车身板件压电式振动主动控制技术研究

摘要

近年来,随着轿车市场的不断扩大和人们生活水平的逐步提高,人们对轿车乘坐的舒适性要求越来越高。采用主动控制方法控制车身板件的振动,在车身结构中集成传感器和致动器,实现结构、传感器和致动器一起协同工作,利用致动器的外加能量主动地对非工作能量进行控制,可以有效提升轿车的乘坐舒适性。压电主动控制技术利用压电材料的双向特性,对结构振动进行控制,具有高效率控制和自适应性的优点,近年来引起了人们的极大兴趣。　　本文以车身板件结构的减振为研究目的,在参考国内外振动主动控制研究成果的基础上,采用压电式主动控制方法,对车身板件的振动主动控制技术进行了研究和探索。论文的主要内容如下:　　(1)查阅国内外文献资料,对压电智能结构振动主动控制技术的应用现状及结构振动主动控制方法的研究现状进行了阐述。　　(2)通过对压电材料的基本性能及其特性的分析,推导了压电方程和压电薄板的传递函数模型,并对压电元件的优化选位进行了分析。　　(3)运用MSC.PATRAN/NASTRAN软件对车身板件进行有限元建模,并对其进行了模态分析和动力学分析。　　(4)在MATLAB软件的Simulink模块中建立了振动主动控制仿真模型,分别应用PID控制法、模糊控制法和模糊PID控制法进行控制仿真研究。　　(5)搭建了对轿车车身进行自适应隔振的实验平台,应用LabVIEW软件编写了信号采集及振动控制程序,对自适应隔振装置实体进行实验,得到明显的隔振效果。　　论文以压电元件分别作为传感器和致动器,对车身板件振动主动控制理论与技术进行了分析。研究结果表明,应用压电式主动控制技术,可以有效抑制车身板件的振动,实现减振目的。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 压电智能结构振动主动控制技术发展动态

1.3 本文的研究内容

第二章 压电材料特性及压电薄板的传递函数模型

2.1 引言

2.2 压电材料简介

2.3 压电陶瓷的基本性质

2.4 压电方程

2.5 压电传感器分析

2.6 压电薄板的传递函数

2.7 模态类比及优化选位

2.8 本章小结

第三章 车身板件有限元分析

3.1 引言

3.2 车身板件有限元建模

3.3 板件结构模态分析

3.4 车身板件振动响应分析

3.5 本章小结

第四章 振动主动控制仿真

4.1 引言

4.2 控制器建模及仿真分析

4.3 本章小结

第五章 车身板件振动主动控制实验研究

5.1 引言

5.1 实验方案

5.2 实验设备及参数

5.3 控制程序设计

5.4实验过程及结果分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果