[发明专利]一种路面能量采集测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种路面能量采集测试系统及方法，适用于模拟车辆在路面行驶过程中路面能量采集的工况，用于检测路面能量采集系统随汽车载重、速度变化时能量采集容量和效率。

背景技术

随着国家经济的快速发展，我国对能源需求量大幅度增长，煤炭是我国主要能源，但煤炭燃烧后所产生的二氧化碳、二氧化硫与粉尘排放,造成严重环境污染。因此，人们对环保的重视推动了我国对节能环保和绿色能源需求。与此同时，近年来，我国汽车保有量迅速发展，截至2015年初，全国机动车总保有量达2.64亿辆，其中汽车1.54亿辆。我国已成为汽车大国，仅次于美国；同时公路建设发展迅猛，截至2014年，全国公路网总里程达到435.62万公里，其中高速公路通车里程达到11.19万公里。此外随着城市规模及城市交通的快速发展，各种交通工具引起的路面振动和变形越来越多，路面具有可广泛利用的机械能。如果将路面机械能转换为电能，不但可以产出清洁的电能，还可以减小路面的振动和变形，减少路面结构损伤，降低结构维护成本以及减少噪音污染等，具有良好的应用前景。

目前缺少一种能够模拟车辆在路面行驶过程中陶瓷压电片受到车辆激励的工作状况，用于检测在汽车压力激励作用下，不同压力、不同作用频率对陶瓷压电片发电的影响的装置(系统)。

发明内容

本发明首先提供一种路面能量采集测试系统及方法，适用于模拟车辆在路面行驶过程中路面能量采集的工况，用于检测路面能量采集系统随汽车载重、速度变化时能量采集容量和效率。

一种路面能量采集测试系统，包括基架、固定在基架上的动力装置、车轮模拟装置、能量采集模块、加载装置以及数据采集和分析装置；基架包括底座、固定在底座上的电机支撑光轴、固定在底座上的轴承座支撑光轴、固定于底座上的支撑横梁，轴承座支撑光轴用于支撑轴承座；动力装置为车轮模拟装置提供车轮转动的动力，以模拟车轮碾压的实际工况；能量采集模块与加载装置连接，加载装置为能量采集模块提供加载，将能量采集模块压紧在车轮模拟装置的车轮上，以模拟不同加载力的实际工况；数据采集和分析装置采集能量采集模块的能量采集容量及效率数据并加以分析；车轮模拟装置包括两个加载轮架、用于支撑加载轮架的轴承座、用于连续对能量采集模块加载的车轮和传动主轴，两个加载轮架对称安装在支撑横梁的两侧；加载轮架是以两块圆盘形的加载轮架轮板与加载轮架套筒焊接固定在一起，构成车轮安装骨架，加载轮架轮板设计为轮辐式结构以减轻加载轮架的自身重量，两块加载轮架轮板的圆周上均匀开设多个轴通孔，通过该多个轴通孔以及螺栓螺母，将多个车轮安装在加载轮架上，车轮的轮毂上安装轴承，车轮能够绕轴自转，每一个车轮的两侧匹配安装有轴套用于将车轮定位。

所述的路面能量采集测试系统，能量采集模块包括方盒、顶板、压力缩放器、支撑柱、陶瓷压电片和硅胶垫，方盒为一面无盖的长方体或正方体盒子，无盖一面采用顶板盖住，顶板下方通过固定于方盒四面的四个支撑柱支撑，方盒底部有一空腔，该空腔内自下而上依次为硅胶垫、若干枚陶瓷压电片、硅胶垫和压力缩放器，压力缩放器的上部为一段圆柱体，该圆柱体与顶板所开圆孔间隙配合，圆柱体上平面与顶板上表面平齐，压力缩放器的底部为四棱台结构，压力缩放器的底部通过上层的硅胶垫加载在陶瓷压电片上；设置两个能量采集模块与两个加载轮架对应，两个能量采集模块对称置于托盘内。

所述的路面能量采集测试系统，动力装置包括安装在电机支撑光轴上的变频调速电动机、与变频调速电动机连接的二级斜齿轮减速器、与二级斜齿轮减速器输出轴连接的柱销联轴器。

所述的路面能量采集测试系统，加载装置包括以螺栓固定于底座上的立式液压缸、托盘、光轴、滑套、压力传感器，光轴通过固定支撑座固定在底座上，立式液压缸通过托盘上的通孔和螺栓与托盘底部固定在一起，滑套固定在托盘的两边上，滑套套在光轴上，这样托盘就能够沿着光轴上下滑动，其中一个能量采集模块内设置有压力传感器，该压力传感器固定于压力缩放器顶部开设的一凹槽内，用于测量加载压力。

所述的路面能量采集测试系统，支撑横梁包括支撑光轴、横梁和筋板，筋板固定连接在支撑光轴和横梁之间的夹角位置，横梁中部开设有通孔用以固定深沟球轴承的轴承座，轴承座内安装有深沟球轴承，传动主轴套在深沟球轴承内。

所述的路面能量采集测试系统，加载轮架正下方与两个能量采集模块对齐，顶板上所开圆孔的直径与车轮轮胎轮宽一致，这样车轮能量能够充分作用在压力缩放器的顶部。

所述的路面能量采集测试系统进行路面能量采集测试的方法，包括以下步骤：