platziert sein, um die Umgebungstemperatur in der Nähe des Aktors 36 aus aktiven Materialien sowie irgendwelche nicht normalen Temperaturen aufgrund von kurzgeschlossenen Aktorenden zu erfassen. Der Temperaturerfassungsschaltkreis 70 kann zusätzlich mindestens einen Widerstand 84 enthalten, um die Genauigkeit der Temperaturmessung über einen vorbestimmten Temperaturbereich hinweg zu verbessern. Der Widerstand 84 ist in Reihe mit dem Thermistor 112 angeordnet und sein Widerstandswert ist so gewählt, dass eine präzise Temperaturmessung über einen vorbestimmten Temperaturbereich hinweg (z.B. zwischen -40 Grad Celsius und 125 Grad Celsius) bereitgestellt wird. Darüber hinaus kann der Temperaturerfassungsschaltkreis 70 einen oder mehrere Kondensatoren enthalten, etwa Kondensatoren 86, die keine Elektrolytkondensatoren sind und ausgestaltet sind, um als Filter zu fungieren, um Signalrauschen zu minimieren. Ferner kann der Temperaturerfassungsschaltkreis 70 mindestens einen Pufferverstärker, etwa einen Operationsverstärker-Pufferverstärker 108 enthalten, um die Impedanz des Temperatursignals zu minimieren.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 und 3 enthält die Steuerungsschaltung 50 zusätzlich einen Spannungserfassungsschaltkreis 62, der mit dem Stromversorgungsfilter 54 und der Signalverarbeitungseinheit 60 elektrisch verbunden ist. Der Spannungserfassungsschaltkreis 62 kann daher die geschützte Spannung 100 vom Stromversorgungsfilter 54 und das Steuerungssignal 114 (d.h. das gefilterte Aktivierungssignal) von der Signalverarbeitungseinheit 60 empfangen. Der Spannungserfassungsschaltkreis 62 ist ausgestaltet, um ein Spannungspotential im Stromversorgungsfilter 54 und in der Signalverarbeitungseinheit 60 zu überwachen und um ein Spannungssignal 120 zu erzeugen. Der Spannungserfassungsschaltkreis 62 ist mit dem digitalen Steuerungsprozessor 66 elektrisch verbunden und kann das Spannungssignal 120 an den digitalen Steuerungsprozessor 66 übertragen.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform enthält der Spannungserfassungsschaltkreis 62 einen Potential-Spannungsteiler 136, der durch mindestens zwei Widerstände 84 ausgebildet ist, die in Reihe angeordnet sind. Zudem enthält der Spannungserfassungsschaltkreis 62 mindestens einen Kondensator, etwa einen Kondensator 86, der kein Elektrolytkondensator ist, und eine oder mehrere Zener-Dioden 82, um transiente Spannungsspitzen zu begrenzen. Außerdem enthält der Spannungserfassungsschaltkreis 62 einen elektronischen Schalter 138, etwa einen p-Kanal-MOSFET 116 und zugehörige Gatesteuerungsschaltkreiskomponenten, die gemeinsam ausgestaltet sind, um den Spannungserfassungsschaltkreis 62 auszuschalten, wenn das Aktivierungssignal 78 nicht aktiv ist, um einen parasitären Strom zu begrenzen, welcher der Stromversorgung 42 entnommen wird. Mit anderen Worten ist der elektronische Schalter 138 ausgestaltet, um den Spannungserfassungsschaltkreis 62 selektiv von der Stromversorgung 42 zu trennen, wenn die Steuerungsschaltung 52 das Aktivierungssignal 78 nicht empfangen hat. Die Gatesteuerungsschaltkreiskomponenten enthalten Widerstände 84, eine Diode 88, Zener-Dioden 82 und einen NPN-Transistor 118. Die Steuerungsschaltung 50 kann außerdem den Vorspannungsregler 56 abschalten, wenn sie das Aktivierungssignal 78 nicht empfangen hat, um einen parasitären Strom zu begrenzen, welcher der Stromversorgung 42 entnommen wird.
Wieder mit Bezug auf 2 und 3 enthält die Steuerungsschaltung 50 ferner einen Leistungsschalter-Schaltkreis 76, der ausgestaltet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Aktor 36 aus aktiven Materialien und der Stromversorgung 42 selektiv abzuschalten. Der Leistungsschalter-Schaltkreis 76 ist auch ausgestaltet, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Aktor aus aktiven Materialien und der Stromversorgung 42 selektiv herzustellen, und er ist zwischen dem Aktor 36 aus aktiven Materialien und der Stromversorgung 42 elektrisch verbunden. Beispielsweise kann der Leistungsschalter-Schaltkreis 76 mit dem Stromversorgungsfilter 54 elektrisch verbunden sein und er kann daher ausgestaltet sein, um die geschützte Spannung 100 vom Stromversorgungsfilter 54 zu empfangen.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform enthält der Leistungsschalter-Schaltkreis 76 einen Halbleiterschalter 140 mit niedrigem Durchlasswiderstand, etwa einen Low-Side-MOSFET 116, der ausgestaltet ist, um die Zufuhr von elektrischem Strom an den Aktor 36 aus aktiven Materialien selektiv zu steuern. Außerdem kann der Leistungsschalter-Schaltkreis 76 eine Freilaufdiode enthalten, etwa eine Diode 88, die ausgestaltet ist, um Spannungsspitzen zu verhindern, indem sie eine Strecke zum Dissipieren der induktiven Energie der Last bereitstellt, wenn der MOSFET 116 ausgeschaltet wird. Außerdem enthält der Leistungsschalter-Schaltkreis 76 Komponenten zur Begrenzung der Schaltgeschwindigkeit, etwa einen Widerstand 84 und einen Kondensator 86, um elektromagnetische Interferenzen zu minimieren, die in dem Leistungsschalter-Schaltkreis 76 erzeugt werden.
Der Leistungsschalter-Schaltkreis 76 ist mit dem digitalen Steuerungsprozessor 66 elektrisch verbunden und kann daher ein Pulsbreitenmodulationssignal (PWM-Signal) vom digitalen Steuerungsprozessor 66 empfangen, wie nachstehend erörtert wird. Der MOSFET 116 des Leistungsschalter-Schaltkreises 76 kann als Leistungsschalter fungieren und kann eine elektrische Verbindung zwischen der Stromversorgung 42 und dem Aktor 36 aus aktiven Materialien deaktivieren oder aktivieren. Eine Seite des Aktors 36 aus aktiven Materialien ist mit einem ersten Anschluss 122 des Leistungsschalter-Schaltkreises 76 elektrisch verbunden, wohingegen eine weitere Seite des Aktors 36 aus aktiven Materialien mit einem zweiten Anschluss 124 des Leistungsschalter-Schaltkreises 76 elektrisch verbunden ist. Der erste Anschluss 122 ist mit dem Stromversorgungsfilter 54 oder direkt mit der Stromversorgung 42 elektrisch verbunden. Der zweite Anschluss 124 ist mit einem Halbleiterschalter 140 mit niedrigem Durchlasswiderstand (z.B. dem MOSFET 116) des Leistungsschalter-Schaltkreises 76 elektrisch verbunden. Insbesondere ist der zweite Anschluss 124 mit dem Drain-Anschluss 142 des MOS-FETs 116 des Leistungsschalter-Schaltkreises 76 elektrisch verbunden. In dem Leistungsschalter-Schaltkreis 76 ist der Source-Anschluss 144 des MOSFET 116 (oder ein beliebiger anderer geeigneter Schalterrückführungsanschluss) mit dem Masseanschluss 146 der Stromversorgung 42 elektrisch verbunden. In dem Leistungsschalter-Schaltkreis 76 ist der Gate-Anschluss 148 des MOSFET 116 mit dem digitalen Steuerungsprozessor 66 elektrisch verbunden, um das PWM-Signal 32 von dem digitalen Steuerungsprozessor 66 zu empfangen. Folglich hängt die Arbeitsweise des MOSFET 116 des Leistungsschalter-Schaltkreises 76 von dem PWM-Signal 132 ab, das von dem digitalen Steuerungsprozessor 66 erzeugt wird.
Wieder mit Bezug auf 2 und 3 enthält die Steuerungsschaltung 50 ferner einen Stromerfassungsschaltkreis 74, der mit dem Leistungsschalter-Schaltkreis 76 elektrisch verbunden ist. Der Stromerfassungsschaltkreis 74 enthält einen Messwiderstand 126 und ist ausgestaltet, um einen elektrischen Strom über den Aktor 36 aus aktiven Materialien zu messen. Der elektrische Strom kann über den Messwiderstand 126 gemessen werden, um ein Signal 128 zu erzeugen, das den elektrischen Strom über den Aktor 36 aus aktiven Materialien anzeigt. Der elektrische Strom kann bestimmt werden, indem der Spannungsabfall über dem Messwiderstand 126 gemessen wird, da der Widerstandswert des Messwiderstands 126 bekannt ist. Der Stromerfassungsschaltkreis 74 kann ferner eine oder mehrere Dioden enthalten, etwa eine oder mehrere Zener-Dioden 82, und einen oder mehrere Widerstände 84, um transiente Spannungsspitzen zu begrenzen.
Mit Bezug auf 4 bestimmt der Stromerfassungsschaltkreis 74A bei einer anderen Ausführungsform den elektrischen Strom über den MSOFET 116 des Leistungsschalter-Schaltkreises 76. Tatsächlich kann die Spannung des MOSFET 116 während der Zeit, in der das PWM-Signal 132 aktiv ist, erfasst werden, um den elektrischen Strom zu bestimmen. Insbesondere enthält der Stromerfassungsschaltkreis 74A einen Kondensator 86, der kein Elektrolytkondensator ist, einen Widerstand 84 und eine Diode 88, um die Spannung des MOSFET 116 des Leistungsschalter-Schaltkreises 76 zu erfassen. Bei der dargestellten Ausführungsform kann das PWM-Signal 132 auch als MOSFET-Steuerungssignal bezeichnet werden.
Wieder mit Bezug auf 2 und 3 enthält die Steuerungsschaltung 50 den digitalen Steuerungsprozessor 66, welcher mit dem Stromerfassungsschaltkreis 74 (oder 74A), dem Leistungsschalter-Schaltkreis 76, dem Vorspannungsregler 56, dem Spannungserfassungsschaltkreis 62, dem Temperaturerfassungsschaltkreis 70 und dem Positionserfassungsschaltkreis 68 elektrisch verbunden ist. Daher kann der digitale Steuerungsprozessor 66 mehrere Eingaben empfangen, nämlich: die geregelte Spannung 102, das Spannungssignal 120, das Stromsignal 128, das Positionssignal 104 und das Temperatursignal 110.
Der digitale Steuerungsprozessor 66 kann ein Mikroprozessor, ein digitaler Signalprozessor, ein im Feld programmierbares Gatearray (FPGA), eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD) oder ein beliebiger geeigneter Prozessor sein, der zum Ausführen von computerlesbaren Anweisungen in der Lage ist, die in einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sind. Bei einer Ausführungsform enthält der digitale Steuerungsprozessor 66 einen Taktgeber auf der Platine, einen programmierbaren Speicher (z.B. einen löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EPROM)) zum Speichern von Computerprogrammanweisungen, einen Datenspeicher (z.B. einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM)), Zeitgeber, PWM-Signalgeneratoren zum Erzeugen von PWM-Signalen und einen mehrkanaligen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) zum Empfangen von analogen Signalen und zum Umsetzen dieser Signale in digitale Signale. Im Betrieb aktiviert sich der digitale Steuerungsprozessor 66, nachdem die Steuerungsschaltung 50 das Aktivierungssignal 78 empfangen hat und der Vorspannungsregler 56 im Wesentlichen stabil ist, nach einer Zeitverzögerung, die durch ein Rücksetzsignal 130 gesetzt wird, welches von Rücksetzschaltkreiskomponenten erzeugt wird, die zwischen dem digitalen Steuerungsprozessor 66 und dem Vorspannungsregler 56 elektrisch verbunden sind. Wie in 3 zu sehen ist, können die Rücksetzschaltkreiskomponenten einen oder mehrere Widerstände 84, einen Kondensator 86, der kein Elektrolytkondensator ist, und eine Diode 88 enthalten. Der digitale Steuerungsprozessor 66 kann erfasste Signale (z.B. das Positionssignal 104, das Stromsignal 128, das Spannungssignal 120 und das Temperatursignal 110) und vorbestimmte Steuerungsparameter verwenden, um das PWM-Signal 132 zu erzeugen, das für die Betriebsbedingung des Aktors 36 aus aktiven Materialien geeignet ist. Mit anderen Worten kann der digitale Steuerungsprozessor 66 Computeranweisungen (z.B. eine sequentielle Logik), die in seinen Speicher einprogrammiert sind, unter Verwendung der erfassten Signale und der vorbestimmten Ausgabeparameter ausführen, um das PWM-Signal 132 zu erzeugen. Diese erfassten Signale können analoge Signale sein und können an den A/D-Wandler des digitalen Steuerungsprozessors 66 übertragen werden. Der A/D-Wandler des digitalen Steuerungsprozessors 66 kann diese erfassten analogen Signale in eine digitale Form umsetzen. Es wird in Betracht gezogen, dass der A/D-Wandler des digitalen Steuerungsprozessors 66 bei einer Ausführungsform ohne Einschränkung eine minimale Auflösung von 10 Bit aufweisen kann, um eine robuste Steuerung des Aktors 36 aus aktiven Materialien zu erreichen.
Zudem kann der digitale Steuerungsprozessor 66 Daten 150, die Computerprogrammanweisungen (d.h. ein Steuerungsprogramm) enthalten, von einem entfernten Computer mit Hilfe eines Controllerprogrammieranschlusses 64 empfangen. Daher enthält der Systemcontroller 38 den Controllerprogrammieranschluss 64, welcher mit dem digitalen Steuerungsprozessor 66 elektrisch verbunden ist. Vor einer Montage können die Daten 150, etwa Computerprogrammieranweisungen, an den digitalen Steuerungsprozessor 66 über den Controllerprogrammieranschluss 64 übertragen werden. Mit anderen Worten kann eine anfängliche Programmierung des digitalen Steuerungsprozessors 66 erreicht werden, indem die Daten 150 von einem externen Computer an den digitalen Steuerungsprozessor 66 über den Controllerprogrammieranschluss 64 übertragen werden. Folglich können die in dem externen Computer gespeicherten Daten 150 (d.h. das Steuerungsprogramm) in den Speicher des digitalen Steuerungsprozessors 66 heruntergeladen werden, bevor der Systemcontroller 38 in die Betätigungsvorrichtung 30 eingebaut wird. Darüber hinaus können die Daten 150 von dem digitalen Steuerungsprozessor 66 zu Diagnosezwecken über den Controllerprogrammieranschluss 64 an einen entfernten Computer übertragen werden. Im Betrieb benutzt der digitale Steuerungsprozessor 66 das Steuerungsprogramm, um normale oder nicht normale Bedingungen des Aktors 36 aus aktiven Materialien oder der Steuerungsschaltung 50 zu detektieren, und um das PWM-Signal 132 entsprechend zu justieren oder zu beenden. Diese normalen oder nicht normalen Bedingungen umfassen unter anderem: einen Überstrom durch den Aktor 36 aus aktiven Materialien hindurch, eine Überspannung, eine zu niedrige Spannung der Stromversorgung 42, wenn sich der Aktor 36 aus aktiven Materialien nicht bewegen kann (d.h. eine Festsitzbedingung), einen kurzgeschlossenen Aktor 36 aus aktiven Materialien, einen unterbrochenen Aktor 36 aus aktiven Materialien. Wenn die Betätigungsvorrichtung 30 mit einer Entlüftungsanordnung gekoppelt ist, kann der digitale Steuerungsprozessor 66 das Steuerungsprogramm verwenden, um auf der Grundlage dessen, ob sich der Aktor 36 aus aktiven Materialien in einer „Festsitzbedingung“ befindet, zu detektieren, ob die Entlüftung blockiert ist. Darüber hinaus kann der digitale Steuerungsprozessor 66 das Steuerungsprogramm verwenden, um nicht normale Operationen der Sensoren oder des Aktors 36 aus aktiven Materialien zu detektieren und um eine Diagnoserückmeldung bereitzustellen.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 200 zum Steuern der Betätigung des Aktors 36 aus aktiven Materialien veranschaulicht. Das Verfahren 200 kann verwendet werden, um das Tastverhältnis des PWM-Signals 132 zu steuern, das an den Aktor 36 aus aktiven Materialien übertragen wird, um das Verhalten des Aktors 36 aus aktiven Materialien zu steuern. Beispielsweise kann der digitale Steuerungsprozessor 66 das Verfahren 200 ausführen, um den Betrieb des Aktors 36 aus aktiven Materialien unter anderem auf der Grundlage mehrerer erfasster Signale zu steuern (z.B. das Positionssignal 104, das Stromsignal 128, das Spannungssignal 120 und das Temperatursignal 110).
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 5 beginnt das Verfahren 200 bei Block 202. Dann ist der Systemcontroller 38 bei Block 204 nicht aktiv („im Schlafmodus“) und an den Aktor 36 aus aktiven Materialien wird kein elektrischer Strom geliefert. Bei Block 206 detektiert der digitale Steuerungsprozessor 66, ob der externe Controller 58, etwa ein Fahrzeugkarosseriecontroller, das Aktivierungssignal 78 an die Steuerungsschaltung 50 gesendet hat. Mit anderen Worten bestimmt die Steuerungsschaltung 50 bei Block 206, ob das Aktivierungssignal 78 von der Steuerungsschaltung 50 empfangen worden ist. Wenn kein Aktivierungssignal 78 detektiert worden ist, kehrt das Verfahren 200 zu Block 204 zurück und der Systemcontroller 38 bleibt inaktiv. Wenn das Aktivierungssignal 78 bei Block 206 detektiert wurde, bestimmt der digitale Steuerungsprozessor 66 bei Block 208 optional, ob das Aktivierungssignal 78 zum ersten Mal detektiert worden ist. Wenn es das erste Mal ist, dass das Aktivierungssignal 78 von der Steuerungsschaltung 50 empfangen worden ist, kann der digitale Steuerungsprozessor 66 bei Block 210 eine Zeitverzögerung ausführen (z.B. etwa 2,5 Sekunden), um zu ermöglichen, dass sich die Steuerungsschaltung 50 stabilisiert. Nach der Zeitverzögerung findet bei Block 212 eine Initialisierung statt. Die Initialisierung des Systemcontrollers 38 umfasst, dass alle Schaltkreise der Steuerungsschaltung 50 erregt werden, dass die Register des Mikroprozessors initialisiert werden und dass eine Anfangsposition des Aktors 36 aus aktiven Materialien überwacht und aufgezeichnet wird. Die Anfangsposition des Aktors 36 aus aktiven Materialien kann unter Verwendung des Positionserfassungsschaltkreises 68 bestimmt werden. Folglich umfasst das Verfahren 200, dass die Schaltkreise der Steuerungsschaltung 50 erregt werden, wenn die Steuerungsschaltung 50 das Aktivierungssignal 78 von dem externen Controller 58 empfangen hat, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Aktor 36 aus aktivem Materialien und der Stromversorgung 42 herzustellen, wodurch der Aktor 36 aus aktiven Materialien betätigt wird.
Im Anschluss an die Initialisierung überwacht der Systemcontroller 38 bei Block 214 die Position des Aktors 36 aus aktiven Materialien, die Umgebungstemperatur in der Nähe des Aktors 36 aus aktiven Materialien, die Spannung der Stromversorgung 42 und den elektrischen Strom über den Aktor 36 aus aktiven Materialien und zeichnet diese auf. Insbesondere senden bei Block 214 mehrere Erfassungsschaltkreise erfasste Signale an den digitalen Steuerungsprozessor 66, und der digitale Steuerungsprozessor 66 liest und speichert diese erfassten Signale. Insbesondere sendet der Positionserfassungsschaltkreis 68 das Positionssignal 104 an den digitalen Steuerungsprozessor 66. Der Spannungserfassungsschaltkreis 62 sendet das Spannungssignal 120 an den digitalen Steuerungsprozessor 66. Der Stromerfassungsschaltkreis 74 sendet das Stromsignal 128 an den digitalen Steuerungsprozessor 66. Der Temperaturerfassungsschaltkreis 70 sendet das Temperatursignal 110 an den digitalen Steuerungsprozessor 66.
Zurück bei Block 208 werden, wenn der digitale Steuerungsprozessor 66 feststellt, dass es nicht das erste Mal ist, dass das Aktivierungssignal 78 empfangen worden ist, die Schritte der Systemverzögerung (d.h. Block 208) und der Systeminitialisierung (d.h. Block 212) nicht ausgeführt und der digitale Steuerungsprozessor 66 fährt bei Block 214 fort, die Informationen über die Temperatur, über die Position, über den Strom und über die Spannung von den Erfassungs-Schaltkreisen wie vorstehend erörtert zu lesen und aufzuzeichnen.
Danach stellt der digitale Steuerungsprozessor 66 bei Block 216 fest, ob die erfassten Temperatur-, Strom-, Positions- und Spannungs-Werte innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen liegen. Wenn mindestens einer der erfassten Werte nicht innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen liegt, führt der digitale Steuerungsprozessor 66 bei Block 218 einen „Ablauffehlerbetrieb“ aus. Der „Ablauffehlerbetrieb“ kann beispielsweise umfassen, dass Leistung für den Systemcontroller 38 abgesperrt wird und mehrere Sekunden gewartet wird, bevor zu Block 206 zurückgekehrt wird. Wenn beispielsweise die Umgebungstemperatur über einem bestimmten vordefinierten Temperaturschwellenwert liegt, kann der digitale Steuerungsprozessor 66 dem Leistungsschalterschaltkreis 76 befehlen, Leistung für den Aktor 36 aus aktiven Materialien abzusperren, um zu verhindern, dass der Aktor 36 aus aktiven Materialien betätigt wird. Alternativ kann der „Ablauffehlerbetrieb“ umfassen, dass Leistung für den Systemcontroller 38 auf ein bestimmtes Niveau verringert wird.
Wenn der digitale Steuerungsprozessor 66 feststellt, dass die Werte für die Spannung, die Temperatur, die Position und den Strom innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen liegen, dann stellt der digitale Steuerungsprozessor 66 bei Block 220 fest, ob der Systemcontroller 38 innerhalb einer vorgeschriebenen Zeit (z.B. etwa 4 Sekunden) betrieben worden ist. Wenn der Systemcontroller 38 über die vorgeschriebene Zeit hinaus betrieben worden ist, wird bei Block 222 Leistung für den Aktor 36 aus aktiven Materialien abgesperrt und dann kehrt das Verfahren 200 zu Block 206 zurück. Wenn der digitale Steuerungsprozessor 66 jedoch feststellt, dass der Systemcontroller 38 innerhalb der vorgeschriebenen Zeit betrieben wurde, stellt der digitale Steuerungsprozessor 66 auf der Grundlage des Positionssignals 104, das durch den Positionserfassungsschaltkreis 68 erzeugt wurde, bei Block 224 fest, ob sich der Aktor 36 aus aktiven Materialien nicht bewegen kann (d.h. in einer festsitzenden oder blockierten Bedingung).
Wenn eine blockierte Bedingung detektiert wird, erzeugt der digitale Steuerungsprozessor 66 bei Block 226 ein PWM-Signal 132 mit einem ersten Tastverhältnis. Das erste Tastverhältnis des PWM-Signals 132 kann ermöglichen, dass der Aktor 36 aus aktiven Materialien für den größten Teil der Zeit stationär bleibt, während der Aktor 36 aus aktiven Materialien erregt wird. Wenn keine blockierte Bedingung detektiert wird, erzeugt der digitale Steuerungsprozessor 66 ein PWM-Signal 132 mit einem zweiten Tastverhältnis, das sich von dem ersten Tastverhältnis unterscheidet. Der digitale Steuerungsprozessor 66 bestimmt bei Block 228 das erste und zweite Tastverhältnis des PWM-Signals 132 auf der Grundlage der erfassten Signale mit Bezug auf die Spannung, die Position, den Strom, die Temperatur oder eine Kombination daraus.
Anschließend überträgt der digitale Steuerungsprozessor 66 bei Block 230 das PWM-Signal 132 an den Leistungsschalter-Schaltkreis 76 mit dem bestimmten Ausgabetastverhältnis (d.h. dem ersten oder zweiten Tastverhältnis). Durch ein Steuern des PWM-Tastverhältnisses über dem Aktor 36 aus aktiven Materialien kann der Effektivwert des Stroms (RMS-Strom) des Aktors 36 aus aktiven Materialien gesteuert werden.
Die genaue Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, aber der Umfang der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert. Obwohl einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedenen alternative Konstruktionen und Ausführungsformen, um die in den beigefügten Ansprüchen definierte Erfindung in die Praxis umzusetzen.

Claims

System (49) zum Steuern eines Aktors (36) aus aktiven Materialien, umfassend: eine Stromversorgung (42), die ausgestaltet ist, um elektrische Leistung zu liefern; eine Steuerungsschaltung (50), die mehrere Schaltkreise (54, 56, 62, 66, 76) enthält und ausgestaltet ist, um auf den Empfang eines Aktivierungssignals (78) hin selektiv eine elektrische Verbindung zwischen dem Aktor (36) aus aktiven Materialien und der Stromversorgung (42) herzustellen, wobei der Aktor (36) aus aktiven Materialien ausgestaltet ist, um zu agieren, wenn er erregt wird; und wobei die Steuerungsschaltung (50) ausgestaltet ist, um zumindest einen der mehreren Schaltkreise abzuschalten, wenn kein Aktivierungssignal (78) von der Steuerungsschaltung (50) empfangen wird, um einen parasitären Strom zu minimieren, welcher der Stromversorgung (42) entnommen wird; wobei die mehreren Schaltkreise (54, 56, 62, 66, 76) einen Spannungserfassungsschaltkreis (62) umfassen, der ausgestaltet ist, um ein Spannungspotential der elektrischen Leistung zu messen, die von der Stromversorgung (42) geliefert wird, wobei der Spannungserfassungsschaltkreis (62) ausgestaltet ist, um abgeschaltet zu werden, wenn kein Aktivierungssignal (78) von der Steuerungsschaltung (50) empfangen wird; und wobei der Spannungserfassungsschaltkreis (62) einen Halbleiterschalter (138) mit niedrigem Durchlasswiderstand enthält, der ausgestaltet ist, um den Spannungserfassungsschaltkreis (62) selektiv von der Stromversorgung (42) zu trennen, wenn kein Aktivierungssignal (78) von der Steuerungsschaltung (50) empfangen wird.
System (49) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schaltkreise (54, 56, 62, 66, 76) ein Stromversorgungsfilter (54) umfassen, das mit der Stromversorgung (42) elektrisch verbunden ist, wobei das Stromversorgungsfilter (54) ausgestaltet ist, um eine Ausgangsspannung zu filtern, die von der Stromversorgung (42) geliefert wird.
System (49) nach Anspruch 2, wobei das Stromversorgungsfilter (54) mindestens eine Diode (88) enthält, die ausgestaltet ist, um eine Rückwärtsspannung zu verhindern.
System (49) nach Anspruch 2, wobei die mehreren Schaltkreise (54, 56, 62, 66, 76) einen Vorspannungsregler (56) umfassen, der mit dem Stromversorgungsfilter (54) elektrisch verbunden ist, wobei der Vorspannungsregler (56) ausgestaltet ist, um die Ausgangsspannung zu regeln, die von der Stromversorgung (42) geliefert wird.
System (49) nach Anspruch 4, wobei der Vorspannungsregler (56) ausgestaltet ist, um abgeschaltet zu werden, wenn kein Aktivierungssignal (78) von der Steuerungsschaltung (50) empfangen wird.
System (49) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schaltkreise (54, 56, 62, 66, 76) einen Leistungsschalter-Schaltkreis (76) enthalten, der ausgestaltet ist, um selektiv die elektrische Verbindung zwischen dem Aktor (36) aus aktiven Materialien und der Stromversorgung (42) herzustellen, wenn die Steuerungsschaltung (50) das Aktivierungssignal (78) empfängt.
System (49) nach Anspruch 6, wobei der Leistungsschalter-Schaltkreis (76) einen Halbleiterschalter (140) mit niedrigem Durchlasswiderstand enthält, um einen elektrischen Strom über den Aktor (36) aus aktiven Materialien zu steuern.
System (49) nach Anspruch 6, wobei die mehreren Schaltkreise (54, 56, 62, 66, 76) einen digitalen Steuerungsprozessor (66) enthalten, der ausgestaltet ist, um ein Pulsbreitenmodulationssignal mit einem Tastverhältnis zu erzeugen, wobei der digitale Steuerungsprozessor (66) mit dem Leistungsschalter-Schaltkreis (76) elektrisch derart verbunden ist, dass der digitale Steuerungsprozessor (66) ausgestaltet ist, um das Pulsbreitenmodulationssignal an den Leistungsschalter-Schaltkreis (76) zu übertragen.