随着社会的快速发展,当下全球面临着能源危机以及交通危机两大问题,以高新节能技术助力智能驾驶,逐渐成为两全其美的解决措施。一方面,摩擦纳米发电机由于能将机械能转换为电能并实现自供能,从而广泛应用于自驱动的传感器件。另一方面,驾驶状态监测非常有利于防止安全事故并确保驾驶员的安全。基于此,本文设计了一种基于摩擦发电传感器的自供能智能安全带,用于监测驾驶员行车过程中的驾驶姿态,为判别疲劳驾驶及激进驾驶等危险行为提供参考。首先,本文提出了一种具有三摩擦层结构的摩擦发电机新构型并建立了理论数学模型,并且具体设计、仿真、制备了圆筒型及翘曲型两种复合型摩擦纳米发电机,分别用于轴向拉伸与纵向压缩传感,进而分别阐述了两种发电机的工作原理。采用三轴压缩及加热的工艺流程制备了具有负泊松比性能的PU泡棉作为中间极性摩擦层。对于摩擦层PTFE薄膜,采用电感耦合等离子体(ICP)干刻蚀工艺,对其表面进行了粗糙化改性,形成致密均匀的微纳米柱结构,增强电学性能输出。接着,利用拉伸及压缩试验平台,对所设计制备的复合型摩擦纳米传感器进行了电学性能标定。其中,圆筒型摩擦发电传感器的开路电压与拉伸应变呈正相关,在100%拉伸应变下,开路电压输出值达到了6.98V,响应时间为52ms,在40%~100%应变下灵敏度达到0.89V/cm~2。翘曲型摩擦发电传感器在压缩0~2.5mm的区间内,开路电压与压缩距离呈正相关,灵敏度达到47.2V/cm~3。开路电压峰值达到12.06V,响应时间为28ms。两种传感器在循环测试50000次的情形下,均保持较好的稳定性。最后,将圆筒型传感器集成在横向安全带上靠近驾驶员腹部位置,可以准确捕捉到驾驶员呼吸的频率、幅值以及波形稳定性,并能够同步测量的驾驶员前倾位移区间达到0~100mm。将翘曲型复合摩擦纳米发电传感器阵列化并集成在斜向安全带上,根据传感器阵列电压分布云图,可以判定驾驶员偏转方向及角度。本文的创新点在于:一是提出了一种复合型摩擦纳米发电机的新构型,使得单个器件中的同一摩擦层同时具有正、负两种极性;二是综合负泊松比材料与摩擦纳米发电机二者的优点并巧妙结合制备传感器;三是将摩擦纳米发电机应用于驾驶姿态监测中,成功制备出自供能的智能安全带。