專利名稱：利用活性材料致動的可操作腰部支撐件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總地涉及適于與座椅靠背一起使用的腰部支撐件，及其涉及具有基于活 性材料的致動器的可操縱腰部支撐件，所述基于活性材料的致動器可操作以改變座椅靠 背的狀態(tài)。2.現(xiàn)有技術(shù)討論腰部支撐件集成在座椅靠背內(nèi)，以便給乘客提供結(jié)構(gòu)性功能和支撐。例如，在 汽車設(shè)置中，腰部支撐件通常包括多個彈簧張緊橫向構(gòu)件，該橫向構(gòu)件跨越座椅框架的 橫向直立導(dǎo)軌。盡管是柔性的，但是傳統(tǒng)的腰部支撐件通常對所有人都只有一種尺寸的 結(jié)構(gòu)，給不同體形和喜好的乘客帶來了問題。因此，本領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展了可操縱的腰部支撐 件；但是，部分地由于復(fù)雜機(jī)構(gòu)、機(jī)電(例如，電機(jī)、電磁等)、氣動/液壓(例如，氣 囊、空氣缸等)和手動致動器的使用，這些類的腰部支撐件獲得了最小的應(yīng)用和使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了這些問題，并敘述了使用活性材料致動的可操作腰部支撐件。本 發(fā)明通過提供可根據(jù)乘客的體形和喜好來調(diào)整的座椅靠背而具有提高乘客運(yùn)動學(xué)、人體 工程學(xué)和舒適性。在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的腰部支撐件具有按摩功能。最后，在汽車 設(shè)置中，該發(fā)明還提供了一種用于在碰撞事件期間改變作用在帶安全帶的乘客身上的力 分布從而改變其運(yùn)動學(xué)的裝置。通常，可操縱腰部支撐件適于與限定具有第一狀態(tài)的接合表面的座椅靠背一起 使用。所述支撐包括布置在所述靠背內(nèi)、并具有相對于所述表面的第一位置、構(gòu)造和方 向。致動器傳動地連接至所述結(jié)構(gòu)，并包括至少一個活性材料元件。所述元件構(gòu)造成由 于所述變化引起或使所述結(jié)構(gòu)能獲得第二位置、結(jié)構(gòu)或方向，其中所述狀態(tài)被改變。參考下面本公開及其中包括的實(shí)例的各種特征的詳細(xì)描述可更加容易地理解本 公開。


下面參考示例性比例的附圖特征，詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1為具有靠背和椅座的汽車座椅的透視圖，特別示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施 例的布置在靠背內(nèi)的可操縱腰部支撐件；圖2為座椅框架和根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的可操縱腰部支撐件的透視圖，所述 可腰部支撐件包括橫向延伸穿過靠背框架的多組交疊的箍筋22 ；圖2a為圖2中所示一組箍筋22的正視圖，特別示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的 形狀記憶型合金線致動器；圖2b為圖2中所示一組箍筋22的俯視圖，特別示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的 球_棘爪鎖上機(jī)構(gòu)以及用于致動和松開所述機(jī)構(gòu)的單線；
圖3為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的可操縱腰部支撐件的俯視圖，包括被形狀記憶 線及與對抗該線的偏壓彈簧互連并傳動地連接的第一和第二滑動塊，和由所述塊接合的 浮動墊；圖4為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的可操縱腰部支撐件的正視圖，包括固定板、接 合所述板的第一和第二滑件、以及互連并傳動地連接至所述滑件的形狀記憶線致動器；圖4a為圖4中所示支撐件的正視圖，其中所述滑件已經(jīng)被致動；圖4b為圖4中所示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的可操縱支撐件的后視圖，其中所述 滑件傳動地連接至第一和第二線支撐器并攜帶柱；圖4c為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的由單柱攜帶的多線致動器的正視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的座椅靠背和可操縱腰部支撐件的俯視圖，所述 支撐件包括抗柔板結(jié)構(gòu)和SMA驅(qū)動的螺絲致動器，所述抗柔性板結(jié)構(gòu)具有向下彎的構(gòu) 造，并與椅座共同延伸，所述致動器具有可動推動螺母，當(dāng)它們平移時，所述螺母進(jìn)一 步彎曲所述結(jié)構(gòu)；圖6為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的可操縱腰部支撐件的頂視圖，包括柔性板、弓 弦線致動器以及放大圖示的過載保護(hù)器；圖6a為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的雙塊鎖止機(jī)構(gòu)的視圖，其構(gòu)造成接合和移除如 圖6中所示線致動器的松弛；圖7為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的可操縱腰部支撐件的視圖，包括垂直扭桿、凸 輪和形狀記憶型線致動器。圖7a為圖7中所示凸輪接合座椅靠背的表面的頂視圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的可操縱腰部支撐件的頂視圖，包括通過單個形 狀記憶型線致動器傳動地連接并可被其重構(gòu)的第一和第二柔性構(gòu)件，其中所述致動器包 括復(fù)位彈簧和鎖止機(jī)構(gòu)；圖9為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的座椅靠背框架和可操縱腰部支撐件的視圖，所 述支撐件包括結(jié)構(gòu)和接合所述結(jié)構(gòu)的多個壓電元件；圖10為圖1中所示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的座椅和支撐件的正視圖，進(jìn)一步示 出了電源和通信地連接在電源上的輸入裝置；以及圖IOa為圖10中所示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的支撐件的局部正視圖，其中所述
輸入裝置被控制器及第一和第二傳感器替代。
具體實(shí)施例方式下面優(yōu)選實(shí)施例的描述實(shí)質(zhì)上僅僅是示意性的，而不是以任何方式限制本發(fā)明 及其應(yīng)用或使用。參考汽車座椅(圖I-IOa)描述和圖示本發(fā)明；但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā) 明的效果可用于各種其它類的座椅(或家具)，包括斜靠沙發(fā)、飛機(jī)座椅和兒童座椅。本 發(fā)明一般地描述適于與包括靠背12a和椅座12b的座椅12(圖1) 一起使用的可操縱腰部 支撐系統(tǒng)(即，“支撐件”)10。支撐10傳動地連接至能夠快速產(chǎn)生可測量位移的活性 材料元件14，以便通過該元件可產(chǎn)生幾何結(jié)構(gòu)(例如，方向等)的變化。本文所使用的術(shù)語“活性材料”應(yīng)當(dāng)給予其本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的普通 含義，包括在暴露于外部信號源時于基本(例如，化學(xué)的或內(nèi)在物理的)特性方面展現(xiàn)
5可逆變化的任意材料或復(fù)合材料。用于本發(fā)明的適當(dāng)活性材料包括但不限于，形狀記性 型合金、鐵磁形狀記性型合金、形狀記性型聚合物、電活性聚合物(EAP)和壓電陶瓷。 應(yīng)當(dāng)清楚，這些類型的活性材料具有快速移位、或者記憶其原始形狀和/或彈性模量的 能力，所述形狀和/或彈性模量后面可通過應(yīng)用外部刺激而恢復(fù)。這樣，原始形狀的變 形是暫時的情況。在這種方式下，由這些材料組成的元件可響應(yīng)刺激信號的應(yīng)用或移除 (依賴于材料和其使用的形式)變?yōu)樘囟ǖ男螤?。更特別地，形狀記憶型合金(SMA)通常指的是具有在經(jīng)受適當(dāng)?shù)臒岽碳r返回 某些之前限定的形狀或尺寸的能力的一組金屬材料。形狀記憶型合金能夠經(jīng)歷相變，其 中，它們的屈服強(qiáng)度、剛度、尺度和/或形狀隨著溫度的變化而改變。術(shù)語“屈服強(qiáng) 度”指的是材料的應(yīng)力和應(yīng)變比例發(fā)生特定偏離時的應(yīng)力。通常，在低溫或馬氏體相態(tài) 中，形狀記憶型合金可偽塑性變形，當(dāng)暴露于一些更高的溫度時會變回奧氏體相態(tài)或母 相，返回其變形之前的形狀。僅在加熱時具有這種形狀記憶效果的材料稱作具有單向形 狀記憶。在重新冷卻時也具有形狀記憶的材料稱為具有雙向形狀記憶行為。形狀記憶合金存在于幾個不同的依賴于溫度的相態(tài)。這些相態(tài)最常用的為上述 所謂的馬氏體和奧氏體。在下面的描述中，馬氏體相態(tài)通常指的是更易變形、溫度較低 的相態(tài)，而奧氏體相態(tài)指的是更堅(jiān)硬、溫度較高的相態(tài)。當(dāng)形狀記憶型合金處于馬氏體 相態(tài)并被加熱時，它開始變?yōu)閵W氏體相態(tài)。通常開始這種現(xiàn)象時的溫度被稱為奧氏體起 始溫度(As)。這種現(xiàn)象結(jié)束時的溫度稱為奧氏體結(jié)束溫度(Af)。當(dāng)形狀記憶型合金處于奧氏體相態(tài)并被冷卻時，它開始變?yōu)轳R氏體相態(tài)，這種 開始時的溫度稱為馬氏體起始溫度(Ms)。奧氏體完成結(jié)束轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時的溫度稱為馬 氏體結(jié)束溫度(Mf)。通常，形狀記憶型合金在馬氏體相態(tài)時比較軟并且更易變形，在奧 氏體相態(tài)時更硬、剛度更大和/或剛性更大?？紤]到上述內(nèi)容，與形狀記憶型合金一起 使用的適當(dāng)激活信號為具有引起在馬氏體與奧氏體相態(tài)之間轉(zhuǎn)化的量級的熱激活信號。依賴于合金成分和處理歷史，形狀記憶型合金可具有單向形狀記憶效應(yīng)、內(nèi)在 的雙向形狀記憶效應(yīng)或外在雙向形狀記憶效應(yīng)。退火的形狀記憶型合金通常只具有單 向形狀記憶效應(yīng)。形狀記憶型材料低溫變形之后的充分加熱會促使馬氏體到奧氏體的轉(zhuǎn) 變，材料將恢復(fù)其原始的退火形狀。因此，單向形狀記憶效應(yīng)僅在加熱時發(fā)現(xiàn)。包括具 有單向記憶效應(yīng)的形狀記憶型合金成分的活性材料不會自動地改變，如果判斷需要重置 裝置同樣需要外部的機(jī)械力。內(nèi)在和外在雙向形狀記憶型材料的特征在于，加熱時從馬氏體相態(tài)到奧氏體相 態(tài)的形狀變化以及冷卻時從奧氏體相態(tài)回到馬氏體相態(tài)的形狀變化。具有內(nèi)在形狀記憶 效應(yīng)的活性材料由因上述相位變化引起活性材料自動改變自身的形狀記憶型合金成分制 成。必須通過處理而在形狀記憶材料內(nèi)引起內(nèi)在雙向形狀記憶行為。這種處理包括處于 馬氏體相態(tài)時材料的極限變形、約束或負(fù)載下的加熱_冷卻、或表面改性，例如激光退 火、磨光或噴丸硬化。一旦所述材料鍛制成具有雙向形狀記憶效應(yīng)，那么低高溫狀態(tài)之 間的形狀變化通常是可逆的，并且在大量的熱循環(huán)中是持續(xù)的。相反，具有外在雙向形 狀記憶效應(yīng)的活性材料是將具有單向效應(yīng)的形狀記憶型合金成分與提供改變原始形狀的 恢復(fù)力的其它元件相組合的復(fù)合或多組分材料。通過稍微改變合金的成分和通過的熱處理，可調(diào)整加熱期間形狀記憶型合金記憶其高溫形態(tài)時的溫度。例如，在鎳-鈦形狀記憶型合金中，其可從約100°c以上變 為-100°C以下。形狀恢復(fù)過程僅發(fā)生在幾度的范圍內(nèi)，依據(jù)期望應(yīng)用和合金成分，變化 的開始或結(jié)束可控制在一度或兩度內(nèi)。形狀記憶型合金的機(jī)械特性在跨越其變形的溫度 范圍內(nèi)變化顯著，通常給系統(tǒng)提供了形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)和高阻尼能力。適當(dāng)?shù)男螤钣洃浶秃辖鸩牧习?，但不限于，?鈦基合金、銦-鈦基合金、 鎳-鋁基合金、鎳-鎵基合金、銅基合金(例如，銅-鋅合金、銅-鋁合金、銅-金和 銅-錫合金)、金-鎘基合金、銀-鎘基合金、銦-鎘基合金、錳-銅基合金、鐵-鉬基 合金、鐵-鈀基合金等。所述合金可為二元的、三元的或任意更高階的，只要該合金成 分具有形狀記憶效應(yīng)，即，改變形狀方向、阻尼能力等即可。應(yīng)當(dāng)清楚，SMA在加熱超過其馬氏體到奧氏體的變化溫度時，模量增加2.5 倍，尺寸變化(處于馬氏體相態(tài)時引起的偽塑性變形的恢復(fù))高達(dá)8% (依賴于預(yù)應(yīng)變的 大小)。應(yīng)當(dāng)清楚，熱誘發(fā)SMA相態(tài)變化是單向的，使得一但移除了應(yīng)用場，就會需要 偏壓力回復(fù)機(jī)構(gòu)(例如彈簧)使SMA恢復(fù)其起始結(jié)構(gòu)?？墒褂媒苟訜嵋允拐麄€系統(tǒng)電 子可控。但是，SMA中由SMA的加載和卸載(當(dāng)在超過Af的溫度時)引起相態(tài)變化而 產(chǎn)生的應(yīng)力本質(zhì)上是雙向的。也就是說，當(dāng)SMA處于奧氏體相態(tài)時，充分應(yīng)力的應(yīng)用會 引起它變?yōu)檩^低模量的馬氏體相態(tài)，其中它可展現(xiàn)高達(dá)8%的“超彈性”變形。所施應(yīng) 力的去除會引起SMA轉(zhuǎn)換回其奧氏體相態(tài)，這樣恢復(fù)其起始形狀和較高模量。鐵磁SMA(FSMA)為SMA的子類。這些材料表現(xiàn)類似于具有應(yīng)力或熱引起在 馬氏體與奧氏體之間的相態(tài)變化的傳統(tǒng)的SMA材料。另外，F(xiàn)SMA是鐵磁性的具有強(qiáng) 烈的磁晶體各向異性，允許外磁場影響與場方向/部分一致的馬氏體變量。當(dāng)移除磁場 時，材料可具有全雙向、部分雙向或單向形狀記憶。對于部分或單向形狀記憶，外部刺 激、溫度、磁場或應(yīng)用可允許材料返回其起始狀態(tài)。完美的雙向形狀記憶可用于具有連 續(xù)功率供應(yīng)的比例控制。單向形狀記憶最有用于軌道填充應(yīng)用。在汽車應(yīng)用中，外部磁 場通常通過軟磁芯電磁體產(chǎn)生，但是也可使用一對亥姆霍茲線圈以作快速響應(yīng)。電活性聚合物包括響應(yīng)于電場或機(jī)械場而具有壓電、熱電或電致伸縮特性的那 些聚合物材料。電致伸縮-嫁接的彈性體的實(shí)例為壓電聚乙烯(亞乙烯基氟-三氟-乙 烯)共聚物。該化合物具有產(chǎn)生多種鐵電-電致伸縮分子組合系統(tǒng)的能力。這些可操作 為壓電傳感器甚至是電致伸縮致動器。適于用作電活性聚合物的適當(dāng)材料可包括響應(yīng)于靜電力而變形或其變形導(dǎo)致電 場變化的任意基本絕緣的聚合物或橡膠(或其組合物)。適于用作預(yù)應(yīng)變聚合物的典型 材料包括硅酮彈性體、丙烯酸系彈性體、聚亞安酯、熱塑性彈性體、包括PVDF的共聚 物、壓敏粘合劑、含氟彈性體、包括硅和半丙烯酸的聚合物等。例如，包括硅和半丙烯 酸的聚合物可包括含有硅和半丙烯酸的共聚物、含有硅酮彈性體和丙烯酸系彈性體的聚 合物共混物。用作電活性聚合物的材料可基于一種或多種材料特性來選擇，例如高電擊穿強(qiáng) 度、低彈性模量(對于大變形)、高介電常數(shù)等。在一個實(shí)施例中，所述聚合物選擇成使 得具有最大約IOOMPa的彈性模量。在另一實(shí)施例中，所述聚合物選擇成使得具有在約 0.05MPa與約IOMPa之間的最大致動壓力，優(yōu)選在約0.3MPa與約3MPa之間。在另一實(shí)
7施例中，所述聚合物選擇成使得具有在約2與約20之間的介電常數(shù)，優(yōu)選在約2.5與12 之間。本公開不意圖限制為這些范圍。理想地，如果所述材料既具有高介電常數(shù)又具有 高介電強(qiáng)度，那么具有比上面給定范圍更高的介電常數(shù)的材料是期望的。關(guān)于本發(fā)明， 應(yīng)當(dāng)清楚，電活性聚合物可制造和實(shí)現(xiàn)為限定了低于50微米的優(yōu)選厚度的薄膜。由于電活性聚合物可在高應(yīng)變時偏轉(zhuǎn)，所以連接至聚合物的電極應(yīng)當(dāng)也偏轉(zhuǎn)， 而不包括機(jī)械或電性能。通常，適于使用的電極可為任意的形狀和材料，只要這些電極 能夠向電活性聚合物供應(yīng)適當(dāng)電壓或從其接收適當(dāng)電壓。所述電壓可為恒定的或者隨著 時間變化的。在一個實(shí)施例中，電極粘結(jié)至聚合物的表面。粘結(jié)至聚合物的電極優(yōu)選為 順從的和遵循所述聚合物的形狀變化。因此，本公開可包括遵循其連接的電活性聚合物 的形狀的順從電極。所述電極可僅應(yīng)用于電活性聚合物的一部分，限定了根據(jù)其幾何形 狀的有效面積。適于與本公開一起使用的各類電極包括含有金屬線和電量分布層的結(jié)構(gòu) 性電極、含有在平面尺寸以外變化的紋理電極、導(dǎo)電油脂(例如碳油脂或銀油脂)、膠狀 懸液、高縱橫比導(dǎo)電材料(例如碳纖維和碳納米管)、以及離子導(dǎo)電材料的混合物。用于本公開的電極的材料可變化。電極中使用的適當(dāng)材料可包括石墨、碳黑、 膠狀懸液、包括銀和金的薄金屬、銀充或碳充凝膠體和聚合物、以及離子或電子導(dǎo)電聚 合物。應(yīng)當(dāng)理解，某些電極材料可同特定的聚合物良好地工作，而與其它聚合物無法良 好工作。例如，碳纖維與丙烯酸系彈性聚合物可良好工作，但與碳酮聚合物無法良好工 作。最后，應(yīng)當(dāng)清楚，壓電陶瓷也可用于在施加電荷時產(chǎn)生力或變形。PZT陶 瓷含有鐵電和石英材料，這些材料被切割、研磨、磨光和其它方式形制成期望的結(jié)構(gòu) 及公差。鐵電材料包括鈦酸鋇、鈦酸鉍、鈮鎂酸鉛、偏鈮酸鉛、鈮鎳酸鉛、鈦鋅酸鉛 (PZT)、鈦鋯酸鉛鑭(PLZT)和鈦鋯酸鈮鉛(PNZT)。通過噴涂或網(wǎng)印工藝實(shí)施電極，然 后通過還原工藝設(shè)置區(qū)塊，在所述還原工藝中，其呈現(xiàn)了宏觀的壓電特性。多層壓電致 動器通常需要箔鑄造工藝，該工藝允許層厚度低達(dá)20 μ m。這里，電極是網(wǎng)印的，薄板 被層疊，壓制工藝提高了未啟用陶瓷的密度，去除了各層之間捕集的空氣。最后的步驟 包括燃掉粘結(jié)劑、在iioo°c以下的溫度燒結(jié)(混燒)、引線終端以及還原。參考圖Ι-lOa，示出了汽車座椅靠背12a使用的可操縱腰部支撐件10，所述靠背 12a限定了外部接合表面16 (圖1)。支撐10包括致動器18，該致動器18可操作以自動 地改變狀態(tài)，例如表面16的幾何構(gòu)造或剛度。圖2_2b中，支撐件10包括布置在靠背12a中的可動結(jié)構(gòu)(或“板”)20。結(jié) 構(gòu)20由足以支撐乘客的靜止負(fù)載的材料形成，由本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地確定。結(jié)構(gòu) 20可被緩沖層(例如，墊)和舒適的外罩覆蓋，或者可與其一體地形成，并能夠相對于 表面16在第一和第二位置(例如，形狀、構(gòu)造、方向等)之間直線地或旋轉(zhuǎn)地移動、重 構(gòu)、變換等。每個位置都優(yōu)選可操作，以改變表面16的現(xiàn)有狀態(tài)。如前所述，致動器18包括活性材料元件14，當(dāng)暴露于激活信號或從激活信號斷 開時，該元件14可操作以經(jīng)受基礎(chǔ)特性的可逆變化。除此以外，元件14可包括形狀記憶 型合金、電活性聚合物、壓電合成物、磁限制、電限制材料或上述材料的組合。元件14 具有充足的致動力，以便在激活時引起支撐10移動、復(fù)位、或重構(gòu)，或者可構(gòu)造成直接 或間接地驅(qū)動操作。在線形式中，應(yīng)當(dāng)清楚，本領(lǐng)域的技術(shù)人員基于使用的活性材料可容易地確定元件14實(shí)施致動力所必需的規(guī)格、截面積、長度和/或其它構(gòu)造，因此，這 里不詳細(xì)描述選擇標(biāo)準(zhǔn)。例如，在圖2-4、6-8和10中，總地示出了由線性動作的SMA 線14組成的致動器18，其中術(shù)語“線”以非限制性的理解來使用，包括其它等效幾何結(jié) 構(gòu)，例如束、編織物、線纜、繩索、鏈條、帶子等。為了規(guī)定的力和移位性能，致動器18可包括多個活性材料元件14，這些元件 14構(gòu)造成電地或機(jī)械地串聯(lián)或并聯(lián)，并以伸縮式、層疊式或交錯式構(gòu)造機(jī)械地連接(圖 9)。在操作期間，可通過軟件正時、電路正時、和外部或致動引起的電接觸改變其電構(gòu)造。更特別地，在第一實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)20包括在第一協(xié)作構(gòu)造中具有縱向交疊 區(qū)域的至少一組橫向箍筋22。如圖2-2b中所示，致動器18傳動地連接至箍筋22，并構(gòu) 造成使得它們向內(nèi)移動至第二協(xié)作構(gòu)造，其中面積是增大的。箍筋22優(yōu)選是弓形的(圖 2b)，以具有朝向向外構(gòu)造的彈簧偏壓，并可以是固定的或可垂直平移的。此外，應(yīng)當(dāng)清 楚，第一與第二組箍筋22可正交地定向，并傳動地連接至單獨(dú)的致動器18，以具有四向 調(diào)節(jié)性。在圖3所示的另一實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)20包括由靠背框架28的橫向構(gòu)件26 (顯示為 弧形)攜帶的第一和第二滑塊24。滑塊24限定了間隔，浮動墊30位于表面16與滑塊 24的中間。致動器18可操作，以引起滑塊24相對平移，從而限定第二間隔，第二間隔 引起所述墊30改變其狀態(tài)。例如，如圖3中所示，線14的活動引起滑塊24向內(nèi)行進(jìn)， 引起浮動墊30朝著表面16突出。如圖所示，滑塊24優(yōu)選被至少一個壓縮(或延伸)彈 簧32朝著第一或第二間隔偏壓。在第二實(shí)施例中，致動器18包括攜帶至少一個柔性構(gòu)件36 (例如，所示通常為 弓形的線框架)的第一和第二滑件34。所述滑件34可傳動地連接至至少一個形狀記憶 線14，使得當(dāng)線14被激活時，引起滑件34相對平移。由于向內(nèi)的平移，構(gòu)件36能夠獲 得第二更加弓形的構(gòu)造。如圖4b、c所示，滑件34可傳動地連接至多個單獨(dú)激活的形狀 記憶線14，以便協(xié)調(diào)地提供多個支撐位置。圖4c示出了由單柱38攜帶的三個線致動器 14(其中中間的連接至兩個滑件34)，使得可獲得四個位置，其中通過使所有三個線14都 處于不活動的或松弛狀態(tài)來提供一個位置。類似地，如圖5所示，跨越靠背大部分寬度的彎板40可通過螺絲致動器18緊固 在第一位置，并在中間錨定至座椅框架28。彎板40驅(qū)動在板/致動器與表面16中間的 柔性構(gòu)件36。更特別地，致動器18包括螺桿42、第一和第二推動螺母44、優(yōu)選至少一 個連接到座椅框架28的軸承46、以及活性材料(例如，SMA)基驅(qū)動件48。驅(qū)動件48 構(gòu)造成在被激活時有選擇地引起螺桿42旋轉(zhuǎn)，并可使用卷繞的SMA、多個同步PZT等。 可選地，螺絲致動器18可由乘客手動地驅(qū)動，其中SMA元件14通過幫助柔性構(gòu)件36的 彎曲而幫助該動作。螺母44在外部布置在板40的附近，它們具有防止板40伸直的硬止 動塊。當(dāng)旋轉(zhuǎn)時，桿42引起螺母44相對于靠背12a的中線向內(nèi)或向外平移。這引起板 40進(jìn)一步彎曲或變直，從而分別允許表面16凹陷或變硬。最后，應(yīng)當(dāng)清楚，可設(shè)置其它 活性材料元件，例如跨越彎板的形狀記憶線，以輔助驅(qū)動件引起板40的彎曲。在另一實(shí)例中，致動器18包括在中間連接至柔性構(gòu)件36的形狀記憶合金線14， 該線優(yōu)選纏繞第一和第二橫向間隔開的滑輪50，以增大線長度(圖6)。當(dāng)線14被引起收縮時，構(gòu)件36的中心被使得凹陷；應(yīng)當(dāng)清楚，構(gòu)件36可在其末端固定(到靠背框架28 的垂直軌)或自由。如圖6中所示，線14連接至固定錨，例如座椅框架28，并與構(gòu)件 36形成頂點(diǎn)和弓弦構(gòu)造。在該構(gòu)造中，應(yīng)當(dāng)清楚，由于具有三角關(guān)系，所以線激活導(dǎo)致 在頂點(diǎn)的放大位移。替代構(gòu)造以虛線示出(圖6)，其中線14在通常為弓形的構(gòu)件36之 前；這里，激活引起構(gòu)件36變直，表面16變硬。如圖6中所示，致動器18還可但非必須，包括連接到與結(jié)構(gòu)20相對的元件14 的過載保護(hù)器52。所述過載保護(hù)器52構(gòu)造成在元件14被激活但是結(jié)構(gòu)20無法移動時提 供第二輸出路徑。在所示實(shí)施例中，過載保護(hù)器52包括串聯(lián)至元件14的拉伸彈簧54。 彈簧54伸展到應(yīng)用對應(yīng)于如下負(fù)載水平的預(yù)載的位置，這里應(yīng)當(dāng)清楚，該負(fù)載水平使得 致動器元件14如果被阻止會開始經(jīng)受過大的力。結(jié)果，元件14的激活會首先施加試圖 操縱結(jié)構(gòu)20的力，但是如果該力水平超過彈簧54中的預(yù)載(例如，支撐10被阻止)，那 么線14相反會進(jìn)一步伸展彈簧54，從而保護(hù)致動器18的完整性。優(yōu)選的保護(hù)器52提供了機(jī)械優(yōu)點(diǎn)，為此，還可包括在元件14與彈簧54中間的 杠桿56(圖6)。杠桿56限定了第一和第二臂56a、b和樞轉(zhuǎn)軸線。元件14連接到臂 56a、b之一，以便從軸線間隔開第一距離。彈簧54連接到另一臂，并從軸線間隔開比 第一距離大的第二距離，以便增大進(jìn)一步伸展彈簧54所需要的過載力。在圖7所示的再一實(shí)例中，致動器18可包括構(gòu)造成有選擇地接合表面16的凸輪 58。更特別地，活性材料元件14可操作，以便在被激活時引起凸輪58旋轉(zhuǎn)，并且凸輪 58的旋轉(zhuǎn)引起結(jié)構(gòu)20獲得第二構(gòu)造。優(yōu)選的致動器18還包括攜帶凸輪58的扭桿60， 以限定凸輪58的樞轉(zhuǎn)軸線(圖7)。桿60固定地連接至靠背框架28的上橫桿，以便在凸 輪58旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生朝向第一構(gòu)造的偏置力。在這方面，致動器18還具有在活性材料元件 14與結(jié)構(gòu)20中間的存儲能量元件(圖7)。所述存儲能量元件可操作，以便在活性材料 元件14被激活時釋放存儲的能量。在這些構(gòu)造中，單獨(dú)的活性材料元件的激活用以釋放 或開啟結(jié)構(gòu)20，例如，以便允許其通過致動器18的旋轉(zhuǎn)。應(yīng)當(dāng)清楚，當(dāng)材料變得去激活時，可被動地實(shí)施結(jié)構(gòu)20的恢復(fù)，例如，通過手 動操作，或者乘客的靜止載荷；或者通過雙向形狀記憶型元件14而主動地實(shí)施。但是， 在元件14具有單向致動時，優(yōu)選設(shè)置分離的復(fù)位機(jī)構(gòu)(即，“恢復(fù)”)62，以產(chǎn)生朝向回 位的偏置力。因此，復(fù)位機(jī)構(gòu)62也傳動地連接至結(jié)構(gòu)20，并與致動器18對抗地作用。 如實(shí)施例中所示，復(fù)位機(jī)構(gòu)62可由壓縮、延伸或扭轉(zhuǎn)彈簧，彈性體，氣動/液壓彈簧， 彈性體部件和其它活性材料元件等。例如，在圖3和7中，復(fù)位機(jī)構(gòu)62分別為壓縮和拉伸彈簧(作為扭桿的附加)。 拉伸彈簧62傳動地連接至結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件固定地連接至扭桿60。當(dāng)致動器18引 起結(jié)構(gòu)20沿第一方向擺動時，使得彈簧62通過伸展儲存能量。因此，元件14產(chǎn)生的致 動力大于彈簧62的彈性恢復(fù)力以及系統(tǒng)中具有的任意其它能量存儲元件產(chǎn)生的恢復(fù)力或 扭矩，例如圖7中扭桿產(chǎn)生的扭矩。當(dāng)去激活(和釋放)時，彈簧62產(chǎn)生的恢復(fù)力以及 系統(tǒng)中任意其它能量存儲元件(例如圖7中的扭矩)產(chǎn)生的恢復(fù)力或扭矩克服去激活線14 的無彈性阻力，使得引起線14伸展，結(jié)構(gòu)20擺回初始位置。這里，應(yīng)當(dāng)清楚，該重置 過程期間線14經(jīng)受的應(yīng)力加速了回到馬氏體狀態(tài)的相態(tài)變化。如前所述，優(yōu)選的系統(tǒng)10包括連接至致動器的零動力保持鎖止機(jī)構(gòu)64。鎖止機(jī)構(gòu)64將結(jié)構(gòu)20保持在操縱位置上，即便是在致動器元件14去激活之后。如前所述，在 使用存儲能量致動的情況下，鎖止機(jī)構(gòu)64用于將結(jié)構(gòu)20保持在常規(guī)位置，用作致動器的 釋放裝置。圖7中，鎖止機(jī)構(gòu)64包括與扭桿60同心對齊的“有齒”齒輪66，和軸線。棘 爪60可操作以有選擇地接合齒輪66，從而阻止相對運(yùn)動?；钚圆牧显?例如，SMA 線)連接至棘爪68，并構(gòu)造成使得棘爪68脫離齒輪。最后，棘爪復(fù)位器(例如，延伸、 壓縮或扭轉(zhuǎn)彈簧等)72起對抗作用以脫離元件70，以將機(jī)構(gòu)64朝著接合的位置偏壓。參考圖2b，鎖止機(jī)構(gòu)64可包括至少一個球74和棘爪76，棘爪76構(gòu)造成接合第 二箍筋22以將箍筋22保持在第二構(gòu)造中。這里應(yīng)當(dāng)清楚，單個形狀記憶型線14可構(gòu)造 成脫離所述機(jī)構(gòu)64，并在熱循環(huán)期間致動所述支撐件。如該附圖中所示，線14通過首先 收縮以向下拉球74然后進(jìn)一步向內(nèi)拉箍筋22來實(shí)現(xiàn)該目的；因此，線14在由箍筋22限 定的通道(例如，由球-棘爪限定的一系列通孔)內(nèi)繃緊?？蛇x地，可使用單獨(dú)的SMA 線來釋放棘爪和改變箍筋的位置。在另一實(shí)施例中，鎖止機(jī)構(gòu)64可包括第一和第二可移動塊78，如圖6a中所示。 所述塊78構(gòu)造成有選擇地接合線14。更優(yōu)選地，在該構(gòu)造中，線14包括接合塊78的高 屈服能力的被動部分79(例如，鋼或凱夫拉爾繩)。在相對側(cè)，所述部分79連接至輸出 負(fù)載和SMA線14。結(jié)構(gòu)20結(jié)果保持在第二構(gòu)造中，即便是線14恢復(fù)其去激活長度。 最后，設(shè)置至少一個拉伸彈簧80以將塊78朝著與線14接合來偏壓(圖6a)。圖8示出了可操縱腰部支撐件10的另一實(shí)例，包括傳動地連接至單個形狀記憶 線14并可通過其重構(gòu)的第一和第二柔性構(gòu)件82(例如，彎成弓形的鉸鏈-鉸鏈或鉸鏈-固 定的屈曲金屬板)。構(gòu)件82于其外端固定至固定結(jié)構(gòu)，例如靠背框架28的垂直軌。當(dāng) 通過線14的激活被進(jìn)一步彎曲時，構(gòu)件82接合表面16以改變其狀態(tài)。致動器18優(yōu)選 還包括前述復(fù)位拉伸彈簧62和球-棘爪鎖止機(jī)構(gòu)64。這里，鎖止機(jī)構(gòu)64還用于導(dǎo)向。 最后，應(yīng)當(dāng)清楚，可使用單線致動器18來解鎖和致動。在本發(fā)明的另一方面，致動器18可包括多個自動功能元件14，其中每個元件14 都傳動地連接至結(jié)構(gòu)20的單獨(dú)的部分/構(gòu)件。元件14協(xié)作地構(gòu)造成順序地以受控或隨 機(jī)方式移動所述部分。例如，圖9中，柔性結(jié)構(gòu)20傳動地連接至多個壓電元件14，并且 元件14和結(jié)構(gòu)20共同地構(gòu)造成在表面16中產(chǎn)生駐波或行波。結(jié)構(gòu)20優(yōu)選構(gòu)造成放大 和削弱所述波。在該構(gòu)造中，應(yīng)當(dāng)清楚，可使用軟件或電路正時來協(xié)調(diào)所述元件14。參考圖10和10a，可清楚，信號源84(例如，電源)通訊地連接至元件14，并 可操作以產(chǎn)生激活元件14的適當(dāng)激活信號。例如，在汽車設(shè)置中應(yīng)用焦耳加熱信號，源 84可由含有蓄電池的車輛充電系統(tǒng)構(gòu)成，元件14可通過引線86或通過適當(dāng)?shù)亩滩o線 通信(例如，RF等)與該系統(tǒng)互連?？蛇x地，源84可包括由低電流源供給的供應(yīng)的電 容，例如，相對于表面16可操作地定位的多個壓電元件，以便獨(dú)立。通過供給延長的一 段時間，電容可操作以快速釋放用于致動的足夠電流?？墒褂猛ㄐ诺剡B接到元件14和源 84的開關(guān)或其它輸入裝置88來關(guān)閉電路，導(dǎo)致相應(yīng)元件的激活。更優(yōu)選地，可由控制器90和通信地連接至控制器90的至少一個傳感器92(圖 IOa)來替代或補(bǔ)充開關(guān)88?？刂破?0和傳感器92共同地構(gòu)造成在檢測到預(yù)定條件時有 選擇地引起致動。例如，預(yù)見到，至少一個車輛碰撞傳感器92可能被使用時，使得控制
11器90能夠檢測實(shí)際的和/或預(yù)測逼近的碰撞事件。在該構(gòu)造中，控制器90能夠僅在確 定所述事件時引起支撐件10致動(以引起表面16凹陷)，優(yōu)選地超馳輸入裝置88。在 碰撞設(shè)定中，應(yīng)當(dāng)清楚，優(yōu)選使用快速作用材料，例如SMA;優(yōu)選省略過載保護(hù)器52， 使得線14可達(dá)到最大產(chǎn)生的致動力。在另一實(shí)例中，在座椅靠背12a中可利用至少一個測力傳感器92。在該構(gòu)造 中，在應(yīng)用和/或移除最小力(例如，平均兒童乘客的靜止負(fù)載)時，支撐件10自動地 操縱。應(yīng)當(dāng)清楚，考慮到本公開，適當(dāng)?shù)乃惴?、處理能力和傳感器選擇/輸入都在本領(lǐng) 域的技術(shù)內(nèi)。本說明書使用例子來公開本發(fā)明，包括最佳模式，也使得本領(lǐng)域的所有技術(shù)人 員能夠制造和使用本發(fā)明。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，可包括本領(lǐng)域其他技術(shù) 人員想到的其它例子。這種其它例子如果具有并不與權(quán)利要求的字面語言相區(qū)別的結(jié)構(gòu) 元件，或者包括與權(quán)利要求字面語言無實(shí)質(zhì)區(qū)別的等效結(jié)構(gòu)元件，則也落在權(quán)利要求的 范圍內(nèi)。此外，如這里所使用的，術(shù)語“第一”、“第二”等并不表示任何的順序或重 要性，而是用來將元件彼此區(qū)分開，術(shù)語“這個”、“一個”并不表示數(shù)量的限制，而 是表示出現(xiàn)至少一個引用的術(shù)語。涉及給定成分或測量的相同質(zhì)量的所有范圍都包括端 點(diǎn)并可獨(dú)立地組合。
權(quán)利要求
1.一種適于與座椅靠背一起使用的可操縱腰部支撐件，其中所述靠背限定了接合表 面，并且所述表面具有第一狀態(tài)，所述支撐件包括可重構(gòu)的結(jié)構(gòu)，其布置在所述靠背內(nèi)，并具有相對于所述表面的第一位置、構(gòu)造和 方向；致動器，其傳動地連接至所述結(jié)構(gòu)，并包括至少一個活性材料元件，該元件可操作 以在暴露于激活信號或從激活信號斷開時經(jīng)歷可逆的變化；所述致動器構(gòu)造成由于所述變化而引起或者使所述結(jié)構(gòu)能達(dá)到第二位置、構(gòu)造或方 向，其中所述狀態(tài)被改變。
2.如權(quán)利要求1所述的支撐件，其中所述元件包括形狀記憶型合金、電活性聚合物、 壓電組合物、磁限制、電限制材料或前述材料的組合。
3.如權(quán)利要求2所述的支撐件，其中所述至少一個元件包括形狀記憶型合金線，所述 結(jié)構(gòu)包括在第一協(xié)作構(gòu)造中具有縱向交疊區(qū)域的至少一組橫向箍筋，所述致動器傳動地 連接至所述箍筋，并構(gòu)造成引起它們向內(nèi)平移至第二協(xié)作構(gòu)造，其中由于所述變化增大 所述區(qū)域。
4.如權(quán)利要求3所述的支撐件，其中所述箍筋是弓形的，以形成朝著所述第一構(gòu)造的彈簧偏壓。
5.如權(quán)利要求3所述的支撐件，其中構(gòu)造至少一個球-棘爪鎖止機(jī)構(gòu)，以接合所述箍 筋從而在接合后將所述箍筋保持在所述第二構(gòu)造中，所述元件還構(gòu)造成由于所述變化脫 離所述機(jī)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求3所述的支撐件，其中所述箍筋可垂直平移，并且傳動地連接至第二致 動器。
7.如權(quán)利要求1所述的支撐件，其中所述結(jié)構(gòu)包括由橫向框架構(gòu)件攜帶并限定第一間 隔的第一和第二滑塊，以及在所述表面與所述滑塊中間的浮動墊，所述致動器可操作以 引起所述滑塊相對移動，從而限定第二間隔，并且所述第二間隔引起所述浮動墊改變所 述狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求7所述的支撐件，其中所述滑塊被至少一個彈簧朝著所述第一或第二間 隔偏壓。
9.如權(quán)利要求1所述的支撐件，其中所述結(jié)構(gòu)包括至少一個柔性構(gòu)件，并且所述致動 器構(gòu)造成由于所述變化弓I起所述構(gòu)件獲得所述第二構(gòu)造。
10.如權(quán)利要求9所述的支撐件，其中所述致動器包括形狀記憶型合金線，該合金線 在中間連接至所述至少一個構(gòu)件，并由橫向間隔開的第一和第二滑輪攜帶，使得由于所 述變化，所述合金線收縮，并且所述構(gòu)件的中心凹陷。
11.如權(quán)利要求10所述的支撐件，還包括含有第一和第二可移動塊的鎖止機(jī)構(gòu)，其中 所述塊構(gòu)造成有選擇地接合所述合金線，以將所述結(jié)構(gòu)保持在所述第二構(gòu)造中。
12.如權(quán)利要求11所述的支撐件，其中所述塊被彈簧偏壓向與所述合金線接合。
13.如權(quán)利要求9所述的支撐件，其中所述致動器包括凸輪，所述活性材料元件可操 作以由于所述變化引起所述凸輪旋轉(zhuǎn)，并且所述凸輪的旋轉(zhuǎn)引起所述結(jié)構(gòu)獲得所述第二 構(gòu)造。
14.如權(quán)利要求13所述的支撐件，其中所述致動器還包括扭桿，該扭桿攜帶所述凸輪以限定所述凸輪的樞轉(zhuǎn)軸線，并可操作以在所述活性材料元件被引起變化時產(chǎn)生朝著所 述第一構(gòu)造的偏壓力。
15.如權(quán)利要求9所述的支撐件，其中所述致動器包括第一和第二滑件，該第一和第 二滑件攜帶所述至少一個柔性構(gòu)件，并傳動地連接至所述至少一個活性材料元件，使得 由于所述變化引起所述滑件相對平移，并且所述構(gòu)件能夠由于所述平移獲得所述第二構(gòu) 造。
16.如權(quán)利要求15所述的支撐件，其中所述滑件傳動地連接至多個單獨(dú)激活的形狀記 憶線，以協(xié)作地具有多個支撐位置。
17.如權(quán)利要求1所述的支撐件，其中所述致動器包括多個自動功能元件，每個元件 都傳動地連接至所述結(jié)構(gòu)的單獨(dú)的部分，并且所述元件協(xié)調(diào)地構(gòu)造成順序地移動所述部 分。
18.如權(quán)利要求17所述的支撐件，其中所述結(jié)構(gòu)傳動地連接至多個壓電元件，并且所 述元件和結(jié)構(gòu)協(xié)作地構(gòu)造成在所述表面中產(chǎn)生駐波或行波。
19.如權(quán)利要求1所述的支撐件，還包括鎖止機(jī)構(gòu)，該鎖止機(jī)構(gòu)構(gòu)造成當(dāng)所述變化退 回時接合所述結(jié)構(gòu)并從而保持所述結(jié)構(gòu)處于所述第二位置、構(gòu)造或方向。
20.如權(quán)利要求19所述的支撐件，其中所述機(jī)構(gòu)包括第二活性材料元件，該元件可操 作以在暴露于激活信號時經(jīng)歷第二變化，并構(gòu)造成由于所述變化引起所述機(jī)構(gòu)脫離所述 結(jié)構(gòu)。
21.如權(quán)利要求1所述的支撐件，還包括復(fù)位機(jī)構(gòu)，其傳動地連接至所述結(jié)構(gòu)以對抗所述致動器，并產(chǎn)生小于所述致動力的 偏置力，使得當(dāng)所述元件去激活時所述機(jī)構(gòu)引起所述結(jié)構(gòu)移到所述第一位置，并在所述 元件被激活時允許所述致動器驅(qū)動所述結(jié)構(gòu)至所述第二位置。
22.如權(quán)利要求1所述的支撐件，其中所述致動器還包括與所述結(jié)構(gòu)相對地連接至所 述元件的過載保護(hù)器，其構(gòu)造成當(dāng)所述元件被激活并且所述結(jié)構(gòu)無法移動時提供第二工 作輸出路徑。
23.一種可自動調(diào)整的座椅腰部支撐系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括限定接合表面的座椅靠背，其中所述表面具有第一狀態(tài)；容納在所述靠背中的結(jié)構(gòu)，具有相對于所述表面的第一位置、構(gòu)造和方向；致動器，其傳動地連接至所述結(jié)構(gòu)，并包括形狀記憶型材料元件，該元件可操作以 在暴露于激活信號或從激活信號斷開時經(jīng)歷可逆變化，其中所述致動器構(gòu)造成由于所述 變化引起所述結(jié)構(gòu)移向第二位置、構(gòu)造或方向，其中所述狀態(tài)被改變；通信地連接至所述致動器的控制器；以及傳感器，其通信地連接至所述控制器，并可操作以檢測外部條件；所述控制器和傳感器協(xié)作地構(gòu)造成僅在檢測到所述外部條件時自動地引起所述變化。
全文摘要
一種適于與限定第一表面狀態(tài)的座椅靠背一起使用的可操作腰部支撐件，包括布置在所述靠背內(nèi)并具有第一結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，以及使用活性材料元件的致動器，所述活性材料元件構(gòu)造成當(dāng)被激活時引起所述結(jié)構(gòu)獲得第二結(jié)構(gòu)。
文檔編號B60N2/20GK102015363SQ200980116719
公開日2011年4月13日 申請日期2009年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月9日
發(fā)明者A·L·布朗, D·K·麥奎恩, G·L·瓊斯, J·P·拉瓦爾, N·D·曼凱姆, N·L·約翰遜, P·W·亞歷山大, S·E·莫里斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司