CN110903747A - 一种面向自动驾驶车辆视觉识别系统的特征道路标线涂料及其制备方法 - Google Patents

一种面向自动驾驶车辆视觉识别系统的特征道路标线涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于智慧交通基础设施技术领域，具体来说，涉及到一种面向自动驾驶车辆视觉系统快速识别的路面感知标线涂料及其制备方法，所述涂料按照总量100份计算，由以下质量份的原料组成：10‑25份成膜物质、15‑25份钛白粉、1‑7份热塑性树脂、1‑7份增塑剂、5‑15份预处理后的荧光粉、20‑55份填料、0‑2份添加剂、溶剂余量，上述原料按照一定顺序混合均匀后得到路面感知标线涂料。本申请提供的路面感知标线相比较于传统标线涂料，具有持久反光能力强、耐候性好、耐磨、高抗污性等优点，提高了夜晚、雨雾等复杂环境下的标线辨识度，确保了自动驾驶车辆行车安全。

Description

一种面向自动驾驶车辆视觉识别系统的特征道路标线涂料及 其制备方法
技术领域
本发明属于智慧交通基础设施技术领域，具体来说，涉及到一种面向自动驾驶车辆视觉系统快速识别的路面感知标线涂料及其制备方法。
背景技术
对于一个普通驾驶人来说，其眼睛视觉能力可看到相当于576百万像素的细节，还可以根据各种感官判断天气、雨雪和突发情况，并可在没有标线、视线被阻碍和恶劣气候等情况下，迅速有效地加以调整，并对可接受的驾驶行为进行实时复杂的推断。自动驾驶车辆是通过摄像机和雷达(尤其是激光雷达)来感知道路环境条件，而摄像机的视觉能力相当于50百万像素的细节，雷达是通过绘制障碍物的形状来判断，有其不足和局限性。
道路交通标线的主要功能是引导管制车辆在道路上安全的行驶。传统道路标线是由标画于路面上的各种线条、箭头、文字、立面标记、突起路标和轮廓标等构成，仅起到警示交通的作用，功能过于单一，而且普遍存在耐磨性差、颜色不鲜艳、使用寿命短的问题，对于自动驾驶车辆来说，在雨雪等复杂气候条件下准确识别道路交通标线存在一定的困难。
发明内容
为解决上述技术问题，适应自动驾驶车辆视觉识别系统，本发明提供了一种面向自动驾驶车辆视觉识别系统的特征道路标线及其制备方法，相比较于传统标线涂料，具有持久反光能力强、耐候性好、耐磨、高抗污性等优点，提高了夜晚、雨雾等复杂环境下的标线辨识度，确保了自动驾驶车辆行车安全。
为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种面向自动驾驶车辆视觉识别系统的路面感知标线涂料，所述涂料按照总量100份计算，由以下质量份的原料组成：10-25份成膜物质、15-25份钛白粉、 1-7份热塑性树脂、1-7份增塑剂、5-15份预处理后的荧光粉、20-55份填料、0-2 份添加剂、溶剂余量，所述成膜物质为溶剂型成膜物质或热熔型成膜物质或乳液型成膜物质；
进一步的，所述荧光粉的预处理方法如下：
将钛酸丁酯的乙醇溶液加入至荧光粉溶液中，接着加热回流2h后，真空抽滤，洗涤，干燥后得预处理后的荧光粉，所述荧光粉与钛酸丁酯用量比为(1-5) g：1mL，所述荧光粉溶液配制方法为在荧光粉中加入无水乙醇、冰醋酸和蒸馏水，然后搅拌混合均匀，得到荧光粉溶液。
进一步的，所述涂料按照总量100份计算，由以下质量份的原料组成：15-25 份成膜物质、15-20份钛白粉、1-5份热塑性树脂、1-5份增塑剂、5-10份预处理后的荧光粉、20-55份填料、0-2份添加剂、溶剂余量。
进一步的，所述成膜物质为热熔型成膜物质时，溶剂用量为0。
进一步的，所述添加剂为环氧树脂，优选为E-51型环氧树脂。
进一步的，所述溶剂型成膜物质为聚醋酸乙烯酯树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、氯化橡胶、醇酸树脂和聚氨酯中的一种或几种，优选为不饱和聚酯树脂；
进一步的，所述不饱和聚酯树脂为邻苯型、对苯型、间苯型、双酚A型、乙烯基型不饱和聚酯树脂中的一种或多种，优选为邻苯型不饱和聚酯树脂；
所述热熔型成膜物质为松香及其衍生物改性树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、脂肪族系石油树脂、芳香族系石油树脂、古巴隆树脂、酚醛树脂、甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺树脂和聚酯树脂中的一种或几种(优选为芳香族系石油树脂，最优选为C9石油树脂)；
所述乳液型成膜物质为水性环氧乳液、水性聚氨酯乳液、水性丙烯酸乳液和水性松香树脂乳液中的一种或几种(优选为水性环氧乳液，最优选为E-51型水性环氧乳液)。
进一步的，所述热塑性树脂为聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯酯 (EVA树脂)、聚偏氟乙烯树脂(PVDF)、聚氯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷和苯基三氯硅烷中的一种或几种。
进一步的，所述增塑剂为DOP增塑剂、DINP增塑剂、聚酯增塑剂、DIDP 增塑剂、TXIB增塑剂、液体丁腈橡胶和S-5408增塑剂中的一种或几种。
进一步的，所述荧光粉为ZnS(硫化锌)荧光粉、SrS(硫化锶)荧光粉、 CaS(硫化钙)荧光粉、锑锰激活的卤磷酸钙荧光粉和稀土三基色荧光粉中的一种或几种。
进一步的，所述填料为玻璃微珠、滑石粉、石英砂、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡和聚丙烯蜡中的一种或几种，优选为玻璃微珠、滑石粉、石英砂和聚乙烯蜡中的至少2种。
进一步的，所述溶剂为甲苯、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚、三乙醇胺和水中的一种或几种。
进一步的，所述荧光粉的预处理方法为：将荧光粉、无水乙醇、冰醋酸和蒸馏水搅拌均匀得到A液，将无水乙醇、钛酸丁酯混合均匀得到B液，然后将B 液逐滴滴加至A液中，滴加完后，加热溶液使其升温至40-60℃，在40-60℃下冷凝回流2-4h后真空抽滤，所得固体用去离子水洗涤，再放入烘箱于40-60℃下干燥10-15h，得到处理后的荧光粉，所述荧光粉与钛酸丁酯用量比为(1-2)g： 1mL。
更进一步的，所述荧光粉的预处理方法为：
首先，将荧光粉、无水乙醇、冰醋酸和蒸馏水搅拌均匀得到A液，其中，荧光粉、无水乙醇、冰醋酸和蒸馏水用量比为(0.5-1)g：10mL：1mL：1mL；
然后，将无水乙醇、钛酸丁酯混合均匀得到B液，其中，无水乙醇与钛酸丁酯的体积比为20：1；
接着将B液逐滴滴加至A液中，滴加完后，加热溶液使其升温至40℃，在 40℃下冷凝回流2h后真空抽滤，所得固体用去离子水洗涤，再放入烘箱于60℃下干燥12h，得到处理后的荧光粉，所述荧光粉与钛酸丁酯用量比为(1-2)g： 1mL。
本发明还提供了上述面向自动驾驶车辆视觉识别系统的路面感知标线涂料的制备方法，当所用成膜物质为溶剂型成膜物质或乳液型成膜物质时，所述涂料的制备方法具体步骤如下：
先将预处理后的荧光粉、填料加入反应釜中预混至均匀(预混时间优选为 5-10分钟，预混转速不低于1500r/min)，然后向其中加入成膜物质，继续高速混合至均匀(高速混合时间优选为5-10分钟，转速不低于1500r/min)，最后将钛白粉、溶剂、添加剂、增塑剂、热塑性树脂加入其中，同时开启超声震荡混合均匀后(优选为在超声频率为30kHz下超声5min)，得到特征路面感知标线涂料。
当所用成膜物质为热熔型成膜物质时，所述涂料的制备方法具体步骤如下：
先将预处理后的荧光粉、填料加入反应釜中预混至均匀(预混时间优选为5-10分钟，预混转速不低于1500r/min)，然后向其中加入热熔型成膜物质，继续高速混合均匀(高速混合时间优选为5-10分钟，转速不低于1500r/min)，加热至150-200℃(优选为185℃)，加热的同时将钛白粉、增塑剂、热塑性树脂、添加剂加入其中，加完后保持温度在150-200℃(优选为185℃)进行熔融，待熔融均匀之后，将温度升高10-30℃(优选为升高15℃)，然后在该温度下保持2-10 分钟(优选为2分钟)，取出，得到特征路面感知标线涂料。
进一步的，当所用成膜物质为热熔型成膜物质，所述填料为玻璃微珠、滑石粉、石英砂和聚乙烯蜡中的至少2种时，且包含有聚乙烯蜡时，所述涂料的制备方法具体步骤如下：
先将预处理后的荧光粉、除聚乙烯蜡以外的其他填料加入反应釜中预混至均匀(预混时间优选为5-10分钟，预混转速不低于1500r/min)，然后向其中加入热熔型成膜物质，继续高速混合均匀(高速混合时间优选为5-10分钟，转速不低于1500r/min)，加热至150-200℃(优选为185℃)，加热的同时将钛白粉、增塑剂、热塑性树脂、添加剂、聚乙烯蜡加入其中，加完后保持温度在150-200℃ (优选为185℃)进行熔融，待熔融均匀之后，将温度升高10-30℃(优选为升高15℃)，然后在该温度下保持2-10分钟(优选为2分钟)，取出得到特征路面感知标线涂料。
与现有道路交通标线技术相比，本发明所述的面向自动驾驶车辆视觉识别系统的路面感知标线及其制备方法具有如下优点：
(1)对市面上购买的荧光物质进行预处理，采用预处理后的荧光物质，和传统荧光物质相比，不仅发光亮度高、余晖时间长、无放射性、耐热、抗氧化性能好，在成膜基质中的分散性和耐老化性能都比较良好。
(2)在涂料制备过程中加入荧光物质，可以吸收日光、车灯光等，夜晚释放光，实现自发光，对于采用摄像机视觉识别系统的自动驾驶车辆来说，可以提高其夜晚对标线的辨识度，进而提高了自动驾驶车辆的路域信息感知能力。
(3)在涂料制备过程中加入氟、硅类树脂，降低了标线材料表面活化能，提高了标线涂料的耐候性、耐污性，表面光泽度好，灰尘、油污等污渍不易粘附，可长久保持洁净，提高采用摄像机视觉识别系统的自动驾驶车辆对标线等路域信息的感知能力。
(4)采用溶胶-凝胶法在荧光粉表面包覆一层连续、规则的TiO2薄膜，以防止荧光粉的老化和便于其在涂料成膜基质中的分散，从而提高涂料的性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的解释说明。应当明确，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1一种面向自动驾驶车辆视觉识别系统的特征道路标线涂料，由以下方法制备得到：
(1)荧光物质的预处理：准确称量0.609g ZnS荧光粉、量取10mL无水乙醇、1mL冰醋酸和1mL蒸馏水于三口烧瓶中搅拌0.5h使其混合均匀得到A液；量取10mL无水乙醇及0.50mL的钛酸丁酯于烧杯中搅拌0.5h使其混合均匀得到 B液，然后将B液逐滴滴加至A液中，滴加完后，加热溶液使其升温至40℃，在40℃下冷凝回流2h后真空抽滤，所得固体用去离子水冲洗多次，再放入烘箱于60℃下干燥12h，即得预处理后的荧光粉。
表1
序号 配方材料 用量(质量份) 来源
1 邻苯型不饱和聚酯树脂 20份 济南溪川化工，型号196#
2 钛白粉 15份 杜邦
3 甲苯 20份 上海金山经纬化工
4 环氧树脂E-51 2份 南亚化工
5 DOP 1份 江苏润泰化学
6 ZnS荧光粉 5份 深圳市航彩化工
7 甲基三氯硅烷 2份 上海紫业化工
8 PE蜡 5份 广州市全丰化工
9 玻璃微珠 15份 上海向岚化工
10 滑石粉 15份 佛山市勃震化工
(2)标线涂料的制备
按照表1中各原料的重量份比例准备所需材料，先把5份预处理后的ZnS 荧光粉、5份PE蜡、15份玻璃微珠、15份滑石粉加入反应釜中以转速1500r/min 预混5分钟使其混合均匀，然后向其中加入20份邻苯型不饱和聚酯树脂，继续以转速1500r/min高速混合至均匀，最后将15份钛白粉、20份甲苯、2份环氧树脂(E-51)、1份DOP增塑剂、2份甲基三氯硅烷加入其中，同时开启超声震荡(30kHz，5min)，混合均匀得到特征路面感知标线涂料。
实施例2一种面向自动驾驶车辆视觉识别系统的特征道路标线涂料，由以下方法制备得到：
(1)荧光物质的预处理：准确称量0.528g SrS(硫化锶)荧光粉、量取10mL 无水乙醇、1mL冰醋酸和1mL蒸馏水于三口烧瓶中搅拌0.5h使其混合均匀得到 A液；量取10mL无水乙醇及0.50mL的钛酸丁酯于烧杯中搅拌0.5h使其混合均匀得到B液，将B液逐滴滴加至A液中，滴加完后，加热溶液使其升温至40℃，在40℃下冷凝回流2h后真空抽滤，所得固体用去离子水冲洗多次，再放入烘箱于60℃下干燥12h即得预处理后的SrS(硫化锶)荧光粉。
表2
Figure BDA0002285399010000061
(2)标线涂料的制备
按照表2中各原料的重量份比例准备所需材料，先将8份预处理过的SrS(硫化锶)荧光粉、30份滑石粉、20份石英砂在反应釜中以转速1600r/min预混6 分钟使其充分混合，然后向其中加入15份C9石油树脂，以转速1600r/min混合至均匀，然后设置温度为185℃进行加热，加热的同时将20份钛白粉、2份PE 蜡、2份EVA树脂、1份DIDP增塑剂和2份PVDF树脂加入其中，加完后保持温度在185℃进行熔融，待熔融均匀之后，升温到200℃，在200℃下保持2分钟，然后取出，得到特征路面感知标线涂料。
实施例3一种面向自动驾驶车辆视觉识别系统的特征道路标线涂料，由以下方法制备得到：
(1)荧光物质的预处理：准确称量0.986g锑锰激活的卤磷酸钙荧光粉、量取10mL无水乙醇、1mL冰醋酸和1mL蒸馏水于三口烧瓶中搅拌0.5h使其混合均匀得到A液；量取10mL无水乙醇及0.50mL的钛酸丁酯于烧杯中搅拌0.5h 使其混合均匀得到B液，将B液逐滴滴加至A液中，滴加完后，加热溶液使其升温至40℃，在40℃下冷凝回流2h后真空抽滤，所得固体用去离子水冲洗多次，再放入烘箱于60℃下干燥12h，即得预处理后的锑锰激活的卤磷酸钙荧光粉。
表3
Figure BDA0002285399010000071
(2)标线涂料的制备
按照表3中各原料的重量份比例准备所需材料，先把10份预处理过的锑锰激活的卤磷酸钙荧光粉、10份滑石粉、10份玻璃微珠加入反应釜中以转速 1500r/min预混5分钟使其混合均匀，然后向其中加入20份E51型水性环氧乳液，继续以转速1500r/min高速混合均匀，最后将20份钛白粉、20份去离子水、5 份苯基三氯硅烷、5份TXIB增塑剂加入其中，开启超声震荡继续混合(30kHz， 5min)，混合均匀后得到特征路面感知标线涂料。
按照GB/T16311-2009-《道路交通标线质量要求和检测方法》检测所制备的涂料的性能，结果见表4。
表4
Figure BDA0002285399010000072
Figure BDA0002285399010000081
本发明采用溶胶-凝胶法在荧光粉表面包覆一层连续、规则的TiO2薄膜，以防止荧光粉的老化和便于其在涂料成膜基质中的分散；采用不同树脂体系作为涂料的基质，可以起到成膜和分散荧光响应粒子的作用，同时实施例显示了本发明制备面向自动驾驶车辆视觉识别系统的路面荧光感应标线涂料的多样性，通过对涂料与水接触角和荧光响应性的测试，表明制备涂料具有良好的疏水性和持久的荧光响应性，符合预期目标。

Claims (10)

1.一种面向自动驾驶车辆视觉识别系统的路面感知标线涂料，，其特征在于，所述涂料按照总量100份计算，由以下质量份的原料组成：10-25份成膜物质、15-25份钛白粉、1-7份热塑性树脂、1-7份增塑剂、5-15份预处理后的荧光粉、20-55份填料、0-2份添加剂、溶剂余量，所述成膜物质为溶剂型成膜物质或热熔型成膜物质或乳液型成膜物质。
2.根据权利要求1所述的路面感知标线涂料，其特征在于，所述荧光粉的预处理方法如下：
将钛酸丁酯的乙醇溶液加入至荧光粉溶液中，接着加热回流2h后，真空抽滤，洗涤，干燥后得预处理后的荧光粉，所述荧光粉与钛酸丁酯用量比为（1-5）g：1mL；所述荧光粉溶液配制方法为：在荧光粉中加入无水乙醇、冰醋酸和蒸馏水，然后搅拌混合均匀，得到荧光粉溶液。
3.根据权利要求1所述的路面感知标线涂料，其特征在于，所述涂料按照总量100份计算，由以下质量份的原料组成：15-25份成膜物质、15-20份钛白粉、1-5份热塑性树脂、1-5份增塑剂、5-10份预处理后的荧光粉、20-55份填料、0-2份添加剂、溶剂余量。
4.根据权利要求1所述的路面感知标线涂料，其特征在于，所述成膜物质为热熔型成膜物质时，溶剂用量为0。
5.根据权利要求1所述的路面感知标线涂料，其特征在于，所述溶剂型成膜物质为聚醋酸乙烯酯树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、氯化橡胶、醇酸树脂和聚氨酯中的一种或几种；
所述热熔型成膜物质为松香及其衍生物改性树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、脂肪族系石油树脂、芳香族系石油树脂、古巴隆树脂、酚醛树脂、甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺树脂和聚酯树脂中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的路面感知标线涂料，其特征在于，所述乳液型成膜物质为水性环氧乳液、水性聚氨酯乳液、水性丙烯酸乳液和水性松香树脂乳液中的一种或几种；
所述不饱和聚酯树脂为邻苯型不饱和聚酯树脂、对苯型不饱和聚酯树脂、间苯型不饱和聚酯树脂、双酚A 型不饱和聚酯树脂和乙烯基型不饱和聚酯树脂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的路面感知标线涂料，其特征在于，所述热塑性树脂为聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯酯、聚偏氟乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷和苯基三氯硅烷中的一种或几种；
所述增塑剂为DOP增塑剂、DINP增塑剂、聚酯增塑剂、DIDP增塑剂、TXIB增塑剂、液体丁腈橡胶和S-5408增塑剂中的一种或几种；
所述溶剂为甲苯、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚、三乙醇胺和水中的一种或几种；
所述添加剂为环氧树脂；
所述填料为玻璃微珠、滑石粉、石英砂、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡和聚丙烯蜡中的一种或几种；
所述荧光粉为硫化锌荧光粉、硫化锶荧光粉、硫化钙荧光粉、锑锰激活的卤磷酸钙荧光粉和稀土三基色荧光粉中的一种或几种；
所述填料为玻璃微珠、滑石粉、石英砂、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡和聚丙烯蜡中的一种或几种；
所述溶剂为甲苯、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚、三乙醇胺和水中的一种或几种。
8.一种权利要求1-7任一项所述的路面感知标线涂料的制备方法，其特征在于，当所用成膜物质为溶剂型成膜物质或乳液型成膜物质时，所述涂料的制备方法具体步骤如下：
先将预处理后的荧光粉、填料加入反应釜中预混至均匀，然后向其中加入成膜物质，继续高速混合至均匀，最后将钛白粉、溶剂、添加剂、增塑剂、热塑性树脂加入其中，同时开启超声震荡混合均匀，得到特征路面感知标线涂料。
9.一种权利要求1-7任一项所述的路面感知标线涂料的制备方法，其特征在于，当所用成膜物质为热熔型成膜物质时，所述涂料的制备方法具体步骤如下：
先将预处理后的荧光粉、填料加入反应釜中预混至均匀，然后向其中加入热熔型成膜物质，继续高速混合均匀，加热至150-200℃，加热的同时将钛白粉、增塑剂、热塑性树脂、添加剂加入其中，加完后保持温度在150-200℃进行熔融，待熔融均匀之后，将温度升高10-30℃，然后在该温度下保持2-10分钟，取出得到特征路面感知标线涂料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述填料为玻璃微珠、滑石粉、石英砂和聚乙烯蜡中的至少2种时，且包含有聚乙烯蜡时，所述涂料的制备方法具体步骤如下：
先将预处理后的荧光粉、除聚乙烯蜡以外的其他填料加入反应釜中预混至均匀，然后向其中加入热熔型成膜物质，继续高速混合均匀，加热至150-200℃，加热的同时将钛白粉、增塑剂、热塑性树脂、添加剂、聚乙烯蜡加入其中，加完后保持温度在150-200℃进行熔融，待熔融均匀之后，将温度升高10-30℃，然后在该温度下保持2-10分钟，取出得到特征路面感知标线涂料。
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