TDK推出InWheelSense™能量收集和传感模块：用于ADAS汽车轮胎，无惧恶劣环境

2021年1月8日消息，InWheelSense™是一种多方位发电和传感解决方案，其连接到汽车的车轮上，将轮胎旋转的力转换为压电能，并在车轮内实现无电池的传感和数据收集传输，即使是传递电源困难的恶劣环境依然能够应对。该模块可以实时感测路面状况、车轮定位、轮胎压力等，还可以和路边基础设施连接，帮助增强智能移动能力。InWheelSense™是一个自给自足的全包式技术平台，具有动力、传感和连接功能，完全放置在车轮内，有助于提高下一代自动驾驶和智能交通场景的安全性和舒适性。

目前，用于ADAS特征的环境传感主要由激光雷达、雷达、图像和红外相机等感知传感器驱动。虽然这些传感器为ADAS的操作提供了有价值的数据，但是假阳性和假阴性的挑战仍然存在。为了改善恶劣天气或全地形条件下的传感性能，嵌入在轮胎或车轮中的非感知传感器（如压电、惯性测量单元（IMU）、超声波和应变计）可以更精确地对驾驶和道路状况进行数字化和分类。

图1 InWheelSense能量收集模块（左）和安装在汽车轮辋上的模块（右）

利用压电元件收集能量

InWheelSense能量收集模块，利用压电元件从机械运动或力中产生电力。将该模块放置在轮胎和车轮之间的边界处，它利用轮胎旋转时从路面接收的力来发电。同时该模块允许沿车轮圆周的多个设备连接，它可以根据驱动系统的负载进行可扩展发电，并在以105km/h（约65英里/h）的速度行驶时实现1MW的平均连续功率输出。这种永久电源是数字化驾驶、道路轮胎状况监测等一系列非感知传感技术的理想选择。

基于压电元件的道路状况与环境传感

由于速度、转换和其他运行条件的变化会导致设备电动势特性变化，InWheelSense模块可通过分析压电效应产生的波形，利用这些功率变化来感知各种驱动条件。波形是在轮胎接触路面时输出的，因此当汽车开始行驶时，波形是连续产生的。随着车速的提高，波形的频率也随之增加，当行驶方向发生变化时，轮胎上的载荷也会发生变化，产生不同的波形，反映出当时的行驶特性。由于每转一圈输出一个波形，InWheelSense模块不仅能够检测行驶过程中的速度，还能够根据输出波形的形状检测路面状况。

图2 InWheelSense模块通过分析压电效应产生的波形来感知各种驱动条件；创建不同的波形来反应当时的驱动特性

InWheelSense平台还允许从附加车轮传感器（包括加速计、大气压力和温度）到车载计算单元实时收集数据。该控制模块平台包括电源管理、数字计算能力和低功耗蓝牙数据传输。数据可通过控制模块中的推理机进行存储和处理，该推理机由边缘应用处理器提供动力，使算法能够快速做出有意义的推理。这使得在恶劣天气条件下，无需依赖云即可实现较低的延迟控制响应。所有支持数据收集、处理和传输所需的电力都由能量收集发电机提供。InWheelSense压电式能量收集和传感模块是一个强大可靠的动力源，可对轮胎和行驶状况进行高动态范围传感，提高了智能驾驶车辆的安全性。这些非感知技术传感器能够与智能桥梁、交通控制和标牌等基础设施互联并协同工作，实现实时数据通信，支持车与人、车与车、车与基础设施联网。

TDK提供了一个InWheelSense评估工具包，专门用于对能量收集模块进行简单评估，作为可以连接到现有车轮上的样本。该套件可以无线收集设备输出的数据，提高发电性能，且无需额外的设备。