InWheelSense– ADAS應(yīng)用中的汽車車輪的能量收集和傳感模塊

InWheelSense是一個(gè)多方位的發(fā)電和傳感解決方案，可安裝在汽車車輪上，將輪胎旋轉(zhuǎn)的力轉(zhuǎn)化為壓電電能，并在車輪這種供電非常困難的惡劣環(huán)境中進(jìn)行無電池傳感以及數(shù)據(jù)采集和傳輸。該模塊能夠?qū)崟r(shí)感測(cè)路面狀況、車輪定位、輪胎壓力和其他狀況，并可與路邊基礎(chǔ)設(shè)施連接，幫助實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)出行。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，這些全部包含在車輪中，這將有助于提高下一代自動(dòng)駕駛汽車和智能交通場(chǎng)景的安全性和舒適性。

迄今為止，對(duì)ADAS特性的環(huán)境傳感主要由激光雷達(dá)、雷達(dá)、圖像和紅外攝像機(jī)等感知傳感器驅(qū)動(dòng)。雖然這些傳感器為ADAS操作提供了很有價(jià)值的數(shù)據(jù)，但假陽性和假陰性的挑戰(zhàn)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(cè)量單元(IMU)、超聲波和應(yīng)變計(jì))可以更準(zhǔn)確地對(duì)駕駛和道路狀況進(jìn)行數(shù)字化和分類。

圖1和2：左圖是InWheelSense能量收集模塊。右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(jī)械運(yùn)動(dòng)或力中產(chǎn)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(zhuǎn)時(shí)路面產(chǎn)生的力來發(fā)電。通過車輪周圍的多個(gè)設(shè)備連接，該模塊可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的發(fā)電，當(dāng)以65mph/105km/h的速度行駛時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1mW的平均連續(xù)功率輸出。這種永久電源是利用一系列非感知傳感技術(shù)的數(shù)字化駕駛、道路和輪胎狀況的理想選擇。

利用壓電元件進(jìn)行路況和環(huán)境傳感

由于速度、轉(zhuǎn)彎和其他運(yùn)行條件的變化會(huì)導(dǎo)致該裝置的電動(dòng)勢(shì)特性發(fā)生變化，因此InWheelSense模塊可以通過分析壓電效應(yīng)產(chǎn)生的波形并利用這些功率變化來感測(cè)各種駕駛條件。輪胎接觸路面時(shí)會(huì)輸出波形，因此，當(dāng)汽車開始行駛時(shí)就會(huì)不斷產(chǎn)生波形。隨著車速的提高，波形的產(chǎn)生頻率也隨之增加，當(dāng)行駛方向改變時(shí)，輪胎上的負(fù)荷也將發(fā)生改變，從而產(chǎn)生反映當(dāng)時(shí)行駛特點(diǎn)的不同波形。由于車輪每轉(zhuǎn)一圈會(huì)輸出一個(gè)波形，所以InWheelSense模塊不僅能夠檢測(cè)行駛過程中的速度，還能根據(jù)輸出波形的形狀檢測(cè)路面狀況。

圖3：InWheelSense模塊可以通過分析壓電效應(yīng)的波形來感測(cè)各種駕駛條件

產(chǎn)生不同的波形來反映當(dāng)時(shí)的駕駛特點(diǎn)

InWheelSense平臺(tái)還允許實(shí)時(shí)收集從其他車輪傳感器(包括加速度計(jì)、氣壓和溫度)到車載計(jì)算單元的數(shù)據(jù)。該控制模塊平臺(tái)包括電源管理、數(shù)字計(jì)算能力和利用BLE的低功耗數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)可以通過控制模塊中的推理機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和/或處理，該推理機(jī)由可使算法能夠即時(shí)進(jìn)行有意義推理的邊緣應(yīng)用處理器提供動(dòng)力。這使得在惡劣天氣條件下，無需依賴于云便可實(shí)現(xiàn)低延遲的控制響應(yīng)。能量收集發(fā)電機(jī)提供數(shù)據(jù)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(qiáng)大可靠的動(dòng)力來源以及輪胎和駕駛條件的高動(dòng)態(tài)范圍傳感設(shè)備，提高了智能移動(dòng)車輛的安全性。這些非感知傳感器能夠與連接的交通基礎(chǔ)設(shè)施(如智能橋梁、交通管控和標(biāo)牌)一起工作，傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并支持車輛與行人網(wǎng)絡(luò)、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)、車輛與車輛網(wǎng)絡(luò)。

InWheelSense還提供了一個(gè)評(píng)估套件，專門對(duì)作為樣本連接到現(xiàn)有車輪上的能量收集模塊進(jìn)行簡單評(píng)估。該套件可以無線收集設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)，在不需要其他設(shè)備情況下進(jìn)行發(fā)電。