TDK推出InWheelSense?能量收集和傳感模塊：用于A(yíng)DAS汽車(chē)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(chē)的車(chē)輪上，將輪胎旋轉的力轉換為壓電能，并在車(chē)輪內實(shí)現無(wú)電池的傳感和數據收集傳輸，即使是傳遞電源困難的惡劣環(huán)境依然能夠應對。該模塊可以實(shí)時(shí)感測路面狀況、車(chē)輪定位、輪胎壓力等，還可以和路邊基礎設施連接，幫助增強智能移動(dòng)能力。InWheelSense?是一個(gè)自給自足的全包式技術(shù)平臺，具有動(dòng)力、傳感和連接功能，完全放置在車(chē)輪內，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A(yíng)DAS特征的環(huán)境傳感主要由激光雷達、雷達、圖像和紅外相機等感知傳感器驅動(dòng)。雖然這些傳感器為ADAS的操作提供了有價(jià)值的數據，但是假陽(yáng)性和假陰性的挑戰仍然存在。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(chē)輪中的非感知傳感器（如壓電、慣性測量單元（IMU）、超聲波和應變計）可以更精確地對駕駛和道路狀況進(jìn)行數字化和分類(lèi)。

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

利用壓電元件收集能量

InWheelSense能量收集模塊，利用壓電元件從機械運動(dòng)或力中產(chǎn)生電力。將該模塊放置在輪胎和車(chē)輪之間的邊界處，它利用輪胎旋轉時(shí)從路面接收的力來(lái)發(fā)電。同時(shí)該模塊允許沿車(chē)輪圓周的多個(gè)設備連接，它可以根據驅動(dòng)系統的負載進(jìn)行可擴展發(fā)電，并在以105km/h（約65英里/h）的速度行駛時(shí)實(shí)現1MW的平均連續功率輸出。這種永久電源是數字化駕駛、道路輪胎狀況監測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、轉換和其他運行條件的變化會(huì )導致設備電動(dòng)勢特性變化，InWheelSense模塊可通過(guò)分析壓電效應產(chǎn)生的波形，利用這些功率變化來(lái)感知各種驅動(dòng)條件。波形是在輪胎接觸路面時(shí)輸出的，因此當汽車(chē)開(kāi)始行駛時(shí)，波形是連續產(chǎn)生的。隨著(zhù)車(chē)速的提高，波形的頻率也隨之增加，當行駛方向發(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，反映出當時(shí)的行駛特性。由于每轉一圈輸出一個(gè)波形，InWheelSense模塊不僅能夠檢測行駛過(guò)程中的速度，還能夠根據輸出波形的形狀檢測路面狀況。

圖2 InWheelSense模塊通過(guò)分析壓電效應產(chǎn)生的波形來(lái)感知各種驅動(dòng)條件；創(chuàng )建不同的波形來(lái)反應當時(shí)的驅動(dòng)特性

InWheelSense平臺還允許從附加車(chē)輪傳感器（包括加速計、大氣壓力和溫度）到車(chē)載計算單元實(shí)時(shí)收集數據。該控制模塊平臺包括電源管理、數字計算能力和低功耗藍牙數據傳輸。數據可通過(guò)控制模塊中的推理機進(jìn)行存儲和處理，該推理機由邊緣應用處理器提供動(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(lài)云即可實(shí)現較低的延遲控制響應。所有支持數據收集、處理和傳輸所需的電力都由能量收集發(fā)電機提供。InWheelSense壓電式能量收集和傳感模塊是一個(gè)強大可靠的動(dòng)力源，可對輪胎和行駛狀況進(jìn)行高動(dòng)態(tài)范圍傳感，提高了智能駕駛車(chē)輛的安全性。這些非感知技術(shù)傳感器能夠與智能橋梁、交通控制和標牌等基礎設施互聯(lián)并協(xié)同工作，實(shí)現實(shí)時(shí)數據通信，支持車(chē)與人、車(chē)與車(chē)、車(chē)與基礎設施聯(lián)網(wǎng)。

TDK提供了一個(gè)InWheelSense評估工具包，專(zhuān)門(mén)用于對能量收集模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單評估，作為可以連接到現有車(chē)輪上的樣本。該套件可以無(wú)線(xiàn)收集設備輸出的數據，提高發(fā)電性能，且無(wú)需額外的設備。