胎压监测系统(TPMS)用于实时监测轮胎的气压、温度等参数,大大减少因胎压异常引起的交通事故,已受到汽车用户的广泛关注。目前,TPMS的电源多为纽扣电池,电池存在着寿命短、维护成本高、环境污染等不足。将轮胎转动时产生的振动机械能和应变能收集并转换为电能的微型能量收集技术,具有寿命长、免维护、环境友好等优点,是取代纽扣电池为TPMS供电的有效技术方案之一。本文针对传统压电式能量收集器工作带宽窄、难以在宽车速范围为TPMS提供稳定电能的技术难题,开展自调频压电式能量收集器结构设计与优化研究,以期实现在60-120km/h的车速内为TPMS供电。论文首先针对旋转振动的特点,提出了利用自身离心力改变质量块质心位置调节振动能量收集器固有频率,从而实现与轮胎旋转频率相匹配的谐振频率自匹配方法;基于该方法提出了自调频压电式能量收集器新结构,并从理论上定性分析了该结构的可行性。然后基于Ansys有限元软件建立了自调频压电式能量收集器结构优化设计模型,包括主梁-质量块结构仿真模型和质量块-副梁结构仿真模型;基于建立的模型,重点分析了离心力对器件谐振频率的影响规律,研究了悬臂梁、质量块、副梁、压电层结构参数对能量收集器车速工作范围、输出电压和功率等参数的影响规律。最后根据TPMS的供电需求、器件可靠性等要求,完成了器件结构的优化设计。仿真结果表明,自调频压电式能量收集器的最优化结构尺寸为:悬臂梁:长42mm,宽11mm,厚76μm;压电层:长42mm,宽11mm,厚10μm;质量块:长12mm,宽16mm,厚4mm;副梁:长3.86mm、宽7.18mm、厚80μm。在该尺寸下,能量收集器在60-120km/h的车速范围内具有良好的输出特性,器件的平均输出电压和平均输出功率分别为21.07V和89.38μW。