TDK推出能量采集与感知模块 可将轮胎旋转力转化为压电力

随着市场对高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶系统的需求不断增加，也需要更多的传感器来主动解决安全问题。例如，安装在车轮上的传感器会以电子信号的形式，将轮胎数据发送给驾驶安全系统。不过，据外媒报道，TDK公司不再依赖嵌入式电池，而是推出了一种能量采集模块，可以将车辆轮胎的机械振动能量转化为电能。

InWheelSense模块（图片来源：TDK公司）

在2021年国际消费电子展上，TDK公司推出了能量采集与感知模块InWheelSense，能够将轮胎旋转的力转化为压电力，实现无电池感知能力，从车轮收集和传输数据。

从感知传感器到非感知传感器

ADAS和自动驾驶车辆需要激光雷达、雷达和图像与红外摄像头等传感器了解周围的环境，并提供关键的决策信息。此类感知传感器能够看透周围的环境、生成有价值的数据，但是依然存在假阳性与假阴性信息挑战。TDK公司传感器与执行器高级产品研发副总裁兼副总经理Rakesh Sethi表示，为了提升传感器在所有恶劣天气或所有地形条件下的传感性能，嵌入到轮胎或车轮内的非感知传感器（如压电传感器、惯性测量单元、超声波传感器和应变仪等）在对驾驶和道路条件进行数字化和分类方面表现得更好。

车辆胎压监测系统（TPMS）在轮胎胎压变低或者瘪胎时，会通知驾驶员。不过，直接与间接TPMS系统都不能在所有条件下测量轮胎和路面情况，而且更换胎压监测系统的电池或者给其充电也不是一项容易的任务。

环境机械振动所提供的电力被认为是一种有前景的替代品，可以取代此类电池，而且压电能量采集系统也成为了一种为远程传感器系统供电的可靠解决方案。

能量采集和传感

TDK推出的InWheelSense是一个用于旋转自动化车轮的压电能量采集器，被安装在胎圈处，介于轮胎与车轮之间。Sethi表示：“这恰好是发电量最大的区域”。该模块会利用从路面收集来的力发电。

TDK表示，inWheelSense模块通过让多个设备沿着车轮的周长连接，根据驱动系统的负载以可扩展方式发电，而且在车速为105 km/h时，平均连续发电量为1mW。在被问及该技术的可扩展性时，Sethi表示：“预计每15至18个月，发电量可以提升40%。”

Sethi表示：“TDK采取了双策略，该模块不仅是一个能量采集发电模块，还是一个传感器，能够通过电动势特性的变化捕捉不同的驾驶状况信息。当车辆在行驶时，该模块产生一种“心跳信号”，可真实地反应车辆的性能以及出行状况。通过观察该信号的质量，我们能够推断出车辆的牵引力、道路状况、轮胎状况、轮胎侧壁温度、胎压等。”

“心跳信号”（图片来源：TDK公司）

当轮胎与路面接触时，就会输出此种“心跳信号”或者压电效应产生的波形。“车辆是否正朝着一个方向移动、停下、左转或右转、高速行驶、加速、减速，该种心跳信号是一种实时边缘流媒体数据，我们能够以极低的延迟性，在车辆行驶时判断车轮或者滚阻的不平衡。” 

该款InWheelSense模块可安装到现有的车轮中，从加速度计、气压和温度计等其他车轮传感器中实时收集数据，并可通过控制模块中的推理引擎存储和/或处理此类数据，而该控制模块则由一个边缘应用处理器驱动。在天气状况不佳的情况下，可以不依赖云端数据，实时做出决策。

TDK的该款传感模块既可当作能量采集装置，又可作为传感器，配备了蓝牙连接功能和电源管理电路。Sethi表示：“我们可以用一个模块产生的电力实时提供体验，对于计划在车轮上运行极高计算周期的客户而言，还可以安装多个模块。”

该模块的目标市场是ADAS和自动驾驶应用，还可以集成至网联交通基础设施（如智能桥梁、交通控制等），可以在不配备电池的情况下获取信息，了解振动、运动的动态响应以及结构应力。在风电场中，该模块还可以集成至叶片中，以改进风力发电设备的维护周期和生产效率。最后，该款无电池设备的边缘算法可以在无电力的地方运行，如潜水器和自动行驶海洋机器人。

InWheelSense模块评估套件（图片来源：TDK公司）

利用该模块，车轮能够稳定地发电，实现车辆对道路状况的实时非感知传感，并根据需求传输数据。Sethi表示，TDK准备提升TPMS业务和嵌入式轮胎模块业务。他补充说，“对于许多新的市场参与者来说，这是一个机会，他们可以提供技术服务，或者为自动驾驶出租车添加功能。”

Sethi表示，目前该款模块的参考设计版以及实验样品已被四大汽车原始设备制造商、二级供应商和轮胎制造商等OEM采用。初期量产预计将于2023年开始，2025年将投入规模量产。