CN116343495B - 基于压电储能的道路、桥梁超载预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及路面超载预警技术领域，具体涉及一种基于压电储能的道路、桥梁超载预警方法，利用压电单元将货车在路面上行驶时对路面施加的重力变化转换产生电压，一方面能够对其产生的电能进行存储，同时避免需要配合充电或者换电设备，降低施工难度并提高适用范围，满足边远区域使用需求；另一方面能够利用货车行驶时单个车轮产生的电压大小来判断货车是否超载，判断简单响应快速，同时结合不同货车类型超载影时响程度不同以及在不同参数路面上行驶时安全风险不同来对当前货车的超载等级进行判定，从而既能够实现对道路货车是否超载进场检测，并且也能够对当前货车的超载等级执行对应等级的预警，检测难度低并且稳定可靠，满足使用需求。

Description

基于压电储能的道路、桥梁超载预警方法
技术领域
本发明涉及路面超载预警技术领域，具体涉及一种基于压电储能的道路、桥梁超载预警方法。
背景技术
对于路面的超载检测通常包含对与道路的超载检测以及对桥梁的超载检测，通过对路面进行超载检测能够判断当前路面是否超载，并在超载时进行预警；通过对路面超载的判断既能够避免事故的发生，也能够提高对路面的保护，进一步降低事故风险。
传统的超载安全预警方法是采用基于电量学的汽车衡(地秤)，而传统的电量学汽车衡成本高、精度低、灵敏度低、并且维修复杂，在耐久性指标上难以满足实际工程需要，给计量工作带来了的误差；同时对于通过桥梁的车辆是否超载缺乏有效的检测手段，缺少对通过桥梁车辆的重量检测，不能对桥梁超载进行有效预警。
目前虽然能够通过设置传感器来对货车进检测，但是过多的传感器需要完善的供电体系或者换电体系，建造投入大并且时间长，导致成本高并且不易维修维护，不能大范围推广使用；并且使用传感器中电池大量的使用需求导致环境污染以及资源浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于压电储能的道路、桥梁超载预警方法，解决目前对路面上货车是否超载判断难度高的问题。
本发明解决上述技术问题的方案：
一种基于压电储能的道路超载预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将多个压电单元分别埋设在道路两侧；
S2、根据当前货车类型确定当前货车额定重量时的超载电压；
S3、获取当前货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压，并将每个压电单元产生的电能进行存储；
S4、根据当前货车的类型以及道路的参数对实时电压进行修正得到当前货车单个车轮对应的修正电压；
S5、根据当前货车的修正电压与当前货车对应的超载电压计算得到超载等级，并根据超载等级执行对应的超载预警。
进一步限定，所述步骤S1具体为：
将多个压电单元沿道路铺设方向依次埋设在道路表面之下，同时将多个压电单元沿道路宽度方向依次埋设在道路表面之下，使压电单元顶部与道路表面之间的间距为z，z>0。
进一步限定，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、设定货车行驶中任一车轮与道路接触的形状为圆形，根据标准轴载BZZ-100规定，取货车单个车轮与道路之间的压强p＝0.7Mpa；
其中，当货车同轴同侧的车轮多于一个时，依旧将货车同轴同侧的所有车轮作为一个整体车轮进行处理计算，同样整体车轮与道路或者桥梁接触时形成圆形接触面积。
S22、根据当前货车的类型确定该货车的额定重量和该货车的轴数，计算该货车单个轮子与道路接触形成圆形均布荷载范围的半径a：
其中，P为货车额定轴载，
S22、通过Boussinesq理论计算该货车该车轮与道路之间的竖向应力σv：
其中，a是圆形均布荷载范围的半径，q为圆形均布荷载的大小，z为压电单元顶部与道路表面之间的间距；
S23、计算该货车单个车轮挤压压电单元时，该压电单元顶部的竖向压力F：
F＝Area×σv
Area＝πa2
其中，Area为圆形均布荷载范围的面积；
S24、根据Q＝d×F计算该货车单个车轮下压电单元转换得到的理论电荷量Q；其中，d为压电应变常数，F为压电单元的竖向压力；
S25、根据计算该货车单个车轮下压电单元的固有电容C；其中h为压电单元的厚度，ε为介电常数；
S26、根据计算该货车额定重量时单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的道路超载电压U超1。
进一步限定，所述步骤S3中，将每个压电单元产生的电能E实进行存储计算为：
其中，C为压电单元的固有电容，U实为当前货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压；
步骤S4具体为：
计算当前货车单个车轮对应的所述修正电压U修：
U修＝α×δ×U实
其中，α为道路参数修正系数，δ为货车轴距修正系数。
进一步限定，所述货车轴距修正系数的计算为：
其中，β为危险等级，A为货车轴距，A’为货车轴距分类值，A’满足：
并且，货车为二轴货车或者三轴货车时，β＝1.5；
货车为四轴货车或者五轴货车时，β＝2；
货车为六轴货车及六轴以上货车时，β＝3。
进一步限定，所述道路参数包括公路等级，当公路等级为高速公路或者一级公路时，α＝1.2；当道路的公路等级为二级公路、三级公路或者四级公路时，α＝1.1。
进一步限定，所述步骤S5具体为：
计算超载等级Z，其中Z为：
其中，Z＝零级时，不进行预警，当Z＝一级～十级时，执行对应预警等级的道路超载预警。
一种基于压电储能的桥梁超载预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将多个压电单元分别埋设在桥梁两侧；
S2、获取桥梁上行驶货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压，并将每个压电单元产生的电能进行存储；
S3、获取当前货车的类型，根据当前货车类型确定当前货车轴数；
S4、根据桥梁抗倾覆稳定性系数计算桥梁超载电压；
S5、根据所述实时电压与所述桥梁超载电压计算桥梁超载等级，并根据超载等级执行对应等级预警。
进一步限定，所述将每个压电单元产生的电能E实进行存储计算为：
其中，C为压电单元的固有电容，U实为当前货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压；
所述步骤S3具体为：
确定桥梁沿长度方向同侧同时发电的两个压电单元，根据对应两个所述压电单元之间的间距得到当前货车的轴距，根据当前货车的轴距确定当前货车的类型；
进一步限定，所述步骤S4包括以下步骤：
S41、根据当前货车额定重量G限计算桥梁的抗倾覆稳定性系数k：
其中，s为自截面重心至验算倾覆轴的距离；e为所有外力的合力在验算截面的作用点对基底重心轴的偏心距；为压电单元与桥墩中心线水平距离，Pi为不考虑当前货车时引起的竖向力；ei为竖向力Pi对验算截面重心的力臂，Hi为不考虑当前货车时的水平力，hi为水平力Hi对验算截面的力臂；
S42、根据桥梁的抗倾覆稳定性系数k计算该货车单个轮子与桥梁接触形成圆形均布荷载范围的半径a：
p＝0.7Map
其中，P限为当前货车额定轴载，n为当前货车轴数，p为货车单个车轮与道路之间的压强；
S43、通过Boussinesq理论计算该货车该车轮与道路之间的竖向应力σv：
其中，a是圆形均布荷载范围的半径，q为圆形均布荷载的大小，z为压电单元顶部与桥梁表面之间的间距；
S44、计算该货车单个车轮挤压压电单元时，该压电单元顶部的竖向压力F：
F＝Area×σv
Area＝πa2
其中，Area为圆形均布荷载范围的面积；
S45、根据Q＝d×F计算该货车单个车轮下压电单元转换得到的理论电荷量Q；其中，d为压电应变常数，F为压电单元的竖向压力；
S46、根据计算该货车单个车轮下压电单元的固有电容C；其中h为压电单元的厚度，ε为介电常数；
S47、根据计算该货车额定重量时单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的桥梁超载电压U超2；
所述步骤S5具体为：
根据实时电压与桥梁超载电压计算桥梁超载等级T：
U修＝α×δ×U实
当T＝零级时，不进行预警，当T＝一级～四级时，执行对应预警等级的桥梁超载预警；
其中，U超2(k＝w)为k＝w时计算得到的桥梁超载电压，w＝0.9、1.1、1.2或1.3；U实为桥梁上行驶货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压，U修为对实时电压U实进行修正后得到的修正电压，α为道路参数修正系数，δ为货车轴距修正系数；
所述货车轴距修正系数的计算为：
其中，β为危险等级，A为货车轴距，A’为货车轴距分类值，A’满足：
并且，货车为二轴货车或者三轴货车时，β＝1.5；
货车为四轴货车或者五轴货车时，β＝2；
货车为六轴货车及六轴以上货车时，β＝3；
所述桥梁为公路桥梁时，当桥梁等级为高速公路或者一级公路时，α＝1.2；当桥梁等级为为二级公路、三级公路或者四级公路时，α＝1.1；当桥梁为非公路桥梁时，α＝1。
本发明的有益效果在于：
1、本发明利用压电单元将货车在路面上行驶时对路面施加的重力变化转换产生电压，一方面能够对其产生的电能进行存储，降低成本，同时避免需要配合充电或者换电设备，降低施工难度并提高适用范围，满足边远区域使用需求；另一方面能够利用货车行驶时单个车轮产生的电压大小来判断货车是否超载，判断简单响应快速，同时结合不同货车类型超载影时响程度不同以及在不同参数路面上行驶时安全风险不同来对当前货车的超载等级进行判定，从而既能够实现对道路货车是否超载进场检测，并且也能够对当前货车的超载等级执行对应等级的预警，检测难度低并且稳定可靠，满足使用需求。
2、本发明利用压电单元将机械能转换为电能并储存，绿色环保并且成本低，利用压电单元产生的电能为超载的检测提供电能，经济实惠；同时根据埋设的压电单元能够快速准确判断得到货车的轴距，并根据货车轴距判断货车辆类型以及车辆轴数，方法简单成本低，同时判断结果准确，进一步降低道路货车超载判断的难度，同时保证超载判断的准确可靠性。
附图说明
图1为本发明基于压电储能的道路超载预警方法步骤图；
图2为本发明基于压电储能的桥梁超载预警方法步骤图；
具体实施方式
实施例1
参考图1，本发明提供一种基于压电储能的道路超载预警方法，包括以下步骤：
S1、将多个压电单元分别埋设在道路两侧；
S2、根据当前货车类型确定当前货车额定重量时的超载电压；
S3、获取当前货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压，并将每个压电单元产生的电能进行存储；
S4、根据当前货车的类型以及道路的参数对实时电压进行修正得到当前货车单个车轮对应的修正电压；
S5、根据当前货车的修正电压与当前货车对应的超载电压计算得到超载等级，并根据超载等级执行对应的超载预警。
步骤S1具体为：
压电单元由于需要将货车行驶的机械能转换为电能，所以需要货车能够压过压电单元，此时压电单元才能够将货车挤压其变形产生的机械能转换为电能；将多个能够将机械能转换为电能的压电陶瓷串联得到一个压电单元，压电陶瓷可选择直径为20mm，厚度为0.5mm的PZT-5H全电极压电陶瓷，压电陶瓷一方面能够避免使用单个压电陶瓷时车轮挤压接触压电陶瓷数量不稳定导致计算复杂导致超载判断不及时，另一方面能够减少单个压电陶瓷产生电压过小造成损耗影响判断准确度；为了增加压电陶瓷的使用寿命可以在压电单元的外侧设置尼龙板保护壳。
将多个压电单元沿着道路的铺设方向或者沿着道路上货车的行驶方向依次埋设，使得货车行驶过程中能够保证货车车轮同时与对应的压电单元接触，满足不同轴距货车的超载检测；同时将多个压电单元沿着道路的宽度方向依次埋设，使得左右车轮间距不同的货车都能够保证与埋设的压电单元接触，同时也能够避免货车在行驶时偏向道路任一侧行驶的情况。
在实际使用时，为了减少压电单元的浪费，通常会选择在道路上分别设置对不同货车类型超载判断带，例如二轴货车超载判断带会根据现有二轴货车左右车轮间距埋设道路宽度方向的压电单元，例如道路相邻两侧压电单元之间最短的间距为1.5m，即位于道路一侧的压电单元与道路中间的最短的间距为0.75m，压电单元依次埋设在道路侧边，通常埋设至道路路肩内侧。
例如在使用时，在公路入口处，依照公路设计选用的五类设计货车即二轴货车、三轴货车、四轴货车、五轴货车列车、六轴即六轴以上货车列车的轴距的大小分别设置二轴货车超载判断带，三轴货车超载判断带，四轴货车超载判断带，五轴货车超载判断带、六轴即六轴以上货车列车超载判断带。
相邻两侧的压电单元一一对应设置，使得相同车轴上的左右两侧车轮能够同时与道路对应侧部的压电单元接触；可以选择在道路施工时将压电单元埋设在设定的深度，也可以在现有道路上开设孔洞将压电单元埋设后填补，压电单元的顶部与道路上表面之间的间距为z，其中z不小于0，但是为了避免埋设过深导致压变单元电能转换不足，所以z选择时不大于5mm，优选为4mm。
步骤S2具体包括以下步骤：
S21、设定货车行驶中任一车轮与道路接触的形状为圆形，根据标准轴载BZZ-100规定，取货车单个车轮与道路之间的压强p＝0.7Mpa；
S22、根据当前货车的类型确定该货车的额定重量和该货车的轴数，计算该货车单个轮子与道路接触形成圆形均布荷载范围的半径a：
其中，P为货车额定轴载，
货车在行驶时，根据《超限运输车辆行驶公路管理规定》确定每一种类型货车的额定重量，即当该货车总重量超过额定重量时判定为超载，从而能够根据得到每一种货车的额定轴载P，通过每一种货车的额定轴载能够计算得到该类型货车在额定重量时单个车轮所产生的电压，从而得到超载电压，此时当货车总重超过额定重量时单个压电单元产生的实时电压大于超载电压，从而能够判断得到当前货车是否超载。
通过Boussinesq理论计算该货车该车轮与道路之间的竖向应力σv：
其中，a是圆形均布荷载范围的半径，q为圆形均布荷载的大小，z为压电单元顶部与道路表面之间的间距；
由于发电单元埋置深度较浅，计算作用在压电单元上的竖向应力时采用采用沥青路面弹性单层理论，即通过Boussinesq理论计算。
S23、计算该货车单个车轮挤压压电单元时，该压电单元顶部的竖向压力F：
F＝Area×σv
Area＝πa2
其中，Area为圆形均布荷载范围的面积，此时认为车轮只与一个压电单元接触，即该压电单元承载该车轮的竖向压力；
S24、根据Q＝d×F计算该货车单个车轮下压电单元转换得到的理论电荷量Q；其中，d为压电应变常数，F为压电单元的竖向压力；
S25、根据计算该货车单个车轮下压电单元的固有电容C；其中h为压电单元的厚度，ε为介电常数；
S26、根据计算当前货车该车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压U实，在货车行驶过程中存在车轮与单个压电单元接触或者与多个压电单元接触的情形，在埋设压电单元时根据标准轴载和轮胎与路面之间的压强得到的圆形均布荷载范围的半径a，通过多个压电陶瓷形成面积大于πa2的压电单元，使得压电单元的面积大于车轮与道路的接触面积，从而保证车轮能够只挤压一个压电单元。
步骤S3具体为：
直接获取单个压电单元产生的实时电压，为了避免货车车轮没有完全接触压电单元导致产生的电压并不准确，所以需要在获取多个实时电压后按照大小依次排序，选择最大电压作为参与计算的实时电压；
将每个压电单元产生的电能E实进行存储计算为：
其中，C为压电单元的固有电容，U实为当前货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压；
压电单元能够将货车单个车轮挤压产生的电能E实进行存储，通常使用单独的储能电容进充电，选择将多个压电单元并联接入储能电容，从而将每一个压电单元产生的电能进行存储，为了避免储能电容与压电单元之间间距较大增加维护维修难度，可以选择在同一个货车类型超载判断带设置多个储能电容，将设定数量的多个压电单元作为一个整体为一个储能电容提供电能。
步骤S4具体为：
计算当前货车单个车轮对应的所述修正电压U修：
U修＝α×δ×U实
其中，α为道路参数修正系数，δ为货车轴距修正系数。
由于不同类型的货车超载造成的危险程度不同，所以对于不同的货车类型需要进行对应的预警提醒，此时需要获取当前货车的类型；
在货车行驶时，当货车前后轴上的车轮与对应的压电单元接触时(货车对道路挤压产生形变从而与压电单元间接接触)，可以获取得到道路同侧沿铺设方向同时产生相同电压的两个距离最近的压电单元，根据获取到的两个压电单元之间的间距能够得到当前货车的轴距，根据轴距即可判断得到对应的货车类型，例如按照《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2017)，《轿车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》国家标准(GB/T2978-2014)，《道路货车外廓尺寸、轴荷及质量限值》国家标准(GB/T1589-2004)可知，轴距为2600～7000mm的货车即可判定该货车为二轴货车，轴距为5800+1350mm或者1900+5600mm的货车为三轴货车，货车类型判断高效，减少摄像设备的联动，降低成本的同时降低处理难度，提高处理效率。
根据中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)，公路等级分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路及四级公路共五个技术等级，根据《交通部车流量统计》与《公路里程分技术等级构成》内容记载能够获知，高速公路和一级公路占比小，但车流量大，车速快，超载危险性大，故危险等级属于最高，而二级公路、三级公路和四级公路占比大，但车速低，车流量低，故危险等级次之；道路等级为高速公路或者一级公路时，α＝1.2；当道路的公路等级为二级公路、三级公路或者四级公路时，α＝1.1，对于城市中快速路和主干路同样选择α＝1.1。
货车轴距修正系数δ的计算为：
其中，β为危险等级，A为货车轴距，A’为货车轴距分类值，A’满足：
并且，根据《交通事故受伤人数统计》记载能够获知，轴距越大，受伤人数多，超载危险性大，所以货车为二轴货车或者三轴货车时，β＝1.5；货车为四轴货车或者五轴货车时，β＝2；货车为六轴货车及六轴以上货车时，β＝3。
其中，货车车长的计算为：
根据道路同侧沿铺设方向同时产生相同电压的两个距离最远的压电单元，根据两个距离最远的所述压电单元之间的间距得到当前货车的车长。
步骤S5具体为：
计算超载等级Z，其中Z为：
其中，Z＝零级时，不进行预警，当Z＝一级～十级时，执行对应预警等级的道路超载预警，W为超载值，用于根据U超1与不同范围的超载值W获取超载等级Z。
从而通过上述方式能够计算得到当前货车是否超载，以及超载的等级，在进行预警时可以根据超载的等级执行不同类型的预警，例如当超载等级为一～三级时，可以通过在道路两侧设置警示灯进行声、光和/或文字进行提醒，当超载等级为四～十级时通知当地管理部门，提高道路安全。
实施例2
参考图2，本实施例提供一种基于压电储能的桥梁超载预警方法，包括以下步骤：
S1、将多个压电单元分别埋设在桥梁两侧；
S2、获取桥梁上行驶货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压，并将每个压电单元产生的电能进行存储；
S3、获取当前货车的类型，根据当前货车类型确定当前货车轴数；
S4、根据桥梁抗倾覆稳定性系数计算桥梁超载电压；
S5、根据所述实时电压与所述桥梁超载电压计算桥梁超载等级，并根据超载等级执行对应等级预警。
具体的，将每个压电单元产生的电能E实进行存储计算为：
其中，C为压电单元的固有电容，U实为当前货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压；
所述步骤S3具体为：
确定桥梁沿长度方向同侧同时发电的两个压电单元，根据对应两个所述压电单元之间的间距得到当前货车的轴距，根据当前货车的轴距确定当前货车的类型；
所述步骤S4包括以下步骤：
S41、根据当前货车额定重量G限计算桥梁的抗倾覆稳定性系数k：
其中，s为自截面重心至验算倾覆轴的距离；e为所有外力的合力在验算截面的作用点对基底重心轴的偏心距；为压电单元与桥墩中心线水平距离，Pi为不考虑当前货车时引起的竖向力；ei为竖向力Pi对验算截面重心的力臂，Hi为不考虑当前货车时的水平力，hi为水平力Hi对验算截面的力臂；
S42、根据桥梁的抗倾覆稳定性系数k计算该货车单个轮子与桥梁接触形成圆形均布荷载范围的半径a：
p＝0.7Mpa
其中，P限为当前货车额定轴载，n为当前货车轴数，p为货车单个车轮与道路之间的压强；
S43、通过Boussinesq理论计算该货车该车轮与道路之间的竖向应力σv：
其中，a是圆形均布荷载范围的半径，q为圆形均布荷载的大小，z为压电单元顶部与桥梁表面之间的间距；
S44、计算该货车单个车轮挤压压电单元时，该压电单元顶部的竖向压力F：
F＝Area×σv
Area＝πa2
其中，Area为圆形均布荷载范围的面积；
S45、根据Q＝d×F计算该货车单个车轮下压电单元转换得到的理论电荷量Q；其中，d为压电应变常数，F为压电单元的竖向压力；
S46、根据计算该货车单个车轮下压电单元的固有电容C；其中h为压电单元的厚度，ε为介电常数；
S47、根据计算该货车额定重量时单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的桥梁超载电压U超2；/>
所述步骤S5具体为：
根据实时电压与桥梁超载电压计算桥梁超载等级T：
U修＝α×δ×U实
当T＝零级时，不进行预警，当T＝一级～四级时，执行对应预警等级的桥梁超载预警；
其中，U超2(k＝w)为k＝w时计算得到的桥梁超载电压，w＝0.9、1.1、1.2或1.3；U实为桥梁上行驶货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压，U修为对实时电压U实进行修正后得到的修正电压，α为道路参数修正系数，δ为货车轴距修正系数；
所述货车轴距修正系数的计算为：
其中，β为危险等级，A为货车轴距，A’为货车轴距分类值，A’满足：
并且，货车为二轴货车或者三轴货车时，β＝1.5；
货车为四轴货车或者五轴货车时，β＝2；
货车为六轴货车及六轴以上货车时，β＝3；
所述桥梁为公路桥梁时，当桥梁等级为高速公路或者一级公路时，α＝1.2；当桥梁等级为为二级公路、三级公路或者四级公路时，α＝1.1；当桥梁为非公路桥梁时，α＝1。

Claims (3)

1.一种基于压电储能的道路超载预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将多个压电单元分别埋设在道路两侧；
S2、根据当前货车类型确定当前货车额定重量时的超载电压；
S3、获取当前货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压，并将每个压电单元产生的电能进行存储；
S4、根据当前货车的类型以及道路的参数对实时电压进行修正得到当前货车单个车轮对应的修正电压；
S5、根据当前货车单个车轮的修正电压与当前货车对应的超载电压计算得到超载等级，并根据超载等级执行对应的超载预警；
所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、设定货车行驶中任一车轮与道路接触的形状为圆形，根据标准轴载BZZ-100规定，取货车单个车轮与道路之间的压强p＝0.7Mpa；
S22、根据当前货车的类型确定该货车的额定重量和该货车的轴数，计算该货车单个轮子与道路接触形成圆形均布荷载范围的半径a：
其中，P为货车额定轴载，
S22、通过Boussinesq理论计算该货车该车轮与道路之间的竖向应力σv：
其中，a是圆形均布荷载范围的半径，q为圆形均布荷载的大小，z为压电单元顶部与道路表面之间的间距；
S23、计算该货车单个车轮挤压压电单元时，该压电单元顶部的竖向压力F：
F＝Area×σv
Area＝πa2
其中，Area为圆形均布荷载范围的面积；
S24、根据Q＝d×F计算该货车单个车轮下压电单元转换得到的理论电荷量Q；其中，d为压电应变常数，F为压电单元的竖向压力；
S25、根据计算该货车单个车轮下压电单元的固有电容C；其中h为压电单元的厚度，ε为介电常数；
S26、根据计算该货车额定重量时单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的道路超载电压U超1；
所述步骤S3中，将每个压电单元产生的电能E实进行存储计算为：
其中，C为压电单元的固有电容，U实为当前货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压；
步骤S4具体为：
计算当前货车单个车轮对应的所述修正电压U修：
U修＝α＇×δ×U实
其中，α＇为道路参数修正系数，δ为货车轴距修正系数；
所述货车轴距修正系数的计算为：
其中，β为危险等级，A为货车轴距，A’为货车轴距分类值，A’满足：
并且，货车为二轴货车或者三轴货车时，β＝1.5；
货车为四轴货车或者五轴货车时，β＝2；
货车为六轴货车及六轴以上货车时，β＝3；
所述道路参数包括公路等级，当公路等级为高速公路或者一级公路时，α＇＝1.2；当道路的公路等级为二级公路、三级公路或者四级公路时，α＇＝1.1；
所述步骤S5具体为：
计算超载等级Z，其中Z为：
其中，Z＝零级时，不进行预警，当Z＝一级～十级时，执行对应预警等级的道路超载预警。
2.根据权利要求1所述的基于压电储能的道路超载预警方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
将多个压电单元沿道路铺设方向依次埋设在道路表面之下，同时将多个压电单元沿道路宽度方向依次埋设在道路表面之下，使压电单元顶部与道路表面之间的间距为z，z>0。
3.一种基于压电储能的桥梁超载预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将多个压电单元分别埋设在桥梁两侧；
S2、获取桥梁上行驶货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压，并将每个压电单元产生的电能进行存储；
S3、获取当前货车的类型，根据当前货车类型确定当前货车轴数；
S4、根据桥梁抗倾覆稳定性系数计算桥梁超载电压；
S5、根据所述实时电压与所述桥梁超载电压计算桥梁超载等级，并根据超载等级执行对应等级预警；
所述将每个压电单元产生的电能E实进行存储计算为：
其中，C为压电单元的固有电容，U实为当前货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压；
所述步骤S3具体为：
确定桥梁沿长度方向同侧同时发电的两个压电单元，根据对应两个所述压电单元之间的间距得到当前货车的轴距，根据当前货车的轴距确定当前货车的类型；
所述步骤S4包括以下步骤：
S41、根据当前货车额定重量G限计算桥梁的抗倾覆稳定性系数k：
其中，s为自截面重心至验算倾覆轴的距离；e为所有外力的合力在验算截面的作用点对基底重心轴的偏心距；为压电单元与桥墩中心线水平距离，Pi为不考虑当前货车时引起的竖向力；ei为竖向力Pi对验算截面重心的力臂，Hi为不考虑当前货车时的水平力，hi为水平力Hi对验算截面的力臂；
S42、根据桥梁的抗倾覆稳定性系数k计算该货车单个轮子与桥梁接触形成圆形均布荷载范围的半径a：
p＝0.7Mpa
其中，P限为当前货车额定轴载，n为当前货车轴数，p为货车单个车轮与道路之间的压强；
S43、通过Boussinesq理论计算该货车该车轮与道路之间的竖向应力σv：
其中，a是圆形均布荷载范围的半径，q为圆形均布荷载的大小，z为压电单元顶部与桥梁表面之间的间距；
S44、计算该货车单个车轮挤压压电单元时，该压电单元顶部的竖向压力F：
F＝Area×σv
Area＝πa2
其中，Area为圆形均布荷载范围的面积；
S45、根据Q＝d×F计算该货车单个车轮下压电单元转换得到的理论电荷量Q；其中，d为压电应变常数，F为压电单元的竖向压力；
S46、根据计算该货车单个车轮下压电单元的固有电容C；其中h为压电单元的厚度，ε为介电常数；
S47、根据计算该货车额定重量时单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的桥梁超载电压U超2；
所述步骤S5具体为：
根据实时电压与桥梁超载电压计算桥梁超载等级T：
U修＝α＇×δ×U实
当T＝零级时，不进行预警，当T＝一级～四级时，执行对应预警等级的桥梁超载预警；
其中，U超2(k＝w)为k＝w时计算得到的桥梁超载电压，w＝0.9、1.1、1.2或1.3；U实为桥梁上行驶货车单个车轮挤压压电单元时对应压电单元所产生的实时电压，U修为对实时电压U实进行修正后得到的修正电压，α＇为道路参数修正系数，δ为货车轴距修正系数；
所述货车轴距修正系数的计算为：
其中，β为危险等级，A为货车轴距，A’为货车轴距分类值，A’满足：
并且，货车为二轴货车或者三轴货车时，β＝1.5；
货车为四轴货车或者五轴货车时，β＝2；
货车为六轴货车及六轴以上货车时，β＝3；
所述桥梁为公路桥梁时，当桥梁等级为高速公路或者一级公路时，α＇＝1.2；当桥梁等级为为二级公路、三级公路或者四级公路时，α＇＝1.1；当桥梁为非公路桥梁时，α＇＝1。
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