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)動機懸置（支承）是隔離發(fā)動機的振動及噪聲向車內(nèi)傳遞的關(guān)鍵部件。
大量理論和實驗表明，發(fā)動機的振動噪聲是車內(nèi)振動噪聲的主要來源。為了
降低車內(nèi)的振動噪聲，推行汽車綠色環(huán)保設(shè)計，各國汽車廠家都十分重視智
能型發(fā)動機懸置的設(shè)計開發(fā)。
目前汽車上使用的純橡膠懸置由于其本身的性能已無法滿足汽車多工況
寬頻帶（10～200Hz）的隔振要求，雖然近幾年開發(fā)了液力懸置，在隔振性
能方面較橡膠懸置有了改善，但它仍屬于被動式發(fā)動機懸置裝置，由于液力
懸置在高頻下的動態(tài)硬化，使其減振降噪能力仍無法滿足現(xiàn)代高級轎車的車
內(nèi)舒適性要求。
主動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
的能力和壓電作動器高頻降噪的主動控制功能，從而在寬頻帶內(nèi)隔離發(fā)動機
振動噪聲向車內(nèi)的傳遞，形成了主動控制式發(fā)動機懸置系統(tǒng)。
主動懸置由被動懸置、產(chǎn)生力的作動器、傳感器和電控裝置組成。因此
本文設(shè)計的有三個重點：作動器的設(shè)計、壓電懸置的設(shè)計、控制律的設(shè)計。
首先對作動器的作動機理進行了剖析。壓電式作動器是利用壓電材料的
逆壓電效應(yīng)，通過施加外部電場，將電能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。為了深入的
研究PZT 材料的逆壓電效應(yīng)，本文對PZT 材料的逆壓電效應(yīng)進行了有限元分
析，從而對作動器的設(shè)計起到了指導(dǎo)作用。
然后，在對壓電懸置的結(jié)構(gòu)和工作原理進行了詳細(xì)的分析后，利用高級
三維建模軟件UG，設(shè)計出了全套的主動式壓電懸置的三維圖和工程圖。進
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 進行了仿真計算。
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)計出了模糊PID 控制器，并利用SIMULINK 進行了仿真計算，以驗證控制
效果。
本文的研究工作是與國家自然基金項目“智能型發(fā)動機壓電懸置設(shè)計理
論與實驗研究”同步進行的。
【關(guān)鍵詞】 發(fā)動機懸置 主動控制
有限元 壓電效應(yīng)