基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警方法，包括以下步骤：获取不同摩擦系数下植入式感知单元输出的标定电压信号；对标定电压信号进行数据处理得到标定数据；确定标定数据的幅值特征与路面摩擦系数之间的相关关系；根据摩擦系数及其与幅值之间的对应关系确定各个预警等级之间的幅值阈值；实时获取植入式感知单元输出的检测电压信号；对检测电压信号进行数据处理得到检测数据；将检测数据的幅值与各个预警等级阈值相比较，确定预警等级。与现有技术相比，本发明专利技术具有计算速度快、感知准确等优点。准确等优点。准确等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及路面抗滑术领域，尤其是涉及一种基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]智能交通系统和车路协同的发展对感知设备提出了更高要求，具有车速测量、交通量监测及车辆排放监测等功能的传感器逐渐被应用于道路基础设施，但大量传感器的布设使得电源供给难度大大增加。另外，路面湿滑、不平整及严重破损状态下，都将不同程度的影响车辆路面之间的附着力大小，导致车辆在低抗滑系数、不平整、严重破损状态下无法迅速判断行车安全速度与安全跟车距离，从而引发交通事故，对智能交通系统的实现带来了严重的挑战。
[0003]摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)利用摩擦起电和静电感应之间的耦合作用可将机械能转化为电能，特别适用于收集环境中微弱的、低频的、无序的机械能，并作为一种自主式的感知设备应用于交通系统来监测胎压、车速等交通信息。专利CN114324144A公开了一种基于折纸
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摩擦纳米发电技术的路面自驱动抗滑性检测装置及其方法，采用自驱动折纸
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摩擦纳米发电抗滑检测结构实现摩擦电的检测，并对采集到的电流信号进行分析，得到了不同路面的摩擦系数。但是，折纸结构的检测单元由于结构较厚，检测信号效果较差，且电流信号存在一定的延时，当车速较快时，响应速度慢，无法满足需要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警方法，提高响应速度，实时、精确的实现防滑预警。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警方法，包括以下步骤：
[0007]获取不同摩擦系数下植入式感知单元输出的标定电压信号；
[0008]对标定电压信号进行数据处理得到标定数据；
[0009]确定标定数据的幅值特征与路面摩擦系数之间的相关关系；
[0010]根据摩擦系数及其与幅值之间的对应关系确定各个预警等级之间的幅值阈值；
[0011]实时获取植入式感知单元输出的检测电压信号；
[0012]对检测电压信号进行数据处理得到检测数据；
[0013]将检测数据的幅值与各个预警等级阈值相比较，确定预警等级。
[0014]所述数据处理包括以下步骤：
[0015]按预配置的采样频率对所述电压信号进行采样得到采样信号；
[0016]对采样信号进行滤波处理以降低50Hz的环境噪声；
[0017]对采样信号分别执行快速傅里叶变换和小波变换，得到采样信号的幅值和相位特征。
[0018]所述预警等级包括第一警示等级和第二警示等级，其中，第一警示等级对应的摩擦系数小于等于0.3，第二警示等级对应的摩擦系数大于0.3且小于等于0.5。
[0019]所述标定数据的幅值特征与路面摩擦系数之间的相关关系通过函数拟合的方式得到，首先以路面抗滑性能等级分区为基础，测定不同路面抗滑等级下不同摩擦系数的电学信号幅值特征，每种路面结构开展多次重复试验，剔除异常情况，得到特定摩擦系数和幅值的对应关系；再利用深度学习模型进行函数拟合得到幅值特征与路面摩擦系数之间的相关关系，完成标定。
[0020]所述电压信号获取条件为车辆运动速度大于0。
[0021]一种基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警装置，包括：
[0022]低功耗无线传输单元，所述低功耗的无线传输单元由低功耗整流器、二极管、电容和电感等搭建能源管理电路、超低功耗ULP无线蓝牙、升降压转换器组成，实现无线数据传输；
[0023]还包括：
[0024]植入式感知单元，所述植入式感知单元以弹性半瓣小球为间隔层，弹性导电材料为电极层，基于摩擦纳米发电效应采集信息，输出电压信号波形；
[0025]数据处理单元，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的方法。
[0026]在无外力作用下，所述弹性半瓣小球隔离正负摩擦层；在受力作用下，所述弹性半瓣小球受力形变以实现正负摩擦层的接触。
[0027]所述植入式感知单元的采集信息包括湿滑状态下路面抗滑性能、轮胎磨损程度、车辆速度、加速度和胎压信号。
[0028]所述植入式感知单元集成在轮胎上。
[0029]一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现如上述所述的方法。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0031](1)本专利技术的植入式感知单元结构更薄，柔性更佳，能够更好的贴覆在轮胎表面。
[0032](2)本专利技术采用电压信号作为待处理信号，与电流信号相比，电压信号不存在延时，能够及时的将采集到的路面特征反馈到输出端，当汽车车速较快时，也能快速响应，实现预警。
[0033](3)本专利技术采用的数据处理方法能够对植入式感知单元采集到的小信号起到很好的信号放大作用，并且计算速度快，能够满足快速响应的需要。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的方法流程图；
[0035]图2为本专利技术实施例的系统结构图，其中，1—植入式感知单元，2—轻量化数据采集处理单元，3—低功耗无线传输单元，4—WeChat终端预警单元；
[0036]图3为本专利技术实施例中编织基摩擦电智能轮胎感知单元结构示意图；其中，5 —正极摩擦层，6—顶部电极，7—弹性半瓣小球，8—底部电极，9—负极摩擦层；
[0037]图4为本专利技术实施例中植入式感知单元可用性测试结果图；
[0038]图5为本专利技术实施例中植入式感知单元耐久性能测试结果图；
[0039]图6为本专利技术实施例中植入式感知单元粗糙路表下的输出波形图；
[0040]图7为本专利技术实施例中植入式感知单元光滑路表下的输出波形图；
[0041]图8为本专利技术实施例中小波变换结果示意图；
[0042]图9为本专利技术实施例中抗滑预警等级评估结果图。
具体实施方式
[0043]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。
[0044]一种基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警装置，其结构图如图2所示，包括：
[0045](1)植入式感知单元
[0046]所述植入式感知单元以弹性半瓣小球为间隔层，弹性导电材料为电极层，基于摩擦纳米发电效应采集信息，输出电压信号波形，其结构图如图3所示。
[0047]在无外力作用下，所述弹性半瓣小球隔离正负摩擦层；在受力作用下，所述弹性半瓣小球受力形变以实现正负摩擦层的接触。
[0048]与传统的抗滑性能感知器件相比，所述的植入式感知单元利用摩擦起电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警方法，其特征在于，包括以下步骤：获取不同摩擦系数下植入式感知单元输出的标定电压信号；对标定电压信号进行数据处理得到标定数据；确定标定数据的幅值特征与路面摩擦系数之间的相关关系；根据摩擦系数及其与幅值之间的对应关系确定各个预警等级之间的幅值阈值；实时获取植入式感知单元输出的检测电压信号；对检测电压信号进行数据处理得到检测数据；将检测数据的幅值与各个预警等级阈值相比较，确定预警等级。2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警方法，其特征在于，所述数据处理包括以下步骤：按预配置的采样频率对所述电压信号进行采样得到采样信号；对采样信号进行滤波处理以降低50Hz的环境噪声；对采样信号分别执行快速傅里叶变换和小波变换，得到采样信号的幅值和相位特征。3.根据权利要求1所述的一种基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警方法，其特征在于，所述预警等级包括第一警示等级和第二警示等级，其中，第一警示等级对应的摩擦系数小于等于0.3，第二警示等级对应的摩擦系数大于0.3且小于等于0.5。4.根据权利要求1所述的一种基于摩擦电的轮胎抗滑感知预警方法，其特征在于，所述标定数据的幅值特征与路面摩擦系数之间的相关关系通过函数拟合的方式得到，首先以路面抗滑性能等级分区为基础，测定不同路面抗滑等级下不同摩擦系数的电学信号幅值特征，每种路面结构开展多次重复试验，剔除异常情况，得到特定摩擦系数和幅值的对应关系；再利用深度学习模型进行函数拟合得到幅值特征与路面...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱兴一，庞亚凤，金屹阳，杨子超，沈凌杰，李欣鸿，杜豫川，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：