一种高速公路收费站压电陶瓷铺设长度与数量的方法技术

一种高速公路收费站压电陶瓷铺设长度与数量的方法，包括如下步骤：S100、计算车辆通过收费站时对地产生的平均压力F

A method of laying length and quantity of piezoelectric ceramics in highway toll station

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路收费站压电陶瓷铺设长度与数量的方法


[0001]本专利技术属于新能源和道路建设领域，特别涉及一种高速公路收费站压电陶瓷铺设长度与数量的方法。

技术介绍

[0002]当前，人们对于压电材料的关注和应用研究越来越广泛。压电发电的结构对于能量的产生和采集拥有重大意义。合适的压电发电结构，能够提高发电效率和压电传感及能量搜集技术，通过搜集公路路面收到汽车行驶导致路面形变产生的能量，实现能量的二次利用。我国早在2018年高速公路长度已经突破14万公里，在路面的设计服役期内，路面要经受几十万次至上亿次车辆轴载的反复作用。在行车荷载作用下，路面结构会产生应力、应变以及位移，路面将会从行车荷载和重力做的功中获得应变能和动能。道路上汽车行驶产生的大量能量直接损失，造成严重的能源浪费。将合适的压电材料埋入高速公路路面结构当中，则外力所产生的部分机械能可转化为电能，将这些能力进行转换与储存，再用于其他的供电需求，便可实现能量的循环利用，但目前国内尚没有铺设方法和应用环境的相关研究。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种高速公路收费站压电陶瓷铺设长度与数量的方法，包括如下步骤：
[0004]S100、计算车辆通过收费站时对地产生的平均压力F
av
；
[0005]S200、计算压电陶瓷实际平均受力F；
[0006]S300、计算高速公路上压电陶瓷铺设宽度b与车辆行驶过程中碾压过压电陶瓷的概率p；
[0007]S400、计算每公里铺设的压电陶瓷组数量n0以及陶瓷片数量n。
[0008]优选的，
[0009]步骤S400之后，所述方法进一步包括如下步骤：
[0010]S500、计算车辆单次碾过的平均发电量E；
[0011]S600、计算收费站实际日平均用电量E2；
[0012]S700、计算高速公路上压电陶瓷组最短铺设长度L
min
；
[0013]S800、计算出最短铺设长度所需的压电陶瓷组数量N0以及陶瓷片数量N。
[0014]优选的，
[0015]步骤S100通过如下方式计算平均压力F
av
：
[0016]F
av
＝∑α
i
m
i
g
[0017]式中，α
i
——某类别车辆通过的概率；
[0018]m
i
——某类别车辆的重量；
[0019]g——重力加速度，9.8N/kg。
[0020]优选的，
[0021]步骤S200通过如下方式计算平均受力F：
[0022]F＝γF
av
[0023]式中，γ——衰减系数。
[0024]优选的，
[0025]步骤S400通过如下方式计算每公里可以铺设的压电陶瓷组数量n0以及陶瓷片数量n：
[0026][0027]n＝3n0；
[0028]式中，b——高速公路上压电陶瓷铺设宽度；
[0029]S——压电陶瓷组横截面积。
[0030]优选的，
[0031]步骤S600通过如下方式计算收费站实际日平均用电量E2：
[0032][0033]式中，E
1i
——不同调查方式得到的收费站每日平均用电量；
[0034]i——调查方式的种类。
[0035]优选的，
[0036]步骤S700通过如下方式计算高速公路上压电陶瓷组最短铺设长度L
min
：
[0037][0038]式中，S——压电陶瓷组横截面积；
[0039]n——日均车流量；
[0040]d——轮胎宽度；
[0041]p——汽车行驶过程中碾压过压电陶瓷的概率；
[0042]E——车辆单次碾过的平均发电量；
[0043]E2——收费站实际日平均用电量。
[0044]优选的，
[0045]步骤S800通过如下方式计算最短铺设长度所需的压电陶瓷组数量N0以及陶瓷片数量N：
[0046][0047]N＝3N0附图说明
[0048]附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0049]图1、2是压电发电装置在高速公路路面上的分布模型示意图；
[0050]图3是汽车在单车道内车轮碾压位置概率分布图；
[0051]图4是电池间歇式充电模式示意图。
具体实施方式
[0052]下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
[0053]需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
[0054]除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
[0055]在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
[0056]当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
[0057]为了描述性目的，本公开可使用诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“在
……
下”、“下”、“在
……
上方”、“上”、“在
……
之上”、“较高的”和“侧(例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速公路收费站压电陶瓷铺设长度与数量的方法，包括如下步骤：S100、计算车辆通过收费站时对地产生的平均压力F
av
；S200、计算压电陶瓷实际平均受力F；S300、计算高速公路上压电陶瓷铺设宽度b与车辆行驶过程中碾压过压电陶瓷的概率p；S400、计算每公里铺设的压电陶瓷组数量n0以及陶瓷片数量n。2.根据权利要求1所述的方法，步骤S400之后，所述方法进一步包括如下步骤：S500、计算车辆单次碾过的平均发电量E；S600、计算收费站实际日平均用电量E2；S700、计算高速公路上压电陶瓷组最短铺设长度L
min
；S800、计算出最短铺设长度所需的压电陶瓷组数量N0以及陶瓷片数量N。3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S100通过如下方式计算平均压力F
av
：F
av
＝∑α
i
m
i
g式中，α
i
——某类别车辆通过的概率；m
i
——某类别车辆的重量；g——重力加速度，9.8N...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘康鸿，何霖，张盟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：