路面中存在着丰富的机械能,对路面能量进行收集不仅符合低碳环保的理念,而且可以减少因能量累积对路面造成的损伤。本文根据路面中荷载特点,利用理论推导及仿真分析的方法对压电能量收集器的结构及能量收集电路进行了设计,并通过搭建能量收集系统实验平台研究了压电能量收集器的发电性能。为设计出与路面耦合特性高的能量收集器,首先对比分析了常用压电能量收集器的结构形式并对具有高承载能力的Cymbal能量收集器的结构特性进行了理论推导及有限元仿真分析。但Cymbal结构的固有频率较高,故将其改进为固有频率较低且刚度相对合适的拱形结构。利用有限元仿真的方法分析了几何参数对能量收集器输出电压及结构固有频率的影响规律及在动态荷载作用下输出电压、电流及功率与负载阻抗和振动频率的关系。结合有限元分析的结果确定了最优的拱形能量收集器结构参数。为将压电能量收集器产生的交流电转化为直流电,设计了具有升降压功能的能量收集电路,并分析了其工作过程,对其输出电压、电感电流及输入电阻进行了理论推导并利用Matlab中Simulink模块对能量收集电路进行了仿真分析。得到占空比、开关频率及电感值对输出电压的影响规律。设计并制作了能量收集电路。根据仿真结果及路面荷载特点,研制了不同结构的拱形压电能量收集器样机,用实验研究的方法分析了环境荷载、外加负载阻抗及几何参数对输出电压的影响规律。当环境荷载大小为10 N,频率为15 Hz,最佳负载阻抗匹配为100k?时,单个拱形压电能量收集器产生的最大电功率达到了61 m W。