随着新能源汽车、智能汽车的大力发展,车载传感器数量及种类越来越多。车载传感器使用化学电池,在恶劣环境下供电性能大大降低。基于传感器传统供能方式存在的问题,本文以城市内投放的“共享汽车”吉利知豆D2为研究对象,以汽车行驶时的风压能为激励源设计一种谐振腔式压电俘能器,实现部分车载传感器的自供能。具体研究内容如下:1)基于行车风压能的特点,设计三种压电俘能器结构:具有扰流圆柱的谐振腔式压电俘能器,具有亥姆霍兹谐振腔的谐振腔式压电俘能器和既有扰流圆柱又有亥姆霍兹谐振腔的谐振腔式压电俘能器。对压电俘能器的发电原理进行介绍,并对三种结构的压电俘能器进行流体仿真分析。结果表明:具有扰流圆柱和亥姆霍兹谐振腔的压电俘能器能使主腔体内产生更大的压强,选择该结构的压电俘能器作为行车风压能的俘能装置。2)谐振腔式压电俘能器存在有效俘能风速范围,为了求得这个范围,采用能量守恒法求解起振风速并加以验证,利用分块加载压强的方法将俘能器在流场中所受的压强加载到ANSYS静力学模块上,研究风速与俘能器最大应力的关系求解截止风速。研究表明:起振风速大小为5.29m/s,截止风速大小为25m/s。该风速范围大于共享汽车的行驶速度范围,俘能器能够正常工作。3)建立谐振腔式压电俘能器的数学模型并用解析法对其进行结构参数优化。基于流体力学中的伯努利方程和连续性方程,推导出主腔体内的压强方程。基于压电学电荷产生原理推导出压电悬臂梁的机电耦合方程,将主腔体内的压强方程与机电耦合方程相结合推导出压电陶瓷片的输出电压方程。利用软件Mathematics对压强方程和输出电压方程进行分析,研究压电俘能器结构参数对输出电压的影响。结果表明,谐振腔式压电俘能器中扰流圆柱、亥姆霍兹谐振腔,压电陶瓷片等结构皆存在最佳参数使得俘能器的压电性能达到最佳,最后获得了压电俘能器优化结构参数。4)利用流-固-电耦合仿真模型对压电俘能器发电性能进行研究。研究压电悬臂梁、基板与主腔体之间间隙、扰流圆柱、亥姆霍兹谐振腔结构参数对压电俘能器发电性能的影响,得到压电俘能器的结构参数。将仿真法求得的俘能器结构参数和解析法求得的结构参数进行比较分析,获得压电俘能器优化后结构参数值。5)搭建压电俘能器实验测试平台,并对其进行测试。通过风速与俘能器开路电压的影响曲线关系获得了俘能器的起振风速为5m/s,截止风速为25m/s。通过研究负载电阻对俘能器输出功率的影响关系,获得了俘能器最佳的外部负载阻值为60kΩ。在最佳负载条件下,风速为22m/s时俘能器可获得的峰值输出电压为9.6V,峰值输出功率为1.536mW。