活性材料启动的通风口及其使用方法

专利名称：活性材料启动的通风口及其使用方法
技术领域：
本公开主要涉及通风口和用于控制通风口的方法，例如在加热，通 风，和空调系统中使用的那些通风口。本公开特别专注于具有活性材料 的通风口 。
背景技术：
加热，通风，和空调系统，例如可在才几动车辆内发现的那些系统， 通常包括用于控制空气分配的多个通风口 。机动车辆的通风口通常具有 两组平行叶片，其中每组叶片都垂直于另一组，以使得一组影响机动车 辆内部空间内的水平气流分配而另 一组影响垂直气流分配。才几动车驾驶 员或乘客可以利用滑杆，按钮，转动机构等手动调节叶片的朝向。但是， 这样的手动操作对于某些驾驶员(由于年龄，身体状况等原因)可能是 很困难的并且可能会将注意力从路面分散。
因此，存在对于改进通风口和用于自动控制通风口的方法的需求以 使得对机动车辆使用者能够实现更好的便利性和可操作性。

发明内容
本文中公 开的是根据各示范性实施例的活性材料启动的通风口 。在 一个实施例中， 一种通风口包括设置成用于空间移动的叶片，和与叶片 有效连通的设置成用于沿至少一个方向枢轴转动叶片的至少一个致动 器，其中致动器包括设置成用于在收到激活信号时经历至少一种性质的 改变的活性材料，其中至少一种性质的改变对于选择性地改变叶片的朝 向是有效的。
一种用于控制机动车辆内气流状态的方法，包括激活与设置成用于 空间移动的叶片有效连通的致动器内的活性材料，其中活性材料被设置 成用于在收到激活信号时经历一种性质的改变，其中这种性质的改变对
于选择性地改变叶片的朝向是有效的；和改变叶片的朝向。
在另一个实施例中， 一种用于机动车辆通风系统的通风口，包括设置成用于枢轴转动的至少一个叶片，与叶片有效连通并设置成用于沿多 个方向空间移动叶片的至少一个致动器，其中致动器包括设置成用于在 收到热信号时经历长度尺寸收缩的形状记忆合金部件，其中长度尺寸的 收缩对于选择性地改变两个或更多个叶片的朝向是有效的，与形状记忆 合金有效连通的设置成用于防止形状记忆合金过栽的行程调节器，与叶 片和致动器有效连通的挡板，其中挡板包括第二形状记忆合金和返回才几 构，其中第二形状记忆合金被设置成用于在收到第二热信号时经历长度 尺寸的收缩，其中长度尺寸的收缩对于将挡板从收起位置转换到展开位 置是有效的，而返回机构被设置成用于将挡板送回收起位置，和设置成 用于提供选定的第一和/或第二热信号的激活装置。
上述以及其他的特征将通过随后的附图和具体实施方式
进行举例 说明。


现参照附图，附图表示示范性的实施例，并且其中相似的部件用相
同的附图标记表示
图l是一种活性材料启动的通风口的示意图2是一种活性材料致动器的示意图3是图2中的致动器运行时的示意图4是通风口内挡板的示意图；和
图5是一种活性材料启动的挡板的示意图。
具体实施例方式
本文中介绍了通风口及其使用方法。与现有的通风口相比，本文中 公开的通风口有利地是自驱动的，意思是说它们不需要被手动调节。本 公开进一步公开了使用活性材料的通风口。更进一步地，本公开公开了 用于对从通风口例如可在机动车辆，家庭或办公室中发现的加热，通风， 和空调系统内的通风口送出空气的分配(流量和/或方向)进行活性材 料启动控制的方法。有利地，调节通风口所需的作用力对于各种年龄， 身体状况，和身高的使用者都能够明显降低。在另一个有利的方面，通 风口内叶片的朝向在动力故障或者如果通风口使用者愿意手动调节的 情况下也可以被手动控制。本文中所用的术语"活性材料"通常指的在 施加激活信号时表现出某种性质例如晶体结构，材料形态，尺寸，形状， 物相，朝向，模量，硬度等的改变的材料。适用的活性材料包括但不限于，形状记忆合金(SMA)，铁磁形状记忆合金(MSMA)，形状记忆聚合物(SMP)，压电材料，电活性聚合物(EAP)，磁流变(MR)材料(包括流体，浸渍泡沫材料和弹性体)，电流变(ER)材料(包括流体，浸渍泡沫材料和弹性体)，等等。根据特定的活性材料，激活信号可以采取但不限于以下形式电流，电场(电压)，温度变化，电磁场，光学信号，振动信号，声场，机械负载或压力，等等。
另外，如本文中所用，术语"第一"，"第二，，等并不表示任何的顺序和重要性，而是被用于将一个部件和另一个部件加以区分，而术语"这个"，"一，，和"一个"并不表示对数量的限制，而是表示至少一个所提及部件的存在。和数量连用的修饰词"大约，，是包括所述数值的并具有由上下文规定的含义(例如，包括与特定数量的测量值相关联的误差程度)。而且，本文中公开的所有数值范围都包含端点并可独立组合。
在图1中示出了一种示范性的通风口，并总体地用附图标记10表示。通风口 10包括设置成用于空间移动(例如枢轴转动)的一 (也就是至少一个)叶片。如该图所示，通风口 10包括一组基本平行的叶片16。与该组平行叶片16有效连通的是致动器12。在从激活装置18收到激活信号时，致动器12引起两个或多个叶片16的组朝向的改变，导致来自通风口 10的气流状态的改变。如本文中所用，术语"状态"通常是为了表示但不限于流量，空间分配，体积，速度，温度，等等。
可选地，通风口 10可以具有第二组基本平行的叶片19。在一个实施例中，如图l所示，第二组叶片19垂直于第一组叶片16。第二组叶片19与设置成用于在从相同的激活装置18或第二激活装置(未示出)收到激活信号时实现第二组叶片19朝向改变的第二致动器"有效连通。
致动器12 (和/或14)可以是机电式致动器，传动机构，或基于活性材料的致动器。在空间有限的机动车辆应用中，希望致动器l2和激活装置18足够小以使得它们不会明显增加整个通风口 10的尺寸。而且，还希望致动器12以静音方式操作。因此，在一个示范性实施例中，致动器12包括活性材料。
图2中示出了一种示范性活性材料致动器U。尽管以SMA材料作为参考，但是应该理解任何上述的活性材料都可以被单独使用或与其他材料结合使用。而且，下面将对关于前文列出的每种活性材料的操作和性质的附加信息进行更详细的介绍。致动器12与叶片16有效连通并被设置成用于沿包括打开和关闭通风口 IO的多个方向移动叶片。叶片16可以通过叶片40被手动操作，通过旋转叶片16所连接的滑轮34也可以有效的移动叶片16。
致动器12能够利用两组对立设置的子致动器来枢轴转动叶片16，每组子致动器都包括至少两个二元子致动器(20， 22， 24和26 )。每个二元子致动器都可以被独立地或者与一个或多个其他的子致动器同步地激活或解除激活。在本实施例中，每个对立组中的二元子致动器(20,22,24,26 )被彼此串联的机械连接。 一个功能性二元子致动器仅
具有其能够重复到达的两个位置；在此情况下子致动器能够仅在两个行程长度之间重复转换。为了举例说明的目的将SMA金属线用作二元子致动器。SMA金属线20和22处于其低硬度相，也就是处于完全孪晶马氏体相(M+-M—)且具有能够被轻易拉伸的特征长度L并被示为起伏的，类似于弹簧的曲线。SMA金属线24和26处于完全退孪晶马氏体相(kf)或部分退孪晶马氏体相(Nf〉r)并具有特征长度1/ (>L)。因此，SMA金属线24和26需要更大的作用力来拉伸并被示为直线。
行程调节器28与SMA金属线有效连通并被设置成用于限制SMA金属线的伸展和收缩并用于通过将金属线的应变和/或经受的作用力限制为可允许值来防止金属线的过载和/或过度应变。而且，行程调节器28对SMA金属线的行程长度提供了精确的调节能力。行程调节器进一步包括连接珠28b和过载保护及行程调节器框架28c。 SMA金属线20和22在一端通过被固定至静止表面44而被固定就位。在相对端，SMA金属线20和22通过连接部件30分别被连接至SMA金属线24和26。连接部件30可以是适合用于连接两组SMA金属线的任何部件，例如但不限于，钢丝或Kevlar线，巻曲线，等等。每个连接部件都可以被设计成用于将彼此连接的子致动器与框架/地面之间热和/或电绝缘。附加的连接部件30被缠绕在与小齿轮36有效连通的滑轮34上。小齿轮36驱动与杠杆40有效连通的齿轮38。 SMA金属线能够向任意方向驱动杠杆40,例如图示的三个方向居中(实线)，左侧(虚线)或右侧(虚线)。致动器12与通风口 10的叶片组16在42处有效连通。
由叶片40，齿轮38，小齿轮36和滑轮34形成的"传动机构"被设计为使得在叶片40末端施加的手动作用力(F)能够反向驱动该传动机构以造成SMA金属线20和22的带有作用力的伸展，该作用力的大小 与在没有SMA金属线时手动操作杠杆所需的作用力相当。这在负载杠杆 处给致动器12赋予了所谓的"反向驱动能力"，如果在手动超控期间没 有SMA金属线被激活的话，该能力允许轻松的手动超控SMA金属线。
图3示出了处于居中位置(如图3A所示)和左侧位置(如图3B所 示)的致动器12。为了简单起见，手动部件，也就是小齿轮36，齿轮 38和杠杆40已被移除。在居中位置，滑轮34两侧的两组SMA金属线 20-24和22-26的总长度都等于L+l/ 。 SMA金属线被设置为具有对应于 长度L的很小的预应变e ;和对应于长度I/的应变e ,其中e大于e 。。 为了将滑轮34旋转至左侧位置(在滑轮34上用图3A中的虚线和图3B 中的实线表示)，SMA金属线20和24被加热至高于奥氏体完成温度。SMA 金属线可以利用相同的热信号(也就是激活装置18 )被单独加热或一起 加热。SMA金属线20中将不会产生任何变化，因为它已经处于其完全收 缩长度。但是，SMA金属线24经历了从M+相到其奥氏体相的转换。在 SMA金属线24内产生使SMA金属线的长度尺寸从I/收缩到L的应变恢 复。应变恢复的作用力使SMA金属线22在M^相内从长度L伸展到1/ 。 现在SMA金属线22和26的总长度是21/ 。这大于SMA金属线20和24 的总长度2L。由于滑轮34的中心保持距表面"的固定距离，因此滑轮 34必须转向左侧位置。
从居中位置转向左侧位置后，SMA金属线20和24被冷却至马氏体 完成温度以下，由此它们恢复为^/_相。滑轮34以及叶片组16相应地 会保持在左側位置直到通过任意SMA金属线或通过杠杆40上的手动作 用力发起另一个朝向改变为止。用这种方式，致动器12以及通风口10 最终具有所谓的"动力关闭保持特性"。
为了从左侧位置返回到居中位置，SMA金属线20和22可以^皮加热 至高于奥氏体完成温度。SMA金属线20中将不会产生任何变化，因为它 已经处于其完全收缩位置。但是，SMA金属线22经历了从Nf相到其奥氏 体相的转换。在SMA金属线22内产生使SMA金属线22的长度尺寸从I/ 收缩到L的应变恢复。应变恢复的作用力使SMA金属线24在M^-相内从 长度L伸展到1/ 。现在SMA金属线22和26的总长度与SMA金属线20 和24的总长度相等。同样地，由于滑轮34的中心保持距表面44的固 定距离，因此滑轮34必须从左侧位置转向居中位置。为了从居中位置转向右側位置(未示出)，SMA金属线22和26必须 被加热至高于奥氏体完成温度。概念上，这与从居中位置转向左侧位置 相类似。最终，为了从右侧位置返回居中位置，SMA金属线20和22必 须被加热至高于奥氏体完成温度。概念上，从右侧位置到居中位置的该 旋转与从左側位置到居中位置的旋转相类似。而且，致动器12内的活 性材料(在此情况下为SMA金属线)性质上的改变对于改变叶片16的 朝向，从而改变水平方向的气流是有效的。类似地，致动器14内的SMA 金属线性质上的改变对于改变叶片19的朝向，从而改变垂直方向的气 流是有效的。在机动车辆的实施例中，叶片16和19中选定的一组的定 向能够对以垂直方式也就是向车厢顶部，中间，或朝向车辆底板引导空 气有效。类似地，叶片16和19中选定的另一组的定向能够对以水平方 式也就是向乘客和/或驾驶员的左侧，中间，或右側引导空气有效。
上述方法使用四个子致动器，其中每个都只能可重复地到达两个位 置，以可重复地将基于活性材料的通风口按三种可能的方式定位而不需 要反馈控制。子致动器被设置为两个对立组，其中每一组都包括串联机 械连接的两个子致动器。按特定的顺序激活这些致动器的一个子集能够 使叶片按三种不同方式定位。本实施例能够通过改变每组中子致动器的 数量和激活顺序被推广为实现更多或更少的定位。尽管使用了 SMA金属 线来举例说明该方法，但是任意其他的活性材料(例如，EAP，压电材 料，等等)都可以用来在上述方法中代替SMA金属线而不会丧失功能性。
行程调节器28的使用允许使任何SMA金属线分别在长度L和1/的 两种结构之间可重复地循环而不需要用反馈控制或任何预先的SMA热机 械处理来降低金属线内的特定预应变。使用行程调节器28的另一个优 点是每根SMA金属线的操作行程可以被限制为其最大操作行程的 一 小部 分(例如，e=0-10%)。由于SMA致动器的寿命会随着强制应变的增加 而明显降低，因此行程调节器允许设计人员选择能够确保所需寿命的行 程。在本实施例中，行程调节器被用于将金属线的长度限制成位于L和 1/之间。例如，行程调节器28能够防止活性材料的过载和/或过度应变， 以使得如果SMA金属线被不需要的刺激激活，那么SMA金属线在随后被 激活装置18激活时将不会经历过度应变。
图3C进一步示出了行程调节器50的一个示范性实施例。在本实施 例中伸展行程调节器52和收缩行程调节器54被组合为单个部件。致动器金属线56被穿过行程限制器58内的孔，而珠60用于将致动器金属 线56的末端约束在行程限制器58的约束部件62和63之间。
如本文中所公开的行程调节器50包括机械地平行于致动器金属线 56的弹性部件64。当弹性部件64被压缩加载时，也就是说，当相连的 SMA金属线试图收缩至小于L的长度时，弹性部件64的初始硬度大于激 活的A相致动器金属线56的硬度。这用于抑制金属线的收缩。当金属 线56的收缩行程被弹性部件64限制时，该部件所承担的负载上升直到 其到达能够由金属线56安全施加的最大负载即峰值负载(Fraax《Fa )为 止。如果给SMA金属线施加的激活信号过高以至于其内部作用力能够超 过F^，那么行程调节器50会试图通过剧烈地降低其硬度来最小化对金 属线的破坏。这通过弹性部件64在负栽F,下其弹性响应超过限定阈值， 导致其硬度要么保持不变要么如图3D所示降低而实现。因此，弹性部 件64能够将致动器金属线56所承担的最大负载限定在Fraax。
行程调节器50在拉紧时的硬度远远高于已激活的SMA金属线的硬 度并且它用于提供对金属线超过长度1/的延伸的强行阻止。伸展的行程 调节器52不再像收缩情况下那样需要过载保护机构，但是如果需要的 话，相同的机构也可以适用于该目的。
对应于长度L和1/的位置可以利用具有中心孔的螺栓66 ;故准确调 节，金属线56被从中心孔中穿过，如图犯所示。螺栓"被拧入弹性 部件64并且其压向珠60的头部68的位置可以相对于弹性部件64 ;波移 动和锁定就位。使用行程调节器的另一个实用的优点是它可以被用于补 偿制造差异，例如，占据致动器金属线56内可能没有被切割为所需的 精确尺寸的空隙。
上述活性材料启动的通风口和子致动器的一种可选方案可以包括 以对立方式或抵抗例如由偏置弹簧产生的恢复作用力来向多个方向移 动叶片的一个或多个SMA致动器。在本实施例中，活性材料启动的通风
口的可逆定位通过4吏用反馈控制实现。
术语"激活装置"通常是为了表示能够产生激活信号的装置，激活 信号可以例如响应直接指令而产生，或者根据针对现场应用的某种控制 逻辑响应从一个或多个传感器采集的处理数据结果而产生。
尽管为了简单起见以金属线作为参考，但是应该理解任何成形的子 致动器都可以被用来取代金属线。例如，可以使用压缩弹簧而不是金属线。类似地，除了旋转动作，可以通过致动器12产生平移输出动作以 驱动滑杆和杠杆组合而不是滑轮。
在本文中公开的活性材料启动的通风口 10的操作中，可以使用多 个控制或激活机构。在一个机动车辆的实施例中，用于操作单个通风口 10的控制器也可以被用于控制第二机动车作用部件，例如后视镜。用这 种方式，控制器能够与活性材料和/或激活装置有效连通并控制致动器 12或14。例如，能够实现也允许驾驶员单独控制左侧(驾驶员侧)和 右侧(乘客側)通风口 10的四路开关，以取代只允许驾驶员在左侧和 右側后视镜之间切换的双路开关。除了开关，个别使用者(也就是机动 车驾驶员和乘客)还能够通过使用杠杆40来手动调节通风口 IO的结构。
如本文中所介绍的多个通风口 10可以;故一起控制。具体地，可以 使用 一个用于整个加热，通风和空调系统的控制器来同步和控制遍及机 动车辆的空气的整体分配。在一个实施例中，开关，按钮，或类似部件 可以被用于选择性地给机动车辆内特定通风口 10的致动器12 (和/或 14)发送激活信号。例如，开关，按钮，或类似部件可以被用于在只将 空气分配给驾驶员，只分配给前排乘客，分配给驾驶员和前排乘客，只 分配给后排，只分配给后排的驾驶员侧，只分配给后排的乘客侧，只分 配给窗口，只分配给驾驶员侧的窗口，只分配给乘客侧的窗口，平均分 配到整个车辆，或不分配给任何人之间选择。另外，可以有手动选项， 其中致动器12和14的激活被暂停以允许对整个机动车辆内的个人通风 口进行手动调节。
除了使用者输入以外，通风口 10还可以自动响应来自与激活装置
18有效连通的传感器的输入。而且，通风口和来自通风口的气流状态可
以被选择性地控制并基于某些预定的自动操作模式启动以响应来自至
少一个信息源的输入。信息源可以包括，例如，来自传感器的输入。预
定操作模式的一些例子可以包括但不限于除雾模式，将空气重新定向至 机动车辆特定区域的模式，有害气体净化模式，过渡状态后的循环模式，
这些模式的组合，等等。例如，在机动车辆内，希望具有内部车厢温度 和外部环境温度的传感器。来自其他安装在机动车辆上的传感器的信息 或通过无线电通讯从其他车辆或信息源获得的气象信息也可以被用于 调节车内气流。用这种方式， 一旦达到预定的阔值条件，传感器就能够
激活针对特定致动器例如在气候控制系统内使用的致动器的激活装置。另外，过渡温度时段(也就是其间温度条件的变化受到影响的时段) 可以被以不同于稳定状态条件的方式处理。作为示例，最靠近乘客的通
风口 10能够分配空气离开乘客直到气温上升到高于设定水平为止，而
不是在寒冷的早晨当发动机尚冷时将冷空气导向乘客。 一旦已经达到阈
值水平，用于最靠近乘客的通风口 10的致动器12和14即可被激活且 分配的空气即可被重新导向驾驶员。可选地，可以使用辅助加热器以在 发动机尚冷时通过提供快速热源来减少对乘客车厢的升温时间。
在另一个实施例中，空气可以被阻止流入内部车厢直到温度达到阈 值水平为止。通风口 10内的叶片16和19可以位于关闭位置直到空气 达到预定的最低温度为止。换句话说，活性材料的激活直到达到预定的 最低温度之前都不会发生，在达到预定的最低温度时活性材料经历一种 性质的改变，这种改变对于改变叶片的朝向是有效的；将叶片从关闭位 置转换到打开位置。例如，SMA金属线，其激活温度等于预定温度，对 偏置弹簧的作用可以被用于实现以上结果。SMA金属线在通风口 10内的 气流通道中被暴露给空气。当空气温度低于SMA金属线的激活温度时， 偏置弹簧有效以保持通风口 10关闭。在一个可选实施例中，循环系统
的风扇/鼓风机可以被关闭直到空气达到预定温度为止。例如，偏置弹 簧可以是有效的以保持断开风扇/鼓风机电路的开关关闭。SMA金属线通
过偏置弹簧产生的作用力在其马氏体相被预应变。在气温上升到激活温 度(也就是预定温度)以上之后，SMA金属线经历伴随有预应变恢复的 相变。SMA金属线和偏置弹簧被选择为使得在相变期间产生的作用力足 以克服由偏置弹簧产生的作用力且因此可以被用于打开通风口 10,或者 可选地，被用于将断开风扇/鼓风机电路的开关打开。
现参照图4，示出了活性材料启动的通风口 100的另一个示范性实 施例。通风口 100有利地包括挡板102，其可净皮用于在车厢内建立起柔 和的空气循环而不会将空气直接吹向驾驶员或乘客的面部。挡板102可 以是以上公开的通风口 10的可选部件，或者可选地，它们可以构成独 立于双叶片通风口的附加通风口。如图4A所示，活性材料启动的通风 口 100与刚性支撑104例如车辆挡泥板有效连通，并被设置成用于和如 上所述的功能性二元活性材料致动器一起发挥作用。在该特定实施例 中，将只需要一个致动器(未示出)来选择性地定向叶片106。在图4A 中，通风口 100被示出为具有处于打开位置的叶片106而箭头代表流出通风口 IOO的气流路径。当乘客想要改变气流方向时，叶片106可以被 二元活性材料致动器关闭而挡板102被允许从刚性支撑104伸出以向侧 面偏转气流通道(如图4B中的箭头所示)。挡板102可以用多种方法展 开。在一个实施例中，挡板102可以是弹簧加载的，以使得在手动或电 动释放约束部件例如闩锁或停止部件(未示出)时，挡板在弹簧的作用 力下弹出。在这样的实施例中，弹簧具有足够低的硬度以避免在挡板102 展开时给不小心接触到通风口 IOO的乘客带来危险。可选地，挡板102 可以被设置为在流过已关闭的通风口 100的气压达到一定水平时再展 开。
在通风口 100的每一个实施例中，挡板都可以通过简单地将其推回 刚性支撑104并重新设定好约束部件例如重新锁回挡板102而^皮手动地 返回其默认(或收起)位置。可选地，活性材料致动器12可以;故用于
抵消气压或弹簧负载以在不需要使用挡板时将其恢复到收起位置。
现转到图5，示出了包括挡板152的通风口 150的又一个示范性实 施例。在本实施例中，挡板152可以在收到激活信号时由SMA金属线l54 展开。SMA金属线与挡板152和刚性支撑156有效连通。类似地，挡板 152可以在激活信号终止时由与挡板152有效连通的返回弹簧1S8收起。 在操作中，在室温下为马氏体的SMA金属线l54，在乘客想要展开挡板 152时通过电阻加热(电导线未示出)被加热至其奥氏体状态。收到热 信号时，SMA金属线154在长度尺寸上收缩。收缩对于克服由返回弹簧 158产生的约束力并展开挡板152是有效的。在该特定实施例中，SMA 金属线154必须在随后被连续加热即使在挡板152被展开之后也要被连 续加热以防止SMA金属线154恢复到软的马氏体状态，在马氏体状态下 返回弹簧158将会拉伸SMA金属线并将挡板152返回到收起位置。为了 使挡板152即使在热信号被从SMA金属线154去除后仍保持展开，应该 使用锁定机构(未示出)。在需要时，锁定机构可以被释放然后返回弹 簧158即可使挡板152返回到收起位置。为了重复进行，SMA的性质， 以及其他适用的活性材料的性质，将在下文中进行更详细地讨论。在另 一个实施例中，挡板可以被用于避免将冷空气直接吹到乘客的面部上直 到空气到达预定温度位置，如上所述。
如本文中公开的活性材料启动的通风口还可以被用于与驾驶员和/ 或乘客之间的视觉，听觉，和触觉互动。可以操作活性材料启动的通风口以使得气流量的空间分配，大小(流速和体积)，和时变，流动方向， 以及流动气体的温度都可以被用于向驾驶员指示(也就是警告，通知， 或以其他方式通信)某种特定的车辆状态。例如，在一个实施例中，如 果已确定驾驶员正昏昏欲睡(例如，从安装在车内的各种传感器或通过 从通讯设备，机动车辆通信网络等获得的信息推断确定)，那么一股与 车厢内环境温度相比具有不同温度(例如较凉)的稳定或脉动气流可以
;陂导向面部，双手或类似部位以警告驾-驶员。在另一个实施例中，可以 使用来自适当方向的气流来警告驾驶员在特定位置(例如在盲点)有其 他车辆。例如，如果驾驶员想要切换至右侧的新车道而在驾驶员的盲点 有第二辆机动车，那么来自活性材料启动的通风口的气流可以从右向左 吹过驾驶员的面部，双手或类似部位以提示第二辆机动车的存在。在本 示例中，通风口可以在转向指示灯被打开以提醒要切换车道时由被打开 的激活装置激活。同样地，来自侧面的气流可以被用于警告驾驶员任何 偏离当前车道的行为(例如当转向指示灯无效时)。
能够经历可感知和可控的性质改变以响应刺激的材料^皮称为活性 材料或智能材料。这种改变在绝大多数情况下是可逆的，例如，仅去除 刺激或施加相反的刺激即可导致材料性质的反向改变。活性材料可以经 历改变的性质有机械性质例如物理尺寸，弹性模量，粘度等；热性质 例如热传导系数，热辐射系数等；电性质例如电阻，电场等；光学性质 例如反射系数，透射率等；磁性质例如磁导率，磁场等。引起活性材料 的一种或多种性质改变的刺激可以是机械刺激例如施加负栽的改变； 电刺激例如施加电场的改变；热刺激例如环境温度的改变；光学刺激例 如入射光的波长的改变；磁刺激例如施加磁场的改变等。活性材料是4艮 好的换能器(也就是将能量从一种形式变为另一种形式的转换器)，因 为它们表现出在其两种或多种性质之间的强耦合性。活性材料优异的转 换性能使其非常适合用作传感器和/或致动器。
活性材料的例子包括但不限于，形状记忆合金("SMA"，例如热激 活和应力激活的形状记忆合金以及铁磁形状记忆合金(FMSMA))，电活 性聚合物("EAP",例如绝缘弹性体，离子聚合物金属复合材料"IPMC")， 压电材料(例如聚合物，陶瓷)，和形状记忆聚合物(SMP)，形状记忆 陶资(SMC)，压塑性材料，磁流变(MR)材料(例如流体，泡沫材料和 弹性体)，电流变(ER)材料(例如流体，泡沫材料和弹性体)，水凝胶，由上述活性材料和非活性材料构成的复合材料，由至少一种上述活性材 料构成的系统，以及包括上述活性材料中的至少一种的组合。
与传统的机电式和液压式的致动装置相比，活性材料致动器提供了 对于降低致动器的尺寸，重量，体积，成本，噪音和提高整个系统的简 化程度，鲁棒性和/或可靠性的可能。致动器的尺寸，重量和体积的降 低源于活性材料与传统致动器相比固有的高能量密度。活性材料通过在 材料层面将能量转化和致动作用力的产生相结合来实现这一点。某些材 料也可以被用作传感器从而提供控制致动器系统的内置装置。
形状记忆合金(SMA)是赋予表现出不寻常的能够被机械或热引发 的应变记忆性质的合金的通用名称。这种不寻常性质的主要特征在于两 种被称为形状记忆效应(SME)和超弹性的热机械响应。奥氏体，或者 叫SMA内的母相，在高于被称为奥氏体完成温度(Af )的特征温度的温 度下是稳定的。在低于马氏体完成温度(Mf )的温度下，SMA存在于被 称为马氏体的低模量相。SMA不寻常的热机械响应有助于在奥氏体相和 马氏体相之间的可逆，固态，热弹性的转换。
其他三个特征温度通常被用于鉴别SMA材料的状态。当SMA样品4皮 冷却时，马氏体在马氏体起始温度(Ms)下开始凝结；当样品被加热时， 马氏体到奥氏体的转换在奥氏体起始温度(As)下开始。SMA的SME在 低于Mf的温度下表现得最为突出，而材料必须在温度高于Af时才有超 弹性特征。在温度高于Md时，SMA失去其特有性质并表现为类似于普通 材料。在多种SMA中，这些温度的关系如下所示Mf<Ms<As<Af<Md,其 中As是奥氏体起始温度而Ms是马氏体起始温度。这些SMA不失一般性 地将被用于说明SMA应用用途的示例中。
As和Af之间的范围通常被称为马氏体-奥氏体转变温度范围，而 Ms和Mf之间的范围通常被称作奥氏体-马氏体转变温度范围。应该注意 到上述的转变温度是SMA样品所经受应力的函数。通常，这些温度随着 应力的增加而增加。考虑到上述性质，优选在奥氏体起始温度下或在低 于奥氏体起始温度的温度下(在As下或低于As的温度下)进行形状记 忆合金的变形。最初在低于As的温度下向SMA材料施加机械负栽，马 氏体材料弹性变形。当样品内的应力达到被称为马氏体第一屈服点的关 键应力时，被称为退孪晶的变形在基本恒定的应力下通过剪式机构发 生。退孪晶与通过在SMA的晶体结构内滑动原子面(孪晶界面)将原子协同重新排列有关。尽管每个原子的位移都很小，但是由于材料内所有
或绝大部分原子的协同动作，SMA的整体变形可以很明显(例如高达8% 的应变和对绝大多数金属而言<1%的应变)。与普通金属(例如Al )内的 通过错位动作产生并因此是不可逆的塑性变形不同，马氏体SMA通过退 孪晶机构进行的变形不包括错位动作或对分子内结合的破坏。因此，变 形是可逆的。
将变形样品加热至高于As的温度会引发马氏体到奥氏体的转换。 马氏体相可以具有多个能量平衡的对应于不同的感生应变的微观结构。 相反，奥氏体相只有一个在马氏体向奥氏体转换时恢复的微观结构。因 此，该转换导致SMA材料恢复为制造期间赋予它的初始形态。换句话说， 假塑性的应变可以通过将变形的SMA加热至高于Af的温度而完全恢复。 在马氏体向奥氏体的转换完成后将材料冷却至低于Mf的温度，不会导 致任何进一步的形变。这种SMA材料在加热至较高温度后恢复在低温下 产生的明显塑性变形的现象被称为形状记忆效应。如果与假塑性变形的 SMA材料内马氏体到奥氏体的转换有关的形态(例如形状，尺寸等)改 变被外部施加的作用力/约束所阻止，那么就会产生明显的内部应力以 克服外部作用力/约束。该作用力可以被用于驱动外部负载，从而使SMA 材料能够被用作致动器。在较高温度下对奥氏体相的恢复伴随有很大的 应力，该应力可以与奥氏体相固有的屈服强度一样大；这些应力有时能 够高达变形的马氏体相的固有屈服强度的三倍或更多倍。对于需要大量 操作循环的应用场合，可以获得小于或等于4。/。左右的所用金属丝的变形 长度的应变。
在前面的说明中，SMA材料在高于Af的温度具有和未加载的SMA样 品相关的特有形态(形状，结构，尺寸等)，但是它能够在低于Mf的温 度下以多种不同形态存在。因此，材料只在加热时表现出"记忆"，所 以，这种现象被称为单向SME。热机械处理能够赋予SMA表现出内部双 向形状记忆效应的能力。适当处理过的SMA材料能够记住两种形状，一 种和高于Af的温度相关而另一种和低于Mf的温度相关。加热未加载的 这种材料的样品至高于Af的温度会使样品获得其高温形状，而将其冷 却至低于Mf的温度会使它恢复到其低温形状。目前，表现出单向SME 的SMA已经成熟到在多个商业应用领域中使用的程度。相反，表现出双 向SME (TWSME)的材料仍然处于研发阶段。但是，在很多实际应用中，由SMA制成的部件表现出的内部TWSME行为能够通过系统被再现，该系 统包括与另一个4皮称为偏置部件的部件机械对立的由表现出单向SME的 SMA制成的部件。这样的系统被称为表现出外部TWSME。在这些系统中， 两个部件中的一个在温度低于Mf时支配另一个，导致用于该系统的一 种形态(或平衡结构)。当SMA被加热至高于其Af时，SMA部件的硬度 增加，从而将系统的平衡结构改变为其高温形态。随后冷却SMA部件使 该系统恢复其低温形态。
适合与形状记忆合金一起使用的激活输入或信号是其大小足以导 致马氏体相和奥氏体相之间转换的热激活信号。
很多SMA材料在温度高于Af时被加载会表现出经受大幅度的可恢 复应变(高达8%)的能力。如果SMA材料在其奥氏体相时承担负栽，那 么它会开始弹性变形。当材料内的应力达到关键值时，该关键值低于用 于滑动(也就是晶体内的错位动作)的关键应力，就开始进行应力导致 的奥氏体相到马氏体相的转换。该转换通过与负责马氏体退孪晶的剪式 机构相类似的剪式机构进行。由于马氏体相在温度高于Af时不稳定， 因此如果材料在那个温度被卸载，反向(也就是奥氏体到马氏体)转换 会自然发生且加载期间引发的大幅度应变能够被完全恢复。
材料表现出磁滞也就是说在材料响应中的加载和卸载路径并不一 致。如果上迷的加载-卸栽循环在应力和应变坐标系中用图像表示，那 么在图像的加载和卸载支路之间围出的区域就代表材料的每个单位体 积内消耗的能量。SMA的超弹性特征与明显的磁滞有关，这使得这些材 料适合用于某些耗能应用中。
可以通过合金成分的微小变化和通过热-机械处理来调节特征温 度。例如在镍-钛形状记忆合金中，Af可以从高于约100"C改变为4氐于 约-1001C。形状恢复过程可以在仅几度的范围内发生或者在更宽的温度 范围内表现为更为渐进式的回复。可根据所需的应用和合金成分将转换 的开始或结束温度控制在几度之内。
示范性的形状记忆合金材料包括基于镍-钛的合金，基于铟-钛的合 金，基于镍-铝的合金，基于镍-镓的合金，基于铜的合金(例如铜-锌 合金，铜-铝合金，铜-金和铜-锡合金)，基于金-镉的合金，基于银-镉 的合金，基于铟-镉的合金，基于锰-铜的合金，基于铁-铂的合金，基 于铁-钯的合金，等等。合金可以是二元合金，三元合金或者任何更高级别的合金，只要合金成分呈现出形状记忆效应即可，例如在形状，朝 向，屈服强度，挠曲模量，阻尼容量，超弹性，和/或类似性质方面的 变化。对适当的形状记忆合金成分的选择部分地取决于预期应用的温度 范围。
某些铁磁材料(例如某些Ni-Mn-Ga合金)在承受磁场时会经历明 显的尺寸改变(例如10%的应变)。这种尺寸改变通过用于在部件内协同 重新排列晶体结构的剪式机构(退孪晶)进行以使得在该过程中不会破 坏分子内的结合。因此，变形是可逆的而且该材料可以通过施加相反的 磁场或外部作用力恢复到其未应变的形态。这样的材料被称为铁磁或磁 控形状记忆合金(F/MSMA )。外部磁场磁化F/MSMA部件并因此引发其尺 寸改变的能力是将这些材料用作致动器的基础。F/MSMA还表现出反向效 应。如果F/MSMA部件在磁场内变形，那么该部件的磁化程度改变。这 会影响磁场和/或F/MSMA的导磁率。因此，F/MSMA还可以被用作传感器。
一个典型的F/MSMA致动器包括F/MSMA部件，磁芯(通常为铁磁芯)， 产生致动磁场的电流携带线圏，以及反转磁场引起变形的装置。与 F/MSMA部件的磁场引发变形相对立的弹簧被普遍使用以在磁场被关闭 后将部件回复到其未致动结构。变形的逆转也可以通过使用与致动器线 圈产生的磁场相反的永久性感生偏置磁场，通过将致动磁场旋转90度， 通过利用两个对立的F/MSMA部件等手段实现。
F/MSMA表现出与热激活的SMA相关的形状记忆效应和超弹性。但是， 与热激活的SMA不同，由F/MSMA内的磁场引发的尺寸改变是在该材料 完全处于马氏体相时发生的。由于没有伴随相变，因此磁激活的F/MSMA 内的尺寸改变要大大快于热激活的SMA内的尺寸改变，例如，由于通过 比较緩慢的冷却处理所施加的约束，SMA致动器通常能够在0- 10Hz的 范围内进行操作，而F/MSMA致动器通常能够在100 - 1000Hz的范围内 操作。F/MSMA公知的具有优异的抗疲劳性能。这种材料制成的部件在 108个循环之后只表现出很小的退化。
由于F/MSMA有用的特性净皮局限在马氏体相，因此它们与热激活的 SMA相比具有较窄的操作温度范围(例如，5M Ni-Mn-Ga可以在-50至 67。C的范围内使用)。尽管F/MSMA能够产生与由热激活的SMA产生的应 变相当的大幅度应变(例如约6-10%),但是由这些材料生成的最大应力 (约1.5Mpa)要小于由热激活的SMA生成的最大应力。因为需要包括磁场生成器和磁芯，所以基于F/MSMA的致动器与相当的热SMA致动器相 比往往体积更大。
"形状记忆聚合物"(SMP)通常是指在施加激活信号后表现出性质 例如模量，热膨胀系数，透湿性，光学属性(例如透射率)，或包括上 述性质中的至少一种的组合随其微观结构和/或形态的改变而改变的聚 合材料。形状记忆聚合物可以是热响应的(也就是属性的改变是由直接 通过热量供给或去除传输的，或间接通过相当于在导致内部产生热量的 模量水平下激发高幅振动的一定频率的振动传输的热激活信号所导 致)，光响应的(也就是属性的改变是由电磁辐射激活信号所导致)，湿 响应的(也就是属性的改变是由流体激活信号例如湿度，水蒸气或水所 导致)，化学响应的(也就是对环境中的一种或多种化学物质的浓度变 化例如环境的PH值即氩离子浓度的变化做出响应)，或者包括上述类型 中的至少一种的组合。
通常，SMP是相离析的共聚物，包括至少两种可以描述为在SMP内 定义不同链段的不同单元(例如单体，低聚物，不同种类的或者具有不 同性质例如立构规正度的相同种类的离子聚合物)，每种链段对SMP的 整体性质贡献不同。如本文中所用，术语"链段"指的是共聚形成SMP 的相同或相似单体或低聚物单元的嵌段，接枝或序列。每种链段可以是 (半)结晶或无定形的并且分别具有相应熔点或玻璃态转化温度(Tg )。 术语"热转变温度"在本文中为了方便被用于根据该链段是无定形链段 还是结晶链段来统称Tg或熔点。如果SMP包括(n )个链段，就说该SMP 具有一个硬链段和(n-1)个软链段，其中硬链段的热转变温度高于所 有软链段。因此，该SMP具有(n)个热转变温度。硬链段的热转变温 度被称作"最终转变温度"，而所谓"最软"链段的最低热转变温度被 称作"第一转变温度"。重要的是，如果SMP具有多个由相同的热转变 温度表征的链段，且该温度也是最终转变温度，那么就称该SMP具有多 个硬链段。
当SMP被加热到高于最终转变温度时，该SMP材料能够净皮赋予永久 形状。SMP的永久形状可以通过随后将SMP冷却至4氐于那个温度而^皮固 定或记忆。如本文中所用，术语"初始形状"，"原来定义的形状"，"预 定形状，，和"永久形状"是同义的且旨在可互换地使用。 一种暂时形状 可以通过将材料加热至高于所有软链段的热转变温度却低于最终转变温度的温度，施加外部应力或负栽以使SMP变形，然后冷却至软链段的 特定热转变温度之下同时保持变形的外部应力或负载来加以固定。
永久形状可以通过在解除应力或负载时加热该材料至软链段的特 定热转变温度以上却低于最终转变温度来恢复。因此，很明显通过组合 多种软链段就有可能表现出多种暂时形状，而用多种硬链段就有可能表 现出多种永久形状。类似地，使用层压或复合技术，多种SMP的组合将 表现出在多种暂时形状和永久形状之间的转换。
例如，对于压塑性材料，高低玻璃态转化温度(Tg)部件的纳米相 域的混合产生的压力影响形变。压塑性材料能够在相对低温下被重复处 理而不会退化。形状记忆陶瓷(SMC)类似于SMA但是与其他形状记忆 材料相比能够承受高得多的操作温度。SMC的一个例子是压电材料。
形状记忆材料也可以包括压电材料。此外，在某些实施例中，压电 材料可以被设置为致动器以提供快速展开。如本文中所用，术语"压电" 被用于描述一种材料，在施加电压电势时，该材料机械变形(改变形状)， 或者相反地，在机械变形时产生电荷。压电材料在承受施加的电压时表 现出纟艮小的尺寸变化，该响应与施加的电场强度成比例且非常迅速(能 够很容易地达到千赫范围)。因为其尺寸变化很小(例如小于0.1%)，所 以为了大幅度增加尺寸变化的大小，压电材料通常以被构造为在施加相 对小的电压时可弯成凹形或凸形的压电陶瓷单压电晶片和双压电晶片 的平片式致动器的形式使用。这种晶片在固定架衬管内的变形和弯曲适 合用于抓取/释放目标物体。
一种类型的单压电晶片是外部粘合至柔性金属箔或条带的单个压 电元件构成的结构，柔性金属箔或条带在用变化的电压激活时被压电元 件刺激并由于其对抗压电元件的移动而导致轴向的翘曲或挠曲。单压电 晶片的致动器动作可以通过收缩或膨胀进行。单压电晶片可以表现出高 达约10%的应变，但通常只能承受相对于单压电晶片结构的整体尺寸而 言较低的负荷。
与单压电晶片压电设备相反，双压电晶片设备包括夹在两个压电元 件之间的中间柔性金属箔。因为在所施加的电压下一个陶瓷元件会收缩 而另一个则会膨胀，所以双压电晶片表现出比单压电晶片更大的位移。 双压电晶片可以表现出高达约20%的应变，但类似于单压电晶片，通常
不能承受相对于单压电晶片结构的整体尺寸而言的高负荷。示范性的压电材料包括无机化合物，有机化合物和金属。对于有机 材料而言，具有非中心对称结构和在分子内的主链或侧链或既在主链又 在侧链上具有大偶极矩基团的所有聚合物材料都可以被用作压电薄膜
的候选材料。聚合物的实例包括，但不限于，聚(4-苯乙烯磺酸钠) ("PSS")，聚S-119(聚(乙烯胺)主链偶氮生色团)，及其衍生物；多 氟烃，包括聚偏l，l-二氟乙烯("PVDF，，)，其共聚物l，l-二氟乙烯 ("VDF，，)，三氟乙烯(TrFE)，及其衍生物；多氯烃，包括聚(氯乙烯) ("PVC，，)，聚偏1, l-二氯乙烯("PVC2"),及其衍生物;聚丙烯腈("PAN"), 及其衍生物；聚羧酸类，包括聚(甲基丙烯酸("PMA"))，及其衍生物； 聚脲及其衍生物；聚氨酯("PUE")及其衍生物；生物高分子例如聚-L-乳酸类及其衍生物，和膜蛋白质，以及磷酸盐生物分子；聚苯胺及其衍 生物，以及全部四胺衍生物；聚酰亚胺，包^舌Kapton⑧分子和聚醚酰亚 胺("PEI")，及其衍生物；所有的膜聚合物；聚(N-乙烯基吡咯烷酮) ("PVP，，)均聚物，及其衍生物，和无规PVP-共乙酸乙烯酯("PVAc") 共聚物；和所有在主链或侧链或既在主链又在側链上具有偶极矩基团的 芳香族聚合物，以及包括上述聚合物中的至少一种的组合。
进一步地，压电材料可包括Pt, Pd， Ni, T， Cr， Fe， Ag, Au， Cu，
和包括上述金属中的至少一种的金属合金，以及包括上述材料中的至少 一种的组合。这些压电材料还可以包括，例如金属氧化物，如Si02, A1203, Zr02， Ti02， SrTi03， PbTiO" BaTi03， Fe03， Fe304， Zn0，和包括上述材 料中的至少一种的组合；以及VIA和IIB族化合物，例如CdSe, CdS, GaAs, AgCaSe2， ZnSe， GaP， InP， ZnS，和包括上迷材料中的至少一种 的组合。
MR流体是一种智能材料，施加磁场时它的流变性能可以快速改变。 (例如在数毫秒内能够实现几百个百分点的性质改变)，使其非常适合 于锁定(约束)或者允许外形/形变通过它们剪切强度的明显变化而松 弛，这样的变化在本文介绍的实施例中用于目标的抓取和释放是^f艮有用 的。示范性的形状记忆材料还包括磁流变(MR)和ER聚合物。MR聚合 物是微米级的可磁性极化的粒子(例如，如下所述的铁磁或顺磁例子) 在聚合物(例如热固性弹性聚合物或橡胶)中的悬浮体。示范性的共聚 物基体包括聚-oc-烯烃，天然橡胶，硅树脂，聚丁二烯，聚乙烯，聚异 戊二烯，和包括上述材料中的至少一种的组合。通过变化所施加磁场的强度，由改变剪切和抗压/张力模量来获得
聚合物结构的硬度和潜在形状。MR聚合物通常在暴露于磁场中仅仅几毫 秒时就形成其结构，其硬度和形状的改变与所施加磁场的强度成比例。 中断MR聚合物在磁场中的暴露会使该过程逆转并将该聚合物返回到其 较低的模量状态。但是，用于产生施加场的线團的封装造成了挑战性。 MR流体表现出与施加磁场的大小成比例的剪切强度，其中在数毫秒
内能够实现几百个百分点的性质改变。尽管这些材料还面临封装需要用 于产生施加场的线圏的问题，但是它们还是可以被用作锁定或释放机 构，例如用于基于弹簧的抓取/释放。
合适的MR流体材料包括在载液中分布的铁磁或者顺磁颗粒，例如 占大约5.0体积百分比(vol%)到大约50voP/。的量，取决于MR复合材 料的总体积。合适的颗粒包括铁；铁氧化物(包括Fe力3和Fe304 );铁氮 化物；铁碳化物；碳酰基铁；镍；钴；铬氧化物；以及包括至少一种上 述材料的组合；例如镍合金，钴合金；铁合金例如不锈钢，硅钢，以 及其它包括铝，硅，钴，镍，钒，钼，铬，钨，锰和/或者铜的铁合金。
颗粒的大小可以被选择为使这些颗粒在承受磁场时表现出多磁场 区域特性。颗粒直径(例如沿着颗粒的主轴测量)可以小于或者等于 IOOO微米(pm)(例如从大约0. 1微米到1000微米)，更具体地大约 0. 5到500微米，或者更具体地大约IO到IOO微米。
载液的粘度可以小于或等于100， 000厘泊(cPs)(例如从大约lcPs 到大约100， OOOcPs ),或者更具体地从大约"OcPs到大约10， OOOcPs， 或者甚至更具体地从大约500cPs到大约1， OOOcPs。可行的载液(例如， 载液流体)包括有机流体，特别是无极性有机流体。示例包括油(例如 硅油，矿物油，石蜡油，白油，液压油，变压器油和合成烃类油(例如 不饱和的和/或饱和的)；由化有机流体(例如氯代烃，面化石蜡，全氟 聚醚和氟化烃)；双酯；聚氧化烯；硅树脂(例如氟化硅树脂)；氰烷 基硅氧烷；乙二醇；以及包括至少上述一种载液的组合。
水载液也可以被使用，特别是那些包括亲水矿物粘土例如膨润土或 者锂鬼石的水栽液。水载液可以含水或者水包括极性，混水有机溶剂(例 如甲醇，乙醇，丙醇，二甲基亚砜，二甲基甲酰胺，碳酸乙烯酯，碳 酸丙烯酯，丙酮，四氢呋喃，乙醚，乙二醇，丙二醇等)，以及包4舌至 少一种上述载液的组合。极性有机溶剂在载液内的量基于MR流体的总体积可以小于等于大约5. Ovoiy,(例如，大约0. lvolW到大约5. Ovol%),或者更具体地大约为1. Ovol。/。到大约3. Ovol%。水载液的pH值小于或者等于13 (例如大约5.0到大约13)或者更具体地大约8. 0到大约9.0。
当水载液包括天然和/或膨润土和/或锂皂石，在MR流体中粘土的量(膨润土或者锂皂石)基于MR流体的总重量可以小于或者等于大约重量的10%(wt%)，或者更具体地大约0. lwt。/。到8. Owt%,或者更具体地大约1. Owty。到6. Owt%，或者甚至更具体地大约2. Ow"/。到6. Owt%。
在MR流体中可选的成分包括粘土 (例如有机粘土)，羧酸肥皂，分散剂，緩蚀剂，润滑剂，抗磨添加剂，抗氧化剂，触变剂，和/或悬浮剂。羧酸肥急包括油酸亚铁，环烷酸亚铁，硬脂酸亚铁，二和三硬脂酸铝，硬脂酸锂，硬脂酸钙，硬脂酸锌，和/或硬脂酸纳；表面活性剂(例如磺酸盐，磷酸酯，硬脂酸，油酸甘油酯，失水山梨醇倍半油酸酯，月桂酸盐类，脂肪酸，脂肪醇，氟脂肪聚酯)；偶联剂(例如钛酸盐，铝酸盐，和锆酸盐)；以及包括至少上述一种的组合。也可以包括聚烷撑二醇，例如聚乙二醇，和部分酯化多元醇。
电流变流体(ER)和MR流体类似地在经受施加场时，在此情况下是电压而不是磁场，表现出剪切强度的改变。响应是快速的并与施加场的强度成比例。但是，比MR流体的响应d、一个数量级并且通常需要几千伏的高压。
电活性聚合物(EAP)是一对电极和低弹性模量介电材料的中间层的层压板。在电极之间施加电压挤压中间层使其在平面内膨胀。它们表现出与所施加的场成比例的响应并能够在高频下被致动。EAP变形层压板已经过论证。它们的主要缺点是它们需要施加的电压大约比压电材料所需施加电压要大三倍。
电活性聚合物包括那些响应于电场或力学场而表现出压电，热电或电致伸缩性质的聚合物材料。电致伸缩接枝弹性体的实例是压电聚(亚乙烯基氟化物-三氟代乙烯)的共聚物。该组合物具有能够产生变化量的铁电-电致伸缩分子复合体系的能力。
适于用作电活性聚合物的材料可以包括响应于静电力而产生变形或者所产生的变形导致电场产生变化的任何基本绝缘的聚合物和/或橡胶。适于用作预应变聚合物的示范性材料包括硅酮弹性体，丙烯酸弹性体，聚氨酯，热塑性弹性体，包括PVDF的共聚物，压敏胶粘剂，含氟弹性体，包括硅酮和丙烯酸基团的聚合物(例如，包括硅酮和丙烯酸基团的共聚物，包括硅酮弹性体和丙烯酸弹性体的共混聚合物等)。
可以基于一种或多种材料性质例如高的电击穿强度，低的弹性模量(例如对于大变形或小变形而言)，高介电常数等来选择被用作电活性聚合物的材料。在一个实施例中，聚合物可被选择为使其具有小于或等
于大约100Mpa的弹性模量。在另一个实施例中，聚合物可被选择为使其具有大约0. 05兆帕(Mpa)到大约10Mpa的最大致动压力，或更具体地，具有大约0. 3Mpa至大约3Mpa的最大致动压力。在另 一个实施例中，聚合物可被选择为使其具有大约为2和大约为20的介电常数，或更具体地，具有大约为2.5和大约为12的介电常数。本公开不应理解为受限于这些范围。理想地，如果材料既具有高介电常数又具有高介电强度，那么具有比上述给出的范围更高的介电常数的材料将是所希望的。在4艮多情况下，电活性聚合物可以被制作和实施为薄膜，例如具有小于或等于50微米的厚度。
电活性聚合物会在高应变下偏斜，因此连接到聚合物上的电极也能够偏斜而不会有损于机械或电性能。通常，适于使用的电极可以是任何形状和材料，只要它们能够将适当的电压提供给电活性聚合物或者从电活性聚合物接收适当的电压即可。电压可以是常数或者也可以随时间变化。在一个实施例中，电极附着到聚合物的表面。附着到聚合物上的电极可以是适应性的并符合聚合物变化的形状。电极可以仅仅净皮施加到聚合物的一部分上并根据其几何形状限定出活性区域。各种类型的电极包括由金属迹线和电荷分布层构成的结构化电极，由超出平面尺寸变化的传导性油脂(例如碳油脂和银油脂)构成的网状电极，胶状悬浮物，高纵横比的传导性材料(例如碳纤维和碳纳米管，与离子传导性材料的混合物)，以及包括上述材料中的至少一种的组合。
示范性的电极材料可以包括石墨，碳黑，胶体悬浮物，金属(包括银和金)，充填凝胶和聚合物(例如充填银和充填碳的凝胶和聚合物)，和离子或电子传导性聚合物，以及包括上述材料中的至少一种的组合。应该理解某种电极材料可能对于特定的聚合物而言运行良好但对其他聚合物则运行地不那么良好。作为示例，碳纤维对于丙烯酸弹性体聚合物而言运行良好但对于硅酮聚合物则运行地不那么良好。
磁致伸缩是固体在经受外部磁场时发生较大机械变形的现象。这种磁致伸缩现象归因于材料内小磁畴的旋转，这种旋转在材料未暴露于磁场中时是随机朝向的。这种形状的改变在铁磁体或铁磁固体中最大。这些材料具有非常快速的响应能力，和与所施加的磁场强度成比例的应变，并且它们在去除磁场后返回其起始尺寸。但是，这些材料具有的最
大应变仅为大约o. r/。到大约o. 2%。
电致伸缩材料在操作上类似于磁致伸缩材料，其修改在于它们响应
施加的电场而经历机械应变。铌镁酸铅(PMN)类化合物是电致伸缩材料
的一个例子。
活性材料启动的通风口的应用和功能性将决定哪种活性材料最适合于特定的通风口。例如作用力，位移，致动时间等因素可以被用于确定哪种类型的活性材料最为适合。例如，在需要大约1秒或更长的激活
时间的应用中，SMA或SMP可能是适合的。在需要较短激活时间的应用中，可以使用FMSMA， EAP或MR弹性体。
如上所述，如本文中所公开的空气通风口有利地使用活性材料以可逆地控制流过例如机动车辆内的调节系统的空气的流量，方向，空间流动模式分配和温度。活性材料启动的通风口重量轻并且固有鲁棒性。而且，活性材料启动的通风口还成本低并可轻易地进行适应设计，只需有限改动即可被装入现有的车辆内部结构中并且可以和现有的手动操作通风系统一起使用。机动车通风系统可以完全由活性材料启动的通风口构成或者可以将仅仅几个活性材料启动的通风口与手动操作的通风口一起使用。例如，当活性材料启动的通风口被用于触觉互动时，通风口不局限于现有的通风口 ，而是可以使用另外的通风口用于触觉互动的特定目的。但是，无论通风系统如何布置，每个活性材料启动的通风口都可以被自动控制以增加便利性和减少驾驶员和/或乘客的分神。
尽管已经参考示范性实施例对本发明进行了介绍，但是本领域普通技术人员应该理解可以进行各种变化并且可以用等价物代替其中的部件而并不背离本发明的范围。另外，根据本发明的教导可以进行4艮多修改以适应特定的情况或者材料而并不背离其实质范围。因此，应该理解本发明不但不局限于为了实现本发明而作为最佳方式公开的特定实施例，而且本发明应该包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。
权利要求
1、一种通风口，包括设置成用于空间移动的叶片；和与所述叶片有效连通的设置成用于沿至少一个方向空间移动所述叶片的至少一个致动器，其中所述致动器包括设置成用于在收到激活信号时经历至少一种性质的改变的活性材料，其中所述至少一种性质的改变对于选择性地改变所述叶片的朝向是有效的。
2、 如权利要求1所述的通风口，其中所述至少一种性质的改变包 括晶体结构，材料形态，形状，尺寸，物相，形状朝向，模量，硬度， 或者包括上述性质中的至少一种的组合的改变。
3、 如权利要求1所述的通风口，其中所述激活信号包括热激活信 号，电激活信号，磁激活信号，化学激活信号，光学激活信号，电磁激 活信号，振动激活信号，声音激活信号，机械负载，或者包括上述激活 信号中的至少一种的组合。
4、 如权利要求1所述的通风口，进一步包括设置成用于给所述活性材料提供所述激活信号的激活装置。
5、 如权利要求4所述的通风口，其中所述激活装置与设置成用于在检测到预定临界状态时激活所述激活装置的至少一个传感器有效连 通。
6、 如权利要求1所述的通风口，其中所述致动器是可手动超控的。
7、 如权利要求1所述的通风口，其中所述至少一个致动器包括对 立设置的两组子致动器，每组子致动器都包括设置成用于在收到激活信 号时经历至少一种性质的改变的活性材料，其中所述至少一种性质的改 变对于沿两个方向选择性地移动所述对立设置的两组子致动器中的每 一组是有效的。
8、 如权利要求7所述的通风口，其中所述对立设置的两组子致动 器中的每一组都包括两个或多个二元子致动器，其中所述两个或多个二 元子致动器是串联机械连通的，并且其中所述对立设置的子致动器组沿 所述两个方向的移动对于移动串联的所述两个或多个二元子致动器和沿三个或更多个方向选择性地移动所述叶片是有效的。
9、 如权利要求1所述的通风口，进一步包括与所述活性材料有效 连通的设置成用于防止所述活性材料过载和/或过度应变，并用于提供 所述活性材料的行程长度调节的行程调节器。
10、 如权利要求1所述的通风口，进一步包括与所述叶片和所述致 动器有效连通的挡板。
11、 如权利要求IO所述的通风口，其中所述挡板包括活性材料。
12、 一种用于控制机动车辆内气流状态的方法，包括激活与设置成用于空间移动的叶片有效连通的致动器内的活性材 料，其中所迷活性材料被设置成用于在收到激活信号时经历至少一种性 质的改变，其中所述至少一种性质的改变对于选择性地改变所述叶片的 朝向是有效的；和改变所迷叶片的朝向。
13、 如权利要求12所述的方法，其中改变所述叶片的朝向对于改 变气流的方向，体积，空间分配模式，温度，速度，或者包括上述气流 状态中的至少一种的组合是有效的。
14、 如权利要求12所述的方法，其中所述气流状态的改变对于通过视觉指示，听觉指示，触觉指示，或者包括上述指示中的至少一种的 組合向乘客指示具体的机动车辆状态是有效的。
15、 如权利要求12所述的方法，进一步包括基于预定的自动操作 模式控制所述叶片的朝向以响应来自至少一个信息源的输入。
16、 如权利要求15所述的方法，其中所述预定的自动操作模式包 括除雾模式，将空气重新定向至所述机动车辆特定区域的模式，有害气 体净化模式，过渡状态后的循环模式，或者包括上述模式中的至少一种 的组合。
17、 如权利要求12所迷的方法，其中改变所述气流的方向包括在 过渡温度时段期间引导所述气流远离乘客。
18、 如权利要求12所迷的方法，其中激活所述活性材料包括达到 预定的最低气温以及其中改变所述叶片的朝向包括将所述叶片从关闭 位置转换到打开位置。
19、 一种用于机动车辆通风系统的通风口，包4舌 设置成用于空间移动的至少一个叶片；与所述至少一个叶片有效连通并设置成用于沿多个方向空间移动 所述叶片的至少一个致动器，其中所迷致动器包括设置成用于在收到热 信号时经历长度尺寸收缩的至少一个形状记忆合金部件，其中所述长度尺寸的收缩对于选择性地改变一个或多个叶片的朝向是有效的；与所述形状记忆合金有效连通的设置成用于防止所述形状记忆合 金过度应变的行程调节器；与所述叶片和所迷致动器有效连通的挡板，其中所述挡板包括第二 形状记忆合金和返回机构，其中所述第二形状记忆合金被设置成用于在 收到第二热信号时经历长度尺寸的收缩，其中所述长度尺寸的收缩对于 将所述挡板从收起位置转换到展开位置是有效的，而所述返回机构被设置成用于将所述挡板送回到所述收起位置；和激活装置，设置成用于提供选定的所述第一和/或第二热信号。
20、如权利要求19所述的通风口，进一步包括与所述活性材料有效连通的的控制器，设置成用于控制选定的所述致动器和/或第二作用部件。全文摘要
一种通风口，包括设置成用于空间移动的叶片，和与叶片有效连通的设置成用于沿至少一个方向空间移动叶片的至少一个致动器，其中致动器包括设置成用于在收到激活信号时经历至少一种性质的改变的活性材料，其中至少一种性质的改变对于选择性地改变叶片的朝向是有效的。
文档编号B60H1/34GK101460325SQ200780020446
公开日2009年6月17日 申请日期2007年4月13日 优先权日2006年4月13日
发明者A·L·布劳恩, J·R·斯彭尼, J·乔伊科夫斯基, J·布卢姆斯伯, N·D·曼凯姆, N·L·约翰逊, N·帕森斯, P·W·亚历山大, R·斯蒂芬森, X·高 申请人:通用汽车环球科技运作公司