TDK推出InWheelSense?能量收集和傳感模塊：用于ADAS汽車輪胎，無懼惡劣環境

2021年1月8日消息，InWheelSense?是一種多方位發電和傳感解決方案，其連接到汽車的車輪上，將輪胎旋轉的力轉換為壓電能，并在車輪內實現無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境依然能夠應對。該模塊可以實時感測路面狀況、車輪定位、輪胎壓力等，還可以和路邊基礎設施連接，幫助增強智能移動能力。InWheelSense?是一個自給自足的全包式技術平臺，具有動力、傳感和連接功能，完全放置在車輪內，有助于提高下一代自動駕駛和智能交通場景的安全性和舒適性。

目前，用于ADAS特征的環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。雖然這些傳感器為ADAS的操作提供了有價值的數據，但是假陽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行數字化和分類。

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，利用壓電元件從機械運動或力中產生電力。將該模塊放置在輪胎和車輪之間的邊界處，它利用輪胎旋轉時從路面接收的力來發電。同時該模塊允許沿車輪圓周的多個設備連接，它可以根據驅動系統的負載進行可擴展發電，并在以105km/h（約65英里/h）的速度行駛時實現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的理想選擇。

基于壓電元件的道路狀況與環境傳感

由于速度、轉換和其他運行條件的變化會導致設備電動勢特性變化，InWheelSense模塊可通過分析壓電效應產生的波形，利用這些功率變化來感知各種驅動條件。波形是在輪胎接觸路面時輸出的，因此當汽車開始行駛時，波形是連續產生的。隨著車速的提高，波形的頻率也隨之增加，當行駛方向發生變化時，輪胎上的載荷也會發生變化，產生不同的波形，反映出當時的行駛特性。由于每轉一圈輸出一個波形，InWheelSense模塊不僅能夠檢測行駛過程中的速度，還能夠根據輸出波形的形狀檢測路面狀況。

圖2 InWheelSense模塊通過分析壓電效應產生的波形來感知各種驅動條件；創建不同的波形來反應當時的驅動特性

InWheelSense平臺還允許從附加車輪傳感器（包括加速計、大氣壓力和溫度）到車載計算單元實時收集數據。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。數據可通過控制模塊中的推理機進行存儲和處理，該推理機由邊緣應用處理器提供動力，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，無需依賴云即可實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電機提供。InWheelSense壓電式能量收集和傳感模塊是一個強大可靠的動力源，可對輪胎和行駛狀況進行高動態范圍傳感，提高了智能駕駛車輛的安全性。這些非感知技術傳感器能夠與智能橋梁、交通控制和標牌等基礎設施互聯并協同工作，實現實時數據通信，支持車與人、車與車、車與基礎設施聯網。

TDK提供了一個InWheelSense評估工具包，專門用于對能量收集模塊進行簡單評估，作為可以連接到現有車輪上的樣本。該套件可以無線收集設備輸出的數據，提高發電性能，且無需額外的設備。