基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统及测试装置

技术领域

本发明涉及环境感知技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统及测试装置。

背景技术

智能汽车对于构建未来智能交通系统至关重要。智能汽车依靠车载传感器理解环境并做出决定。传统的雷达、光学设备面临耗能高、价格昂贵的问题，不符合未来智能汽车低碳化、绿色化发展趋势。

基于以上问题，本发明提出了一种基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统，不同于传统的雷达、光学传感器，其电子皮肤基于麦克斯韦位移电流的静电感应原理，可实现对于汽车周围物体的非接触感知，具有轻薄、自驱动、成本低等优势，还能实现对于汽车盲区智能监测指示。本发明可为未来智能汽车智能环境感知提供了新型解决方案。

发明内容

根据上述提出现有汽车实现环境感知耗能高、价格昂贵的技术问题，而提供一种基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统及测试装置。本发明主要利用其包含的电子皮肤感应周围是否存在障碍物，从而对应地输出电流；静电高阻计将电流变化实时地传输给数据处理单元，数据处理单元通过电流变化可对周围环境实时检测，从而实现环境的感知。

本发明采用的技术手段如下：

一方面，本发明提供了一种基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统，包括：

电子皮肤，包括贴附于汽车表面的层叠结构，所述层叠结构包括层叠的绝缘层、导电海绵层、复合层；所述电子皮肤还包括尼龙薄膜，位于所述复合层远离所述绝缘层的一侧，所述尼龙薄膜带电；

导线，一端与所述导电海绵层连接，另一端接地，所述导线还连接有静电高阻计；

数据处理单元，与所述静电高阻计电连接。

进一步地，所述复合层的材料为MXene二维材料与有机硅胶的混合材料。

进一步地，所述导电海绵层包括多个孔隙，所述孔隙填充有所述混合材料。

进一步地，所述混合材料中的所述MXene二维材料的重量比为3％。

进一步地，所述绝缘层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

另一方面，本发明还提供了一种基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统的测试装置，包括：

电子皮肤，包括层叠结构，所述层叠结构包括层叠的绝缘层、导电海绵层、复合层；所述电子皮肤还包括尼龙薄膜，位于所述复合层远离所述绝缘层的一侧，所述尼龙薄膜带电；

导线，一端与所述导电海绵层连接，另一端接地，所述导线还连接有静电高阻计；

数据处理单元，与所述静电高阻计电连接；

线型电机，位于所述尼龙薄膜远离所述复合层的一侧，所述线型电机与所述尼龙薄膜连接，带动所述尼龙薄膜向靠近或远离所述复合层的方向移动。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统，包括：电子皮肤，包括贴附于汽车表面的层叠结构，层叠结构包括层叠的绝缘层、导电海绵层、复合层；电子皮肤还包括尼龙薄膜，位于复合层远离绝缘层的一侧，尼龙薄膜带电；导线，一端与导电海绵层连接，另一端接地，导电还连接有静电高阻计；数据处理单元，与静电高阻计电连接。通过层叠的绝缘层、导电海绵层、复合层构成非接触式TENG结构，可将尼龙薄膜贴附于障碍物表面，或是用其他带电障碍物代替尼龙薄膜，当尼龙薄膜与非接触式TENG结构之间发生相对运动时，电子会沿着导线在导电海绵与地面之间转移形成感应电流，静电高阻计将电流变化实时地传输给数据处理单元，数据处理单元通过电流变化可对周围环境实时检测，从而实现汽车对环境的感知。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统的一种结构示意图。

图2为本发明提供的电子皮肤的工作流程图。

图3为本发明提供的层叠结构的一种工艺流程图。

图4为MXene二维材料的重量比的电压柱形图。

图5为MXene二维材料的重量比的转移电荷量的柱形图。

图6为MXene二维材料的重量比的电流柱形图。

图7为人体与层叠结构不同距离的电信号对比图。

图8为人体直立与均速行走的电信号对比图。

图9为本发明提供的基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统的测试装置的一种结构示意图。

图10为尼龙薄膜移动距离的电压曲线图。

图11为尼龙薄膜移动距离的转移电荷量曲线图。

图12为尼龙薄膜移动距离的电流曲线图。

图13为线型电机工作频率的电压波形图。

图14为线型电机工作频率的转移电荷量波形图。

图15为线型电机不同工作频率的电流柱形图。

图中：1、电子皮肤；2、层叠结构；3、绝缘层；4、导电海绵层；5、复合层；6、尼龙薄膜；7、导线；8、静电高阻计；9、数据处理单元；10、线型电机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

参照图1和图2，图1为本发明提供的基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统的一种结构示意图，图2为本发明提供的电子皮肤的工作流程图，来说明本发明提供的基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统000的一种具体的实施例，包括：

电子皮肤1，包括贴附于汽车表面的层叠结构2，层叠结构2包括层叠的绝缘层3、导电海绵层4、复合层5；电子皮肤1还包括尼龙薄膜6，位于复合层5远离绝缘层3的一侧，尼龙薄膜6带电；

导线7，一端与导电海绵层4连接，另一端接地，导线7还连接有静电高阻计8；

数据处理单元9，与静电高阻计8电连接。

可以理解的是，人体表面通常会存在电荷聚集，故人体可看作带电，人体可以替代尼龙薄膜6，当然，不限于此，其他带电的物体也可以代替尼龙薄膜6。对于不带电的物体，可以将尼龙薄膜6贴附于其表面，当尼龙薄膜6、人体或带电物体与汽车发生相对运动时，电子会沿着导线7在导电海绵4与地面之间转移形成感应电流，静电高阻计8将电流变化实时地传输给数据处理单元9，数据处理单元9通过电流变化可对周围环境实时检测，从而实现汽车对环境的感知。具体的，参照图2(ⅰ)，以尼龙薄膜6为例，图2(ⅰ)为原始状态，尼龙薄膜6带正电荷，复合层5带负电荷，导电海绵层4聚集正电荷以平衡静电荷；参照图2(ⅱ)，当尼龙薄膜6向远离复合层5的方向移动时，电子开始通过导线7从导电海绵层4流到地；参照图2(ⅲ)，此时再次达到一个平衡状态；参照图2(ⅳ)，当尼龙薄膜6沿靠近复合层5的方向移动时，电子开始通过导线7从地流到导电海绵层4，在电子转移过程中，导线7传输的瞬时电流被静电高阻计8实时地传输给数据处理单元9，数据处理单元9可以是电脑，但并不限于此。

在一些可选的实施中，继续参照图1，复合层5的材料为MXene二维材料与有机硅胶的混合材料。

可以理解的是，MXene二维材料是一种表面蓬松多孔、多层累积的结构，这种结构便于与有机硅胶进行混合，从而可以提高导电性能，从而提高层叠结构2的输出特性。

在一些可选的实施例中，参照图1和图3，图3为本发明提供的层叠结构2的一种工艺流程图，导电海绵层4包括多个孔隙，孔隙填充有混合材料。

可以理解的是，参照图3，本实施例提供的层叠结构2的制作方法，包括：

提供一绝缘层3；

在所述绝缘层3的一侧安装导电海绵层4；

将有机硅胶溶于水，形成有机硅胶水溶液；

向有机硅胶水溶液中加入MXene二维材料，形成混合溶液；

将混合溶液涂抹在导电海绵4远离绝缘层3的一侧；

待混合溶液的水分风干后，得到层叠结构2。

导电海绵层4由于自身特性而具有多个孔隙，孔隙填充有MXene二维材料与有机硅胶的混合材料，能够使复合层5与导电海绵层4连接更加牢固，还能增加导电海绵层4的使用耐久性。

在一些可选的实施例中，参照图4、图5和图6，图4为MXene二维材料的重量比的电压柱形图，图5为MXene二维材料的重量比的转移电荷量的柱形图，图6为MXene二维材料的重量比的电流柱形图，混合材料中的MXene二维材料的重量比为3％。

分别设置MXene二维材料的重量比为0％、1％、2％、3％、4％、5％分别进行试验，参照图4、图5和图6可知，混合材料中的MXene二维材料的重量比为3％的时候电压、电流和转移电荷量最大，证明MXene二维材料在该重量比下的输出性能最好，得到了显著的提升。

在一些可选的实施例中，参照图7和图8，图7为人体与层叠结构不同距离的电信号对比图，图8为人体直立与均速行走的电信号对比图，图7(ⅰ)示意出人体与层叠结构距离为200厘米，图7(ⅱ)示意出人体与层叠结构距离为150厘米，图7(ⅲ)示意出人体与层叠结构距离为100厘米，图7(ⅳ)示意出人体与层叠结构距离为50厘米，由图7和图8可知，层叠结构可以感知到人体的运动，将层叠结构贴附与汽车表面后，更加符合了汽车对周围情况的感知性能，利于汽车自动驾驶能力的增强。

在一些可选的实施例中，继续参照图1，绝缘层3的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

基于相同的发明构思，本发明还提供了一种基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统的测试装置100，参照图1、图9、图10、图11、图12、图13、图14和图15，图9为本发明提供的基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统的测试装置的一种结构示意图，图10为尼龙薄膜移动距离的电压曲线图，图11为尼龙薄膜移动距离的转移电荷量曲线图，图12为尼龙薄膜移动距离的电流曲线图，图13为线型电机工作频率的电压波形图，图14为线型电机工作频率的转移电荷量波形图，图15为线型电机不同工作频率的电流柱形图，来说明本发明提供的基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统的测试装置100的一种具体的实施例，包括：

电子皮肤1，包括层叠结构2，层叠结构2包括层叠的绝缘层3、导电海绵层4、复合层5；电子皮肤1还包括尼龙薄膜6，位于复合层5远离绝缘层3的一侧，尼龙薄膜6带电；

导线7，一端与导电海绵层4连接，另一端接地，导线7还连接有静电高阻计8；

数据处理单元9，与静电高阻计8电连接；

线型电机10，位于尼龙薄膜6远离复合层5的一侧，线型电机与尼龙薄膜6连接，带动尼龙薄膜6向靠近或远离复合层5的方向移动。

可以理解的是，尼龙薄膜6向远离复合层5方向移动时，随着尼龙薄膜6移动距离增大，电压、电流和转移电荷量都会迅速减小，表明层叠结构2可以灵敏地感知到来自障碍物的信号，并迅速做出反应，当障碍物距离超过100厘米时，层叠结构2基本不会反应，避免了误报现象。参照图13至图15，线型电机10的工作频率从0.4Hz增加到2Hz，当尼龙薄膜6以一定速度靠近层叠结构2时，层叠结构2能够产生明显的电信号，表明层叠结构2能够灵敏感知尼龙薄膜6的存在，即层叠结构2能够灵敏感知带电物体或人体的存在。同时，实验发现随着尼龙薄膜6移动速度的增加，层叠结构2的感知能力也会相应提高，从而更加适用于实际使用场景。因此，这一实验为基于非接触感知电子皮肤的汽车哨兵模式系统000的应用提供了重要的支持和促进。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。