Finite Element Analysis of Piezoelectric Effect and Research of Control Methods of Engine Active Mount with Piezoelectric Actuator

壓電效應(yīng)的有限元分析及壓電懸置控制方法的研究:發(fā)動(dòng)機(jī)懸置（支承）是隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)及噪聲向車(chē)內(nèi)傳遞的關(guān)鍵部件。
大量理論和實(shí)驗(yàn)表明，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)噪聲是車(chē)內(nèi)振動(dòng)噪聲的主要來(lái)源。為了
降低車(chē)內(nèi)的振動(dòng)噪聲，推行汽車(chē)綠色環(huán)保設(shè)計(jì)，各國(guó)汽車(chē)廠家都十分重視智
能型發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。
目前汽車(chē)上使用的純橡膠懸置由于其本身的性能已無(wú)法滿足汽車(chē)多工況
寬頻帶（10～200Hz）的隔振要求，雖然近幾年開(kāi)發(fā)了液力懸置，在隔振性
能方面較橡膠懸置有了改善，但它仍屬于被動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)懸置裝置，由于液力
懸置在高頻下的動(dòng)態(tài)硬化，使其減振降噪能力仍無(wú)法滿足現(xiàn)代高級(jí)轎車(chē)的車(chē)
內(nèi)舒適性要求。
主動(dòng)式壓電懸置是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)原理，將壓電作動(dòng)器與原
有的液力懸置組裝而成的智能型液力壓電懸置。它利用液力懸置的低頻減振
的能力和壓電作動(dòng)器高頻降噪的主動(dòng)控制功能，從而在寬頻帶內(nèi)隔離發(fā)動(dòng)機(jī)
振動(dòng)噪聲向車(chē)內(nèi)的傳遞，形成了主動(dòng)控制式發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)。
主動(dòng)懸置由被動(dòng)懸置、產(chǎn)生力的作動(dòng)器、傳感器和電控裝置組成。因此
本文設(shè)計(jì)的有三個(gè)重點(diǎn)：作動(dòng)器的設(shè)計(jì)、壓電懸置的設(shè)計(jì)、控制律的設(shè)計(jì)。
首先對(duì)作動(dòng)器的作動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了剖析。壓電式作動(dòng)器是利用壓電材料的
逆壓電效應(yīng)，通過(guò)施加外部電場(chǎng)，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。為了深入的
研究PZT 材料的逆壓電效應(yīng)，本文對(duì)PZT 材料的逆壓電效應(yīng)進(jìn)行了有限元分
析，從而對(duì)作動(dòng)器的設(shè)計(jì)起到了指導(dǎo)作用。
然后，在對(duì)壓電懸置的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析后，利用高級(jí)
三維建模軟件UG，設(shè)計(jì)出了全套的主動(dòng)式壓電懸置的三維圖和工程圖。進(jìn)
而建立了壓電懸置的等效力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型。并根據(jù)所建立的模型應(yīng)用
MATLAB 進(jìn)行了仿真計(jì)算。
最后，根據(jù)以上的分析結(jié)果，利用MATLAB 提供的模糊邏輯工具箱，
設(shè)計(jì)出了模糊PID 控制器，并利用SIMULINK 進(jìn)行了仿真計(jì)算，以驗(yàn)證控制
效果。
本文的研究工作是與國(guó)家自然基金項(xiàng)目“智能型發(fā)動(dòng)機(jī)壓電懸置設(shè)計(jì)理
論與實(shí)驗(yàn)研究”同步進(jìn)行的。
【關(guān)鍵詞】 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置 主動(dòng)控制
有限元 壓電效應(yīng)