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基于摩擦纳米发电机的驾驶行为监测方法与实验研究
| 论文题名： | 基于摩擦纳米发电机的驾驶行为监测方法与实验研究 |
| 关键词： | 驾驶行为;摩擦纳米发电机;疲劳监测;能量收集 |
| 摘要： | 日益增多的机动车使得道路驾驶环境变得愈加复杂，在一定程度上增加了交通事故发生的概率。人为因素是导致道路交通事故发生的重要原因，其主要包括疲劳驾驶和不良驾驶习惯两类危险驾驶行为，因此针对这些行为进行有效监测与预警变得愈发重要。当前用于监测的传统车载传感器维修成本高且需外部供电，对保证其持续稳定工作带来很大的不便，因此研究良好并灵敏的驾驶行为监测方法以实时监测驾驶员的安全状态成为解决交通危机的一种重要方式。摩擦纳米发电机可以将环境机械能转化为电能，由于其输出信号受环境影响明显其也可作为一种新型的传感方式，本文基于摩擦纳米发电机对驾驶行为监测方法进行了探索与实验研究，设计了摩擦电式驾驶习惯监测器和摩擦电式疲劳驾驶监测器，根据输出的信号的特征分析实现驾驶习惯分析以及对疲劳状态给出预警，主要研究内容如下： 首先，阐述了摩擦纳米发电机的基本原理和电学特性，分析独立层模式发电机的理论模型及负载特性，验证电荷分布、机械运行状态等对输出性能的作用规律。其次，基于静力学分析和电学模拟仿真，结合驾驶员驾驶时的脚部以及手部运动特性，通过分析外界激励频率、激励方式、激励幅度等输入参数与传动元件和发电单元的结构、材质等参数的关系，分别提出结合双向齿轮传动结构与三相错位电极结构的设计方法，开展摩擦电式驾驶习惯监测器和摩擦电式疲劳驾驶监测器设计。 根据所提出的设计方法，基于脚部踏板运动，开发了摩擦电式驾驶习惯监测器。实验表明低频双向等距激励下产生的电能是单向激励下的两倍，证明了该监测器的全行程能量收集能力。通过对多位驾驶员在不同路段模拟驾驶中的踏板输出信号进行一系列信号处理，能够得出不同人的踩踏频率与次数从而综合分析不同驾驶习惯。另一方面，基于转动方向盘的手部运动，设计了摩擦电式疲劳驾驶监测器，并将其安装在转向杆上。通过后续信号处理单元对驾驶员旋转的方向盘次数、平均角度等参数进行分析，并据此确定了各项参数的报警阈值，通过对实时参数和阈值进行比较，对驾驶员的疲劳状态进行实时评估。多次验证测试结果表明，该系统对疲劳等级判断的总体准确率达到了87.63%。 摩擦电式驾驶行为监测器克服了目前传统驾驶监测传感器存在的布线复杂与需要额外的电池供能等问题。大大提高了驾驶监测信息的精度及信息提供的种类，丰富了交通信息的同时也拓宽了采集范围的广度，展示出该研究内容在交通安全和智能驾驶领域重要的应用潜力，为智能交通信息监测研究提供了新的思路。 |
| 作者： | 徐毓鸿 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 卢晓晖;姚丙南 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长春工业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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