WO2023046248A1 - Verfahren zum erkennen der position eines aktorelements - Google Patents

Verfahren zum erkennen der position eines aktorelements Download PDF

Info

Publication number
WO2023046248A1
WO2023046248A1 PCT/DE2022/200200 DE2022200200W WO2023046248A1 WO 2023046248 A1 WO2023046248 A1 WO 2023046248A1 DE 2022200200 W DE2022200200 W DE 2022200200W WO 2023046248 A1 WO2023046248 A1 WO 2023046248A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sma1
sma2
resistance
actuator
control
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/200200
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Beuschel
Stefan Bauer
Rainer Schmidt
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic Gmbh filed Critical Conti Temic Microelectronic Gmbh
Publication of WO2023046248A1 publication Critical patent/WO2023046248A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/061—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
    • F03G7/0614—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using shape memory elements
    • F03G7/06143—Wires
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/067—Safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/063—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the mechanic interaction
    • F03G7/0636—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the mechanic interaction with several elements connected in parallel

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the position of an actuator element of an actuator arrangement with at least one actuator element that can be moved in two opposite directions by means of two actuating elements, the actuating elements being formed with electrically controllable shape-memory alloy wires, and with a control unit electrically connected to the actuating elements.
  • the actuator arrangement there is designed as a linear drive arrangement and has a rod that can be moved through openings in bearing elements, which runs through an opening in a lever element that can be tilted in opposite directions relative to the rod by actuating elements made of electrically controllable shape-memory alloy wires and thus in a non-positive connection with the rod arrives, whereby the rod is carried along with it when the lever element is displaced.
  • actuating elements made of electrically controllable shape-memory alloy wires and thus in a non-positive connection with the rod arrives, whereby the rod is carried along with it when the lever element is displaced.
  • This results in a linear movement of the rod which therefore represents an actuator element.
  • DE 10 2020 210 212.0 does not reveal how the two actuating elements are to be controlled in a simple manner.
  • Actuators based on shape memory alloys can be manufactured compactly and inexpensively. In many cases, several such actuators are integrated directly into an electronic control unit, e.g. for pneumatic valves.
  • actuators are also required for other applications, such as ventilation controls in a vehicle. Due to the function and arrangement of the actuating elements to be actuated in this way, however, the integration of the actuators in a control unit. Rather, the actuators are installed "on site" on the respective control element (e.g. pivoting flap). For reasons of cost, however, control should continue to be via a common control unit.
  • actuators often require an adjustment option in two directions as well as a proportional adjustment option in order to be able to selectively control not only two end positions but also intermediate positions.
  • One possibility for detecting the position allows monitoring or feedback control.
  • Limit switches, Hall sensors or potentiometers are usually used to detect the position, for which additional cables are required.
  • DE 102016219 346 B4 and DE 102016 225 519 A1 describe the activation of an SMA actuator, which is partially short-circuited in an end position, in order to ensure that the end position is reached by means of a voltage or
  • WO 2010 136342 A1 discloses the control of an actuator consisting of two piezoelectric crystals acting in opposite directions, with the piezoelectric crystal that is not being controlled being used as a sensor.
  • the object of the invention is to specify a method in which, despite fewer lines, the actuator should be infinitely adjustable in both directions and the position can be detected.
  • the object is achieved by a method for detecting the position of an actuator element of an actuator arrangement, with at least one by means of two actuator element that can be moved in two opposite directions, wherein the actuating elements are formed with electrically controllable shape-memory alloy wires, with a control unit that is electrically connected to the control elements, wherein the control unit has a controllable control circuit that is designed to selectively connect one or the other control element to a voltage source in a pulse-width modulated manner, with only a two-wire connection being formed between the control unit and the actuating elements, with a resistance measuring circuit formed in the control unit, which periodically records the resistance values of the two actuating elements, wherein at a time when current is applied to a currently actuated actuating element, the resistance value of this actuating element and in a subsequent pause in the application of current, the resistance value of the respective other actuating element is determined and stored, with the differential value of the two determined resid initial values are formed and compared with pairs of values stored
  • the actuator element of the actuator arrangement can in particular be designed as a rocker, with the end regions of which one of the actuating elements is connected in each case.
  • the actuator element can be pivoted about a pivot point in order to move an actuating means, such as a lamp. Because of the two adjusting elements, this can be done easily in both directions.
  • any other embodiment of an actuator element is also possible, for example as a linear actuator.
  • the controllable control circuit of the actuator arrangement is designed as a full-bridge circuit formed with electronic switches. As a result, the polarity of the supply voltage can be reversed in a manner known in principle.
  • the resistance of the actuating element actuated at the time of measurement is measured with the same resistance measuring circuit as the measurement of the resistance of the other actuating element in each case.
  • each of the actuating elements is connected to the control circuit via a diode, with the diodes being installed with different polarity and thermally coupled, so that their resistance values almost cancel each other out when the difference is formed.
  • a current measurement circuit of the resistance measurement circuit can be formed with at least one switchable current measurement resistance path, so that different current measurement resistances can be set in order to determine the resistance characteristics of leads and the diodes from the resistance values determined in this way.
  • the actuator arrangement has a resistance measuring circuit which is implemented in the control unit and is set up to periodically record the resistance values of the two actuating elements.
  • the resistance of an actuating element is measured during a control pause with a current strength and a period of time that does not activate the actuating element or whose temperature is not appreciably increased.
  • the current measuring circuit of the resistance measuring circuit can be formed with at least one switchable current measuring resistor path, so that different current measuring resistors can be set.
  • the actuating elements can each be assigned an end position detection circuit with which the end position of the actuating elements can be detected and the resistance ratio measured immediately before reaching the end position is assigned to an end position and stored accordingly in the table.
  • the end position detection circuit can be set up to generate and detect a short circuit of a respective controlled shape memory alloy wire when the end position of an actuating element is reached.
  • the end position detection circuit can be set up to interrupt the current flow through a respective controlled shape memory alloy wire and to detect the interruption when the end position of an actuating element is reached.
  • a common half-bridge circuit can be assigned to the full-bridge circuits that actuate the associated control elements.
  • the current measurement circuit can also be arranged in series with the parallel-connected half-bridge circuits in the case of a plurality of actuator elements and thus a plurality of full-bridge circuits.
  • Fig. 3 Resistance and length curves over time for controlled pairs of actuating elements that are mechanically coupled via an actuator element
  • FIG. 5 shows an actuator element with two actuating elements with a first variant of end position detection in the actuated end position
  • FIG. 8 shows a control unit with an extended resistance measuring device for controlling an actuator element.
  • FIG. 1 shows an actuator 1 which is formed with an actuator element L which is in the form of an elongate plate which is mounted so as to be rotatable about a pivot point 2 .
  • an extension 3 is approximately perpendicular to the Arranged longitudinally of the actuator element L and forms an actuating element. So if the actuator element L is rotated, the extension 3 moves according to the indicated double arrow and can thus actuate actuators such as headlights or rear-view mirrors.
  • nipples are attached, which the actuating elements can act on.
  • a first actuating element SMA1 is designed as a shape-memory alloy wire and is looped around the nipple on the first end region 4a.
  • the two ends of the wire are fixed, for example by means of two crimping elements, as is known in the prior art.
  • a second adjusting element SMA2 made of a shape memory alloy wire is wound around the nipple on the second end area 4b of the actuator element L and fastened in the same way with its two ends.
  • the first control element SMA1 now heats up, it shortens and, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, pulls the first end region 4a to the right, so that the actuator element L rotates clockwise about the pivot point 2.
  • the second actuating element SMA2 is then stretched due to its fixation between the fastened ends and the central part wrapped around the nipple on the second end region 4b of the actuator element L.
  • the second control element SMA2 can be shortened by heating it, as a result of which the actuator element L rotates counterclockwise about the pivot point 2 and thereby lengthens the first control element SMA1 again.
  • one end of the shape memory alloy wires are connected to each other and to a second connection point X2, while the other ends of the shape memory alloy wires are connected via a first diode D1 for the first control element SMA1 and a second diode D2 for the second control element SMA2 are energized, for which purpose the anode of the first diode D1 and the cathode of the second diode D2 are connected to a first terminal X1.
  • This advantageous wiring of the actuating elements SMA1, SMA2 allows the first actuating element SMA1 to be activated by a positive voltage between the first connection X1 and the second connection X2, and the second actuating element SMA2 to be activated by a negative voltage between these two connection points X1, X2, due to the polarity of the diodes D1 , D2 are controlled.
  • FIG Switches are formed in the illustrated embodiment with N-channel Mosfets T1 to T4.
  • a first transistor T1 and a second transistor T2 connected in series form a first half-bridge which is connected in parallel to a second half-bridge which is formed with a third transistor T3 and a fourth transistor T4 connected in series is.
  • the respective connection points of the first transistor T1 and the second transistor T2 or of the third transistor T3 and the fourth transistor T4 form a first connection point X1 or a second connection point X2.
  • the two half-bridges are connected in parallel with one another and a measuring resistor R is connected in series with them, this series connection being connected in parallel with a voltage source U.
  • the voltage source U can energize the control element SMA1 or the control element SMA2 via the respective diode D1 or D2 by simply activating two transistors in each case in the control circuit 9. If, for example, the first transistor T1 and the fourth transistor T4 are turned on, then there is a positive voltage between the terminals X1 and X2, so that the first control element SMA1 is energized.
  • the second actuating element SMA2 can be energized because the second diode D2 is now conductive.
  • the current through the respective transistors T1, T4 or T2, T3 and the respective control elements SMA1 or SMA2 also flows in the same way through the resistor R connected in series with the full bridge, which is part of a resistance measuring circuit 6, which also has a first voltage measuring device V1 , which is connected in parallel to the voltage source U and a second voltage measuring device V2, which is connected in parallel to the resistor R, has.
  • a resistance measuring circuit 6 which also has a first voltage measuring device V1 , which is connected in parallel to the voltage source U and a second voltage measuring device V2, which is connected in parallel to the resistor R, has.
  • FIG. 3 shows the (greatly enlarged) curve over time of the first resistance R1 of the first control element SMA1 and of the second resistance R2 of the second control element SMA2, as shown schematically in FIG.
  • the two control elements are mechanically coupled in opposite directions and are alternately energized.
  • the lengths X1, X2 of these control elements SMA1, SMA2 are also shown as a function of time in the lower diagram of FIG.
  • the first control element SMA1 is activated, between the times t2 and t3 the second control element SMA2.
  • the respective other control element remains without current (apart from a possible resistance measurement).
  • the resistance R1 of the first control element SMA 1 initially increases when current is applied as a result of the heating. Once it has reached the phase transformation temperature (point A), the actuator SMA 1 begins to shorten, reducing its resistance R1. At time t1 (or point B), the conversion is complete. Even after the power is turned off, the shortening essentially remains. During the subsequent cooling, the resistance R1 decreases even further (up to t2).
  • the second control element SMA 2 is then activated after time t2, its shortening due to the mechanical coupling leads to a lengthening of the first control element SMA 1 (from point C). At the same time, its resistance R2 (up to point D) increases due to the elongation.
  • the electrical resistances R1, R2 of both control elements SMA1, SMA2 show opposite behavior, which correlates with the length of the respective control element SMA1, SMA2.
  • the current position of the actuator can be determined (including intermediate positions for stepless positioning). This can be done, for example, by comparing it with a table in which previously determined pairs of values for the resistance and the associated position are entered.
  • Two diodes D1, D2 of the same construction and batch are preferably used for the two control elements SMA1, SMA2 and these are thermally coupled (e.g. installed in the same housing). Both diodes D1, D2 thus have approximately the same characteristic, which is canceled out by the difference formation.
  • the current intensity for activating one control element SMA1, SMA2 and for measuring the resistance of the other control element SMA1, SMA2 should be chosen to be as high as possible (with a correspondingly short energization duration for the resistance measurement of the inactive control element SMA1, SMA2).
  • both diodes D1, D2 generate almost the same voltage drop. This is ensured by the circuit in Fig. 2.
  • the measures mentioned also eliminate the voltage drop through the cable connection to the control element and through other electrical resistances (e.g. plug connectors).
  • an end position can be detected in order to then switch off the current or at least reduce it in order to prevent the wire from overheating.
  • the resistance measuring device can be calibrated by recognizing the end position in order to compensate for aging or temperature variations.
  • FIG. 4 shows a first variant of such
  • End position detection circuit in one embodiment of the actuator has a first actuating element 7a in the first end region 4a and a second actuating element 7b in the second end region 4b of the actuator element L. These each actuate a first switching element S1 and a second switching element S2.
  • the first switching element S1 is electrically connected in parallel to the first actuating element SMA1 and the second switching element S2 is connected in parallel to the second actuating element SMA2, so that when a respective switching element S1 or S2 is closed, the respective associated actuating element SMA1 or SMA2 is short-circuited and therefore its resistance changes and therefore the end position can be recognized when measuring the resistance.
  • FIG. 5 Such an end position is shown in FIG. 5, where the first actuating element SMA1 has shortened to such an extent that the first actuating element 7a has moved to the right so far that the first switching element S1 is now closed.
  • the current flows essentially via the first switching element S1 and no longer via the first actuating element SMA1, so that the resistance changes greatly, which can be easily detected by the resistance measuring circuit 6.
  • FIGS. 6 and 7 show a further variant of an end position detection circuit, in which case a movement of an actuating element SMA1, SMA2 causes an interruption in the power supply by opening switching elements S3 or S4.
  • a third actuating element 8 is arranged at the pivot point 2 of the actuator element L, which actuating element can actuate switching elements S3, S4 when the actuator element L tilts.
  • a third switching element S3 is connected between the connection of the shape memory alloy wire of the first control element SMA1 that is not connected to the first diode D1 and the second connection X2, while a fourth switching element S4 is connected between the connection of the shape memory alloy wire of the second control element SMA2 that is not connected to the second diode D2 and is connected to the second connection X2.
  • FIG. 8 shows a modified resistance measuring circuit 6' which is contained in the control circuit. Since the control circuit otherwise corresponds to the control circuit of FIG. 2, further reference numbers have been omitted.
  • the modified resistance measuring circuit 6' has two resistors R3 and R4 connected in parallel, with a measuring transistor TM being connected in series with the third resistor R3. By driving this transistor TM, the third resistor R3 can be connected in parallel with the fourth resistor R4 or can be deactivated, as a result of which the current measuring resistor formed by the third and the fourth resistor R4 can be changed.
  • the resistance characteristic of the lead can be determined, for example, as a straight-line equation or the voltage drop across the diodes D1, D2. The latter allows the actual temperature of the diodes D1, D2 to be inferred if no thermally coupled diodes can be used.
  • the present invention can be used to control a wide variety of electrical actuators, such as the positioning of optical elements, ventilation flaps or retractable operating elements.
  • An actuator can be infinitely adjusted in two directions and its position recorded at the same time using a minimal number of electrical lines.
  • control elements By calculating the difference between the measured resistances of both control elements, the influence of an unknown variable influence of the supply line and diodes (for example due to heating) can be calculated. • A number of such control elements can be controlled with reduced hardware expenditure, provided that they are supplied with current at different times.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

Verfahren zum Erkennen der Position eines Aktorelements (L) einer Aktoranordnung (1), mit zumindest einem mittels zweier Stellelemente (SMA1, SMA2) in zwei gegenläufigen Richtungen bewegbaren Aktorelement (L), wobei die Stellelemente mit elektrisch ansteuerbaren Formgedächtnislegierungsdrähten gebildet sind, mit einer mit den Stellelementen elektrisch verbundenen Steuereinheit (5), wobei die Steuereinheit (5) eine ansteuerbare Steuerschaltung (9) aufweist, die ausgebildet ist, wahlweise das eine oder das andere Stellelement mit einer Spannungsquelle (U) in pulsweitenmodulierter Weise zu verbinden, wobei zwischen der Steuereinheit (5) und den Stellelementen lediglich eine Zweidraht-Verbindung ausgebildet ist, mit einer in der Steuereinheit (5) ausgebildeten Widerstandsmessschaltung (6), die die Widerstandswerte (R1, R2) der beiden Stellelemente periodisch erfasst, beschrieben, wobei in einem Bestromungszeitpunkt eines aktuell betätigten Stellelements der Widerstandswert (R1, R2) dieses Stellelements und in einer darauffolgenden Bestromungspause der Widerstandswert (R1, R2) des jeweils anderen Stellelements ermittelt und gespeichert wird,wobe i der Differenzwert der beiden ermittelten Widerstandswerte gebildet und mit in einer Tabelle hinterlegten Wertepaaren, die einen Zusammenhang zwischen dem Widerstandsdifferenzwert und einer Position eines Stellelements beschreiben, verglichen und daraus die Position des Aktorelements (L) bestimmt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Erkennen der Position eines Aktorelements
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen der Position eines Aktorelements einer Aktoranordnung mit zumindest einem mittels zweier Stellelemente in zwei gegenläufigen Richtungen bewegbaren Aktorelement, wobei die Stellelemente mit elektrisch ansteuerbaren Formgedächtnislegierungsdrähten gebildet sind, und mit einer mit den Stellelementen elektrisch verbundenen Steuereinheit.
Eine solche Aktoranordnung ist bereits in der (nicht vorveröffentlichten) Anmeldung 10 2020 210 212.0 beschrieben.
Die dortige Aktoranordnung ist als Linearantriebsanordnung ausgebildet und weist einen durch Öffnungen in Lagerelementen bewegbaren Stab auf, der durch eine Öffnung eines Hebelelements verläuft, das gegenüber dem Stab durch Stellelemente aus elektrisch ansteuerbaren Formgedächtnislegierungsdrähten in gegenläufige Richtungen verkippt werden kann und hierdurch in einen Kraftschluss mit dem Stab gelangt, wodurch der Stab bei einer Verschiebung des Hebelelements mit diesem mitgenommen wird. Hierdurch kommt es zu einer Linearbewegung des Stabes, der also ein Aktorelement darstellt. Der 10 2020 210 212.0 ist jedoch nicht zu entnehmen, wie die beiden Stellelemente auf einfache Weise angesteuert werden sollen.
Aktoren auf Basis von Formgedächtnislegierungen (SMA für shape memory alloy) sind kompakt und kostengünstig herstellbar. In vielen Fällen werden mehrere derartige Aktoren direkt in ein elektronisches Steuergerät integriert, z.B. für pneumatische Ventile.
Für andere Anwendungen, wie z.B. Lüftungssteuerungen in einem Fahrzeug, werden ebenfalls mehrere Aktoren benötigt. Aufgrund der Funktion und Anordnung der damit zu betätigenden Stellelemente scheidet hier aber die Integration der Aktoren in ein Steuergerät aus. Vielmehr werden die Aktoren „vor Ort“ am jeweiligen Stellelement (z.B. schwenkbare Klappe) verbaut. Die Ansteuerung soll aus Kostengründen jedoch weiterhin über ein gemeinsames Steuergerät erfolgen.
Daher werden von diesem Steuergerät elektrische Leitungen zu jedem einzelnen Aktor verlegt, wodurch ein entsprechender Aufwand für Kabel und Steckverbindungen entsteht.
Des Weiteren benötigen derartige Aktoren oftmals eine Verstellmöglichkeit in zwei Richtungen sowie eine proportionale Verstellmöglichkeit, um nicht nur zwei Endlagen, sondern auch Zwischenstellungen gezielt ansteuern zu können. Eine Möglichkeit zum Erfassen der Position erlaubt hierbei eine Überwachung bzw. eine rückgekoppelte Regelung. Üblicherweise werden Endlagenschalter, Hallsensoren oder Potentiometer zur Erfassung der Position eingesetzt, wofür zusätzliche Leitungen benötigt werden.
Die DE 600 31 687 T2 beschreibt kaskadierte SMA-Aktoren sowie eine Widerstandsmessung des SMA-Drahtes in Ansteuer-Pausen einer PWM.
In der DE 102016219 346 B4 und der DE 102016 225 519 A1 ist die Ansteuerung eines SMA-Aktors, der in einer Endlage teilweise kurzgeschlossen wird, beschrieben, um so das Erreichen der Endlage mittels einer Spannungs- bzw.
Strommessung über die Ansteuerleitung zu erfassen.
Die WO 2010 136342 A1 offenbart die Ansteuerung eines aus zwei gegenläufig wirkenden Piezokristallen bestehenden Aktors, wobei der jeweils nicht angesteuerte Piezokristall als Sensor verwendet wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem trotz weniger Leitungen der Aktor in beide Richtungen stufenlos verstellbar sein soll und eine Erfassung der Position möglich ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen der Position eines Aktorelements einer Aktoranordnung, mit zumindest einem mittels zweier Stellelemente in zwei gegenläufigen Richtungen bewegbaren Aktorelement, wobei die Stellelemente mit elektrisch ansteuerbaren Formgedächtnislegierungsdrähten gebildet sind, mit einer mit den Stellelementen elektrisch verbundenen Steuereinheit, wobei die Steuereinheit eine ansteuerbare Steuerschaltung aufweist, die ausgebildet ist, wahlweise das eine oder das andere Stellelement mit einer Spannungsquelle in pulsweitenmodulierter Weise zu verbinden, wobei zwischen der Steuereinheit und den Stellelementen lediglich eine Zweidraht-Verbindung ausgebildet ist, mit einer in der Steuereinheit ausgebildeten Widerstandsmessschaltung, die die Widerstandswerte der beiden Stellelemente periodisch erfasst, wobei in einem Bestromungszeitpunkt eines aktuell betätigten Stellelements der Widerstandswert dieses Stellelements und in einer darauf folgenden Bestromungspause der Widerstandswert des jeweils anderen Stellelements ermittelt und gespeichert wird, wobei der Differenzwert der beiden ermittelten Widerstandswerte gebildet und mit in einer Tabelle hinterlegten Wertepaaren, die einen Zusammenhang zwischen dem Widerstandsdifferenzwert und einer Position eines Stellelements beschreiben, verglichen und daraus die Position des Aktorelements bestimmt wird.
Es ist also möglich, mit geringem Verkabelungsaufwand beide Stellelemente mittels der Steuereinheit mit einer Spannungsquelle zu verbinden und damit nicht nur eine Aktivierung zu ermöglichen, sondern auch eine Zustandserfassung insbesondere Positionserfassung, über eine Widerstandsmessung.
Das Aktorelement der Aktoranordnung kann insbesondere als Wippe ausgebildet sein, mit deren Endbereichen jeweils eines der Stellelemente verbunden ist.
Hierdurch kann das Aktorelement um einen Drehpunkt geschwenkt werden, um ein Betätigungsmittel, wie beispielsweise eine Leuchte, zu bewegen. Dies kann wegen der zwei Stellelemente auf einfache Weise in beide Richtungen erfolgen.
Es ist aber auch jede andere Ausführung eines Aktorelements, beispielsweise als Linearaktor, möglich. In einer bevorzugten Ausbildung ist die ansteuerbare Steuerschaltung der Aktoranordnung als eine mit elektronischen Schaltern gebildete Vollbrückenschaltung ausgebildet. Hierdurch kann in im Prinzip bekannter Weise eine Polaritätsumkehr der Versorgungsspannung erfolgen.
In einer bevorzugten Ausbildung des Verfahren erfolgt die Messung des Widerstands des zum Messzeitpunkt betätigten Stellelements mit derselben Widerstandsmessschaltung, wie die Messung des Widerstands des jeweils anderen Stellelements.
In einer besonders bevorzugten Ausbildung des Verfahrens ist jedes der Stellelemente über eine Diode mit der Steuerschaltung verbunden, wobei die Dioden unterschiedlich gepolt und thermisch gekoppelt verbaut sind, so dass sich ihre Widerstandswerte bei der Differenzbildung nahezu aufheben.
In einer Weiterbildung kann eine Strommessschaltung der Widerstandsmessschaltung mit zumindest einem schaltbaren Strommesswiderstandspfad gebildet sein, so dass unterschiedliche Strommesswiderstände eingestellt werden können, um aus den so ermittelten Widerstandswerten die Widerstandscharakteristik von Zuleitungen und der Dioden zu ermitteln.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aktoranordnung eine in der Steuereinheit ausgebildete Widerstandsmessschaltung auf, die eingerichtet ist, die Widerstandswerte der beiden Stellelemente periodisch zu erfassen.
Hierdurch ist aufgrund eines Zusammenhangs der Widerstände mit der Position der Stellelemente und damit des Aktorelements eine genaue Positionsbestimmung möglich.
In vorteilhafter Weise erfolgt die Widerstandsmessung eines Stellelements während einer Ansteuerpause mit einer Stromstärke und einer Zeitdauer, durch die das Stellelement nicht aktiviert oder dessen Temperatur nicht nennenswert erhöht wird. Für eine Kalibrierung der Aktoranordnung kann die Strommessschaltung der Widerstandsmessschaltung mit zumindest einem schaltbaren Strommesswiderstandspfad gebildet sein, so dass unterschiedliche Strommesswiderstände eingestellt werden können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann den Stellelementen jeweils eine Endstellungserkennungsschaltung zugeordnet sein, mit der die Endlage der Stellelemente erkannt werden kann und das unmittelbar vor Erreichen der Endlage gemessene Widerstandsverhältnis einer Endlage zugeordnet und in der Tabelle entsprechend gespeichert wird.
Hierdurch kann nicht nur eine Überbeanspruchung der Stellelemente durch einen hohen Stromfluss vermieden werden, da der Stromfluss bei Erkennung der Endstellung unterbrochen werden kann, sondern auch eine Kalibrierung erfolgen, wenn die Endstellung als eindeutige Position einem ermittelten Widerstandswert zugeordnet werden kann.
In einer Ausführungsform kann die Endstellungserkennungsschaltung eingerichtet sein, bei Erreichen der Endstellung eines Stellelements einen Kurzschluss eines jeweiligen angesteuerten Formgedächtnislegierungsdrahtes zu erzeugen und zu detektieren.
In einer anderen Ausführungsform kann die Endstellungserkennungsschaltung eingerichtet sein, bei Erreichen der Endstellung eines Stellelements den Stromfluss durch einen jeweiligen angesteuerten Formgedächtnislegierungsdraht zu unterbrechen und die Unterbrechung zu detektieren.
Für den Fall, dass eine Aktoranordung zumindest zwei Aktorelementen aufweist, die nicht gleichzeitig betätigt werden, können den die zugehörigen Stellelemente ansteuernden Vollbrückenschaltungen jeweils eine gemeinsame Halbbrückenschaltung zugeordnet sein. Hierdurch können Bauteile eingespart werden. In einer Weiterbildung kann auch bei mehreren Aktorelementen und damit mehreren Vollbrückenschaltungen die Strommessschaltung in Serie zu den parallelgeschalteten Halbbrückenschaltungen angeordnet sein.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher beschrieben werden. Dabei zeigen
Fig. 1 ein Aktorelement mit zwei Stellelementen,
Fig. 2 eine Steuereinheit zur Ansteuerung eines Aktorelements,
Fig. 3 Widerstands- und Längenverläufe über der Zeit bei angesteuerten, mechanisch über ein Aktorelement gekoppelten Stellelementpaaren,
Fig. 4 ein Aktorelement mit zwei Stellelementen mit einer ersten Variante einer Endlagenerkennung in Ruhestellung,
Fig. 5 ein Aktorelement mit zwei Stellelementen mit einer ersten Variante einer Endlagenerkennung in betätigter Endlage,
Fig. 6 ein Aktorelement mit zwei Stellelementen mit einer zweiten Variante einer Endlagenerkennung in Ruhestellung,
Fig. 7 ein Aktorelement mit zwei Stellelementen mit einer zweiten Variante einer Endlagenerkennung in betätigter Endlage, und
Fig. 8 eine Steuereinheit mit einer erweiterten Widerstandsmesseinrichtung zur Ansteuerung eines Aktorelements.
Die Figur 1 zeigt einen Aktor 1 , der mit einem Aktorelement L gebildet ist, das als längliche Platte ausgebildet ist, die um einen Drehpunkt 2 drehbar gelagert ist. Im Bereich des Drehpunkts 2 ist eine Verlängerung 3 etwa senkrecht zur Längsrichtung des Aktorelements L angeordnet und bildet ein Betätigungselement. Wird also das Aktorelement L gedreht, so bewegt sich die Verlängerung 3 gemäß dem angedeuteten Doppelpfeil und kann damit Stellglieder, wie beispielsweise Scheinwerfer oder Rückspiegel betätigen. In einem ersten Endbereich 4a und einem zweiten Endbereich 4b des Aktorelements L sind Nippel angebracht, an denen Stellelemente angreifen können.
So ist ein erstes Stellelement SMA1 als Formgedächtnislegierungsdraht ausgebildet und um den Nippel am ersten Endbereich 4a geschlungen. Die beiden Enden des Drahtes sind fixiert, beispielsweise mittels zweier Crimpelemente, wie es im Stand der Technik bekannt ist. In gleicher weise ist um den Nippel am zweiten Endbereich 4b des Aktorelements L ein zweites Stellelement SMA2 aus einem Formgedächtnislegierungsdraht geschlungen und in gleicher weise mit seinen beiden Enden befestigt.
Erwärmt sich nun beispielsweise das erste Stellelement SMA1 , so verkürzt es sich und zieht im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 1 den ersten Endbereich 4a nach rechts, so dass sich das Aktorelement L um den Drehpunkt 2 im Uhrzeigersinn dreht. Hierdurch wird dann das zweite Stellelement SMA2 aufgrund seiner Fixierung zwischen den befestigten Enden und dem um den Nippel am zweiten Endbereich 4b des Aktorelements L geschlungenen Mittelteil in die Länge gezogen. In gleicher weise kann durch Erwärmen des zweiten Stellelements SMA2 dieses verkürzt werden, wodurch sich das Aktorelement L im Gegenuhrzeigersinn um den Drehpunkt 2 dreht und dabei das erste Stellelement SMA1 wieder in die Länge zieht.
Um eine Erwärmung der Stellelemente SMA1 und SMA2 zu bewirken, werden sie von einem Strom durchflossen, der zu der entsprechenden Erwärmung führt. Hierzu sind jeweils ein Ende der Formgedächtnislegierungsdrähte miteinander und mit einem zweiten Anschlusspunkt X2 verbunden, während die jeweils anderen Enden der Formgedächtnislegierungsdrähte über eine erste Diode D1 für das erste Stellelement SMA1 und eine zweite Diode D2 für das zweite Stellelement SMA2 bestromt werden, wobei hierzu die Anode der ersten Diode D1 und die Kathode der zweiten Diode D2 mit einem ersten Anschluss X1 verbunden sind.
Durch diese vorteilhafte Beschaltung der Stellelemente SMA1 , SMA2 kann durch eine positive Spannung zwischen dem ersten Anschluss X1 und dem zweiten Anschluss X2 das erste Stellelement SMA1 und durch eine negative Spannung zwischen diesen beiden Anschlusspunkten X1 , X2 das zweite Stellelement SMA2 aufgrund der Polung der Dioden D1 , D2 angesteuert werden.
Es ist also möglich, mit nur zwei Anschlüssen X1 , X2 beide Stellelemente SMA1 , SMA2 wahlweise zu betätigen, indem die Polarität der angelegten Spannung entsprechend eingestellt wird.
Eine einfache Schaltung, mit der die Polarität einer Spannung bei nur einer Spannungsquelle U gedreht werden kann, zeigt die Figur 2. Dort ist eine Steuereinheit 5 dargestellt, die eine Steuerschaltung 9 aufweist, die als Vollbrücke aus vier elektronischen Schaltern aufgebaut ist, wobei die elektronischen Schalter im dargestellten Ausführungsbeispiel mit N-Kanal Mosfets T1 bis T4 gebildet sind. In bekannter Weise bilden dabei ein erster Transistor T1 und ein dazu in Serie geschalteter zweiter Transistor T2 eine erste Halbbrücke, die parallel zu einer zweiten Halbbrücke verschaltet ist, die mit einem dritten Transistor T3 und einem vierten Transistor T4, die in Serie geschaltet sind, gebildet ist. Die jeweiligen Verbindungspunkte des ersten Transistor T1 und des zweiten Transistors T2 bzw. des dritten Transistors T3 und des vierten Transistors T4 bilden eine ersten Anschlusspunkt X1 bzw. einen zweiten Anschlusspunkt X2.
Die beiden Halbbrücken sind einander parallel geschaltet und in Serie dazu ist ein Messwiederstand R geschaltet, wobei diese Serienschaltung parallel zu einer Spannungsquelle U verschaltet ist. Werden nun der erste Anschlusspunkt X1 und der zweite Anschlusspunkt X2 mit den entsprechenden Anschlüssen des Aktors 1 verbunden, so kann durch einfache Ansteuerung jeweils zweier Transistoren der Steuerschaltung 9 die Spannungsquelle U das Stellelement SMA1 oder das Stellelement SMA2 über die jeweilige Diode D1 oder D2 bestromen. Wird beispielsweise der erste Transistor T1 und der vierte Transistor T4 leitend geschaltet, so liegt eine positive Spannung zwischen den Anschlüssen X1 und X2, so dass das erste Stellelement SMA1 bestromt wird. In gleicher Weise kann durch ein Ansteuern des dritten Transistors T3 und des zweiten Transistors T2 das zweite Stellelement SMA2 aufgrund der nun leitenden zweiten Diode D2 bestromt werden.
Der Strom durch die jeweiligen Transistoren T1 , T4 bzw. T2, T3 und die jeweiligen Stellelemente SMA1 oder SMA2 fließt in gleicher weise auch durch den in Serie zu der Vollbrücke geschalteten Widerstand R, der Bestandteil einer Widerstandsmessschaltung 6 ist, die außerdem eine erste Spannungsmessvorrichtung V1 , die parallel zu der Spannungsquelle U geschaltet ist und eine zweite Spannungsmessvorrichtung V2, die parallel zu dem Widerstand R geschaltet ist, aufweist. Auf diese Weise können die an dem jeweiligen Stellelement SMA1 oder SMA2 anliegende Spannung und der durch das Stellelement fließende Strom ermittelt und daraus der Widerstand eines Stellelements errechnet werden.
Falls mehrere Aktoren 1 , wie sie in der Figur 1 dargestellt sind, verwendet werden, wäre es erforderlich, auch mehrere Steuerschaltungen 9 zu verwenden. Falls die mehreren Aktoren 1 nicht gleichzeitig betätigt werden müssen, wäre es in vorteilhafter Weise möglich, jeweils eine Halbbrücke auch bei einer weiteren Steuerschaltung 9‘ zu verwenden. Dies ist in der Figur 2 dargestellt, wo die Halbbrücke, die mit dem dritten Transistor T3 und dem vierten Transistor T4 gebildet wird, ebenfalls parallel zu einer dritten Halbbrücke geschaltet ist, die aus einem fünften Transistor T5 und einem sechsten Transistor T6 gebildet ist, so dass für einen dritten Anschluss X3 und einen vierten Anschluss X4 für einen weiteren Aktor diese Transistoren T3 bis T6 in einer alternativen Vollbrücke verschaltet sind.
Die Figur 3 zeigt den (stark vergrößerten) Verlauf über der Zeit des ersten Widerstandes R1 des ersten Stellelements SMA1 und des zweiten Widerstandes R2 des zweiten Stellelements SMA2, wie sie in der Figur 1 schematisch dargestellt sind. Die beiden Stellelemente sind dabei mechanisch gegenläufig gekoppelt und werden abwechselnd mit Strom beaufschlagt. Es sind ebenso im unteren Diagramm der Figur 3 die Längen X1 , X2 dieser Stellelemente SMA1 , SMA2 als Funktion über der Zeit dargestellt.
In der Zeit zwischen den Zeitpunkten tO und t1 wird das erste Stellelement SMA1 aktiviert, zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 das zweite Stellelement SMA 2. Das jeweils andere Stellelement bleibt (bis auf eine eventuelle Widerstandsmessung) unbestromt.
Der Widerstand R1 des ersten Stellelements SMA 1 nimmt bei Bestromung infolge der Erwärmung zunächst zu. Hat es die Phasenumwandlungstemperatur erreicht (Punkt A), beginnt sich das Stellelement SMA 1zu verkürzen, wodurch sich sein Widerstand R1 verringert. Zum Zeitpunkt t1 (bzw. Punkt B) ist die Umwandlung abgeschlossen. Auch nach dem Abschalten des Stroms bleibt die Verkürzung im Wesentlichen bestehen. Beim anschließenden Abkühlen verringert sich der Widerstand R1 noch weiter (bis t2).
Wird dann ab der Zeit t2 das zweite Stellelement SMA 2 aktiviert, führt dessen Verkürzung durch die mechanische Kopplung zu einer Längung des ersten Stellelements SMA 1 (ab Punkt C). Gleichzeitig erhöht sich durch die Längung dessen Widerstand R2 (bis Punkt D).
Während der Phasen der Kontraktion bzw. Längung der Stellelemente SMA1 , SMA2 zeigen die elektrischen Widerstände R1 , R2 beider Stellelemente SMA1 , SMA2 ein gegenläufiges Verhalten, welches mit der Länge des jeweiligen Stellelements SMA1 , SMA2 korreliert. Durch eine Messung der Widerstände R1 , R2 lässt sich die aktuelle Position des Aktuators bestimmen (inkl. Zwischenpositionen für eine stufenlose Positionierung). Dies kann beispielsweise durch Vergleich mit einer Tabelle erfolgen, in der vorher ermittelte Wertpaare für den Widerstand und die zugehörige Position eingetragen sind.
Da die zu messende Widerstandsänderung vergleichsweise gering ist (typ. < 5%), wird eine hohe Messgenauigkeit benötigt. Insbesondere soll auch der Einfluss der Dioden D1 , D2 kompensiert werden, deren Spannungsabfall mit der Temperatur zunimmt. Dies wird durch folgende Maßnahmen erreicht:
• Es wird die Differenz der elektrischen Widerstände R1 , R2 beider Stellelemente SMA1 , SMA2 betrachtet, insbesondere von Punkt A bis B und von Punkt C bis D. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Messung deutlich erhöht (in etwa verdoppelt).
• Vorzugsweise werden für die beiden Stellelemente SMA1 , SMA2 zwei bau- und chargengleiche Dioden verwendet D1 , D2 und diese thermisch gekoppelt (z.B. in demselben Gehäuse verbaut). Damit besitzen beide Dioden D1 , D2 annähernd dieselbe Charakteristik, welche sich durch die Differenzbildung aufhebt.
• Die Messung der Ströme erfolgt über dieselbe Messvorrichtung (Strommess-Widerstand und AD-Wandler). So heben sich auch hier Messfehler (wie Toleranz, Temperaturdrift, Nichtlinearität) bei der Differenzbildung weitgehend auf.
• Die Stromstärke zur Aktivierung eines Stellelements SMA1 , SMA2 und zur Widerstandsmessung des anderen Stellelements SMA1 , SMA2 sind möglichst gleich hoch zu wählen (bei entsprechend kurzer Bestromungsdauer für die Widerstandsmessung des inaktiven Stellelements SMA1 , SMA2). Dadurch erzeugen beide Dioden D1 , D2 nahezu denselben Spannungsabfall. Dies wird durch die Schaltung in Abb. 2 sichergestellt.
Mit den genannten Maßnahmen eliminieren sich auch der Spannungsabfall durch die Kabelverbindung zum Stellelement und durch sonstige elektrische Widerstände (z.B. Steckverbinder).
Es ist von Vorteil, wenn bei Stellelementen, die auf Formgedächtnislegierungsdrähten basieren, eine Endstellung detektiert werden kann, um dann den Strom abzuschalten oder zumindest zu verringern, um eine Überhitzung des Drahtes zu vermeiden. Außerdem kann durch die Erkennung der Endstellung eine Kalibrierung der Widerstandsmesseinrichtung erfolgen, um Alterungs- oder Temperaturvariationen zu kompensieren.
Die Figur 4 zeigt eine erste Variante einer solchen
Endstellungserkennungsschaltung die bei einer Ausgestaltung des Aktors, wie er aus der Figur 1 bereits bekannt ist, ein erstes Betätigungselement 7a im ersten Endbereich 4a und ein zweites Betätigungselement 7b im zweiten Endbereich 4b des Aktorelements L aufweist. Diese betätigen jeweils ein erstes Schaltelement S1 bzw. ein zweites Schaltelement S2. Das erste Schaltelement S1 ist dabei elektrisch parallel zu dem ersten Stellelement SMA1 und das zweite Schaltelement S2 parallel zu dem zweiten Stellelement SMA2 geschaltet, so dass bei einem Schließen eines jeweiligen Schaltelements S1 oder S2 das jeweils zugehörige Stellelement SMA1 bzw. SMA2 kurzgeschlossen wird und sich daher sein Widerstand ändert und deshalb die Endstellung bei der Messung des Widerstands erkannt werden kann.
Eine solche Endstellung ist in der Figur 5 dargestellt, wo sich das erste Stellelement SMA1 soweit verkürzt hat, dass das erste Betätigungselement 7a sich so weit nach rechts bewegt hat, dass das erste Schaltelement S1 nun geschlossen ist. Hierdurch fließt der Strom im Wesentlichen über das erste Schaltelement S1 und nicht mehr über das erste Stellelement SMA1 , so dass sich der Widerstand stark ändert, was durch die Widerstandsmessschaltung 6 ohne Weiteres detektiert werden kann.
Die Figuren 6 und 7 zeigen eine weitere Variante einer Endstellungserkennungsschaltung, wobei hier durch eine Bewegung eines Stellelements SMA1 , SMA2 eine Unterbrechung der Stromzuführung durch Öffnen von Schaltelementen S3 bzw. S4 hervorgerufen wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figuren 6 und 7 ist dabei am Drehpunkt 2 des Aktorelements L ein drittes Betätigungselement 8 angeordnet, dass bei einem Verkippen des Aktorelements L Schaltelemente S3, S4 betätigen kann. Ein drittes Schaltelement S3 ist zwischen dem nicht mit der ersten Diode D1 verbundenen Anschluss des Formgedächtnislegierungsdrahtes des ersten Stellelements SMA1 und dem zweiten Anschluss X2 verschaltet, während ein viertes Schaltelement S4 zwischen dem nicht mit der zweiten Diode D2 verbundenen Anschluss des Formgedächtnislegierungsdrahtes des zweiten Stellelements SMA2 und dem zweiten Anschluss X2 verschaltet ist.
In der Figur 7 ist nun dargestellt, wie das Aktorelement L aufgrund einer
Bestromung des ersten Stellelements SMA1 und seiner Verkürzung das dritte Betätigungselement 8 bewegt und das dritte Schaltelement S3 öffnet, um den Stromfluss durch das erste Stellelement SMA1 zu unterbrechen, was wiederum durch die Widerstandsmessschaltung 6 detektiert werden kann, da sich hierdurch der Widerstand des Stellelements SMA1 ändert.
Die Figur 8 zeigt eine abgewandelte Widerstandsmessschaltung 6‘, die in der Steuerschaltung enthalten ist. Da die Steuerschaltung ansonsten mit der Steuerschaltung der Figur 2 übereinstimmt, wurde auf weitere Bezugszeichen verzichtet. Die veränderte Widerstandsmessschaltung 6‘ weist hierbei zwei parallel geschaltete Widerstände R3 und R4 auf, wobei in Serie zum dritten Widerstand R3 ein Messtransistor TM verschaltet ist. Durch Ansteuern dieses Transistors TM kann der dritte Widerstand R3 dem vierten Widerstand R4 parallel geschaltet werden oder inaktiviert werden, wodurch der Strommesswiderstand, der durch den dritten und den vierten Widerstand R4 gebildet wird, veränderbar ist. Auf diese Weise kann die Widerstandscharakteristik der Zuleitung zum Beispiel als Geradengleichung oder auch der Spannungsabfall an den Dioden D1 , D2 ermittelt werden. Letzteres erlaubt einen Rückschluss auf die tatsächliche Temperatur der Dioden D1 , D2, falls keine thermisch gekoppelten Dioden verwendet werden können.
Die vorliegende Erfindung lässt sich zur Steuerung von vielfältigen elektrischen Stellgliedern einsetzen, wie z.B. zur Positionierung optischer Elemente, Lüftungsklappen oder versenkbarer Bedienelemente.
Die Vorteile der Erfindung sind:
• Über eine minimale Anzahl elektrischer Leitungen lässt sich ein Aktor stufenlos in zwei Richtungen verstellen und gleichzeitig seine Position erfassen.
• Durch eine Differenzbildung der gemessenen Widerstände beider Stellelemente kann der Einfluss eines unbekannten veränderlichen Einflusses von Zuleitung und Dioden (beispielsweise durch Erwärmung) herausgerechnet werden. • Mehrere derartige Stellelemente können mit reduziertem Hardware-Aufwand angesteuert werden, sofern sie zeitlich versetzt bestromt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erkennen der Position eines Aktorelements (L) einer Aktoranordnung (1 ), mit zumindest einem mittels zweier Stellelemente (SMA1 , SMA2) in zwei gegenläufigen Richtungen bewegbaren Aktorelement (L), wobei die Stellelemente (SMA1 , SMA2) mit elektrisch ansteuerbaren Formgedächtnislegierungsdrähten gebildet sind, mit einer mit den Stellelementen (SMA1 , SMA2) elektrisch verbundenen Steuereinheit (5), wobei die Steuereinheit (5) eine ansteuerbare Steuerschaltung (9) aufweist, die ausgebildet ist, wahlweise das eine oder das andere Stellelement (SMA1 , SMA2) mit einer Spannungsquelle (II) in pulsweitenmodulierter Weise zu verbinden, wobei zwischen der Steuereinheit (5) und den Stellelementen (SMA1 , SMA2) lediglich eine Zweidraht-Verbindung ausgebildet ist, mit einer in der Steuereinheit (5) ausgebildeten Widerstandsmessschaltung (6), die die Widerstandswerte (R1 , R2) der beiden Stellelemente (SMA1 , SMA2) periodisch erfasst, wobei in einem Bestromungszeitpunkt eines aktuell betätigten Stellelements (SMA1 , SMA2) der Widerstandswert (R1 , R2) dieses Stellelements (SMA1 , SMA2) und in einer darauf folgenden Bestromungspause der Widerstandswert (R1 , R2) des jeweils anderen Stellelements (SMA1 , SMA2) ermittelt und gespeichert wird, wobei der Differenzwert der beiden ermittelten Widerstandswerte gebildet und mit in einer Tabelle hinterlegten Wertepaaren, die einen Zusammenhang zwischen dem Widerstandsdifferenzwert und einer Position eines Stellelements (SMA1 , SMA2) beschreiben, verglichen und daraus die Position des Aktorelements (L) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Messung des Widerstands (R1 , R2) des zum Messzeitpunkt betätigten Stellelements (SMA1 , SMA2) mit derselben Widerstandsmessschaltung (6) erfolgt, wie die Messung des Widerstands (R1 , R2) des jeweils anderen Stellelements (SMA1 , SMA2).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jedes der Stellelemente (SMA1 , SMA2) über eine Diode (D1 , D2) mit der Steuerschaltung (5) verbunden ist, wobei die Dioden (D1 , D2) unterschiedlich gepolt und thermisch gekoppelt verbaut sind, so dass sich ihre Widerstandswerte bei der Differenzbildung nahezu aufheben.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Strommessschaltung (V2) der Widerstandsmessschaltung (6) mit zumindest einem schaltbaren Strommesswiderstandspfad (R3, R4, TM) gebildet ist, so dass unterschiedliche Strommesswiderstände eingestellt werden können, um aus den so ermittelten Widerstandswerten die Widerstandscharakteristik von Zuleitungen und der Dioden (D1 , D2) zu ermitteln.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Endlage der Stellelemente (SMA1 , SMA2) erkannt wird und das unmittelbar vor Erreichen der Endlage gemessene Widerstandsverhältnis einer Endlage zugeordnet und in der
Tabelle entsprechend gespeichert wird.
PCT/DE2022/200200 2021-09-24 2022-09-01 Verfahren zum erkennen der position eines aktorelements WO2023046248A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021210690.0 2021-09-24
DE102021210690.0A DE102021210690B3 (de) 2021-09-24 2021-09-24 Verfahren zum Erkennen der Position eines Aktorelements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023046248A1 true WO2023046248A1 (de) 2023-03-30

Family

ID=83692588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2022/200200 WO2023046248A1 (de) 2021-09-24 2022-09-01 Verfahren zum erkennen der position eines aktorelements

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021210690B3 (de)
WO (1) WO2023046248A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60031687T2 (de) 1999-08-12 2007-09-06 Perihelian, LLC, Berkley Antrieb aus einer formgedächtnislegierung und verfahren zur steuerung
WO2010136342A1 (de) 2009-05-29 2010-12-02 Continental Automotive Gmbh Schaltungsanordnung und verfahren zum betätigen eines piezoventils
US20160209670A1 (en) * 2012-11-14 2016-07-21 Cambridge Mechatronics Limited Control of an sma actuation apparatus
WO2017098249A1 (en) * 2015-12-08 2017-06-15 Cambridge Mechatronics Limited Control of an sma actuation arrangement
DE102016225519A1 (de) 2016-12-20 2018-06-21 Conti Temic Microelectronic Gmbh Pneumatisches Ventil
DE102016219346B4 (de) 2016-10-06 2019-03-21 Conti Temic Microelectronic Gmbh Pneumatisches Ventil
WO2020115260A1 (en) * 2018-12-05 2020-06-11 Cambridge Mechatronics Limited Method and apparatus for controlling power delivered to an sma actuator

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3613589B2 (ja) 2000-04-20 2005-01-26 独立行政法人産業技術総合研究所 形状記憶合金を用いた連続回転アクチュエータ
DE202020103116U1 (de) 2020-05-29 2021-06-01 Alfmeier Präzision SE Schaltungsanordnung zur Steuerung von Sitzkomfortsystemen und Sitz
DE102020210212B3 (de) 2020-08-12 2022-02-10 Conti Temic Microelectronic Gmbh Linearantrieb und Linearantriebsanordnung, mit Formgedächtnislegierungselement

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60031687T2 (de) 1999-08-12 2007-09-06 Perihelian, LLC, Berkley Antrieb aus einer formgedächtnislegierung und verfahren zur steuerung
WO2010136342A1 (de) 2009-05-29 2010-12-02 Continental Automotive Gmbh Schaltungsanordnung und verfahren zum betätigen eines piezoventils
US20160209670A1 (en) * 2012-11-14 2016-07-21 Cambridge Mechatronics Limited Control of an sma actuation apparatus
WO2017098249A1 (en) * 2015-12-08 2017-06-15 Cambridge Mechatronics Limited Control of an sma actuation arrangement
DE102016219346B4 (de) 2016-10-06 2019-03-21 Conti Temic Microelectronic Gmbh Pneumatisches Ventil
DE102016225519A1 (de) 2016-12-20 2018-06-21 Conti Temic Microelectronic Gmbh Pneumatisches Ventil
WO2020115260A1 (en) * 2018-12-05 2020-06-11 Cambridge Mechatronics Limited Method and apparatus for controlling power delivered to an sma actuator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOSEPHINE SELVARANI RUTH D ET AL: "Shape memory alloy wire for self-sensing servo actuation", MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 83, 17 June 2016 (2016-06-17), pages 36 - 52, XP029721716, ISSN: 0888-3270, DOI: 10.1016/J.YMSSP.2016.05.042 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021210690B3 (de) 2022-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011009672A1 (de) Elektrische Heizung, Fahrzeug mit elektrischer Heizung sowie Verfahren zum Steuern einer elektrischen Heizung
EP4049510B1 (de) Kombinierte, kapazitive sensor- und heizvorrichtung, verfahren zum betrieb einer sensor- und heizvorrichtung, lenkeingabevorrichtungs-baugruppe mit einer sensor- und heizvorrichtung und fahrzeug mit einer lenkeingabevorrichtungs-baugruppe
DE2139999A1 (de) Zustandsfuhlerschaltung in Brücken anordnung
EP1001220B1 (de) Stabglühkerze
DE102014219130B4 (de) Diagnoseschaltung und Verfahren zum Betreiben einer Diagnoseschaltung
DE102021210690B3 (de) Verfahren zum Erkennen der Position eines Aktorelements
DE102019210566B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Messen eines durch eine PWM-angesteuerte induktive Last fließenden Stromes
DE102012214717A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Leistungssteuerung oder Spannungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers
EP1755135A2 (de) Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auswertung elektrischer und physikalischer Messgrössen in einem elektrischen Schaltgerät
EP0890217B1 (de) Anschlags- und blockiererkennung bei einem schrittmotor
DE102021210704A1 (de) Aktoranordnung mit mit elektrisch ansteuerbaren Formgedächtnislegierungsdrähten gebildeten Stellelementen
EP2398137A2 (de) Wechselspannungssteller
WO2016139263A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines laststroms
DE19738494A1 (de) Antriebsmotor
EP0716310B1 (de) Schaltungsanordnung zur Ansteuerung und Überwachung elektrischer Lasten in einem Kraftfahrzeug
DE102017209473A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Elektro-Fahrzeugs
DE3118259C2 (de) Elektronischer PID-Regler
DE102020114727A1 (de) Verfahren und Anordnung zur kontinuierlichen Kalibrierung eines Messwiderstands
DE102007023644B4 (de) Heizung, insbesondere für Fahrzeuge, mit zwei Heizgeräten nach dem Prinzip der Master-Slave-Steuerung
DE2733006C3 (de) Temperaturwächter
EP1637708B1 (de) Vorrichtung zur Steuerung eines Luftklappensystems eines Kraftfahrzeugs
DE202015103339U1 (de) Schaltungsanordnung für einen sicheren digitalen Schaltausgang
EP3214415B1 (de) Ein einen mikroprozessor umfassender sensor sowie verfahren zum bereitstellen und einspeisen eines sensorsignals in einen installationsbus einer gebäudeautomatisierungseinrichtung
DE102004041466B4 (de) Elektromotorischer Stellantrieb mit Steuereinheit für Zwischenposition und Steuerverfahren
DE19949606C2 (de) Verfahren zum Bestimmen der Momentantemperatur eines Mediums

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22797009

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18694623

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22797009

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1