CN101163604A - 根据需要可变形的汽车车体模制件和表面 - Google Patents

Abstract

一种可变形的车辆部件，其利用至少一种活性材料以响应激活信号而改变至少一个属性。至少一个属性的改变是指形状尺寸、形状定位、膨胀、压缩、变形、屈服强度性质、弯曲模量或其结合的改变。优选地，至少一个属性的变化在可变形的车辆部件中是可逆的。本文还公开了一种方法，其用于利用至少一种活性材料以根据需要、响应激活信号来改变至少一个属性的可变形的车辆部件。

Description

根据需要可变形的汽车车体模制件和表面

背景技术

[0001]本公开主要涉及一种根据需要可变形的车体模制件和表面，更具体地讲，涉及一种基于活性材料的根据需要可变形的车体模制件和表面。

[0002]现在通用的车辆部件，诸如各种车体侧部模制件、摩擦条带、边缘挡板和减震器等，已经被应用了许多年。这些类型的车辆部件同时具有装饰和保护两种作用。例如，边缘挡板保护门、减震器等的边缘，并且可以用来装饰车辆表面。车体侧部模制件通常由许多块件形成，这些块件水平地对齐且附接车辆侧部上。车体侧部模制件必须考虑到与车辆门组件的开闭相关的空隙。因此，一些车辆要求切割模制件的一部分以允许门的开闭。必须以这种方式形成模制件带来的问题是降低了模制件的美感。从一定距离来看，人们很难分辨该切割部分是车辆的损伤或是设计使然。

[0003]上述类型的通用车辆部件大致是固定的。也就是说，这些车辆部件或者存在于车辆上或者不在。例如，在预定车辆市场并不总是需要在车辆部件前面安装车牌支架。许多辖区并不要求前面车牌，但另外一些辖区要求。然而，考虑到成本，制造商通常把它所有的车辆模型都制造成带有车牌支架。于是，当辖区不要求前面车牌和/或车主不想要前面车牌时，这就带来美感上的问题。

[0004]因此，在本领域需要一种根据需要可变形的车体模制件和表面，其提供一种保护车辆并同时具有美感的方式。如果车辆部件可以根据需要而逆变形，那将特别具有优势。

发明概述

[0005]本发明公开的是可变形的车辆部件和使用方法。在一个实施方案中，基于非活性材料的部分与基于活性材料的部分联接，其中基于活性材料的部分包括：活性材料，所述活性材料响应激活信号以改变至少一个属性，其中至少一个属性的变化改变基于活性材料的部分的模量性质、形状定位或模量性质变化与形状定位变化的结合；激活装置，所述激活装置与活性材料协同起作用(in operativecommunication with)，提供激活信号；和控制器，所述控制器与激活装置协同作用。

[0006]在另一实施方案中，车辆的至少由两部分组成的可变形模制件邻接跨越门和门框的界面，所述可变形模制件包括：附接在门框表面的第一模制件；附接在门上的第二模制件，其包括邻接第一模制件的基于活性材料的部分。基于活性材料的部分包括：活性材料，所述活性材料响应激活信号以改变至少一个属性，其中至少一个属性的变化改变基于活性材料的部分的模量性质、形状定位或模量性质变化与形状定位变化的结合；激活装置，所述激活装置与活性材料协同作用，提供激活信号；和控制器，所述控制器与激活装置协同作用。

[0007]在一个实施方案中，用于选择性地在车辆表面形成或消除凸起图案的方法包括：在车辆表面形成包括有活性材料的图案，其中活性材料可具有如下两种塑造形状中的一种，即从车辆***表面突出的塑造形状以及基本上与***表面的轮廓平齐的塑造形状；激活所述活性材料，其中激活活性材料使其由从车辆***表面突出的塑造形状改变为基本上与***表面轮廓平齐的塑造形状或由基本平齐的塑造形状改变为突出的塑造形状；并钝化所述活性材料。

[0008]上述特征和其它特征将由以下的附图和详细说明部分来举例阐明。

附图简述

[0009]现在参考附图，这些附图展示的是示例性的实施方案并且其中相似的部件使用相同的编号：

[0010]图1示意性显示了本发明公开的一个实施方案中，车体侧部模制件在激活之前的截面图；

[0011]图2示意性显示了本发明公开的一个实施方案中，车体侧部模制件在至少一种活性材料被激活时沿图1中线2-2所取的截面图；

[0012]图3示意性显示了本发明公开的一个实施方案中，可变形车辆部件的弹簧在激活之前的截面图；

[0013]图4示意性显示了本发明公开的一个实施方案中，可变形车辆部件在激活之前的截面图；

[0014]图5示意性显示了本发明公开的一个实施方案中，图5中的可变形车辆部件在至少一种活性材料被激活时的截面图；

[0015]图6示意性显示了本发明公开的一个实施方案中，可变形车辆部件在激活之前的截面图；以及

[0016]图7示意性显示了本发明公开的一个实施方案中，图7中的可变形车辆部件在至少一种活性材料被激活时的截面图。

详细说明

[0017]本发明公开主要涉及一种车辆的可变形车辆部件和使用方法，具体地讲，涉及一种包括活性材料的可变形车辆部件，该活性材料响应激活信号而改变车辆部件的形状定位和/或模量性质。当钝化时，可变形车辆部件可以恢复其初始的构造。在一些实施方案中，活性材料可用作促动器，配置在可变形车辆部件内，以实现形状定位和/或模量性质的变化。尽管此处仅参考汽车方面的应用，但是需要注意的是，可变形车辆部件同样适用于形成各种根据需要可变形的表面，诸如可能有利地应用于飞机、火车、客车、卡车、货车、娱乐车辆等。

[0018]此处所使用的术语“车辆部件”指的是构成车辆的各种零部件，包括但不局限于车体侧部模制件、摩擦条带、边缘挡板、减震器、挡泥板、前端结构、车牌支架、行李箱面板、引擎盖面板、车体面板、门面板等。车辆部件还指车辆的内部表面，包括但不局限于仪表板、防晒板、中心控制台、扶手、座位、头枕、门表面等。根据本发明公开，对于本领域技术人员来说，其它合适的车辆零件或部件是显而易见的。

[0019]可变形车辆部件主要包括活性材料，其响应激活信号以改变形状定位。此处使用的术语“活性材料”指的是若干不同种类的材料，所有这些材料在受到所施加的各种不同类型的激活信号(例如热信号、电信号、磁信号、机械信号、气动信号等)的至少一种时会呈现至少一个属性(例如尺寸、形状和/或弯曲模量)的变化。一种活性材料是形状记忆材料。这些材料呈现出形状记忆效果。具体地讲，在经过假塑性变形后，它们在响应激活信号后可恢复到其初始形状。合适的形状记忆材料包括但不限于形状记忆合金(SMA)、铁磁SMA和形状记忆聚合物(SMP)。第二种活性材料可以考虑为那些在受到所施加的激活信号时呈现出至少一个属性的变化但是一旦撤消所施加的激活信号又回复到其初始状态的材料。这种类别的活性材料包括但不限于压电材料、电子活性聚合物(EAP)、磁流变液及弹性体(MR)、电流变液(ER)、电致伸缩聚合物、离子聚合物凝胶、一种或多种前述材料与非活性材料的复合物、包括至少一种前述材料的组合物等。活性材料可以整合在车辆部件内或者也可以构成整个部件。而且，选择性变形可以通过弯曲模量改变、形状改变、旋转、重新定位等方式来实现。上述材料中，基于SMA和SMP的车辆部件组件在一些实施方案中还可包括重现机构，以存储组件的初始几何形状。重现机构可以是机械的、气动的、液动的或基于上述活性材料中的一种。

[0020]通过利用活性材料，可变形车辆部件可以可逆地改变至少一个属性以提供根据需要的保护，提供车辆部件美化的外观，以及在所希望的和所构造的地方提供“看不见(disappearing)”安装。另外，活性材料可以构造成如促动器一样起作用，以实现形状定位和/或模量性质的变化，也即，实现变形。施加激活信号于活性材料可以实现根据需要的可逆改变。合适的激活信号取决于所使用的具体的活性材料。如上所述，提供以改变车辆部件的形状定位的激活信号可包括机械加载或者应力信号、热信号、电信号、磁信号和包括至少一个前述信号的组合的信号等。

[0021]现在参考图1-2，其显示了示例性的可变形车辆部件10，适合用作跨越处于车体表面13和门表面16之间的界面12的车体侧部模制件。车辆部件10包含活性材料部分18，图中显示其附接在门表面16的传统车体侧部模制件部分20上。车体侧部模制件16跨越穿过界面12且与设置在车体表面13上的模制件部分14线性对齐。如在图2中更清楚地显示，活性材料部分18主要包括刚性基体22和附接于基体22上的挠性盖件24。包括活性材料部分18的车辆部件10可以通过固定器或粘合剂(诸如双面胶、丙烯酸泡棉胶带等)来固定在车辆的车体表面(例如门表面16)上。活性材料部分18包括活性材料26，用于响应激活信号而改变形状定位和/或模量性质。活性材料可采用上述的多种形式。例如，活性材料可以是固体形式的形状记忆聚合物，使得激活能引起模量的改变。在其它实施例中，活性材料的形式可以是位于挠性盖件间的形状记忆合金弹簧。更进一步地，位于挠性盖件和基体间的空间可以填充有电流变液或磁流变液。还可考虑其它变体，并且这些变体可为本领域技术人员所理解。

[0022]活性材料26与激活装置28和控制器30协同起作用。激活装置28基于控制器30所提供的信号来提供适当的激活信号给活性材料26。作为示例，车辆部件10可形成为车体侧部模制件，提供基本上连续的表面穿过各种界面，例如界面12。一旦选择性地激活活性材料部分18(例如形状记忆聚合物)，活性材料部分18的形状定位和/或模量性质将改变，以在门表面16和门框表面14之间提供所需要的空隙量以允许门打开(如图2中虚线结构32所示)。尽管所例举的车辆部件10具有由挠性盖件12和刚性基体14所限定的中空内部区域，可考虑挠性盖件12和刚性基体也可以形成固体结构，也即非中空的内部区域。此外，整个车辆部件10(例如车体模制件)或其选定部分可以如图所示由活性材料形成。

[0023]任选活性材料可在没有由控制器施加的激活信号下被动地改变车辆部件10。例如，可以选择活性材料26以承受机械应力(例如压力加载，如可能由开门让人进出而引起)下的形状定位和模量性质的改变。例如，这是SMA处于其奥氏体相位(austenitic phase)时可能发生的情况，也即超弹性的一种情况。开门时，车辆部件10的一部分接触活性材料部分18，导致它发生塑性变形。在门未打开时，活性材料26处于未加负载状态，因此为钝化状态，而车辆部件10的形状和模量性质回复到其未加负载时的初始形状和初始模量性质，这可用于提供穿过各种界面(例如门和门框的界面)的连续表面，以保持车辆外观的悦目美感。

[0024]在另一实施例中，可变形车辆部件可构造用作由活性材料(例如形状记忆聚合物)形成的摩擦条带。响应预期开门的激活信号——例如门把手的移动、按下遥控钥匙(key fob)等——可以用来触发形状记忆聚合物的热激活以实现其模量的变化，使得当门打开时在摩擦条带内发生形变。形状记忆聚合物可以保持加热直到门关闭或者当门关闭时再次加热。加热的形状记忆聚合物摩擦条带在门关闭之后不再承重负载，可以回复到其初始构造。以这种方式，门的开闭可以采用与摩擦条带相关的力的最小努力或最小阻力来编程。

[0025]现在参考图3，其显示了可变形车辆部件40的截面图。车辆部件40包括刚性基体22和挠性盖件24，它们共同限定中空内部区域42。多条金属线44设置在内部区域42内，一端附接在刚性基体22上而另一端附接在挠性盖件24的下侧。金属线44可以是任何形式，包括但不限于条状物、带状物、弹簧等。多条金属线44由活性材料形成并且与激活装置28和控制器30协同起作用，后两者提供激活信号给活性材料。活性材料的激活实现形状定位和/或模量性质的变化，使得形状改变到如图所示的虚线结构46，或者一旦施加负载(例如活性材料部分接触门框表面)，就会发生弹性压缩。

[0026]作为示例，金属线44可以由形状记忆合金形成。施加激活信号于形状记忆合金金属线44，引起形状记忆合金收缩至如虚线结构所示的第二形状定位。形状记忆合金金属线44的位置可以根据车辆部件40内所计划的变形量以及所希望的应用来变化，所有这些将会被本领域技术人员根据本发明公开所熟知。

[0027]如上所述，控制器30可以编程以在门打开时传递激活信号及在门关闭时停止激活信号。或者，激活信号可以由按下或激活电子钥匙上的指示有人进出车辆的动力锁开锁按钮等等来初激发。一旦接收到激活信号，形状记忆合金金属线44收缩，引起挠性盖件24向内弯曲。

[0028]在另一实施方案中，活性材料金属线可以用来膨胀以引起所希望的位移，通过阅读本发明公开，这对于本领域技术人员来说也将是显而易见的。此外，所希望的位移还可以通过使用其它活性材料诸如电子活性聚合物、压电弹性体、活性材料流体等以选择性地膨胀或收缩等操作来获得。

[0029]除了严格的形状回复外，任何可线性膨胀或收缩的活性材料可用于制备弯曲促动器，通过将这种活性材料和非活性弹性构件结合来实现。文献中通常将其称为单变形促动器。如果两构件都由相同材料制备但使之在相反方向变形，该材料就变成双变形的。对于根据需要的应用，某些活性材料可使其自身适合于车辆操纵机构的外表面。

[0030]采用膨胀或收缩的活性材料可分别引起向左或右的弯曲。在双变形构造中，任意方向都可根据活性材料层的定位来实现。采用形状记忆合金、导电聚合物、电致伸缩聚合物或其它轴向应变材料及产生弯曲力偶的弹性构件可产生单变形。弹性构件可属于许多材料种类，包括金属合金、聚合物和陶瓷。优选的材料为具有较大弹性应变极限的那些和可有效储存机械能的那些。其次考虑的有容易与所述至少一种活性材料结合、具有工作温度范围内可接受的性能并具有足够韧性来经受反复促动的那些。对于可根据驱动信号被驱动至伸长或压缩的任何材料，都可产生双变形。离子聚合物促动器如离子聚合物金属复合物和导电聚合物由于离子物质的移动(导致薄膜膨胀)本身呈现这种效应。因此优选采用这些材料进行这种变形。

[0031]现在参考图4和图5，其显示了构造成用作边缘挡板的示例性的可变形车辆部件50。边缘挡板通常用于在门打开及碰撞到相邻车辆时保护车辆没有凹痕、弯折和刮擦。例如，边缘挡板50可以构造成能够在车辆的普通操作期间保护车辆门、行李箱门、减震器等。

[0032]实施方案中的车辆部件50包括活性材料的局部区域52，其与非活性材料54的区域54协同起作用。在图4中，所示的车辆部件50初始时基本上是直的构造。图5显示了车辆部件50处于激活状态下的第二形状定位，其中边缘挡板呈现为曲线形状。以这种方式，边缘挡板可选择性地被激活而呈现曲线形状，以保护其它车辆表面不被接触。在钝化时，边缘挡板恢复到其初始形状，该初始形状在一些应用中可以是与***表面轮廓共平面的。

[0033]在工作中，施加激活信号于区域52引起活性材料变形至第二形状定位。形变引起活性材料沿着预定的路径弯曲，吸收与任何微小碰撞有关的动能。如果非活性材料固定地附接在表面上，局部区域52可以根据所计划的应用而向外或向内弯曲。同样地，活性材料的位置将根据空间的轴和所希望的应用而变化。以这种方式，物体的碰撞可以引起车辆部件10沿着预定的路径弯曲。例如，边缘挡板可以策略性地放置在车辆上以提供保护，防止购物车的碰撞。

[0034]或者，可变形的车辆部件50可以全部由活性材料形成，在激活信号激发下，该活性材料改变至少一个属性。可变形车辆部件可以在初始状态为直的构造而一旦发生激活信号时弯曲到曲线位置。例如，门边缘挡板围绕门的边缘包裹，根据需要而保护它。曲率将根据所计划的应用而决定。

[0035]在其它实施方案中，可变形摩擦条带可构造成通过响应激活信号而向外膨胀来提供实际衰减。例如，绝缘弹性体可用作可变形摩擦条带。例如，由绝缘弹性体制成的密封管制造成带有限定的内压力并应用在车辆边缘附近所希望的位置。当施加电压时，管在直径上膨胀至有效的程度以提供有效的保护，防止弯折。在另一实施例中，摩擦条带由形状记忆聚合物形成，其可以在门打开时加热且因此而***，并在撞击相邻物体例如某车辆的侧部时降低任何碰撞损害。在门关闭后，形状记忆聚合物可以在停止激活时返回到其初始未变形的几何状态，一旦冷却则形状记忆聚合物可以***。

[0036]现在参考图6和图7，其显示了使用可变形的车辆部件62来限定车牌支架的车辆减震器60。车辆部件62通过由活性材料形成的图案来限定。作为选择，整个前方减震器可以由活性材料形成，该活性材料带有对应于车牌支架而选择性激活的部分，但考虑到与活性材料相关的材料和加工费用，这通常是次优选的。

[0037]如在图7中更清楚地所示，施加激活信号到减震器内的活性材料引起车牌支架根据所用活性材料的种类和构造而出现或消失。例如，对于形状记忆聚合物，可以施加热激活信号或负载以使预成型的车牌支架部分塑性变形(即预成型的车牌支架包括从主要限定减震器的主平面表面突出的凸起)并使其一致地与前方减震器的剩余轮廓表面对齐。接着冷却车牌支架部分将会在合适位置锁定塑性形变并引起支架的“消失”。如果需要与车牌支架相关的表面轮廓，则在负载不存在时再加热车牌支架区域将会使车牌支架部分返回到其初始形状定位。根据所使用活性材料的种类，由活性材料形成的模制件可以制造成在激活时出现或消失。

[0038]在另一实施方案中，SMP区域可以定位在车辆的各种外部表面和内部表面内。借助使用形状为所希望图案的已加热工具的热激活可以用来创造个性化的和/或与众不同的浅浮雕雕刻和图形。如果人们不再需要这些雕刻和图形，加热形状记忆聚合物表面并移去表面负载将会“擦除”它们。合适的内部表面和外部表面包括但不限于车辆减震器、内部表面、方向盘表面、座位表面、仪表板表面、控制台表面等。

[0039]在另一实施方案中，形状记忆聚合物的局部区域可位于车辆的易受弯折、凹陷和刮擦的外部区域内。为了消除这些塑性形变，人们可以在没有负载时施加热激活来治疗和/或修补由形状记忆聚合物制成的表面区域。当然，修补将仅限于与表面塑性形变相关的损害，而不包括磨损、裂缝、撕裂、断裂等。

[0040]或者，活性材料的图案具有厚度且/或是半不透明或透明的，使得图案可以从背后照亮。例如，照明板可以设置在图案之后以提供背光照明。作为选择，可以使用反射的或明亮的面板，例如铬制面板。以这种方式，图案可以容易地看见并且具有美学趣味。更进一步地，图案可以带有纹饰。

[0041]在其它实施例中，可变形车辆部件是后备箱、引擎盖、扰流器(spoiler)、仪表板、防晒板、中央控制台、扶手、座位、头枕等等。可变形车辆部件具有由至少一种活性材料制成的局部区域。例如，仪表板由形状记忆聚合物材料形成，其与已加热工具一起使用可以产生出个性化的/与众不同的浅浮雕雕刻和图形。接着，如果人们需要去除雕刻和/或图形，SMP的局部区域可以在去除表面负载的情况下重加热，因此“擦除”图形和/或雕刻。

[0042]在另一实施例中，可变形车辆部件是前方扰流器、挡泥板、减震器等。这些区域一般由于其位置接近地面在低速时容易产生裂痕、凹痕、刮擦或损害。例如，运动车辆上的前方扰流器具有至少一种活性材料。驾驶者可以用震动来塑性变形前方扰流器。当重加热前方扰流器内的至少一种活性材料并去除表面负载时，塑性形变可以在前方扰流器内修复。作为选择，这可以应用于挡泥板、减震器等。

[0043]有利的是，活性材料的至少一个属性的变化可以在所施加激活信号的持续时间内保持。还有利的是，一旦停止激活信号，至少一个属性的变化基本上回复到其激活之前的初始形状。以这种方式，可以有利地可逆地发生。

[0044]形状记忆聚合物(SMP)通常是指一组聚合物材料，其显示出能够在受到适当热刺激时返回到一些先前所限定的形状的能力。形状记忆聚合物可以是热响应的(即性质的改变由热激活信号引起)、光响应的(即性质的改变由基于光的激活信号引起)、湿响应的(即性质的改变由液态激活信号诸如湿气、水蒸汽或水引起)或包括至少一个前述信号的组合。

[0045]通常，SMP是相分离的共聚物，其包括至少两种不同的单元，这些单元可以描述为在SMP内限定不同的链段，每个链段都对SMP的整体性质起不同的作用。如本文所使用的，术语“链段”是指嵌段、接枝或相同(或相似)的单体单元或低聚物单元的序列，其共聚形成SMP。相应地，每个链段都可以是晶形的或不定形的并且具有相应的熔点或玻璃转化温度(Tg)。本文为了方便所使用的术语“热转变温度”大致上指的是Tg或熔点，这根据该链段是不定形链段或晶形链段来区别。对于包括n个链段的SMP，SMP具有一个硬链段和(n-1)个软链段，其中该硬链段具有高于任何软链段的热转变温度。因此，SMP具有n个热转变温度。硬链段的热转变温度被使用术语“最后转变温度”，而所谓“最软”链段的最低热转变温度称为“第一转变温度”。值得注意的是，如果SMP具有用相同的热转变温度(也是最后转变温度)表征的多个链段，该SMP就具有多个硬链段。

[0046]在SMP加热到最后转变温度之上时，SMP材料可以获得永久形状。SMP的永久形状可以通过接着冷却SMP至该温度以下来设定或记忆。如本文所使用的术语“初始形状”、“预先限定的形状”和“永久形状”是同义的并且可互换使用。临时形状可以这样来设定：加热材料至高于任何软链段的热转变温度但仍低于最后转变温度的温度，施加外部应力或负载以使SMP变形，并且然后冷却到特定软链段的热转变温度以下，同时保持用来变形的外部应力或负载。

[0047]永久形状可以通过在去除应力或负载时，加热材料至特定软链段的热转变温度以上、最后转变温度以下来恢复。因此，必须清楚，通过结合多个软链段，可以显示出多个临时形状，而带有多个硬链段，可以显示出多个永久形状。相似地，使用层合的或复合的方法，多个SMP的组合将会显示出多个临时形状和永久形状之间的转变。

[0048]对于仅带有两个链段的SMP，形状记忆聚合物的临时形状在第一转变温度设定，接着通过在负载下冷却SMP以锁住临时形状。只要SMP保持低于第一转变温度，则将一直保持临时形状。当SMP再次在去除负载下被带至第一转变温度以上时，将再次获得永久形状。重复加热、定形和冷却等步骤可以重复地重设临时形状。

[0049]大多数SMP呈现出“单向”效应，其中SMP呈现出一个永久形状。当加热形状记忆聚合物至软链段热转变温度以上且没有应力或负载时，就将获得永久形状，且如果没有外力，形状将不会回复到临时形状。

[0050]作为选择，可制备一些形状记忆聚合物组合物以使其呈现出“双向”效应，其中SMP呈现出两个永久形状。这些***包括至少两个聚合物部件。例如，一个部件可以是第一交联聚合物而其它部件是不同的交联聚合物。各部件通过层压技术结合，或为互穿网络，其中该两个聚合物部件是各自交联但不是彼此交联。通过改变温度，形状记忆聚合物沿第一永久形状的方向或第二永久形状的方向改变其形状。每个永久形状都属于SMP的一个部件的形状。由一个部件(“部件A”)的机械性质所导致的整体形状的温度依赖性在相关的温度间隔内基本上独立于温度。其它部件的(“部件B”)机械性质在相关的温度间隔内依赖于温度。在一个实施方案中，在低温时，部件B变得比部件A更强，而部件A在高温时更强并且决定实际形状。双向记忆装置可以这样来制备：设定部件A的永久形状(“第一永久形状”)，使装置变形为部件B的永久形状(“第二永久形状”)，并且在施加应力下固定部件B的永久形状。

[0051]本领域普通技术人员应当认识到，构造SMP成多种不同形式和形状是可能的。对聚合物本身的组成和结构进行工程设计，可以允许对于所希望的应用选择特定温度。例如，根据特定应用，最后转变温度可以是约0℃到约300℃或以上。用于形状恢复的温度(即软链段热转变温度)可以大于或等于约-30℃。另一用于形状恢复的温度可以大于或等于约40℃。另一用于形状恢复的温度可以大于或等于约100℃。另一用于形状恢复的温度可以小于或等于约250℃。另一用于形状恢复的温度可以小于或等于约200℃。最后，另一用于形状恢复的温度可以小于或等于约150℃。

[0052]任选可选择SMP以提供应力导致的弯曲，其可以直接(即不用加热SMP至其热转变温度以上以‘软化’它)用来使面板符合所规定的表面，该表面可能对于不同的应用都是所希望的。在一些实施方案中，在这种情况下，SMP可以承受的最大应变与SMP在其热转变温度以上变形时所能承受的最大应变相当。

[0053]尽管已经参考并将进一步参考热响应的SMP，本领域技术人员根据本发明公开将会认识到，光响应SMP、湿响应SMP和通过其它方法激活的SMP可以容易地用于补充或替代热响应的SMP。例如，除了加热方法，临时形状可以在光响应SMP内如下进行设定：通过以具有特定波长、有效于形成特定交联的光来照射光响应SMP(带负载)，然后仍然在负载下停止照射。要回到初始形状，光响应SMP可以用具有相同或不同特定波长、有效于裂解特定交联的光来照射(负载去除)。相似地，临时形状可以在湿响应SMP内如下进行设定：通过将特定功能基团或部分暴露于湿气(例如湿气、水、水蒸汽等等中，使其有效吸收特定量的湿气而施加负载或应力给湿响应SMP，然后在仍然带有负载的情况下移除特定量湿气。要回到初始形状，可将湿响应SMP暴露在湿气中(负载去除时)。

[0054]合适形状记忆聚合物，不考虑SMP的特殊类型，可为热塑性材料、热固性-热塑性共聚物、互穿网络聚合物、半互穿网络或混合网络聚合物。SMP“单元”或“链段”可为单一聚合物或聚合物混合物。所述聚合物可为直链或带有侧链或树枝状结构单元的支链弹性体。形成形状记忆聚合物的合适聚合物组分包括但不局限于聚磷氮烯、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚氨基酸、聚酸酐、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚烯烃、聚丙烯酰胺、聚亚烷基二醇、聚氧化烯烃、聚对苯二甲酸亚烷基酯、聚原酸酯、聚乙烯基醚、聚乙烯酯、聚卤代乙烯、聚酯、聚丙交酯、聚乙交酯、聚硅氧烷、聚氨酯、聚醚、聚醚酰胺、聚醚酯及其共聚物。合适聚丙烯酸酯的实例包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸异癸基酯、聚甲基丙烯酸十二酯、聚甲基丙烯酸苯酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸异丁酯和聚丙烯酸十八酯。其它合适聚合物的实例包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯基苯酚、聚乙烯吡咯烷酮、氯化聚丁烯、聚十八烷基乙烯基醚、聚乙烯-乙酸乙烯酯、聚乙烯、聚氧化乙烯-聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯/尼龙(接枝共聚物)、聚己内酯-聚酰胺(嵌段共聚物)、聚己内酯diniethacrylate-丙烯酸正丁酯、聚冰片基多面低聚倍半硅氧烷、聚氯乙烯、氨基甲酸乙酯/丁二烯共聚物、含聚氨酯的嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物等。用于形成上述SMP中的各链段的聚合物可购买得到或可采用常规化学合成。本领域中的那些技术人员可采用已知化学和加工技术、无需过度试验容易地制备这些聚合物。

[0055]正如本领域中技术人员将认识到的，采用发泡剂进行不同链段的聚合可制备形状记忆聚合物泡沫，例如，正如某些应用可能需要的。发泡剂可为分解型(化学分解后释放出气体)或蒸发型(其蒸发而不进行化学反应)。示例性分解型发泡剂包括但不局限于碳酸氢钠、叠氮化合物、碳酸铵、亚硝酸铵、轻金属(其与水反应后释放氢气)、偶氮二甲酰胺、N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺等。示例性蒸发型发泡剂包括但不局限于三氯氟甲烷、三氯三氟乙烷、二氯甲烷、压缩氮气等。

[0056]形状记忆合金是具有至少两个不同热变相的合金组合物。这些相中最常用的是所谓的马氏体和奥氏体相。以下讨论中，马氏体相通常指较易变形、较低温度相而奥氏体相通常指较硬、较高温度相。当形状记忆合金为马氏体相并受热时，它开始变成奥氏体相。这种现象开始的温度通常称为奥氏体起始温度(A_s)。这种现象完成的温度称为奥氏体完成温度(A_f)。当形状记忆合金为奥氏体相并被冷却时，它开始变成马氏体相，这种现象开始的温度通常称为马氏体起始温度(M_s)。奥氏体完成转变到奥氏体的温度称为马氏体完成温度(M_f)。应该注意的是：上述转变温度是SMA样品所承受的应力的函数。具体地讲，这些温度随着应力增加而提高。考虑前面所述的性能，优选形状记忆合金在奥氏体转变温度或低于该温度(在A_s或低于A_s)发生变形。随后在奥氏体转变温度以上加热导致变形的形状记忆材料样品回复到其永久形状。因此，与形状记忆合金一起使用的合适激活信号为热激活信号，其幅度足够导致马氏体和奥氏体相之间的转变。

[0057]可通过合金组成的细微变化和热机械加工调整受热时形状记忆合金记起其高温形式的温度。例如镍钛形状记忆合金，其可从超过约100℃变化到低于约-100℃。形状回复过程可在仅几度的范围内发生或展示较缓慢的回复。根据所需应用和合金组成，可将转变的起始或完成控制到一或两度内。形状记忆合金的力学性能在其变形温度范围内发生很大变化，通常提供形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼性能。例如，马氏体相中观察到的弹性模量低于奥氏体相中的弹性模量。可通过施加应力使晶体结构排列重排来使马氏体相形状记忆合金发生较大变形。正如下面将更详细描述的，该材料将在除去应力后保持这种形状。

[0058]适用于板中的形状记忆合金材料包括但不局限于镍-钛基合金、铟-钛基合金、镍-铝基合金、镍-稼基合金、铜基合金(如，铜-锌合金、铜-铝合金、铜-金合金和铜-锡合金)、金-镉基合金、银-镉基合金、铟-镉基合金、锰-铜基合金、铁-铂基合金、铁-钯基合金等。合金可为二元、三元或任何更多元合金，只要合金组合物具有形状记忆效应例如形状、定位、屈服强度、弯曲模量、阻尼、超弹性和/或类似性能变化即可。合适形状记忆合金组合物的选择取决于组分工作的温度范围。

[0059]除了严格的形状回复外，任何可线性膨胀或收缩的活性材料可用于制备弯曲促动器，通过将这种活性材料和非活性弹性构件结合来实现。文献中通常将其称为单变形促动器。如果两构件都由相同材料制备但使之在相反方向变形，该材料就变成双变形的。根据所需应用，某些材料可使其自身适合于车辆操纵机构的外表面。

[0060]采用所述至少一种膨胀或收缩的活性材料可分别引起向左或右的弯曲。在双变形中，任意方向都可根据所述至少一种活性材料层的方位来实现。采用形状记忆合金、导电聚合物、电致伸缩聚合物或其它轴向应变材料及产生弯曲力偶的弹性构件可产生单变形。弹性构件可属于许多材料种类，包括金属合金、聚合物和陶瓷。优选材料为具有较大弹性应变极限的那些和可有效储存机械能的那些。其次考虑的有容易与所述至少一种活性材料结合、具有工作温度范围内可接受的性能并具有足够韧性来经受反复促动的那些。对于可根据驱动信号被驱动至伸长或压缩的任何材料，都可产生双变形。离子聚合物促动器如IPMC和导电聚合物由于离子物质的移动(其导致薄膜膨胀)本身呈现这种效应。因此优选采用这些材料进行这种变形。

[0061]电活性聚合物包括响应电或力场呈现压电、热电或电致伸缩性能的那些聚合物材料。电致伸缩接枝弹性体的一个实例为压电聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)共聚物。这种组合具有产生不同量铁电-电致伸缩分子复合体系的能力。

[0062]适合用作电活性聚合物的材料可包括任何基本绝缘聚合物或橡胶(或其组合)，其相应静电力变形或其变形导致电场变化。适合用作预应变聚合物的示例材料包括有机硅弹性体、丙烯酸类弹性体、聚氨酯、热塑性弹性体、包含PVDF的共聚物、压敏粘合剂、含氟弹性体、包含有机硅和丙烯酸部分的聚合物等。包含有机硅和丙烯酸部分的聚合物可包括例如包含有机硅和丙烯酸部分的共聚物、包含有机硅弹性体和丙烯酸类弹性体的聚合物混合物。

[0063]可根据一种或多种材料性能，如高电压击穿强度、低弹性模量(对于大或小变形)、高介电常数等选择用作电活性聚合物的材料。一个实施方案中，选择聚合物使之弹性模量至多约100MPa。另一实施方案中，选择聚合物使之最大促动压力为约0.05MPa-约10MPa，且优选约0.3MPa-约3MPa。另一实施方案中，选择聚合物使之介电常数为约2-约20，且优选约2.5-约12。本发明不局限于这些范围。理想地是，介电常数比上述范围更高的材料将更理想，如果该材料同时具有高介电常数和高介电强度。许多情况下，可制备电活性聚合物并制成薄膜。这些薄膜的合适厚度可低于50微米。

[0064]由于电活性聚合物在高应变下可能挠曲，附着到该聚合物的电极也应挠曲而不损害力学或电学性能。通常，适用的电极可为任何形状和材料，前提是它们能提供合适电压给电活性聚合物或从其接受合适电压。该电压可为常数或随着时间变化。一个实施方案中，电极附着到聚合物表面。优选附着到聚合物的电极是柔顺的并顺应聚合物的变化形状。因此，本发明可包括柔顺电极，其顺应其附着到的电活性聚合物的形状。可将电极仅用于电活性聚合物的部分并根据几何尺寸定义活性区域。适用于本发明的各种电极包括包含金属痕量和电荷分布层的结构化电极、包含平面尺寸变化的有纹理电极、碳润滑脂或银润滑脂等导电润滑脂、胶悬浮体、碳原纤维和碳纳米管等高纵横比导电材料和离子导电材料。

[0065]用作本发明电极的材料可变化。用于电极中的合适材料可包括石墨、炭黑、胶悬浮体、包含银和金的薄金属、银填充和碳填充凝胶和聚合物、离子或电子导电聚合物。应该理解：某些电极材料可与特定聚合物合作良好且可能不与其它合作。仅用于示例，碳原纤维与丙烯酸弹性体聚合物合作良好同时与有机硅聚合物不合作。

[0066]合适压电材料包括但不局限于无机化合物、有机化合物和金属。对于有机材料，具有非中心对称结构且分子内主链或侧链或两者上具有大偶极矩基团的所有聚合物材料可用作压电薄膜的合适候选材料。示例聚合物包括但不局限于，例如，聚4-苯乙烯磺酸钠、带偶氮发色团的聚乙烯胺及其衍生物；多氟烃包括聚偏二氟乙烯、其共聚偏氟乙烯(“VDF”)、共聚三氟乙烯及其衍生物；多氯代烃包括聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯及其衍生物；聚丙烯腈及其衍生物；聚羧酸包括聚甲基丙烯酸及其衍生物；聚脲及其衍生物；聚氨酯及其衍生物；生物分子如聚L-乳酸及其衍生物，和细胞膜蛋白及磷酸二脂等磷酸酯生物分子；聚苯胺及其衍生物和所有四胺衍生物；聚酰胺(包括芳族聚酰胺)和聚酰亚胺，包括Kapton和聚醚酰亚胺及其衍生物；所有薄膜聚合物；聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVP)均聚物及其衍生物，和无规PVP-共-乙酸乙烯酯共聚物；和所有在主链或侧链或主链和侧链都具有偶极矩基团的芳族聚合物及其混合物。

[0067]压电材料还可包含选自如下的金属：铅、锑、锰、钽、锆、铌、镧、铂、钯、镍、钨、铝、锶、钛、钡、钙、铬、银、铁、硅、铜，包含至少一种上述金属的合金和包含至少一种上述金属的氧化物。合适金属氧化物包括SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、SrTiO₃、PbTiO₃、BaTiO₃、FeO₃、Fe₃O₄、ZnO及其混合物和VIA和IIB族化合物，如CdSe、CdS、GaAs、AgCaSe₂、ZnSe、GaP、InP、ZnS及其混合物。优选压电材料选自聚偏氟乙烯、锆钛酸铅和钛酸钡及其混合物。

[0068]合适磁流变液材料包括但不局限于分散于载液中的铁磁或顺磁性颗粒。合适颗粒包括铁；铁合金，如包含铝、硅、钴、镍、钒、钼、铬、钨、锰和/或铜的那些；铁氧化物，包括Fe₂O₃和Fe3O₄；碳化铁；羰基铁；镍和镍合金；钴和钴和金；二氧化铬；不锈钢；硅钢等。合适颗粒的实例包括纯铁粉(straight iron powder)、还原铁粉、氧化铁粉/纯铁粉混合物及氧化铁粉/还原铁粉混合物。优选的磁响应颗粒为羰基铁，更优选还原羰基铁。

[0069]选择粒径使得当颗粒受到磁场作用时具有多区域特征。颗粒的直径可低于或等于约1,000微米，优选低于或等于约500微米，且更优选低于或等于约100微米。同样优选颗粒直径大于或等于约0.1微米，更优选大于或等于约0.5微米，且特别优选大于或等于约10微米。优选颗粒占总MR流体组合物的约5.0-约50％体积。

[0070]合适载液包括有机液体，特别是非极性有机液体。实例包括但不局限于硅油、矿物油、石蜡油、聚硅氧烷共聚物；白油；液压油；变压器油；卤化有机液体如氯化烃、卤化石蜡、全氟聚醚和氟化烃；二酯；聚氧化烯；氟化聚硅氧烷；氰烷基硅氧烷；二醇；合成烃油，包括不饱和及饱和的烃油；和包含至少一种上述液体的组合物。

[0071]载体组分的粘度可低于或等于约100,000厘泊，优选低于或等于约10,000厘泊，且更优选低于或等于约1,000厘泊。同样优选粘度大于或等于约1厘泊，优选大于或等于约250厘泊，且特别优选大于或等于约500厘泊。

[0072]还可使用含水载液，特别是包含亲水矿物粘土如膨润土或锂蒙脱石的那些。含水载液可包含水或包含少量极性、水溶性有机溶剂如甲醇、乙醇、丙醇、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、碳酸乙二醇酯、碳酸丙二醇酯、丙酮、四氢呋喃、***、乙二醇、丙二醇等的水。极性有机溶剂的量低于或等于约总MR流体的约5.0％体积，且优选低于或等于约3.0％。同样，优选极性有机溶剂的量大于或等于约0.1％，且更优选大于或等于总MR流体的约1.0％体积。优选含水载液的pH低于或等于约13，且优选低于或等于约9.0。同样，含水载液的pH大于或等于约5.0，且优选大于或等于约8.0。

[0073]可使用天然或合成膨润土或锂蒙脱石。MR流体中膨润土或锂蒙脱石的量低于或等于总MR流体的约10％重量，优选低于或等于约8.0％重量，且更优选不到或等于约6.0％重量。优选膨润土或锂蒙脱石且更优选大于或等于总MR流体的约0.1％重量，更优选大于或等于约1.0％重量，且特别优选大于或等于约2.0％重量。

[0074] MR流体中的任选组分包括粘土、有机粘土、羧酸皂、分散剂、缓蚀剂、润滑剂、极压抗磨添加剂、抗氧剂、触变剂和常规悬浮剂。羧酸盐皂包括油酸亚铁、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、硬脂酸锌和硬脂酸钠，和表面活性剂如磺酸盐、磷酸酯、硬脂酸、单油酸甘油酯、倍半油酸山梨坦、月桂酸酯、脂肪酸、脂肪醇、含氟脂族聚合物酯，和钛酸盐、铝酸盐和锆酸盐偶联剂等。还可包含聚亚烷基二醇如聚乙二醇，和部分酯化的多元醇。

[0075]合适MR弹性体材料包括但不限于包含铁磁或顺磁颗粒悬浮液的聚合物基体，其中所述颗粒已在上面描述。合适聚合物基体包括但不局限于聚α-烯烃、天然橡胶、聚硅氧烷、聚丁二烯、聚乙烯、聚异戊二烯等。

[0076]本文中提供的各实例仅用于示例，而非限定。其它实例可包括可变形车辆构件，如车座、门板、后玻璃翼、车篷、挡泥板等。可变形车辆构件在车辆上有利地提供保护、修补和雕刻/展示。

[0077]尽管已经参考示例实施方案对本发明进行描述，本领域中技术人员将理解的是：可进行各种改变且可用等同物代替其要素而不违背本发明范围。此外，可进行许多改进以使特定情况或材料适应本发明教导而不违背其本质范围。因此本发明不局限于作为实施本发明最佳方式描述的特定实施方案，且本发明将包括属于附录权利要求书范围的所有实施方案。

Claims (20)

1.一种可变形车辆构件，所述构件包括：

彼此相连的非活性材料基部分和活性材料基部分，其中所述活性材料基部分包含响应激活信号而改变至少一种属性的活性材料，其中所述至少一种属性的变化改变了所述活性材料基部分的模量性能、形状定位或模量性能变化和形状定位变化的组合；

激活设备，所述激活设备与所述活性材料协同起作用，提供激活信号；和

控制器，所述控制器与所述激活设备协同起作用。

2.权利要求1的可变形车辆构件，其中所述至少一种活性材料包含形状记忆聚合物、形状记忆合金、磁性形状记忆合金、电活性聚合物、磁流变弹性体、磁流变液、电流变液、电流变弹性体、离子聚合物金属复合材料、压电材料或包含至少一种上述活性材料的组合。

3.权利要求1的可变形车辆构件，其中所述至少一种属性变化是可逆的。

4.权利要求1的可变形车辆构件，其中所述车辆构件跨越门框表面和门表面之间的界面。

5.权利要求1的可变形车辆构件，其中所述激活信号选自热信号、电信号、磁信号、机械信号、化学信号和包含至少一种上述信号的组合。

6.权利要求1的可变形车辆构件，其中所述活性材料基部分包括挠性盖件、刚性基部和位于挠性盖件和基部中间的活性材料。

7.权利要求1的可变形车辆构件，其中所述车辆构件在无电状态下与***表面轮廓平齐并在带电状态下从***表面凸出。

8.一种用于车辆的包含至少两部分的可变形模制件，所述可变形模制件相邻跨越门和门框的界面并包括：

附接到所述门框表面的第一模制件；

附接到所述门的第二模制件，所述第二模制件包括与第一模制件相邻的活性材料基部分，所述活性材料基部分包含活性材料，所述活性材料响应激活信号而改变至少一种属性，其中所述至少一种属性变化改变了所述活性材料基部分的模量性能、形状定位或模量性能变化和形状定位变化的组合，以在打开该门时提供门间隙；

激活设备，所述激活设备与所述活性材料协同起作用，提供激活信号；和

控制器，所述控制器与所述激活设备协同起作用。

9.权利要求8的可变形车辆构件，其中所述至少一种活性材料包含形状记忆聚合物、形状记忆合金、磁性形状记忆合金、电活性聚合物、磁流变弹性体、磁流变液、电流变液、电流变弹性体、离子聚合物金属复合材料、压电材料或包含至少一种上述活性材料的组合。

10.权利要求8的可变形车辆构件，其中所述至少一种属性变化是可逆的。

11.权利要求8的可变形车辆构件，其中所述激活信号选自热信号、电信号、磁信号、机械信号、化学信号和包含至少一种上述信号的组合。

12.权利要求8的可变性车辆构件，其中所述活性材料基部分包括挠性盖件、刚性基部和位于挠性盖件和基部中间的活性材料。

13.一种在车辆表面选择地形成或除去凸起图案的方法，所述方法包括：

在所述车辆表面形成包含活性材料的图案，其中所述活性材料具有如下两种塑造形状中的一种，即从车辆***表面突出的塑造形状以及基本上与***表面的轮廓平齐的塑造形状；

激活所述活性材料，其中激活活性材料使其由从车辆***表面突出的塑造形状改变为基本上与***表面轮廓平齐的塑造形状或由基本平齐的塑造形状改变为突出的塑造形状；并

钝化所述活性材料。

14.权利要求13的方法，其中激活所述活性材料是在无负荷下进行的。

15.权利要求13的方法，其中所述活性材料为形状记忆聚合物、形状记忆合金、磁性形状记忆合金、电活性聚合物、磁流变弹性体、电流变弹性体及其组合。

16.权利要求13的方法，其中所述从***表面的轮廓凸出的图案朝内凸出。

17.权利要求13的方法，其中所述从外面表面的轮廓凸出的图案朝外凸出。

18.权利要求13的方法，其中所述车辆表面为车辆减震器、内部表面、转向盘表面、座位表面、仪表板表面和控制台表面。

19.权利要求13的方法，其中所述图案为背光式。

20.权利要求13的方法，其中所述图案是有纹理的。

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