TDK推出InWheelSense?能量收集和傳感模塊：用于ADAS汽車輪胎，無(wú)懼惡劣環(huán)境

2021年1月8日消息，InWheelSense?是一種多方位發(fā)電和傳感解決方案，其連接到汽車的車輪上，將輪胎旋轉(zhuǎn)的力轉(zhuǎn)換為壓電能，并在車輪內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)電池的傳感和數(shù)據(jù)收集傳輸，即使是傳遞電源困難的惡劣環(huán)境依然能夠應(yīng)對(duì)。該模塊可以實(shí)時(shí)感測(cè)路面狀況、車輪定位、輪胎壓力等，還可以和路邊基礎(chǔ)設(shè)施連接，幫助增強(qiáng)智能移動(dòng)能力。InWheelSense?是一個(gè)自給自足的全包式技術(shù)平臺(tái)，具有動(dòng)力、傳感和連接功能，完全放置在車輪內(nèi)，有助于提高下一代自動(dòng)駕駛和智能交通場(chǎng)景的安全性和舒適性。

目前，用于ADAS特征的環(huán)境傳感主要由激光雷達(dá)、雷達(dá)、圖像和紅外相機(jī)等感知傳感器驅(qū)動(dòng)。雖然這些傳感器為ADAS的操作提供了有價(jià)值的數(shù)據(jù)，但是假陽(yáng)性和假陰性的挑戰(zhàn)仍然存在。為了改善惡劣天氣或全地形條件下的傳感性能，嵌入在輪胎或車輪中的非感知傳感器（如壓電、慣性測(cè)量單元（IMU）、超聲波和應(yīng)變計(jì)）可以更精確地對(duì)駕駛和道路狀況進(jìn)行數(shù)字化和分類。

圖1 InWheelSense能量收集模塊（左）和安裝在汽車輪輞上的模塊（右）

利用壓電元件收集能量

InWheelSense能量收集模塊，利用壓電元件從機(jī)械運(yùn)動(dòng)或力中產(chǎn)生電力。將該模塊放置在輪胎和車輪之間的邊界處，它利用輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)從路面接收的力來(lái)發(fā)電。同時(shí)該模塊允許沿車輪圓周的多個(gè)設(shè)備連接，它可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載進(jìn)行可擴(kuò)展發(fā)電，并在以105km/h（約65英里/h）的速度行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)1MW的平均連續(xù)功率輸出。這種永久電源是數(shù)字化駕駛、道路輪胎狀況監(jiān)測(cè)等一系列非感知傳感技術(shù)的理想選擇。

基于壓電元件的道路狀況與環(huán)境傳感

由于速度、轉(zhuǎn)換和其他運(yùn)行條件的變化會(huì)導(dǎo)致設(shè)備電動(dòng)勢(shì)特性變化，InWheelSense模塊可通過(guò)分析壓電效應(yīng)產(chǎn)生的波形，利用這些功率變化來(lái)感知各種驅(qū)動(dòng)條件。波形是在輪胎接觸路面時(shí)輸出的，因此當(dāng)汽車開始行駛時(shí)，波形是連續(xù)產(chǎn)生的。隨著車速的提高，波形的頻率也隨之增加，當(dāng)行駛方向發(fā)生變化時(shí)，輪胎上的載荷也會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生不同的波形，反映出當(dāng)時(shí)的行駛特性。由于每轉(zhuǎn)一圈輸出一個(gè)波形，InWheelSense模塊不僅能夠檢測(cè)行駛過(guò)程中的速度，還能夠根據(jù)輸出波形的形狀檢測(cè)路面狀況。

圖2 InWheelSense模塊通過(guò)分析壓電效應(yīng)產(chǎn)生的波形來(lái)感知各種驅(qū)動(dòng)條件；創(chuàng)建不同的波形來(lái)反應(yīng)當(dāng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)特性

InWheelSense平臺(tái)還允許從附加車輪傳感器（包括加速計(jì)、大氣壓力和溫度）到車載計(jì)算單元實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)。該控制模塊平臺(tái)包括電源管理、數(shù)字計(jì)算能力和低功耗藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)可通過(guò)控制模塊中的推理機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，該推理機(jī)由邊緣應(yīng)用處理器提供動(dòng)力，使算法能夠快速做出有意義的推理。這使得在惡劣天氣條件下，無(wú)需依賴云即可實(shí)現(xiàn)較低的延遲控制響應(yīng)。所有支持?jǐn)?shù)據(jù)收集、處理和傳輸所需的電力都由能量收集發(fā)電機(jī)提供。InWheelSense壓電式能量收集和傳感模塊是一個(gè)強(qiáng)大可靠的動(dòng)力源，可對(duì)輪胎和行駛狀況進(jìn)行高動(dòng)態(tài)范圍傳感，提高了智能駕駛車輛的安全性。這些非感知技術(shù)傳感器能夠與智能橋梁、交通控制和標(biāo)牌等基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)并協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，支持車與人、車與車、車與基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)網(wǎng)。

TDK提供了一個(gè)InWheelSense評(píng)估工具包，專門用于對(duì)能量收集模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)估，作為可以連接到現(xiàn)有車輪上的樣本。該套件可以無(wú)線收集設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)，提高發(fā)電性能，且無(wú)需額外的設(shè)備。