Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der elektrischen Ansteuerung von HPA (Hochleistungspiezoaktoren) und den Einsatzchancen von Piezoaktoren in zukünftigen Kraftfahrzeugsystemen. Sie beschäftigt sich mit den physikalischen und werkstofftechnischen Grundlagen von Piezokeramiken. Im Ergebnis der schemenhaften Darstellung ist das komplexe, nichtlineare elektrische Klemmverhalten von Piezoaktoren deutlich geworden. Es wird auf die Definition der verschiedenen Kapazitätsbegriffe (differentielle Kapazität, Kleinsignal-, Großsignalkapazität und energetische Äquivalenzkapazität) eingegangen. Durch mathematische Herleitungen können die funktionalen Beziehungen der unterschiedlichen, ineinander überführbaren Kapazitätsbegriffe in Form einer Umrechnungsmatrix dargestellt werden. Auf die Besonderheiten der Kleinsignalansteuerung von Piezoaktoren wird explizit hingewiesen. Mit dem Entwurf eines neuen Verfahrens zur Messung der energetischen Äquivalenzkapazität wird eine Analyse des Klemmverhaltens von Piezoaktoren mit einer Großsignalansteuerung unter anwendungsnahen Bedingungen möglich. Die vorgestellten Meßwerte an einem realen Hochleistungspiezoaktor können direkt für den Entwurf einer elektrischen Ansteuerung als Parameter der elektrischen Last verwendet werden. Es wird systematisch auf Ansteuerungsverfahren für kapazitive Lasten eingegangen. Unter Berücksichtigung der besonderen Anforderungen von Piezoaktoren an das Stromsignal und KFZ-typischer Restriktionen bezüglich des elektrischen Energieverbrauchs wird eine getaktete, verlustarme Stromquelle realisiert. Mit Meßergebnissen zur Ansteuerung eines realen Hochleistungspiezoaktors kann die praktische Einsatzreife der realisierten Signalquelle PA-SQ gezeigt werden. Mit der hier vorgestellten Hardware-in-the-Loop-Simulation kann bei einem KFZ-typischen Einsatz die Eignung von Hochleistungspiezoaktor und Signalquelle demonstriert werden. Mit der Wahl, den HPA im Einspritzventil eines Common-Rail-Einspritzsystems einzusetzen, wird ein Beispiel mit aktuell hohem Einsatzpotential gewählt. Messungen des elektrischen Energieverbrauchs zeigen den deutlichen Vorteil einer energierückgewinnenden Ansteuerung.
Untersuchungen zum Großsignalbetrieb von Piezoaktoren für Kfz-Anwendungen
1997
101 Seiten, Bilder, Tabellen, 63 Quellen
Theses
German
Piezoaktoren für Anwendungen im Kraftfahrzeug, Messtechnik und Modellierung
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Einsatzchancen von Piezoaktoren im Kraftfahrzeug
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