代艷萍

摘要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的充分利用，并將其應(yīng)用于解決行車盲區(qū)問題這一方面。本文根據(jù)壓電材料PVDF的壓電效應(yīng)，將PVDF材料制成壓電薄膜嵌入到減速帶中，制成簡(jiǎn)單的路面減速帶發(fā)電裝置。路面減速帶發(fā)電裝置安裝在需要車輛減速慢行且存在視覺盲區(qū)的路段。當(dāng)汽車行駛時(shí)，車輛輪胎壓上嵌入PVDF材料的減速帶而產(chǎn)生電壓，使該電壓產(chǎn)生的交流電變成直流電對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，將得到的電能存入到蓄電池中，蓄電池將收集起來的電量供道路盲區(qū)指示燈使用。在降低行車速度的同時(shí)，既節(jié)能又達(dá)到了給駕駛員提供行車安全信號(hào)的效果。

關(guān)鍵詞：PVDF壓電膜;能量轉(zhuǎn)換;減速帶;行車視覺盲區(qū)

0 ?引言

近年來，利用壓電材料進(jìn)行能量收集的研究越來越受到人們的關(guān)注，其綠色、節(jié)能、環(huán)保的特性也備受人們的青睞。利用壓電材料制作的壓電發(fā)電裝置具有環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。PVDF作為本文主要研究的壓電材料，其與常見的石英、壓電陶瓷等壓電材料相比具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐氧化性、耐射線輻射性，壓電性、介電性、熱電性，靈敏度高、頻帶響應(yīng)寬，制造簡(jiǎn)單、成本低、使用壽命長(zhǎng)等多種優(yōu)點(diǎn)[1]。

1 ?壓電材料產(chǎn)生電能的原理

壓電效應(yīng)分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，如圖1所示。壓電體受到外機(jī)械力作用而發(fā)生電極化，并導(dǎo)致壓電體兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，其電荷密度與外機(jī)械力成正比，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。壓電體受到外電場(chǎng)作用而發(fā)生形變，其形變量與外電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)[2]。具有正壓電效應(yīng)的固體，也必定具有逆壓電效應(yīng)，如圖2所示。而高效壓電材料PVDF正是利用正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目的。

2 ?系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 PVDF壓電薄膜的特性

考慮到PVDF壓電薄膜的輸出電壓與其面積成正比[3]，且PVDF壓電薄膜的應(yīng)變?cè)酱?，輸出電壓越?在相同的面積和應(yīng)變條件下，隨著PVDF壓電薄膜面積在厚度上的增大，PVDF壓電薄膜的輸出電壓越高，因此在車輛荷載范圍內(nèi)，PVDF壓電薄膜的厚度應(yīng)保證最大的應(yīng)變[4]，使得PVDF壓電薄膜的輸出電壓最高。

2.2 路面減速帶發(fā)電裝置設(shè)計(jì)

減速帶發(fā)電裝置安裝在城市中車流量密集且需要汽車減速的路段和山路等兩車交會(huì)存在視覺盲區(qū)的地帶。減速帶下面安裝PVDF壓電薄膜和蓄電池，通過將汽車碾壓減速帶產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)換為電流，系統(tǒng)將電能儲(chǔ)存至蓄電池中，同時(shí)蓄電池與指示燈連接[5]。系統(tǒng)內(nèi)部流程如圖3所示。

3 ?行車視覺盲區(qū)研究

一般駕駛員的視覺盲區(qū)主要分為車內(nèi)盲區(qū)和車外盲區(qū)。車內(nèi)盲區(qū)一般是有自身車輛的車型決定，一般都為后視鏡盲區(qū)和AB柱盲區(qū)。研究表明，多數(shù)事故的發(fā)生是由于車外盲區(qū)。一般由車外盲區(qū)造成的交通事故包括：車道狹隘、車輛擁擠、城市路口右轉(zhuǎn)、進(jìn)去小區(qū)或其他區(qū)域門口、傍山路或者靠近水源的路、天氣惡劣的情況下的轉(zhuǎn)彎、陡坡情況下的轉(zhuǎn)彎等，這幾種轉(zhuǎn)彎路況都存在很多的視覺盲區(qū)，極容易發(fā)生兩車相撞的交通事故。如果能結(jié)合本文研究的減速帶—指示燈系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4，將大幅提高駕駛員在轉(zhuǎn)彎等情況下的行車安全。

4 ?系統(tǒng)工作過程

假設(shè)現(xiàn)有一個(gè)T型小區(qū)出入口，主干路為雙向單車道，車輛甲準(zhǔn)備從車道A處右轉(zhuǎn)到車道C處，在轉(zhuǎn)彎處存在一個(gè)轉(zhuǎn)彎盲區(qū)e，同時(shí)車輛乙即將直行通過出入口。情況如圖4所示。當(dāng)車輛甲經(jīng)由減速帶c時(shí)，指示燈a同時(shí)收到電信號(hào)，燈a亮;同時(shí)，若此時(shí)車輛乙從車道B直行經(jīng)過，經(jīng)由減速帶d時(shí)，指示燈b同時(shí)收到電信號(hào)，燈b亮。燈a和燈b的顯示將對(duì)雙方車輛起到警示作用，使駕駛員主動(dòng)減速慢行。此外，該系統(tǒng)同樣可應(yīng)用到傍山路、商業(yè)區(qū)出入口等易發(fā)生事故的地帶。具體流程如圖5所示。

5 ?結(jié)語

利用PVDF壓電薄膜的特性，在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上將其與減速帶相結(jié)合，提高駕駛員在行經(jīng)視覺盲區(qū)時(shí)的行車安全是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文提出的減速帶發(fā)電裝置利用的只是汽車在行駛過程中無用的機(jī)械能并將其轉(zhuǎn)換成電能，系統(tǒng)制造簡(jiǎn)單、運(yùn)行高效、清潔環(huán)保、成本低，具有較高的發(fā)展價(jià)值。但由于機(jī)械裝置本身存在加工以及誤差等因素，因此運(yùn)行時(shí)存在一定的問題，還有待改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙曉康.壓電發(fā)電技術(shù)在道路應(yīng)用中的可行性研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2013.

[2]項(xiàng)盛榮.基于PVDF壓電膜的輪胎壓力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，10（23）：60-63.

[3]項(xiàng)盛榮.基于陶瓷壓電效應(yīng)的輪胎壓力發(fā)電系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2017，01（25）：97-98.

[4]何仁，許旸.路面減速帶發(fā)電裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2016，11（30）：97-103.