2022年4月29日陕西省教育厅公布了《2022年陕西省大学生创新创业训练计划项目评审结果进行公示的公告》,长安大学公路学院洪灏琪团队在陈子璇、张久鹏老师的联合指导下,申请创业训练计划项目《一种自发电路面的发电装置效率及应用研究》获国家级立项。为有效治理机动车超载现象,团队成员聚焦于路面压电技术,开展了为期一年的车辆超载与监测系统研究,基于压电效应原理研发出了一种行车超载状态智能预警系统,用于实时感知路面行车的超载状态并提供预警信息,保障桥梁等特殊路段的行车安全。
图为项目团队成员在实验室制作压电装置
图为项目团队成员在准备实验材料
项目初期学院指导老师带领同学们进入实验室开展了压电换能装置结构优化和压电信号检测电路设计研究,研发了适用于车轮 荷载环境的路用压电换能装置。项目中期结合路面车辙室内测试,分析了路用压电换能装置与路面结构间的工作协同性,根据荷载作用下的压电电压变化规律,构建了压电发电效果与行车荷载间的关系模型,用于指导超载预警系统的监测电路设计,构建形成行车超载状态的智能预警系统。最后,开展路桥超载预警系统应用验证研究,基于压电电压 -荷载作用关系和规范标准,构建行车超载状态计算模型,确定超载程度分级及超载状 态预警阈值,进一步结合有限元仿真技术研究了不同工况下压电预警装置的工作状态,分析了车辆类型、公路等级、温度、湿度等修正系数的影响,验证了压电换能预警装置的路用稳定性。
图为压电换能装置实物图
图为超载预警模拟实验
项目中期结合路面车辙室内测试,分析了路用压电换能装置与路面结构间的工作协同性,根据荷载作用下的压电电压变化规律,构建了压电发电效果与行车荷载间的关系模型,用于指导超载预警系统的监测电路设计,构建形成行车超载状态的智能预警系统。最后,开展路桥超载预警系统应用验证研究,基于压电电压 -荷载作用关系和规范标准,构建行车超载状态计算模型,确定超载程度分级及超载状 态预警阈值,进一步结合有限元仿真技术研究了不同工况下压电预警装置的工作状态,分析了车辆类型、公路等级、温度、湿度等修正系数的影响,验证了压电换能预警装置的路用稳定性。
图为项目团队成员项目搭建的道路超载预警系统页面
项目后期,团队成员结合专业知识,对相关研究内容进行整理,发表相关实用新型专利《一种简易高效的路面压电俘能装置》和发明专利《基于压电储能的道路、桥梁超载预警方法》已受理,并根据本系统的研究方向参与的竞赛取得第十八届全国大学生交通科技大赛国家级二等奖。
图为长安大学本科生洪灏琪团队合照
通过一年的努力,本项目顺利结项,实现了压电路面在自发电同时,实时预警,实时监控,可视化管理,统计分析“四合一”,有效提升了交通系统的自动化、智能化和可靠性水平,对自发电路面在超载领域应用的推动具有深远意义。(长安大学 洪灏琪)
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