基于车身振动的非谐振压电能量收集器研究

发布时间：2018-06-18 06:53

  本文选题：压电发电 + 车-路耦合　； 参考：《郑州大学》2017年硕士论文

【摘要】：随着国内汽车保有量的急剧增加和汽车智能化的发展,车用传感器的种类和数量都在不断的攀升,通过车身线束连接化学电池为车用传感器供能是目前最常用的传感器供能技术,但汽车行驶时的高压、高温、强振等恶劣环境影响化学电池的工作稳定性,另外,由于化学电池的寿命和电能有限,需经常对其进行更换。针对上述问题,本文利用压电能量收集技术来收集汽车车身行驶时的振动能量,实现传感器自供能。具体工作如下:首先,本文通过MATLAB/Simulink建立四轮路面随机激励仿真模型和空间七自由度车辆—道路耦合系统振动仿真模型,分析车身各个位置的垂向振动加速度及其功率谱特征,根据分析结果确定压电能量收集器最佳的车身安装位置,研究不同的路况和车速对压电能量收集器安装位置处的振动加速度及其频谱的影响,确定评估压电能量收集器输出电压和输出功率的振动加速度载荷。其次,以压电发电基础理论和车身振动特性为基础,分析不同形状基板和压电陶瓷片的结构参数对压电能量收集器固有频率和开路电压的影响,确定最优的梯形悬臂梁型压电能量收集器的结构参数;进一步分析压电能量收集器在不同简谐激励下的发电性能。最后,分析梯形压电能量收集器外接负载阻值对其输出功率的影响,得到其最佳的负载阻值匹配;研究在C、D、E级路面车身随机振动条件下,压电能量收集器的输出电压和输出功率;简单设计以可充电电池为储存介质的压电能量收集器电路。
[Abstract]:With the rapid increase of domestic automobile ownership and the development of automobile intelligence, the variety and number of vehicle sensors are constantly rising. It is the most commonly used sensor energy supply technology to connect the chemical battery to the vehicle sensor through the body wire harness, but the bad environment such as high pressure, high temperature, strong vibration while the vehicle is driving affects the working stability of the chemical battery, in addition, Chemical batteries need to be replaced frequently because of their limited life and energy. To solve the above problems, the piezoelectric energy collection technique is used to collect the vibration energy of the vehicle body. The specific work is as follows: firstly, this paper establishes the random excitation simulation model of four-wheel road surface and the vibration simulation model of vehicle-road coupling system with seven degrees of freedom by MATLAB / Simulink, and analyzes the vertical vibration acceleration and its power spectrum characteristics of each position of the body. According to the analysis results, the optimum position of the piezoelectric energy collector is determined, and the influence of different road conditions and speed on the vibration acceleration and frequency spectrum of the piezoelectric energy collector is studied. Determine the vibration acceleration load to evaluate the output voltage and output power of the piezoelectric energy collector. Secondly, based on the basic theory of piezoelectric power generation and the vibration characteristics of the body, the effects of the structure parameters of different shape substrates and piezoelectric ceramic plates on the natural frequency and open circuit voltage of the piezoelectric energy collector are analyzed. The structure parameters of the optimal trapezoidal cantilever beam piezoelectric energy collector are determined, and the generation performance of the piezoelectric energy collector under different harmonic excitation is analyzed. Finally, the influence of the external load resistance on the output power of trapezoidal piezoelectric energy collector is analyzed, and the optimal load resistance matching is obtained. The output voltage and output power of piezoelectric energy collector and the circuit of piezoelectric energy collector with rechargeable battery as storage medium are simply designed.
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212;U463.6

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本文编号：2034587