[发明专利]基于压电储能的道路、桥梁超载预警方法

权利要求书

1.一种基于压电储能的道路超载预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将多个压电单元分别埋设在道路两侧；

S2、根据当前货车类型确定当前货车额定重量时的超载电压；

S3、获取当前货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压，并将每个压电单元产生的电能进行存储；

S4、根据当前货车的类型以及道路的参数对实时电压进行修正得到当前货车单个车轮对应的修正电压；

S5、根据当前货车单个车轮的修正电压与当前货车对应的超载电压计算得到超载等级，并根据超载等级执行对应的超载预警。

2.根据权利要求1所述的基于压电储能的道路超载预警方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

将多个压电单元沿道路铺设方向依次埋设在道路表面之下，同时将多个压电单元沿道路宽度方向依次埋设在道路表面之下，使压电单元顶部与道路表面之间的间距为z，z0。

3.根据权利要求2所述的基于压电储能的道路超载预警方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、设定货车行驶中任一车轮与道路接触的形状为圆形，根据标准轴载BZZ-100规定，取货车单个车轮与道路之间的压强p＝0.7Mpa；

S22、根据当前货车的类型确定该货车的额定重量和该货车的轴数，计算该货车单个轮子与道路接触形成圆形均布荷载范围的半径a：

其中，P为货车额定轴载，

S22、通过Boussinesq理论计算该货车该车轮与道路之间的竖向应力σ_v：

其中，a是圆形均布荷载范围的半径，q为圆形均布荷载的大小，z为压电单元顶部与道路表面之间的间距；

S23、计算该货车单个车轮挤压压电单元时，该压电单元顶部的竖向压力F：

F＝Area×σ_v

Area＝πa²

其中，Area为圆形均布荷载范围的面积；

S24、根据Q＝d×F计算该货车单个车轮下压电单元转换得到的理论电荷量Q；其中，d为压电应变常数，F为压电单元的竖向压力；

S25、根据计算该货车单个车轮下压电单元的固有电容C；其中h为压电单元的厚度，ε为介电常数；

S26、根据计算该货车额定重量时单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的道路超载电压U_超1。

4.根据权利要求3所述的基于压电储能的道路超载预警方法，其特征在于，所述步骤S3中，将每个压电单元产生的电能E_实进行存储计算为：

其中，C为压电单元的固有电容，U_实为当前货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压；

步骤S4具体为：

计算当前货车单个车轮对应的所述修正电压U_修：

U_修＝α×δ×U_实

其中，α为道路参数修正系数，δ为货车轴距修正系数。

5.根据权利要求4所述的基于压电储能的道路超载预警方法，其特征在于，所述货车轴距修正系数的计算为：

其中，β为危险等级，A为货车轴距，A’为货车轴距分类值，A’满足：

并且，货车为二轴货车或者三轴货车时，β＝1.5；

货车为四轴货车或者五轴货车时，β＝2；

货车为六轴货车及六轴以上货车时，β＝3。

6.根据权利要求5所述的基于压电储能的道路超载预警方法，其特征在于，所述道路参数包括公路等级，当公路等级为高速公路或者一级公路时，α＝1.2；当道路的公路等级为二级公路、三级公路或者四级公路时，α＝1.1。

7.根据权利要求6所述的基于压电储能的道路超载预警方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：

计算超载等级Z，其中Z为：

其中，Z＝零级时，不进行预警，当Z＝一级～十级时，执行对应预警等级的道路超载预警。