轨道车辆零碳感知压电俘能工程建模及分析

摘要：

轨道车辆零碳感知技术在零碳排放的前提下实现轨道车辆状态感知及数据互联,有助于推进碳中和及智慧地铁发展,保障轨道车辆绿色安全运营.压电俘能结构可为轨道车辆零碳感知传感提供能源,是零碳感知的核心部件.常规的悬臂梁式压电俘能结构在受到激烈冲击时易造成压电陶瓷碎裂,难以满足轨道车辆零碳感知需求且缺乏统一有效的工程化建模方法,阻碍了零碳感知技术应用.为了实现轨道车辆零碳传感自驱动,设计一种新型的双端固支式压电梁俘能结构,并针对该结构提出一种非线性车辆振动下的统一工程化建模及发电特性分析方法.通过数值计算、仿真分析及实验测试验证方法的准确性.研究结果表明,工程模型能够准确表征实际压电梁发电特性,在无量纲压电负载一定时,无量纲平方压电力压转换因子越大,输出功率也越大.机械品质因子不影响输出功率,其大小决定了响应频率的选择性强弱,机械品质因子越大,选择性越强.当无量纲平方压电力压转换因子与机械品质因子一定的情况下,频率比值为1与无量纲压电负载为0.8时,输出性能达到最佳.理论计算值与仿真值及实测值之间的最大绝对功率偏差分别为0.036 mW和0.029 mW,相对偏差百分比为2.501％与2.154％;最大绝对峰值电压偏差为0.067 V和0.055 V,相对偏差百分比为1.243％与1.035％.研究可为轨道车辆零碳感知技术推广与应用提供理论基础.

关键词：轨道车辆、零碳感知、压电俘能、工程模型、发电特性

所属期刊栏目：19

分类号：TN384;U279.3+21(半导体技术)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;上海申通地铁集团资助项目;上海申通地铁集团资助项目

在线出版日期：2022-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：2739-2748