InWheelSense– ADAS应用中的汽车车轮的能量收集和传感模块

InWheelSense是一个多方位的发电和传感解决方案，可安装在汽车车轮上，将轮胎旋转的力转化为压电电能，并在车轮这种供电非常困难的恶劣环境中进行无电池传感以及数据采集和传输。该模块能够实时感测路面状况、车轮定位、轮胎压力和其他状况，并可与路边基础设施连接，帮助实现智能移动出行。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，这些全部包含在车轮中，这将有助于提高下一代自动驾驶汽车和智能交通场景的安全性和舒适性。

迄今为止，对ADAS特性的环境传感主要由激光雷达、雷达、图像和红外摄像机等感知传感器驱动。虽然这些传感器为ADAS操作提供了很有价值的数据，但假阳性和假阴性的挑战仍然存在。为了在恶劣天气条件下或所有地形条件下提高传感性能，嵌入轮胎或车轮的非感知传感器(如压电、惯性测量单元(IMU)、超声波和应变计)可以更准确地对驾驶和道路状况进行数字化和分类。

图1和2：左图是InWheelSense能量收集模块。右图是安装在汽车轮辋上的模块

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能。该模块放置在轮胎和车轮之间的边界处，可以利用轮胎旋转时路面产生的力来发电。通过车轮周围的多个设备连接，该模块可以根据驱动系统的负载实现可扩展的发电，当以65mph/105km/h的速度行驶时，可实现1mW的平均连续功率输出。这种永久电源是利用一系列非感知传感技术的数字化驾驶、道路和轮胎状况的理想选择。

利用压电元件进行路况和环境传感

由于速度、转弯和其他运行条件的变化会导致该装置的电动势特性发生变化，因此InWheelSense模块可以通过分析压电效应产生的波形并利用这些功率变化来感测各种驾驶条件。轮胎接触路面时会输出波形，因此，当汽车开始行驶时就会不断产生波形。随着车速的提高，波形的产生频率也随之增加，当行驶方向改变时，轮胎上的负荷也将发生改变，从而产生反映当时行驶特点的不同波形。由于车轮每转一圈会输出一个波形，所以InWheelSense模块不仅能够检测行驶过程中的速度，还能根据输出波形的形状检测路面状况。

图3：InWheelSense模块可以通过分析压电效应的波形来感测各种驾驶条件

产生不同的波形来反映当时的驾驶特点

InWheelSense平台还允许实时收集从其他车轮传感器(包括加速度计、气压和温度)到车载计算单元的数据。该控制模块平台包括电源管理、数字计算能力和利用BLE的低功耗数据传输。数据可以通过控制模块中的推理机进行存储和/或处理，该推理机由可使算法能够即时进行有意义推理的边缘应用处理器提供动力。这使得在恶劣天气条件下，无需依赖于云便可实现低延迟的控制响应。能量收集发电机提供数据采集、处理和操作(传输)所需的所有电力。

InWheelSense基于压电的能量收集和传感模块是强大可靠的动力来源以及轮胎和驾驶条件的高动态范围传感设备，提高了智能移动车辆的安全性。这些非感知传感器能够与连接的交通基础设施(如智能桥梁、交通管控和标牌)一起工作，传输实时数据，并支持车辆与行人网络、车辆与基础设施网络、车辆与车辆网络。

InWheelSense还提供了一个评估套件，专门对作为样本连接到现有车轮上的能量收集模块进行简单评估。该套件可以无线收集设备输出的数据，在不需要其他设备情况下进行发电。