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

壓電效應的有限元分析及壓電懸置控制方法的研究:發動機懸置（支承）是隔離發動機的振動及噪聲向車內傳遞的關鍵部件。
大量理論和實驗表明，發動機的振動噪聲是車內振動噪聲的主要來源。為了
降低車內的振動噪聲，推行汽車綠色環保設計，各國汽車廠家都十分重視智
能型發動機懸置的設計開發。
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動機懸置裝置，由于液力
懸置在高頻下的動態硬化，使其減振降噪能力仍無法滿足現代高級轎車的車
內舒適性要求。
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，從而在寬頻帶內隔離發動機
振動噪聲向車內的傳遞，形成了主動控制式發動機懸置系統。
主動懸置由被動懸置、產生力的作動器、傳感器和電控裝置組成。因此
本文設計的有三個重點：作動器的設計、壓電懸置的設計、控制律的設計。
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，通過施加外部電場，將電能轉換成機械能的裝置。為了深入的
研究PZT 材料的逆壓電效應，本文對PZT 材料的逆壓電效應進行了有限元分
析，從而對作動器的設計起到了指導作用。
然后，在對壓電懸置的結構和工作原理進行了詳細的分析后，利用高級
三維建模軟件UG，設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模型和數學模型。并根據所建立的模型應用
MATLAB 進行了仿真計算。
最后，根據以上的分析結果，利用MATLAB 提供的模糊邏輯工具箱，
設計出了模糊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“智能型發動機壓電懸置設計理
論與實驗研究”同步進行的。
【關鍵詞】 發動機懸置 主動控制
有限元 壓電效應