根据应用场景的不同,这项技术现在既可以配合之前版本中的传感器手柄使用,也可以无需使用。只需轻轻触碰手推车或婴儿车,以及测量到的驾驶数据发生微小变化,系统就能几乎凭直觉地辅助加速、制动和转向。车轮内部的电机提供所有必要的信息,无需额外的传感器。无论是

推婴儿车的家长,还是操作手推车的仓库工人,他们都通过调整推、拉或按压的力度来控制车辆。这些细微的变化,无论多么微小,都能告诉智能车轮用户想要做什么以及要去哪里。车轮随后会解读这些信号并做出相应的反应。配备这项技术的车辆更容易启动,转弯更平稳,刹车也更快。“有了我们的智能车轮,移动负载就容易多了,因为车轮内的电机提供了大部分的加速力,”尼恩豪斯教授解释道。如今,只需轻轻一推,就能引导笨重的购物车或病床,而无需像以往那样费力地推拉。自行车拖车不再只能被动拉动,助行器、步行器和轮椅也能主动辅助使用者。

萨尔兰大学的尼恩豪斯及其团队多年来一直致力于这项技术的研究、开发和改进。2018年,该团队在汉诺威工业博览会上展示了这些车轮的自感知功能。他们证明,通过解读车轮内部电机的测量数据,车轮系统无需额外传感器即可判断何时以及如何辅助移动。2023年,他们展示了通过引入传感器手柄,车轮能够轻松移动重物:根据需要加速或制动、调节转弯速度,每个车轮既可以独立运行,也可以与其他车轮同步运行。“通过将传感器手柄与我们的智能车轮技术相结合,我们现在能够移动超过四吨的重物,”马蒂亚斯·尼恩豪斯说道。此前,传感器手柄是必要的,它作为用户界面,允许用户指定移动方向;同时,它也容纳了系统的控制中心:微控制器。而现在,有了
能够自主思考的轮子:无需传感器手柄即可实现辅助移动。

在最新版本的智能轮技术中,尼恩豪斯和他的团队找到了一种完全取消传感器把手的方法。“这使得这项技术更简单、更直观、更经济高效,”尼恩豪斯说道。用户施加的推拉力只需发生微小的变化,车轮驱动装置就能识别出应该提供轻柔的支撑还是更强劲的推动。这是因为,通过合适的运动控制策略,驱动装置基本上可以自我调节,并自行生成必要的控制指令。“精准的车辆控制是通过人工智能方法、高性能算法以及从车轮电机数据中识别相关参数来实现的,”尼恩豪斯解释道。

这项全新的无把手技术已被证明适用于重量不超过100公斤的车辆,具体适用范围取决于应用场景和有效载荷。在今年的汉诺威工业博览会上,研究人员将展示配备智能轮的自行车拖车是如何平稳行驶的。该团队正在继续研究如何在不使用传感器把手的情况下运输更重的货物。对于超重型车辆而言,智能车轮搭配配备传感器的车把仍然是最佳解决方案。

车轮内置人工智能:利用数据而非额外的传感器。

车轮内部的电机也兼具传感器的功能,相当于车轮自身的“感觉器官”。当车轮转动时,其内部驱动电机的读数也会发生变化。这些数值的微小变化能够精确地反映车轮的运行状态。“车轮内部的电机提供了我们控制车轮所需的所有测量数据。因此,无需额外安装传感器,从而节省成本。”马蒂亚斯·尼恩豪斯说道。在之前的多个研究项目中,他的团队致力于通过分析车轮旋转时产生的测量数据,从驱动系统中提取尽可能多的信息。例如,一个数据集可以显示电机特定点的电磁场分布情况,以及这种分布如何随着车轮的转动而变化。
研究人员从驱动系统中收集了无数此类测量数据,并将其与特定的电机状态和车轮位置关联起来。通过对海量数据的分析,他们能够识别出与典型机械过程相对应的信号模式。尼恩豪斯及其团队还申请了一项专利,该专利涉及一种能够消除干扰效应,从而使电机数据更具意义的方法。例如,测量数据可以揭示驱动力的作用力、车轮位置的变化,或者车轮是否单侧受力更大。

记录作用力的微小变化足以使车轮保持其运动轨迹。

数学模型和智能算法用于精确控制电机驱动,使其做出适当响应并监控其正常运行。轮毂电机提供数据,微控制器处理这些信号。车轮极其灵敏,能够持续“检测”其位置、速度和负载。即使是车辆最轻微的移动——例如手的轻触——也足以让驱动系统推断出预期动作。微控制器读取来自电机的这些信号,进行比较,并提供相应的推力。所有信息均通过已安装的标准线路传输。

该研究部分是在德国联邦研究、技术和空间部 (BMFTR) 和中小企业中央创新计划 (ZIM) 资助的合作项目框架内进行的。
马蒂亚斯·尼恩豪斯教授热切希望看到其团队的应用研究成果转化为商业和工业应用。为此,他从其大学研究部门衍生出一家公司——WELLGO Systems GmbH。

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