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原文传递利用压电陶瓷进行轿车车内噪声主动控制基础研究

论文题名：	利用压电陶瓷进行轿车车内噪声主动控制基础研究
关键词：	压电陶瓷材料;轿车顶棚;噪声主动控制;振动主动控制系统;车内噪声;模态分析;实验;压电智能结构;发动机;自适应控制系统;声辐射效率;智能材料;振动抑制;振动特性;噪声控制;算机仿真;四边简支;控制通道;计算;布置位置
摘要：	本文结合同济大学汽车工程系与上海大众汽车有限公司合作的课题“轿车车内噪声压电材料主动控制器开发”、对利用智能材料实现-典型的应用问题的振动噪声控制中所需要解决的关键问题，解决的途径从理论上进行比较深入的探讨，从实践上加以验证。研究的结论不仅在车内噪声控制方面具有直接的应用前景，而且对类似的应用都具有理论和实践上的推动作用。压电陶瓷等智能材料由于其独特的电力学性能，在减振降噪领域日益成为被关注的热点。本文首先分析了压电陶瓷材料的特性，引入了描述压电陶瓷材料电、力学特性及其耦合作用的性能参数，并认为它能够被用作轿车车身板件的振动主动控制的执行机构。在对压电智能结构进行建模分析的过程中，本文分别采用了解析法、有限元方法和实验法对表面贴有压电陶瓷、四边简支的钢板件进行了分析。对三种不同的方法进行了比较，讨论了为什么采用实验方法建模是相对可行的，通过实验证明了由实验法建立的控制通道模型可以方便地用于振动主动控制系统的设计中，并且与其它建模方法相比更加符合实际情况。本文引出了振动模态声辐射效率的概念，确定将它作为衡量振动声辐射的优势模态和劣势模态的指标，并通过对控制对象——四边简支的矩形薄板进行有限元和实验模态分析，初步掌握了其振动特性。通过对模态辐射效率的计算，确定了传感器和压电作动器的最佳布置位置。在计算机仿真的基础上，对控制系统进行了实验，在单频正弦激励情况下得到了良好的振动抑制效果。为了深入研究发动机引起的车内噪声的形成和传递的特性，本文从曲柄连杆机构的运动学和动力学分析入手，讨论了直列四缸四冲程发动机工作时的振动特性，提出了由不平衡的二次往复惯性力引起的发动机二阶振动在振动特性中占据了主要地位，而通过实车试验也证明了这一观点的正确性。通过对试验数据的相干分析，揭示了发动机振动激发的车内噪声的传播途径，并确定了车身顶棚是主要的振动发声元件，提出了通过控制它的振动抑制车内噪声水平的方案。最后，本文建立了轿车顶棚的有限元模型，对它进行了模态分析，计算了顶棚的模态声辐射效率后确定了待控模态和传感器和作动器的布置位置。利用 LMS自适应滤波方法建立了轿车顶棚控制通道的模型，并采用基于前馈控制的自适应控制系统，在计算机仿真的基础上进行了振动主动控制的实验，取得了较好的抑振效果。关键词：轿车车内噪声噪声主动控制自适应控制系统识别有限单元法阻抗分析法压电智能结构
作者：	周炜
专业：	车辆工程
导师：	靳晓雄;周鋐
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学汽车工程系
学位年度：	2002
正文语种：	中文