形狀記憶觸覺信息系統在汽車中的應用
形狀記憶合金（SMA）可以作為無噪音和輕量化的小型驅動器在極小空間中運行。盡管尺寸很小，但這些驅動器的功率密度是所有已知驅動器中最高的。
執行機構可以幫助人們更安全地操作機器和設備。將事故風險降至最低。
“有記憶的金屬” 體積小功率密度極高，具有光明的應用前景。PMX 放大系統作為中央測控單元，滿足了 ZAF 試驗臺的各項要求。
通過使用 PMX，ZAF能夠有效地進行了實驗，從而為產品開發奠定了基礎，未來將被轉移到機械安全、汽車技術和服裝工業等工業部門。
如果形狀記憶元件在馬氏體狀態下發生機械變形，如超過臨界應力，會以穩定的狀態出現高延伸率（高達約8%）。如果隨后溫度升高，由馬氏體轉變為奧氏體狀態時，則會發生形狀記憶元件的重塑。這個過程是遲滯和可逆的 [1]。如圖1所示，通過電加熱，形狀記憶線可以在狀態1和2之間來回切換。在材料轉換過程中，可以檢測到電阻的顯著變化。
FG線驅動器通常由鎳鈦合金組成，在連續操作中可產生400兆帕的最大拉應力，一次性操作時可產生800兆帕的最大拉應力[2]。例如，一根1g自重的FG電線可以移動5000g的負載。
由于上述特性，通過形狀記憶效應可以實現非常輕巧和緊湊的觸覺元件。
圖2 展示了弓形FG驅動器。鉸鏈式 FG 線兩端通過機械裝置夾緊，中間部分與執行機構連接。這個執行器可以用來向人類傳遞觸覺刺激。
力觸覺功能梯度制動器的特點是其定位特性。在這里，準靜態刺激可以被傳遞，這可以通過觸覺受體進行區分，在強度方面比振動執行器更好。
圖3 顯示了用于汽車的觸覺信息反饋系統。車輛通過傳感器檢測環境條件，例如行駛時與其他車輛的距離、停車時的障礙物或檢測附近的危險等。例如，該信號可由超聲波傳感器檢測并轉發給控制單元。
現在，觸覺刺激信息可通過各種皮膚受體傳遞給駕駛員。如[4]所示，可通過方向盤上的模擬觸覺元件傳輸與前方車輛的距離信息，或在座椅中產生位置相關的刺激 - 例如在腰部使用相關執行器。
刺激感知的一個特別有趣的點也是腳部區域。將執行器集成到鞋子中來實現。在足弓區域，可以使用 FG執行器可以產生2 mm的最大行程。也就是說執行器克服了鞋底1.2毫米的元素，并產生了5 N的最大刺激，行程為0.8毫米。然后通過無線信息傳輸與控制單元建立連接。
為了評估這一概念，需要將 FG 執行器安裝在鞋內后足弓區域，并且觸覺銷需穿透鞋底，以確保能到達鞋內足弓區。
測試由帶有控制和Codesys編程功能的 PMX 通用測量放大器進行。FG 驅動器行程以及觸覺信號的刺激強度由電位傳感器檢測并發送到測量放大器。FG執行器的觸發是事件控制的，根據伺服電機對鞋子的負載激勵，可以測量FG執行器的行程。
在周期循環開始時，控制器發出關閉繼電器的信號，關閉電源和被測執行器之間的電路，FG導線縮短，原理如圖2所示。實驗裝置如圖4所示。
PMX 測量放大器為測試臺提供了一種量身定制的解決方案。其靈活的設計允許使用多種傳感器進行精確測量，并可通過數字輸入和輸出以及 CODESYS 軟PLC控制整個試驗臺。所有測量值均以20kHz采樣，并可通過以太網接口在 HBM CATMAN 軟件上進行可視化和存儲。
在接下來的實驗中，還模擬了鞋內的壓力負荷，類似于步行時的壓力負荷。兩個伺服電機被用來在鞋底產生壓力。圖6顯示了相關的動態測量過程（隨時間變化）。
制動加載，FG 執行器上的負載也會改變。如果行程達到零位，則關閉FG導線的電流并打開負載。如果執行機構仍處于奧氏體狀態，它會被機械力拉長，或經歷假彈性應變。關閉反作用力后，FG執行器現在跳回到擴展位置，這取決于其轉換溫度。用戶可以注意到的，脈沖時間只有4秒。
“這里列出的基本調研是‘基于形狀記憶因素的適宜觸覺反饋元件’項目的一部分（由 BMBF 科學項目資助）。由于PMX測量系統精確且易于編程，能夠在短時間內完成測試。PMX作為測試的控制系統同時，并可作為數據采集（DAQ）用于以后的測試評估。
“機械設計和測試是產品開發的基礎，在進一步的研究過程中，這些技術將轉移到機器安全、汽車技術和服裝工業。”Alexander Czechowicz 博士在項目介紹會上如此評論。
ZAF 是應用形狀記憶技術中心簡稱，是工具和材料.研究基金會成員，主要面向工具和刀具行業、固態成形、汽車、精密機械、機床和閥門技術等工業進行研究和項目開發。這是位于伍珀塔爾的伯吉斯大學的一個研究所。
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