压电式能量收集器能够替代电池为各类微小型器件提供能量,因其具有输出功率可观和输出电压高的优点而有着广阔的发展前景。本文针对振动频率为5 Hz~25 Hz的汽车振动能量收集问题提出了一种新型压电式能量收集器模型,并完成理论分析、有限元仿真和实验测试等相关研究。全文工作总结如下:首先,利用机械振动理论对单悬臂梁压电式能量收集器进行分析;在此基础上,通过软弹簧连接两个单悬臂梁压电式能量收集器,构成耦合振荡器。分析结果表明,耦合振荡器模型中各个振荡器具有更宽的工作频段。基于耦合振荡器模型,设计了一种包含两个振荡器(振荡器1和振荡器2)的压电式能量收集器结构,并确定各部件的材料参数和几何参数。其次,利用ANSYS仿真软件对设计的压电式能量收集器进行结构静力学分析、模态分析、瞬态响应分析和谐响应分析。结构静力学分析计算了能量收集器在静止状态下产生的应变和应力。模态分析研究了压电式能量收集器每个振荡器的固有频率以及对应振型。瞬态响应分析比较了能量收集器在不同外界激励下的输出性能。谐响应分析得到了能量收集器输出性能的频率响应,据此进一步探讨了能量收集器在耦合作用下工作频段的变化,为后续实验分析提供指导。最后,本文制作了基于耦合振荡器模型的压电式能量收集器的实验样机,并进行了相关实验研究。在加速度为3 m/s~2,频率区间为5 Hz~25 Hz的正弦扫频激励下,单独工作的振荡器1和振荡器2都能够产生2.2 V最大开路输出电压,而在耦合作用下,振荡器1能够产生2.4 V最大开路输出电压,振荡器2能够产生2.2 V最大开路输出电压。通过对实验结果分析得到,所制作的振荡器1固有频率约为17.1 Hz,振荡器2固有频率约为21.1 Hz,满足收集5 Hz~25 Hz振动能的需求。另外,通过对能量收集器单独工作以及在耦合作用下的开路输出电压频率响应曲线进行比较,结果表明在耦合作用下,能量收集器的工作频段得到了拓宽。