[0001] 本发明涉及运动物体速度或冲击测量技术领域，具体为基于摩擦纳米发电机的车辆动能回收与无源检测减速带。

[0002] 在现代交通系统中，减速带是普遍使用的一种交通管理设施，用以降低车辆速度，提高路段的安全性。传统的减速带虽然在控制车速方面起到一定作用，但其本身并不具备其他额外的功能，如能量回收或车辆监测等。

[0003] 随着可持续发展理念的推广和智能交通技术的发展，如何有效利用交通流中的能量，并通过技术手段增强道路安全设施的功能，已成为研究的热点。特别是在城市交通密集的环境中，车辆频繁经过减速带时产生的能量如果能够被回收，将为城市能源系统带来新的补充来源。

[0004] 此外，传统的车辆检测系统多依赖于主动传感器或需要外部能源供给，如雷达、摄像头等，这些系统往往成本高昂且维护复杂。因此，开发一种无需外部电源供应、能自主生成电力的车辆检测系统显得尤为重要和实用。通过利用车辆经过时的压力和摩擦，不仅可以生成电力，还能同时获得关于车辆重量和速度的数据，这对于交通管理和规划具有重要意义。

[0005] 现有技术中也有将摩擦纳米发电机应用于减速带上的应用，例如专利号为：CN202411005680.6，名称为一种基于拱形摩擦纳米发电机的自驱动发光减速带的专利，该专利主要通过弧形容纳腔的变形下压带动摩擦纳米发电机工作，但该专利中，减速带呈弧形跨越布置，汽车重量较大，减速带既要产生足够量的变形来下压，还不能过渡下压破坏其他组件，对减速带的材料要求极高，制作成本较高。

[0006] 专利号为：CN202110553907.0，名称为一种基于旋转式交流纳米摩擦发电机的自供能测速减速报警装置的专利中，公开了一种减速盖可上下移动带动摩擦纳米发电机工作的样式，但减速盖的上下移动，必然在安装位置产生凹槽，汽车经过时，会对汽车产生冲击，影响驾驶。

[0049] 实施例1

[0050] 参见图1‑图3，基于摩擦纳米发电机的车辆动能回收与无源检测减速带，包括对称布置的左坡段1和右坡段2，左坡段1和右坡段2之间空间的下部设置有纸基摩擦纳米发电机4，上部封闭有盖板3，盖板3上表面为平面，通过回位装置进行位置变化，进而带动纸基摩擦纳米发电机4发电，左坡段1、右坡段2和盖板3共同组成上边小于下边的梯形形状。

[0051] 回位装置可采用盖板3两端下面设置弹簧，或单侧下面设置弹簧的样式，来实现盖板3位置变化，盖板3直接或间接与纸基摩擦纳米发电机4接触来使其发电。

[0052] 纸基摩擦纳米发电机4为通过上摩擦层和下摩擦层交叉折叠形成的双螺旋多层结构；

[0053] 上摩擦层中间为纸，两侧为导电铜胶带，在每侧的导电铜胶带外设置有聚四氟乙烯膜；

[0054] 下摩擦层中间位置，两侧为导电铜胶带。

[0055] 纸基摩擦纳米发电机的工作原理可参见图10所示：

[0056] 纸基摩擦纳米发电机的工作模式采用接触分离式。在初始状态①，电荷处于守恒状态，此时未产生电能输出。当上摩擦层与下摩擦层逐渐靠近进入状态②时，由于聚四氟乙烯膜的负电性特性，其表面会累积负摩擦电荷，从而在外部电路中引起自上而下的瞬时电流。到达状态③时，系统内电荷达到动态平衡。在摩擦层分离的过程中，将再次触发瞬时电流，方向与之前相反(状态④)。通过不断的接触与分离循环，纸基摩擦纳米发电机能够持续生成交流电。

[0057] 纸基摩擦纳米发电机4连接能量转换系统和控制单元。

[0058] 能量转换系统将转换得到的电能，为其他路边的传感器或交通监控设备提供电力。

[0059] 控制单元通过分析摩擦纳米发电机产生的电压信号可以监测车辆的车速和重量。

[0060] 参见图11所示，车辆经过减速带后会产生一个交流电信号，Δx为脉冲信号的持续时间，当车速v越快时，Δx越小。

[0061] 前期测试阶段：当车辆经过时，先记录车速v，然后采集摩擦纳米发电机的输出信号，确定脉冲信号的持续时间Δx。

[0062] 然后以电压曲线的持续时间Δx为自变量(x)，车速v为因变量(y)，导入origin通过曲线拟合，得到多项式函数：

[0063] y＝ax3+bx2+cx+d

[0064] 计算出a、b、c、d的数值，将公式写入程序中，通过识别摩擦纳米发电机输出电压的持续时间Δx即可实时获取车速。

[0065] Δy为摩擦纳米发电机的电压峰峰值。摩擦纳米发电机受力越大，其输出电压越大，即Δy越大。支撑公式如下所示：

[0066]

[0067] 由公式可知，VOC的相对变化应该与施加力呈线性关系。VOC为最大开路电压，p0为施加力，VOC,0为施加力时的开路电压，k为材料的弹性，d为非工作状态下两个摩擦层之间的间隙距离，S为摩擦层的接触面积。

[0068] 将公式写入程序中，可实时获取施加力p0。

[0069] 本发明减速带可直接固定在地面使用，无需挖槽，左坡段1和右坡段2为车轮进出盖板3提供缓冲，盖板3通过回位装置进行位置变化，在最高位置时与两侧的左坡段1和右坡段2顶部齐平，在最低位置时，压迫纸基摩擦纳米发电机4发电，从而能有效回收车辆经过时产生的动能，转化为电能，还能通过分析由此产生的电信号来实现对车辆速度和重量的无源检测。

[0070] 左坡段1和右坡段2可采用为直角三角形形状，便于制作和提供斜面，斜面的外表面分别开设有螺栓孔11，螺栓孔11竖向截面为直角三角形形状，包括底面和立面，底面连接有固定螺栓，立面竖直布置在靠近纸基摩擦纳米发电机4一侧。

[0071] 实施例2

[0072] 参见图4‑图9，为更好的减缓汽车经过盖板3时，因盖板3上下移动对汽车产生的冲击，本发明重点设计了如下结构。

[0073] 右坡段2上表面为倾斜面，左端高，右端低。在其螺栓孔11左侧设置有回位装置，盖板3左端与左坡段1右端转动连接，盖板3右端压在回位装置上方，回位装置左侧连接有水平压板6，压板6位于盖板3下方的纸基摩擦纳米发电机4上表面，盖板3能够在重压作用下向下压迫回位装置至右坡段2上表面下方，同时，压板下压纸基摩擦纳米发电机4做功发电。从而在不影响纸基摩擦纳米发电机4工作的前提下，将盖板3的上下运动转变为绕固定轴的旋转运动，在左坡段1和右坡段2之间形成良好过渡，从而避免车轮撞击凹槽出口产生的撞击。

[0074] 具体的，盖板3为平板62，左侧设有向内倾斜的斜端面，参见图6所示。斜端面在盖板3下压至最低点时能够与左坡段1右侧竖直面贴齐，形成整体结构，使作用在盖板3上的重力转移至左坡段1，而无需将盖板3做的很厚来承担全部车轮重力，通过优化结构节省了成本。

[0075] 作为优选方案，盖板3左侧与左坡段1连接处设有限位结构，以限制盖板3向上转动的角度，使其在水平和右端下移两种状态之间切换。此类限位结构形式多样，例如插板与转槽样式，本发明不作任何限制。

[0076] 盖板3右端为弧形面，并在水平状态时与右坡段2斜边相切，盖板3右端与右坡段2上平面右端之间连接有耐磨布。弧形过渡可使车轮更好的从盖板3到达右坡段2，避免冲击，通过耐磨布将盖板3与右坡段2相连，可防止杂物进入二者间隙内。

[0077] 优选地，右坡段2上表面的倾斜度与盖板3下压至最低点时与水平面的角度相同，二者相对面可齐平，以增大盖板3下压至右坡段2上时与右坡段2的接触面积。

[0078] 右坡段2的螺栓孔11左侧开设方形的调节槽22，调节槽22顶部贯通右坡段2的上表面，调节槽22底面不低于螺栓孔11底面，与螺栓孔11之间通过封板21隔开，调节槽22内设置回位装置，回位装置包括：

[0079] 固定杆23，竖直固定在调节槽22底部，下部设有螺纹，顶部不超过右坡段2上表面；

[0080] 上压帽24，右端扣在固定杆23上，左端伸出至右坡段2左侧，并在左端下部连接有压板6，右坡段2左侧在上压帽24下压路径上设置对应让位孔28；

[0081] 支撑板25，形状与调节槽22相同，为方形板，套在固定杆23下部，下部通过螺母27支撑在固定杆23上，其安装在调节槽22内后无法转动，如此，可方便的通过调节螺母27位置来调节支撑板25位置，以调节上压帽24露出右坡段2上表面的高度。

[0082] 弹簧26，设置在上压帽24与支撑板25之间的固定杆23外部，变形量大于上压帽24高度，在无汽车经过时，能够推动上压帽24将盖板3顶至水平状态。

[0083] 具体地，上压帽24分为方形主体241、延伸部242和收紧板243。

[0084] 方形主体241形状与方形槽相同，尺寸略小于方形槽，底部中间开设穿杆孔，穿杆孔为盲孔，直径大于固定杆23直径，以减小上压帽24与固定杆23之间的相对摩擦阻力；

[0085] 延伸部242一端与方形主体241连接，另一端穿出右坡段2左端，所述让位孔28宽度与延伸部242宽度相同；

[0086] 收紧板243连接在延伸部242左侧下部，下端朝内倾斜设置。

[0087] 压板6包括连接部61和平板62，连接部61为倒直角梯形形状，卡入收紧板243与右坡段2左端之间，底部连接水平布置的平板62。压板6从一侧穿入收紧板243内，为进一步提高连接强度，还可在穿入后通过连接件紧固。

[0088] 参见图1，减速带为多段组合结构，可布置任意长度，压板6的宽度应适配纸基摩擦纳米发电机4的宽度，不宜过大或过小。