ADAS應用中的汽車車輪的能量收集和傳感模塊

InWheelSense?是一個多方位的發電和傳感解決方案，可安裝在汽車車輪上，將輪胎旋轉的力轉化為壓電電能，并在車輪這種供電非常困難的惡劣環境中進行無電池傳感以及數據采集和傳輸。該模塊能夠實時感測路面狀況、車輪定位、輪胎壓力和其他狀況，并可與路邊基礎設施連接，幫助實現智能移動出行。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，這些全部包含在車輪中，這將有助于提高下一代自動駕駛汽車和智能交通場景的安全性和舒適性。

迄今為止，對ADAS特性的環境傳感主要由激光雷達、雷達、圖像和紅外攝像機等感知傳感器驅動。雖然這些傳感器為ADAS操作提供了很有價值的數據，但假陽性和假陰性的挑戰仍然存在。為了在惡劣天氣條件下或所有地形條件下提高傳感性能，嵌入輪胎或車輪的非感知傳感器（如壓電、慣性測量單元（IMU）、超聲波和應變計）可以更準確地對駕駛和道路狀況進行數字化和分類。

圖1和2 上圖是InWheelSense能量收集模塊。下圖是安裝在汽車輪輞上的模塊

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能。該模塊放置在輪胎和車輪之間的邊界處，可以利用輪胎旋轉時路面產生的力來發電。通過車輪周圍的多個設備連接，該模塊可以根據驅動系統的負載實現可擴展的發電，當以65mph/105km/h的速度行駛時，可實現1mW的平均連續功率輸出。這種永久電源是利用一系列非感知傳感技術的數字化駕駛、道路和輪胎狀況的理想選擇。

利用壓電元件進行路況和環境傳感

由于速度、轉彎和其他運行條件的變化會導致該裝置的電動勢特性發生變化，因此InWheelSense模塊可以通過分析壓電效應產生的波形并利用這些功率變化來感測各種駕駛條件。輪胎接觸路面時會輸出波形，因此，當汽車開始行駛時就會不斷產生波形。隨著車速的提高，波形的產生頻率也隨之增加，當行駛方向改變時，輪胎上的負荷也將發生改變，從而產生反映當時行駛特點的不同波形。由于車輪每轉一圈會輸出一個波形，所以InWheelSense模塊不僅能夠檢測行駛過程中的速度，還能根據輸出波形的形狀檢測路面狀況。

圖3 InWheelSense模塊可以通過分析壓電效應的波形來感測各種駕駛條件；產生不同的波形來反映當時的駕駛特點

InWheelSense平臺還允許實時收集從其他車輪傳感器（包括加速度計、氣壓和溫度）到車載計算單元的數據。該控制模塊平臺包括電源管理、數字計算能力和利用BLE的低功耗數據傳輸。數據可以通過控制模塊中的推理機進行存儲和/或處理，該推理機由可使算法能夠即時進行有意義推理的邊緣應用處理器提供動力。這使得在惡劣天氣條件下，無需依賴于云便可實現低延遲的控制響應。能量收集發電機提供數據采集、處理和操作（傳輸）所需的所有電力。

InWheelSense基于壓電的能量收集和傳感模塊是強大可靠的動力來源以及輪胎和駕駛條件的高動態范圍傳感設備，提高了智能移動車輛的安全性。這些非感知傳感器能夠與連接的交通基礎設施（如智能橋梁、交通管控和標牌）一起工作，傳輸實時數據，并支持車輛與行人網絡、車輛與基礎設施網絡、車輛與車輛網絡。

InWheelSense還提供了一個評估套件，專門對作為樣本連接到現有車輪上的能量收集模塊進行簡單評估。該套件可以無線收集設備輸出的數據，在不需要其他設備情況下進行發電。