DE102020123060A1 - Systeme und Verfahren zum Erfassen der Reifenseitenwand-Temperatur - Google Patents

Systeme und Verfahren zum Erfassen der Reifenseitenwand-Temperatur Download PDF

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Abstract

Systeme und Verfahren zur Erfassung eines Reifenparameters von einem drehenden Rad werden offenbart. Bei einigen Ausführungsformen weist ein System auf: eine drehbare Komponente, die dafür ausgebildet ist, dass sie sich dreht; einen piezoelektrischen Wandler, der entlang eines Umfangs der drehbaren Komponente angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Wandler dafür ausgebildet ist, dass er eine Leerlaufspannung auf der Grundlage einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Wandlers erzeugt; und mindestens einen Prozessor in Kommunikation mit dem piezoelektrischen Wandler, wobei der mindestens eine Prozessor dafür ausgebildet ist, dass er einen Temperaturwert auf der Grundlage der Entlastungsspannung bestimmt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Anmeldung bezieht sich allgemein auf Sensorsysteme und insbesondere auf Systeme und Verfahren zur Erfassung einer Reifenseitenwand-Temperatur von einem drehenden Rad aus.
  • HINTERGRUND
  • Herkömmliche fahrzeugbasierte Sensorsysteme sind nicht in der Lage, die Temperatur an einem drehenden Rad zu bestimmen. Ein Beispiel für ein traditionelles fahrzeugbasiertes Sensorsystem ist ein Trägheitsnavigationssystem (inertial navigation system, INS). Das INS kann zur Bestimmung der Position, Orientierung und Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts verwendet werden. Ein INS kann z.B. Beschleunigungs- und Rotationssensoren umfassen, um kontinuierlich die Position, Orientierung und Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts durch Koppelnavigation (dead reckoning) zu berechnen, ohne dass externe Referenzen erforderlich sind. Ein INS ist in der Regel zentral auf einem statischen Teil des Fahrgestells eines Fahrzeugs und nicht auf einem beweglichen Teil wie einem Rad angeordnet, um genauere Messwerte zu erhalten. Die von einem INS gesammelten Daten können jedoch auf die Daten beschränkt sein, die vom statischen Teil des Fahrgestells des Fahrzeugs erfasst werden. Daher kann ein Bedarf an verbesserten Sensorsystemen bestehen, die nicht so beschränkt sind.
  • Die vorstehenden Beispiele für die damit zusammenhängende Technik und die damit verbundenen Einschränkungen sollen nur zur Veranschaulichung dienen und nicht ausschließlich verstanden werden. Andere Einschränkungen der verwandten Technik werden beim Lesen der Beschreibung und beim Studium der Zeichnungen deutlich.
  • ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG
  • Die hier offenbarten beispielhaften Ausführungsformen sind darauf ausgerichtet, die Probleme zu lösen, die sich auf eines oder mehrere der im Stand der Technik dargestellten Probleme beziehen, und auch zusätzliche Merkmale zu offenbaren, die durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung leicht ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden. Entsprechend verschiedener Ausführungsformen werden hierin beispielhafte Systeme, Verfahren, Vorrichtungen und Computerprogrammprodukte offenbart. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass diese Ausführungsformen beispielhaft sind und nicht einschränkend vorgestellt werden, und es wird für diejenigen mit gewöhnlichen Fertigkeiten auf dem Gebiet der Technik, die die vorliegende Offenbarung lesen, offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, während sie innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung bleiben.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein System: eine drehbare Komponente, die dafür ausgebildet ist, dass sie sich dreht; einen piezoelektrischen Wandler, der entlang eines Umfangs der drehbaren Komponente angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Wandler dafür ausgebildet ist, dass er eine Leerlaufspannung (offload voltage) auf der Grundlage einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Wandlers erzeugt; und mindestens einen Prozessor in Kommunikation mit dem piezoelektrischen Wandler, wobei der mindestens eine Prozessor dafür ausgebildet ist, dass er einen Temperaturwert auf der Grundlage der Leerlaufspannung bestimmt.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist der Temperaturwert einer flexiblen Seitenwand zugeordnet, die den piezoelektrischen Wandler kontaktiert.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die drehbare Komponente Teil eines Rades und der piezoelektrische Wandler kontaktiert direkt eine flexible Seitenwand des Rades.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine Prozessor innerhalb eines Fahrzeugkörpers angeordnet, an dem die drehbare Komponente angeordnet (mounted) ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen steht ein Spannungssensor in Kommunikation mit dem piezoelektrischen Wandler. Der Spannungssensor kann ausgebildet sein, um einen Leerlaufspannungswert der Leerlaufspannung zu bestimmen, wobei der mindestens eine Prozessor dafür ausgebildet ist, den Temperaturwert basierend auf dem Leerlaufspannungswert zu bestimmen.
  • Bei einigen Ausführungsformen enthält die drehbare Komponente eine Felge, wobei die Felge eine nach außen weisende Oberfläche entgegengesetzt zu einer nach innen weisenden Oberfläche aufweist, in der der Umfang der drehbaren Komponente begrenzt ist, wobei der Spannungssensor innerhalb eines zentralen Gehäuses entlang der nach innen weisenden Oberfläche angeordnet ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist der piezoelektrische Wandler entlang der nach außen weisenden Oberfläche angeordnet und ist über eine leitende Leitung mit dem Spannungssensor verbunden.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist ein Reifen mit der drehbaren Komponente gekoppelt, wobei der Reifen, wenn er aufgepumpt ist, dafür ausgebildet ist, dass er Kraft auf die drehbare Komponente überträgt, die sich aus der Druckkraft ergibt, die auf einen Abschnitt des Reifens wirkt, der Kontakt mit einer Straße hat, wobei der piezoelektrische Wandler dafür ausgebildet ist, dass er sich als Reaktion auf die Druckkraft, die auf den Abschnitt des Reifens wirkt, der Kontakt mit der Straße hat, mechanisch verformt, wenn sich die drehbare Komponente dreht.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist ein Verfahren auf: Bestimmen einer Starttemperatur; Drehen einer drehbaren Komponente bei der Starttemperatur; Bestimmen eines Startspannungswerts von einem piezoelektrischen Wandler, der entlang eines Umfangs der drehbaren Komponente angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Wandler dafür ausgebildet ist, dass er eine Spannung auf der Grundlage einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Wandlers erzeugt; Bestimmen eines Betriebsspannungswerts von dem piezoelektrischen Wandler nach Bestimmung des Startspannungswerts; und Bestimmen einer Betriebstemperatur auf der Grundlage des Betriebsspan n u ngswerts.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner die Durchführung einer Aktion auf, die auf aggregierten Sensordaten basiert, wobei die aggregierten Sensordaten die Betriebstemperatur beinhalten.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner die Bestimmung einer Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs auf der Grundlage der Betriebstemperatur auf.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner die Erzeugung eines Alarms als Reaktion auf die Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs auf, die einen Schwellenwert überschreitet.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner die Bestimmung eines Ausreißerwertes als Schwellenwert unter Verwendung eines statistischen Modells auf, das auf Sensordaten angewendet wird, die die Betriebstemperatur aufweisen.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist der piezoelektrische Wandler ein piezoelektrisches Material auf.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die drehbare Komponente an einem Fahrzeugkörper angeordnet.
  • Einige Ausführungsformen weisen ein nicht-flüchtiges computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten Anweisungen auf, wobei die Anweisungen, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, ein Gerät dazu veranlassen, Operationen auszuführen, die aufweisen: Empfangen einer Starttemperatur, die einer drehbaren Komponente zugeordnet ist; Empfangen eines Startspannungswertes von einem piezoelektrischen Wandler, der entlang eines Umfangs der drehbaren Komponente angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Wandler dafür ausgebildet ist, dass er auf der Grundlage einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Wandlers eine Spannung erzeugt; Empfangen eines Betriebsspannungswertes von dem piezoelektrischen Wandler nach Erfassung des Startspannungswertes; und Bestimmen einer Betriebstemperatur auf der Grundlage des Betriebsspannungswertes, des Startspannungswertes und der Starttemperatur.
  • Bei einigen Ausführungsformen weisen die Operationen ferner auf: Bestimmen der Betriebstemperatur auf der Grundlage einer Skalierung der Starttemperatur auf der Grundlage des Betriebsspannungswertes und des Startspannungswertes.
  • Bei einigen Ausführungsformen weisen die Operationen ferner auf: Bestimmen einer Gruppe von zurückliegenden Betriebstemperaturen (historical operational temperature set) auf der Grundlage der über einen bestimmten Zeitraum gesammelten Betriebstemperatur; und Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs auf der Grundlage der Gruppe von zurückliegenden Betriebstemperaturen.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist der piezoelektrische Wandler so ausgebildet, dass er den Betriebsspannungswert über eine drahtlose Verbindung an den Prozessor sendet.
  • Bei einigen Ausführungsformen umgeht die drahtlose Verbindung einen Fahrzeugbus.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der folgenden Figuren ausführlich beschrieben. Die Zeichnungen dienen nur der Erläuterung und stellen lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Diese Zeichnungen sollen dem Leser das Verständnis der Erfindung erleichtern und sollten nicht als Einschränkung der Breite, des Umfangs oder der Anwendbarkeit der Erfindung betrachtet werden. Es ist zu beachten, dass diese Zeichnungen aus Gründen der Klarheit und leichten Darstellung nicht unbedingt maßstabsgerecht gezeichnet sind.
  • 1 ist eine Darstellung eines Smart-Wheel-Sensorsystems, das mindestens ein Smart-Wheel (intelligentes Rad) entsprechend verschiedener Ausführungsformen integriert.
  • 2 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Rechenvorrichtung entsprechend verschiedener Ausführungsformen.
  • 3A ist eine perspektivische Darstellung eines Smart-Wheels, entsprechend verschiedener Ausführungsformen.
  • 3B ist eine perspektivische Darstellung eines Smart-Wheels ohne die flexible Komponente, entsprechend verschiedener Ausführungsformen.
  • 4 ist eine perspektivische Darstellung des piezoelektrischen Wandlers, entsprechend verschiedener Ausführungsformen.
  • 5A zeigt eine perspektivische Darstellung eines zentralen Gehäuses des piezoelektrischen Wandlers mit einem leitenden Stift entsprechend verschiedener Ausführungsformen.
  • 5B zeigt eine perspektivische Darstellung einer Sensor-Integrator-Plattform innerhalb des Zentralgehäuses, entsprechend verschiedener Ausführungsformen.
  • 6 ist ein Flussdiagramm eines Temperaturerfassungsprozesses, entsprechend verschiedener Ausführungsformen.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Smart-Wheel-Prozesses, entsprechend verschiedener Ausführungsformen.
  • 8 ist eine Darstellung, wie eine Temperatur mit einer Spannung, die von einem piezoelektrischen Wandler erzeugt wird, entsprechend verschiedener Ausführungsformen in Beziehung gesetzt werden kann.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben, um es einer Person mit gewöhnlichen Fähigkeiten auf diesem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung anzuwenden und zu benutzen. Denjenigen, die über gewöhnliche Fachkenntnisse auf diesem Gebiet verfügen, wird nach dem Lesen der vorliegenden Offenbarung deutlich, dass verschiedene Änderungen oder Modifikationen an den hier beschriebenen Beispielen vorgenommen werden können, ohne vom Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten beispielhaften Ausführungsformen und Anwendungen beschränkt. Auch die spezifische Reihenfolge oder Hierarchie der Schritte in den hier offenbarten Verfahren sind lediglich beispielhafte Ansätze. Auf der Grundlage von Konstruktionspräferenzen kann die spezifische Reihenfolge oder Hierarchie der Schritte der offenbarten Verfahren oder Prozesse neu geordnet werden, während sie innerhalb des Anwendungsbereichs der vorliegenden Erfindung bleibt. Diejenigen, die über gewöhnliche Fertigkeiten auf dem Gebiet der Technik verfügen, werden daher verstehen, dass die hier offenbarten Verfahren und Techniken verschiedene Schritte oder Handlungen in einer beispielhaften Reihenfolge darstellen und dass die Erfindung nicht auf die spezifische Reihenfolge oder Hierarchie beschränkt ist, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
  • Wie oben erwähnt, kann ein Trägheitsnavigationssystem (INS) verwendet werden, um die Position, Orientierung und Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts auf einem zentralisierten, statischen Teil eines Fahrzeugs zu bestimmen. Das INS sammelt keine Sensordaten von einem sich bewegenden Teil wie z.B. einem Rad. Beispielsweise ist ein INS nicht in der Lage, die Temperatur an einem Rad zu bestimmen. Darüber hinaus wird das INS typischerweise von einer zentralen Stromquelle des Fahrzeugs, wie z.B. dem Fahrzeugmotor oder einer zentralisierten Batterie, gespeist. Zusätzlich können Sensoren für ein Rad, wie z.B. ein Drucküberwachungsgerät, zur Kommunikation auf einen CAN-Bus (Low Speed Controller Area Network) angewiesen sein.
  • Dementsprechend wird ein neuer Ansatz vorgeschlagen, der Systeme und Verfahren zur Erfassung der Reifenseitenwand-Temperatur vorsieht. Diese Temperaturerfassung kann auf der Grundlage von Spannungswerten durchgeführt werden, die von einem piezoelektrischen Wandler erzeugt werden, der Reifenverformungen in Spannung umwandelt. Die Höhe der Spannung kann mit einer Reifenseitenwand-Temperatur zusammenhängen (z.B. an der Reifenseitenwand, die den piezoelektrischen Wandler kontaktiert). Bei einigen Ausführungsformen können piezoelektrische Wandler auch auf der Felge eines Rades angebracht werden, um die Verformungen des Reifens effektiver in Spannung umzuwandeln.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann ein piezoelektrischer Wandler anhaltende Ausgangssignale bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten erzeugen, die von der Temperatur der Felge und des Reifens und dem Gewicht des Fahrzeugs abhängen, das durch Felge und Reifen auf eine darunterliegende Oberfläche (z.B. eine Straße) wirkt. Zum Beispiel können Fahrzeuge Räder haben (z.B. Räder mit Luftreifen). Ein Rad mit einem aufgepumpten Reifen und einer starren Felge kann die Fahrzeugwirkungen entlang eines Wulstbereichs des Reifens, der mit der starren Felge zusammenwirkt, austauschen. Diese Fahrzeugaktionen können Traktion, Bremsen, Lenkung, Lastaufnahme und Ähnliches umfassen. Wenn sich das Rad dreht, kann der untere Teil des Reifens Kräfte im Wulstbereich ausüben, um dem Gewicht des Fahrzeugs entgegenzuwirken. Diese Kräfte können dazu führen, dass sich die Seitenwände des Rades biegen und aufgrund des inneren Luftdrucks des Reifens (z.B. aufgrund des engen Kontakts zwischen einem Gummireifen und einer Metallfelge) Kraft auf einen piezoelektrischen Wandler ausüben.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der piezoelektrische Wandler um den Umfang der Felge angeordnet sein und Spannung erzeugen, wenn sich das Rad aufgrund der Temperatur einer Reifenseitenwand-Temperatur dreht. Bei einigen Ausführungsformen, bei denen der piezoelektrische Wandler auf der Felge des Rades angeordnet ist, kann der piezoelektrische Wandler physisch von der Felge und/oder dem Reifen getrennt werden. Daher muss der piezoelektrische Wandler bei einem Reifenwechsel nicht ersetzt oder gewechselt werden. Der piezoelektrische Wandler kann auch mit einem Energiespeicher (z.B. einer Batterie) gekoppelt werden, um Aufladezyklen zu ermöglichen, die eine Reihe von Sensoren, die in, auf oder in der Nähe des Rades angeordnet sind, mit Strom versorgen können. Dementsprechend kann ein piezoelektrischer Wandler die Belastung (z.B. mechanische Belastung, die eine relative Bewegung/Auslenkung anzeigt) nutzen, um eine Spannung zu erzeugen, die zur Bestimmung einer Reifenseitenwand-Temperatur sowie zur Versorgung anderer Geräte oder Sensoren in der Nähe des piezoelektrischen Wandlers verwendet werden kann.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der piezoelektrische Wandler entlang des Umfangs einer drehbaren Komponente angeordnet sein (z.B. ein starrer Abschnitt eines Rades, das zur Drehung ausgebildet ist). Dieser piezoelektrische Wandler kann so ausgebildet sein, dass er auf der Grundlage einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Wandlers eine Spannung (z.B. ein elektrisches Potential) erzeugt. Auch kann ein Prozessor mit dem piezoelektrischen Wandler in Kommunikation stehen und ausgebildet sein, um einen Temperaturwert (z.B. eine Temperatur) auf der Grundlage der erzeugten Spannung zu bestimmen. Der Temperaturwert kann die Temperatur einer flexiblen Seitenwand darstellen, die den piezoelektrischen Wandler kontaktiert (z.B. basierend auf der erzeugten Spannung). Anders ausgedrückt, die drehbare Komponente kann Teil eines Rades sein und der piezoelektrische Wandler kann direkt eine flexible Seitenwand des Rades berühren. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der mindestens eine Prozessor innerhalb eines Fahrzeugkörpers angeordnet sein, an dem die drehbare Komponente angeordnet ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der piezoelektrische Wandler einen Spannungssensor aufweisen, der dafür ausgebildet ist, dass er einen Leerlaufspannungswert der Leerlaufspannung (offload voltage) bestimmt, so dass der Prozessor so ausgebildet sein kann, dass er den Temperaturwert auf der Grundlage des Leerlaufspannungswertes bestimmt.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die drehbare Komponente eine Felge aufweisen, die eine nach außen gerichtete Oberfläche entgegengesetzt zu einer nach innen gerichteten Oberfläche aufweist, in der der Umfang der drehbaren Komponente begrenzt ist. Der Spannungssensor kann in einem zentralen Gehäuse entlang der inneren Oberfläche angeordnet sein. Auch ein Reifen, der die flexible Seitenwand eines Rades bildet, kann mit der drehbaren Komponente gekoppelt werden, so dass der aufgepumpte Reifen so ausgebildet sein kann, dass er Kraft auf die drehbare Komponente überträgt, die aus der Druckkraft resultiert, die auf einen Abschnitt des Reifens wirkt, der mit einer Straße in Kontakt kommt (z.B. eine darunter liegende Oberfläche, die der Reifen durchquert). So kann der piezoelektrische Wandler so ausgebildet sein, dass er sich als Reaktion auf die Druckkraft, die auf den Abschnitt des Reifens wirkt, der mit der Straße in Kontakt kommt, mechanisch verformt, wenn sich die drehbare Komponente dreht.
  • Bei mehreren Ausführungsformen kann die Temperatur eines Reifens basierend auf einem Betriebsspannungswert, einem Startspannungswert und einer Starttemperatur bestimmt werden. Die Starttemperatur kann eine Grundtemperatur (baseline temperature) sein, die dem Startspannungswert zugeordnet ist. Dies kann ein bekannter Temperaturwert des Reifens und/oder eine Reifenseitenwand-Temperatur sein, mit der der piezoelektrische Wandler in Kontakt ist. Der Startspannungswert kann ein Spannungswert (z.B. ein einzelner Startspannungswert und/oder ein normierter Startspannungswert) sein, der vom piezoelektrischen Wandler bei der Starttemperatur erzeugt wird, während sich ein Rad (zu dem der Reifen gehört) dreht. Dann kann ein Betriebsspannungswert (z.B. ein einzelner Betriebsspannungswert und/oder ein normierter Betriebsspannungswert) von dem piezoelektrischen Wandler erzeugt werden, wenn der Reifen nicht mehr auf der bekannten Temperatur ist (z.B. nach der Erfassung des Startspannungswertes bei der Starttemperatur). Dementsprechend kann eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Betriebsspannungswert, dem Startspannungswert und der Starttemperatur verwendet werden, um die Betriebstemperatur des Reifens an der Stelle des piezoelektrischen Wandlers während der Erfassung des Betriebsspannungswertes zu bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen kann diese vorbestimmte Beziehung eine Skalierung der Starttemperatur basierend auf dem Betriebsspannungswert und dem Startspannungswert beinhalten.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eine Aktion durchgeführt werden (z. B. das Erzeugen eines Alarms, einer Benachrichtigung oder eines in einem Datenspeicher aufgezeichneten Datensatzes), die auf aggregierten Sensordaten basiert, zu denen auch die Betriebstemperatur gehört. Bei einigen Ausführungsformen kann die Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs auf der Grundlage der Betriebstemperatur bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Aktion, die eine Warnung darstellt, als Reaktion auf die Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs, der einen Schwellenwert überschreitet, ausgeführt werden. Dieser Schwellenwert kann ein Ausreißerwert (outlier value) sein, der mit Hilfe eines statistischen Modells bestimmt wird, das auf Sensordaten angewendet wird, die den Betriebstemperaturwert aufweisen. Beispielsweise können diese Sensordaten eine zurückliegende Betriebstemperatur aufweisen, die auf dem über einen bestimmten Zeitraum gesammelten Betriebstemperaturwert basiert.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der piezoelektrische Wandler ein piezoelektrisches Material aufweisen, das mindestens eines aus einem Kristall- und Halbleitermaterial oder einem Polymer und organischem Material ist. Beispiele für ein Kristall- und Halbleitermaterial können sein: Polyvinylidenfluorid, Galliumphosphat, Natriumbismuttitanat, Bleizirkonattitanat, Quarz, Berlinit (AIP04), Saccharose (Tafelzucker), Rochelle-Salz, Topas, Mineralien der Turmalin-Gruppe, Bleititanat (PbTiO3), Langasit (La3Ga5SiO14), Galliumorthophosphat (GaPO4), Lithiumniobat (LiNbO3), Lithiumtantalat (LiTaO3), eine Keramik aus einer Familie von Keramiken mit Perowskit, Wolfram-Bronze, Kaliumniobat (KNbO3), Natriumwolframat (Na2WO3), Ba2NaNb5O5, Pb2KNb5015, Natrium-Kaliumniobat ((K,Na)Nb03) (e. g., NKN, oder KNN), Wismutferrit (BiFeO3), Natriumniobat (NaNbO3), Bariumtitanat (BaTiO3), Wismuttitanat (Bi4Ti3012), Natriumwismuttitanat (NaBi(TiO3)2), Zinkblendkristall, GaN, InN, AlN und ZnO. Beispiele für ein Polymer und organisches Material können sein:
    • Polyvinylidenfluorid (PVDF) und seine Copolymere, Polyamide und Paralyne-C, Polyimid und Polyvinylidenchlorid (PVDC) und Diphenylalaninpeptid-Nanoröhrchen (PNTs).
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann ein piezoelektrischer Wandler Teil eines Smart-Wheel-Sensorsystems sein. Beispielsweise kann der piezoelektrische Wandler zusammen mit anderen Sensoren des Smart-Wheel-Sensorsystems an einem Rad eines Fahrzeugs (z. B. einem radangetriebenen Objekt) angeordnet sein. Das Smart-Wheel-Sensorsystem kann mehrere Arten von Sensoren umfassen, die jeweils so ausgebildet sein können, dass sie verschiedene Arten von Daten des Smart-Wheel-Sensorsystems erfassen. Beispielsweise kann das Smart-Wheel-Sensorsystem einen Höhensensor umfassen, der dafür ausgebildet ist, dass er barometrische Drucksensordaten erzeugt; einen Akustiksensor, der dafür ausgebildet ist, dass er akustische Sensordaten erzeugt; einen Bildsensor, der dafür ausgebildet ist, dass er Bildsensordaten erzeugt; einen Gassensor, der dafür ausgebildet ist, dass er Gassensordaten erzeugt; einen Magnetsensor, der dafür ausgebildet ist, dass er magnetische Sensordaten erzeugt; einen Beschleunigungssensor, der dafür ausgebildet ist, dass er Beschleunigungssensordaten erzeugt; einen Gyroskopsensor, der dafür ausgebildet ist, dass er gyroskopische Sensordaten erzeugt; und einen Feuchtigkeitssensor, der dafür ausgebildet ist, dass er Feuchtigkeitssensordaten erzeugt. Die vom Smart-Wheel-Sensorsystem erzeugten Daten des Smart-Wheel-Sensorsystems können zentral und lokal an einem Fahrzeug analysiert werden, dessen Bewegung vom Smart-Wheel abhängt (z.B. durch einen Computer oder Server innerhalb oder von dem Fahrzeugkörper getragen), um einen Status des Fahrzeugs und/oder eines einzelnen Smart-Wheel zu bestimmen. Das Sensorsystem des Smart-Wheel kann vorteilhaft in einem autonomen Fahrzeug implementiert werden, z.B. als Teil eines Backup-Sensorsystems zur Erweiterung des Sicherheitssystems des autonomen Fahrzeugs. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann ein einzelnes Rad, an dem Geräte eines Smart-Wheel-Sensorsystems angeordnet sind, als Smart-Wheel bezeichnet werden.
  • 1 ist eine Darstellung eines Smart-Wheel-Sensorsystems 100, das mindestens ein Smart-Wheel 102 entsprechend verschiedener Ausführungsformen integriert. Das Smart-Wheel-Sensorsystem 100 kann ein lokales Sensorsystem 104 (z.B. ein lokales Smart-Wheel-Sensorsystem) aus mehreren Sensorplattformen 106 aufweisen, die auf entsprechenden Smart-Wheels 102 angeordnet sind. Mindestens eine der Sensorplattformen 106 kann einen piezoelektrischen Wandler aufweisen. Außerdem kann sich jede der Sensorplattformen und jeder der piezoelektrischen Wandler in regelmäßigen Abständen entlang des Smart-Wheel befinden (z.B. in 120-Grad-Abständen über das Smart-Wheel verteilt).
  • Dieses lokale Sensorsystem 104 kann einen lokalen Smart-Wheel-Server 108 aufweisen, der mit den Sensoren innerhalb der Sensorplattform 106 kommuniziert. Dementsprechend kann jede Sensorplattform 106 mindestens einen Sensor und auch zusätzliche Schnittstellen, wie z.B. Kommunikations-Schnittstellen, für die Kommunikation mit dem lokalen Smart-Wheel-Server 108 aufweisen. Dieser lokale Smart-Wheel-Server 108 kann auch in Kommunikation mit einem lokalen Smart-Wheel-Datenspeicher 110 und lokalen Benutzer-Endgeräten 112, wie z.B. einem Smartphone, stehen. Der Einfachheit halber kann sich der Begriff lokal auf Geräte beziehen, die in oder an einen Fahrzeugkörper 114 oder ein Smart-Wheel 102 eines Fahrzeugs 116 gebunden sind.
  • Im Gegensatz dazu kann sich der Begriff „entfernt“ (remote) auf Geräte beziehen, die sich außerhalb des Fahrzeugkörpers 114 oder des Smart-Wheel 102 des Fahrzeugs 116 befinden. Zum Beispiel kann der lokale Smart-Wheel-Server 108 ausgebildet sein, um mit einem Remote-Netzwerk 120, wie dem Internet, zu kommunizieren. Dieses Remote-Netzwerk 120 kann ferner den lokalen Smart-Wheel-Server 108 mit Remote-Servern 122 in Kommunikation mit Remote-Datenspeichern 124 oder Remote-Benutzer-Endgeräten 126 verbinden. Darüber hinaus kann der lokale Smart-Wheel-Server 108 mit externen Sensoren oder Geräten, wie z.B. einem Remote-Satelliten 128 für GPS-Informationen (Global Positioning System), in Kommunikation stehen.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensorplattform 106 so ausgebildet sein, dass sie über eine Kommunikations-Schnittstelle mit dem lokalen Smart-Wheel-Server 108 kommuniziert. Diese Kommunikations-Schnittstelle kann es den Geräten ermöglichen, über jedes Kommunikationsmedium und jedes Protokoll miteinander zu kommunizieren. Dementsprechend kann die Kommunikations-Schnittstelle 280 jede geeignete Hardware, Software oder Kombination von Hardware und Software aufweisen, die in der Lage ist, die Sensorplattform 106 mit dem lokalen Smart-Wheel-Server 108 zu koppeln. Die Kommunikations-Schnittstelle kann so eingerichtet werden, dass sie mit jeder geeigneten Technik zur Steuerung von Informationssignalen unter Verwendung eines gewünschten Satzes von Kommunikationsprotokollen, Diensten oder Betriebsverfahren betrieben werden kann. Die Kommunikations-Schnittstelle kann die geeigneten physischen Anschlüsse aufweisen, um eine Verbindung mit einem entsprechenden Kommunikationsmedium herzustellen. Bei einigen Ausführungsformen kann diese Kommunikations-Schnittstelle von einem Controller Area Network (CAN)-Bus getrennt sein. Beispielsweise kann die Kommunikations-Schnittstelle die drahtlose Kommunikation innerhalb des lokalen Sensorsystems 104 erleichtern (z.B. zwischen den Sensorplattformen 106 und dem lokalen Smart-Wheel-Server 108). Auf eine solche Kommunikations-Schnittstelle wird weiter unten ausführlicher eingegangen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Sensorplattform 106 so ausgebildet sein, dass sie mit dem Remote-Netzwerk 120 kommuniziert. Zum Beispiel kann die Sensorplattform 106 Sensordaten, die von der Sensorplattform 106 produziert werden, über das Remote-Netzwerk 120 an die Remote-Server 122, die Remote-Datenspeicher 124, die Remote-Benutzer-Endgeräte 126 und/oder den Remote-Satelliten 128 kommunizieren. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensorplattform 106 direkt mit dem Remote-Netzwerk 120, dem Remote-Satelliten 128, dem Benutzer-Endgerät 112 und/oder dem Remote-Benutzer-Endgerät 126 kommunizieren. Zum Beispiel kann die Sensorplattform 106 Kommunikationsschnittstellen aufweisen (weiter unten besprochen), die ausgebildet sein können, um direkt mit dem Remote-Netzwerk 120, dem Remote-Satelliten 128, dem Benutzer-Endgerät 112 und/oder dem Remote-Benutzer-Endgerät 126 in einer Weise zu kommunizieren, die den lokalen Server 108 umgeht.
  • Bei anderen Ausführungsformen kann die Sensorplattform 106 indirekt mit dem Remote-Netzwerk 120, dem Remote-Satelliten 128, dem Benutzer-Endgerät 112 und/oder dem Remote-Benutzer-Endgerät 126 kommunizieren. Zum Beispiel kann die Sensorplattform 106 Kommunikationsschnittstellen (weiter unten besprochen) aufweisen, die so ausgebildet sein können, dass sie indirekt mit dem Remote-Netzwerk 120, dem Remote-Satelliten 128, dem Benutzer-Endgerät 112 und/oder dem Remote-Benutzer-Endgerät 126 über den lokalen Server 108 kommuniziert (z.B. wenn die Kommunikation über den lokalen Server 108 als Zwischenstelle geleitet wird). Bei einigen Ausführungsformen kann die Sensorplattform 106 direkt mit dem Benutzer-Endgerät 112 (z.B. einem Smartphone) kommunizieren, das dann direkt oder indirekt mit dem lokalen Server 108, dem Remote-Netzwerk 120, dem Remote-Satelliten 128, dem Remote-Benutzer-Endgerät 126 und/oder dem Remote-Satelliten 128 kommunizieren kann. Bei weiteren Ausführungsformen können das Rad 102 (z.B. als Antenne dienend) und/oder die Sensorplattform 106 eine direkte Kommunikationsverbindung mit dem entfernten Benutzer-Endgerät 126 oder dem Remote-Satelliten 128 haben (z.B. für Zwecke des Internetzugangs und/oder GPS-Anwendungen).
  • Die direkte oder indirekte Kommunikation von der Sensorplattform 106 zum Remote-Server 122 kann Sensordaten aufweisen, die von der Sensorplattform zur Analyse durch den Remote-Server 122 gesammelt wurden. Diese Sensordaten können vom Remote-Server 122 analysiert werden, um eine Aktion zu bestimmen, die vom lokalen Server 108 durchgeführt werden kann. Zum Beispiel können diese Sensordaten (z.B. von einem piezoelektrischen Wandler erzeugte Spannungswerte), wie weiter unten im Detail besprochen wird, zur Bestimmung eines Parameterwertes (z.B. eines Wertes eines Parameters wie einer Betriebstemperatur und/oder der Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs) verwendet werden. Dann können bestimmte Aktionen auf der Grundlage des Zustands des Parameterwerts durchgeführt werden, z.B. als Reaktion darauf, dass der Parameterwert bestimmte Schwellenwerte erreicht (z.B. für eine Warnung oder Benachrichtigung, die über eine Benutzerschnittstelle dargestellt wird). Diese Bestimmung eines Parameterwertes kann auf dem Remote-Server durchgeführt werden, und dann werden die Parameterwerte an den lokalen Server 108 kommuniziert, um die durchzuführende Aktion auf der Grundlage des Zustands des Parameterwertes zu bestimmen. Bei anderen Ausführungsformen kann diese Bestimmung eines Parameterwertes und die Bestimmung der sich daraus ergebenden Aktion vom Remote-Server durchgeführt werden. Dann kann der Remote-Server dem lokalen Server einen Hinweis auf die auszuführende Aktion zur Implementierung mitteilen (z.B. als Anweisung an den lokalen Server zur Implementierung). Obwohl einige Ausführungsformen beschreiben, dass Sensordaten zur Verarbeitung an einen Remote-Server kommuniziert werden, können Sensordaten je nach Wunsch für verschiedene Anwendungen bei verschiedenen Ausführungsformen auf andere Art und Weise verarbeitet werden. Zum Beispiel können die Sensordaten lokal auf dem lokalen Server 108 verarbeitet werden, mit oder ohne zusätzliche Eingaben, die vom Remote-Server 122, vom Remote-Benutzer-Endgerät und/oder vom Remote-Satelliten 128 bereitgestellt werden, wie weiter unten besprochen wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann sich jede der Sensorplattformen und die zugehörigen piezoelektrischen Wandler in regelmäßigen Abständen entlang des Smart-Wheel befinden (z.B. in 120-Grad-Abständen über das Smart-Wheel verteilt. Daher können diese regelmäßig beabstandeten piezoelektrischen Wandler Spannungswerte erzeugen, die zur Ableitung einer Temperatur an der Stelle der regelmäßig beabstandeten piezoelektrischen Wandler (z.B. an regelmäßigen Stellen entlang des Smart-Wheel) verwendet werden können. Zum Beispiel können diese regelmäßig beabstandeten piezoelektrischen Wandler Spannungswerte als Sensordaten erzeugen, die zur Bestimmung eines normierten oder durchschnittlichen Temperaturwertes für das Smart-Wheel an der Wulstregion, in der die regelmäßig beabstandeten piezoelektrischen Wandler sitzen (z.B. an einer Region, die einen flexiblen Reifen und eine starre Felge kontaktiert), verwendet werden können.
  • 2 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Computervorrichtung 200, entsprechend verschiedener Ausführungsformen. Wie bereits erwähnt, kann die Computervorrichtung 200 beispielhafte Komponenten eines bestimmten lokalen Smart-Wheel-Servers 108, eines lokalen Benutzer-Endgeräts 112, eines Remote-Servers 122, eines Remote-Benutzer-Endgeräts 126, einer Sensorplattform 106 oder eines Remote-Satelliten 128 darstellen, wie oben in Verbindung mit 1 besprochen. Um auf 2 zurückzukommen: Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Computervorrichtung 200 eine Hardware-Einheit 225 und Software 226. Die Software 226 kann auf der Hardware-Einheit 225 (z.B. der Verarbeitungs-Hardware-Einheit) laufen, so dass verschiedene Anwendungen oder Programme mit Hilfe der Software 226 auf der Hardware-Einheit 225 ausgeführt werden können. Bei einigen Ausführungsformen können die Funktionen der Software 226 direkt in der Hardware-Einheit 225 implementiert werden (z.B. als Systemon-a-Chip, Firmware, Field-Programmable Gate Array („FPGA“) usw.). Bei einigen Ausführungsformen enthält die Hardware-Einheit 225 einen oder mehrere Prozessoren, wie z.B. Prozessor 230. Bei einigen Ausführungsformen ist der Prozessor 230 eine Einheit oder ein „Kern“ auf einem Mikroprozessor-Chip. Bei einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 230 eine Verarbeitungseinheit aufweisen, wie z.B., ohne Einschränkung, eine integrierte Schaltung („IC“), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), einen digitalen Signalprozessor (DSP), einen Prozessor mit angeschlossener Unterstützung (ASP), einen Mikrocomputer, eine programmierbare logische Steuerung („PLC“) und/oder jede andere programmierbare Schaltung. Alternativ kann der Prozessor 230 mehrere Verarbeitungseinheiten (z.B. in einer Mehrkernkonfiguration) aufweisen. Die obigen Beispiele sind nur beispielhaft und sollen daher in keiner Weise die Definition und/oder Bedeutung des Begriffs „Prozessor“ einschränken. Die Hardware-Einheit 225 umfasst auch einen Systemspeicher 232, der über einen Systembus 234 mit dem Prozessor 230 gekoppelt ist. Der Speicher 232 kann ein allgemeiner flüchtiger RAM-Speicher sein. Zum Beispiel kann die Hardware-Einheit 225 einen 32-Bit-Mikrocomputer mit 2 Mbit ROM und 64 Kbit RAM und/oder eine Anzahl von GB RAM aufweisen. Bei Speicher 232 kann es sich auch um ein ROM, eine Netzwerkschnittstelle (NIC) und/oder andere Geräte handeln.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der Systembus 234 jede der verschiedenen Systemkomponenten miteinander koppeln. Es ist zu beachten, dass der Begriff „Kopplung“, wie er hier verwendet wird, nicht auf eine direkte mechanische, kommunikative und/oder elektrische Verbindung zwischen Komponenten beschränkt ist, sondern auch eine indirekte mechanische, kommunikative und/oder elektrische Verbindung zwischen zwei oder mehr Komponenten oder eine Kopplung, die über Zwischenelemente oder Zwischenräume funktioniert, umfassen kann. Bei dem Systembus 234 kann es sich um eine von mehreren Arten von Busstruktur(en) handeln, einschließlich eines Speicherbusses oder Speichercontrollers, eines Peripheriebusses oder externen Busses und/oder eines lokalen Busses unter Verwendung einer Vielzahl von verfügbaren Busarchitekturen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf 9-Bit-Bus, Industrial Standard Architecture (ISA), Mikrokanal-Architektur (MSA), Extended ISA (EISA), Intelligente Treiberelektronik (IDE), VESA Local Bus (VLB), Peripheral Component Interconnect Card International Association Bus (PCMCIA), Small Computers Interface (SCSI) oder andere proprietäre Busse oder jeder kundenspezifische Bus, der für die Anwendung von Computervorrichtungen geeignet ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Computervorrichtung 200 optional auch mindestens eine Medienausgabekomponente oder die Anzeigeschnittstelle 236 zur Verwendung bei der Präsentation von Informationen für einen Benutzer-Endgerät aufweisen. Die Anzeigeschnittstelle 236 kann eine beliebige Komponente sein, die in der Lage ist, Informationen an einen Benutzer zu übermitteln, und kann ohne Einschränkung ein (nicht abgebildetes) Anzeigegerät (z.B. eine Flüssigkristallanzeige („LCD“), eine Anzeige mit organischen Leuchtdioden („OLED“) oder ein Audio-Ausgabegerät (z.B. einen Lautsprecher oder Kopfhörer) umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Computervorrichtung 200 mindestens ein Desktop ausgeben, wie z.B. das Desktop 240. Das Desktop 240 kann eine interaktive Benutzerumgebung sein, die durch ein Betriebssystem und/oder Anwendungen, die innerhalb der Computervorrichtung 200 laufen, bereitgestellt wird und mindestens einen Bildschirm oder ein Anzeigebild aufweisen kann, wie z.B. das Anzeigebild 242. Das Desktop 240 kann auch Eingaben von einem Benutzer in Form von Geräteeingaben, wie Tastatur- und Mauseingaben, akzeptieren. Bei einigen Ausführungsformen kann das Desktop 240 auch simulierte Eingaben akzeptieren, wie z.B. simulierte Tastatur- und Mauseingaben. Zusätzlich zur Benutzereingabe und/oder -ausgabe kann das Desktop 240 Gerätedaten senden und empfangen, wie z.B. Eingabe und/oder Ausgabe für ein FLASH-Speichergerät lokal beim Benutzer oder an einen lokalen Drucker.
  • Bei einigen Ausführungsformen enthält die Computervorrichtung 200 eine Eingabe oder eine Benutzerschnittstelle 250 zum Empfang von Benutzereingaben. Die Benutzerschnittstelle 250 kann z.B. eine Tastatur, ein Zeigegerät, eine Maus, einen Stift, ein berührungsempfindliches Bedienfeld (z.B. ein Touchpad oder einen Touchscreen), einen Positionsdetektor und/oder ein Audio-Eingabegerät umfassen. Eine einzelne Komponente, wie z.B. ein Berührungsbildschirm, kann sowohl als Ausgabegerät der Medienausgabekomponente als auch als Eingabeschnittstelle fungieren. Bei einigen Ausführungsformen können mobile Geräte, wie z.B. Tablets, verwendet werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Computervorrichtung 200 eine Datenbank 260 als Datenspeicher im Speicher 232 aufweisen, so dass verschiedene Informationen in der Datenbank 260 gespeichert werden können. Alternativ kann bei einigen Ausführungsformen die Datenbank 260 in einem Remote-Server (nicht abgebildet) mit Dateifreigabefunktionen vorhanden sein, so dass auf die Datenbank 260 von der Computervorrichtung 200 und/oder von entfernten Endgeräten zugegriffen werden kann. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl von computerausführbaren Anweisungen im Speicher 232 gespeichert werden, wie z.B. ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien 270 (nur eines davon ist in 2 dargestellt). Das computerlesbare Speichermedium 270 umfasst nicht-flüchtige Medien und kann flüchtige und nicht-flüchtige, entfernbare und nicht-entfernbare Medien umfassen, die in beliebigen Verfahren oder Technologien zur Speicherung von Informationen wie computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten implementiert sind. Die Anweisungen können vom Prozessor 230 ausgeführt werden, um verschiedene hier beschriebene Funktionen auszuführen.
  • Im Beispiel von 2 kann die Computervorrichtung 200 ein Kommunikationsgerät, ein Speichergerät oder jedes andere Gerät sein, das in der Lage ist, eine Software-Komponente auszuführen. Für nicht einschränkende Beispiele kann die Computervorrichtung 200 ein lokaler Smart-Wheel-Server, ein lokales Benutzer-Endgerät, ein Remote-Server, ein Remote-Benutzergerät, eine Sensorplattform, ein Remote-Satellit, ein Smartphone, ein Laptop, ein Desktop-PC, ein Tablet, ein Google™ Android™ Gerät, ein iPhone®, ein iPad® und ein sprachgesteuerter Lautsprecher oder Controller sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Die Computervorrichtung 200 verfügt über eine Kommunikations-Schnittstelle 280, die es den Computervorrichtungen ermöglicht, miteinander, mit dem Benutzer und anderen Geräten über ein oder mehrere Kommunikationsnetzwerke zu kommunizieren, die bestimmten Kommunikationsprotokollen wie TCP/IP, http, https, ftp und sftp folgen. Dabei können die Kommunikationsnetzwerke das Internet, ein Intranet, ein Wide Area Network (WAN), ein Local Area Network (LAN), ein drahtloses Netzwerk, Bluetooth, WiFi und ein mobiles Kommunikationsnetzwerk (z.B. 4G-LTE und/oder 5G-Netzwerke) sein, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Kommunikations-Schnittstelle 280 jede geeignete Hardware, Software oder Kombination von Hardware und Software aufweisen, die in der Lage ist, die Computervorrichtung 200 mit einem oder mehreren Netzwerken und/oder zusätzlichen Geräten zu koppeln. Die Kommunikations-Schnittstelle 280 kann so ausgelegt sein, dass sie mit jeder geeigneten Technik zur Steuerung von Informationssignalen unter Verwendung eines gewünschten Satzes von Kommunikationsprotokollen, Diensten oder Betriebsverfahren betrieben werden kann. Die Kommunikations-Schnittstelle 280 kann die geeigneten physischen Anschlüsse aufweisen, um eine Verbindung mit einem entsprechenden Kommunikationsmedium herzustellen, sei es leitungsgebunden oder drahtlos.
  • Ein Netzwerk kann als Kommunikationsmittel verwendet werden. In verschiedener Hinsicht kann das Netzwerk sowohl lokale Netzwerke (LAN) als auch Weitbereichsnetzwerke (WAN) aufweisen, einschließlich, ohne Einschränkung, des Internets, leitungsgebundener Kanäle, drahtloser Kanäle, Kommunikationsgeräte einschließlich Telefone, Computer, Draht, Funk, optischer oder anderer elektromagnetischer Kanäle und Kombinationen davon, einschließlich anderer Geräte und/oder Komponenten, die in der Lage sind, Daten zu übertragen bzw. damit verbunden sind. Die Kommunikationsumgebungen weisen z.B. In-Körper-Kommunikation, verschiedene Vorrichtungen und verschiedene Arten der Kommunikation auf, wie z.B. drahtlose Kommunikation, leitungsgebundene Kommunikation und Kombinationen davon.
  • Drahtlose Kommunikationsmodi weisen jede Art der Kommunikation zwischen Punkten (z.B. Knoten) auf, die zumindest teilweise drahtlose Technologie verwenden, einschließlich verschiedener Protokolle und Kombinationen von Protokollen, die mit drahtloser Übertragung, Daten und Geräten verbunden sind. Die Punkte weisen z.B. drahtlose Geräte wie drahtlose Headsets, Audio- und Multimediageräte und - ausrüstungen wie Audioplayer und Multimediaplayer, Telefone, einschließlich Mobiltelefone und schnurlose Telefone, sowie Computer und computerbezogene Geräte und Komponenten wie Drucker, an das Netzwerk angeschlossene Maschinen und/oder andere geeignete Geräte oder Geräte Dritter auf.
  • Leitungsgebundene Kommunikationsmodi weisen jede Art der Kommunikation zwischen Punkten auf, die leitungsgebundene Technologie verwenden, einschließlich verschiedener Protokolle und Kombinationen von Protokollen, die mit leitungsgebundener Übertragung, Daten und Geräten verbunden sind. Die Punkte weisen z.B. Geräte wie Audio- und Multimediageräte und -ausrüstungen wie Audio- und Multimediaplayer, Telefone, einschließlich Mobiltelefone und schnurlose Telefone, sowie Computer und computerbezogene Geräte und Komponenten wie Drucker, netzwerkverbundene Maschinen und/oder jedes andere geeignete Gerät oder Gerät Dritter auf. In verschiedenen Implementierungen können die leitungsgebundenen Kommunikationsmodule in Übereinstimmung mit einer Reihe von leitungsgebundenen Protokollen, einschließlich Glasfaser-Kommunikationsprotokollen, kommunizieren. Beispiele für leitungsgebundene Protokolle können USB-Kommunikation (Universal Serial Bus), serielle RS-232-, RS-422-, RS-423-, RS-485-Protokolle, FireWire, Ethernet, Fibre Channel, MIDI, ATA, Serial ATA, PCI Express, T-1 (und Varianten), parallele ISA-Kommunikation (Industry Standard Architecture), SCSI-Kommunikation (Small Computer System Interface) oder PCI-Kommunikation (Peripheral Component Interconnect) aufweisen, um nur einige Beispiele zu nennen.
  • Dementsprechend kann die Kommunikationsschnittstelle 280 bei verschiedenen Aspekten eine oder mehrere Schnittstellen aufweisen, wie z.B. eine drahtlose Kommunikations-Schnittstelle, eine leitungsgebundene Kommunikations-Schnittstelle, eine NetzwerkSchnittstelle, eine Sende-Schnittstelle, eine Empfangs-Schnittstelle, eine Medien-Schnittstelle, eine System-Schnittstelle, eine Komponenten-Schnittstelle, eine Vermittlungs-Schnittstelle, eine Chip-Schnittstelle, einen Controller und so weiter. Wenn die Kommunikationsschnittstelle 280 beispielsweise durch ein drahtloses Gerät oder innerhalb eines drahtlosen Systems implementiert wird, kann sie eine drahtlose Schnittstelle aufweisen, die eine oder mehrere Antennen, Sender, Empfänger, Transceiver, Verstärker, Filter, Steuerlogik usw. aufweist (z.B. einschließlich).
  • Bei verschiedenen Aspekten kann die Kommunikations-Schnittstelle 280 Datenkommunikationsfunktionen in Übereinstimmung mit einer Reihe von Kommunikationsprotokollen bereitstellen. Beispiele für Protokolle können verschiedene WLAN-Protokolle (Wireless Local Area Network) aufweisen, einschließlich der 802.xx-Protokollreihe des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), wie z.B. IEEE 802.11 a/b/g/n, IEEE 802.16, IEEE 802.20 usw. Andere Beispiele für drahtlose Protokolle können verschiedene WWAN-Protokolle (Wireless Wide Area Network) aufweisen, wie z.B. GSM-Mobilfunksystemprotokolle mit GPRS, CDMA-Mobilfunkkommunikationssysteme mit 1xRTT, EDGE-Systeme, EV-DO-Systeme, EV-DV-Systeme, HSDPA-Systeme, 4G-LTE, 5G und so weiter. Weitere Beispiele für drahtlose Protokolle können drahtlose Personal Area Network (PAN)-Protokolle aufweisen, wie z.B. ein Infrarot-Protokoll, ein Protokoll aus der Reihe der Bluetooth Special Interest Group (SIG)-Protokolle, einschließlich der Bluetooth-Spezifikationsversionen v1.0, v1.1, v1.2, v2.0, v2.0 mit Enhanced Data Rate (EDR), sowie ein oder mehrere Bluetooth-Profile usw. Ein weiteres Beispiel für drahtlose Protokolle kann Nahfeld-Kommunikationstechniken und -Protokolle aufweisen, wie z.B. Techniken der elektromagnetischen Induktion (EMI). Ein Beispiel für EMI-Techniken kann passive oder aktive RFID-Protokolle und -Geräte (Radio Frequency Identification) aufweisen. Andere geeignete Protokolle können Ultra Wide Band (UWB), Digital Office (DO), Digital Home, Trusted Platform Module (TPM), ZigBee und so weiter aufweisen.
  • 3A ist eine perspektivische Darstellung eines Smart-Wheel 300 entsprechend verschiedener Ausführungsformen. Das Smart-Wheel 300 kann mindestens eine Sensorplattform 302 aufweisen. Jede Sensorplattform 302 kann ein zentrales Gehäuse 304 und einen piezoelektrischen Wandler 306 aufweisen. Wie weiter unten diskutiert wird, kann jede Sensorplattform von einer drehbaren Komponente 308 des Smart-Wheel 300 getragen (z.B. entlang dieser positioniert) werden. Die drehbare Komponente 308 kann z.B. eine Felge des Smart-Wheel 300 umfassen, in der ein Umfang der drehbaren Komponente 308 begrenzt ist. Obwohl jede Sensorplattform 302 bei einigen Ausführungsformen ein einzelnes Zentralgehäuse 304 und einen einzelnen piezoelektrischen Wandler 306 aufweisen kann, kann eine beliebige Anzahl von zentralen Gehäusen und piezoelektrischen Wandlern in einer Sensorplattform nach Wunsch für verschiedene Anwendungen in verschiedenen Ausführungsformen implementiert werden. Andere Ausführungsformen können z.B. mehrere zentrale Gehäuse für jeden piezoelektrischen Wandler und weitere Ausführungsformen können mehrere piezoelektrische Wandler für jedes zentrale Gehäuse umfassen. Obwohl einige Ausführungsformen das zentrale Gehäuse 304 als direkt auf einer Felge 308A des Smart-Wheel 300 angeordnet beschreiben (z.B. auf der Felge der drehbaren Komponente 308 des Smart-Wheel 300), kann das zentrale Gehäuse auch in anderen Teilen eines Smart-Wheel 300 angeordnet sein, wie es für verschiedene Anwendungen in verschiedenen Ausführungsformen gewünscht wird. Zum Beispiel kann das zentrale Gehäuse (und die Bestandteile des zentralen Gehäuses) näher am Zentrum der drehbaren Komponente 308 angeordnet sein, wie z.B. entlang der Speichen 308B der drehbaren Komponente 308 oder um das Zentrum 308C (z.B. in der Nähe einer Kappe) der drehbaren Komponente 308 bei bestimmten Ausführungsformen.
  • Der piezoelektrische Wandler 306 kann entlang der drehbaren Komponente 308 (z. B. einer Felge) des Smart-Wheel 300 in einer Weise positioniert werden, die dafür ausgebildet ist, dass er eine kinetische Energie als Reaktion auf eine Druckkraft auffängt, die auf eine flexible Komponente 310 (z. B. einen pneumatischen oder aufblasbaren Reifen, Schlauch usw.) des Smart-Wheel 300 wirkt, die bei der Drehung der drehbaren Komponente 308 mit einer Straße oder einem Gegenstand in Kontakt kommt. Bei einigen Ausführungsformen können der piezoelektrische Wandler 306 und/oder die Sensorplattform 302 von einer seitlichen Seite eines Fahrzeugs oder Smart-Wheel 300 sichtbar sein (z.B. neben einer seitlichen Seitenwand des Fahrzeugs oder Smart-Wheel 300). Bei anderen Ausführungsformen können der piezoelektrische Wandler 306 und/oder die Sensorplattform 302 jedoch von der seitlichen Seite des Fahrzeugs oder Smart-Wheel 300 nicht sichtbar sein. Die vom piezoelektrischen Wandler 306 erzeugte Spannung kann zur Bestimmung einer Temperatur der flexiblen Komponente 310 und/oder der drehbaren Komponente 308 an der Stelle des piezoelektrischen Wandlers 306 verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann diese Spannung eine Energie darstellen, die auch verschiedene Komponenten der Sensorplattform 302 versorgen kann, wie z.B. verschiedene Sensoren und/oder Kommunikations-Schnittstellen innerhalb des zentralen Gehäuses 304.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der piezoelektrische Wandler 306 an einer Seitenwand der drehbaren Komponente 308 positioniert werden. Zum Beispiel kann der piezoelektrische Wandler 306 zwischen einem Wulstbereich der flexiblen Komponente 310 (z.B. Reifen, Schlauch, Gürtel usw.) und der drehbaren Komponente 308 (z.B. Felge, Rad, Welle usw.) positioniert werden. Dementsprechend kann die flexible Komponente 310 auf der drehbaren Komponente 308 angeordnet werden. Der piezoelektrische Wandler 306 kann eine Spannung erzeugen, die aus einer auf die Wulstfläche der flexiblen Komponente 310 (z.B. Reifen, Schlauch usw.) wirkenden Transportdruckkraft resultiert.
  • 3B ist eine perspektivische Darstellung des Smart-Wheel 300 ohne die flexible Komponente entsprechend verschiedener Ausführungsformen. Wie dargestellt, kann der piezoelektrische Wandler 306 entlang eines Umfangs der drehbaren Komponente 308 positioniert werden. Dementsprechend kann der piezoelektrische Wandler 306 Energie (z.B. Spannung) erzeugen, die aus der Druckkraft eines sich bewegenden Objekts (z.B. eines Fahrzeugs, das auf den Wulstbereich des auf die drehbare Komponente 308 angeordneten Reifens wirkt) resultiert. Bei einigen Ausführungsformen kann die Druckkraft auf eine Belastung (z.B. Beschleunigung, Verzögerung usw.) zurückzuführen sein. Die Höhe der Druckkraft kann auch auf der Temperatur des Smart-Wheel 300 basieren, die am piezoelektrischen Wandler (z.B. an der Seitenwand in direktem Kontakt mit dem piezoelektrischen Wandler 306) auftritt. Bei weiteren Ausführungsformen kann der piezoelektrische Wandler 306 eine kinetische Energie der Beförderung erfassen, die sich als Reaktion auf die Drehung der drehbaren Komponente 308 bewegt. Dementsprechend kann der piezoelektrische Wandler 306 Energie (z.B. Spannung) erzeugen, wenn mechanische Belastung auf den piezoelektrischen Wandler 306 ausgeübt wird.
  • 4 ist eine perspektivische Darstellung des piezoelektrischen Wandlers 306 entsprechend verschiedener Ausführungsformen. Der piezoelektrische Wandler 306 kann entlang eines Umfangs der drehbaren Komponente 308 (z.B. der Felge) positioniert werden. Der piezoelektrische Wandler 306 kann einen Tragabschnitt 402 aufweisen, der die drehbare Komponente 308 kontaktiert. Der Tragabschnitt 402 kann einen piezoelektrischen Wandler tragen. Der piezoelektrische Wandler 306 kann auch einen leitenden Stift 410 (als Phantomdarstellung gezeigt) oder eine andere leitende Leitung (z.B., die flexibel und nicht unbedingt starr sein kann) aufweisen, die den piezoelektrischen Wandler mit einem zentralen Gehäuse verbinden kann (weiter unten besprochen). Dieser leitende Stift 410 kann mit dem piezoelektrischen Material verbunden werden, um das vom piezoelektrischen Material erzeugte elektrische Potential auf das zentrale Gehäuse zu übertragen. Dementsprechend kann der leitende Stift 410 ein leitendes Material aufweisen, um die durch das piezoelektrische Material erzeugte Energie auf das zentrale Gehäuse zu übertragen.
  • 5A zeigt eine perspektivische Darstellung des zentralen Gehäuses 304 mit einem leitenden Stift 410 entsprechend verschiedener Ausführungsformen. Das zentrale Gehäuse 304 kann ein gekrümmtes Merkmal 502 aufweisen, um das zentrale Gehäuse 304 an eine Krümmung der drehbaren Komponente anzupassen. Das zentrale Gehäuse 304 kann einen Deckel 504 aufweisen, der abnehmbar an einem Hauptabschnitt 506 des zentralen Gehäuses 304 befestigt werden kann. Zum Beispiel kann der Deckel 504 abnehmbar am Hauptabschnitt 506 des zentralen Gehäuses 304 mittels Schrauben, einer Verriegelung oder einer anderen Art von abnehmbarer Befestigungsvorrichtung befestigt werden, die den Deckel 504 am Hauptabschnitt 506 befestigt. Der Hauptabschnitt 506 kann auch eine Dichtung 508 aufweisen, um das Eindringen unerwünschter Partikel (z.B. Wasser, Schnee, Salz, Schmutz oder andere Umgebungspartikel) zu verhindern.
  • 5B zeigt eine perspektivische Darstellung einer Sensor-Integrator-Plattform 510 innerhalb des zentralen Gehäuses 304 entsprechend verschiedener Ausführungsformen. Die Sensor-Integrator-Plattform 510 kann verschiedene Sensoren 512 (z.B. physikalisch von der Struktur des piezoelektrischen Wandlers getrennte Sensor-Komponenten) zusammen mit Funktionsmodulen wie z.B. einer Batterie 514 oder einem anderen Energiespeichermedium, das ausgebildet ist, um die vom piezoelektrischen Wandler erzeugte Energie zu speichern, wie sie über den leitenden Pin 410 empfangen wird, in das Zentralgehäuse 304 integrieren. Bei einigen Ausführungsformen kann die Sensor-Integrator-Plattform 510 einen Systembus (z.B. ein leitendes Element einer Leiterplatte) aufweisen, der die verschiedenen Abschnitte der Sensor-Integrator-Plattform 510 miteinander verbindet.
  • Darüber hinaus kann die Sensor-Integrator-Plattform weitere Funktionsmodule aufweisen, wie z.B. eine Kommunikations-Schnittstelle 516 zur Kommunikation der von den verschiedenen Sensoren der Sensor-Integrator-Plattform 510 erfassten Sensordaten an einen lokalen Server des Smart-Wheel. Diese Kommunikationsschnittstelle kann z.B. eine Kommunikationsschnittstelle für den Daten-Offload (z.B. über Millimeter- und/oder Gigahertz-Wellenlängen-Kommunikation) zu einem lokalen Smart-Wheel-Server, zu anderen Fahrzeugen, einer Infrastruktur (z.B. einem Remote-Netzwerk) und/oder Benutzer-Endgeräten umfassen. Als weiteres Beispiel kann diese Kommunikations-Schnittstelle die drahtlose Kommunikation erleichtern, z.B. über Bluetooth, Funkfrequenz, Radiowelle, Ultraschall und/oder jede andere Art von Kommunikationsprotokoll oder - medium. Diese Kommunikations-Schnittstelle kann so ausgebildet sein, dass sie z.B. mit bordeigenen elektronischen Steuereinheiten (ECUs) und/oder fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) in einem Fahrzeug kommuniziert. Zusätzlich kann die Sensor-Integrator-Plattform 510 optional einen Prozessor 518 oder eine andere Schaltung aufweisen, um die Erfassung, Kommunikation und/oder Analyse von Sensordaten zu erleichtern, die von den einzelnen Sensoren der Sensor-Integrator-Plattform 510 erzeugt werden.
  • Der Sensor 516 kann einen oder mehrere von verschiedenen Sensortypen aufweisen, die entsprechend verschiedener Ausführungsformen in die Sensor-Integrator-Plattform 510 integriert werden können. Zum Beispiel kann der Sensor 516 einen Spannungssensor aufweisen, der einen Betrag des elektrischen Potentials (z.B. Spannung) erfassen kann, der vom piezoelektrischen Wandler 306 erzeugt wird. Dieser Spannungssensor kann so konfiguriert werden, dass er den Betrag des elektrischen Potentials misst, das durch den piezoelektrischen Wandler 306 zur Bestimmung einer Temperatur an einer flexiblen Komponente (z.B. einem Reifen) des Smart-Wheel erzeugt wird. Bei einigen Ausführungsformen kann der Spannungssensor auch so konfiguriert werden, dass er die Sensoren und/oder Funktionsmodule der Sensor-Integrator-Plattform 510 aufweckt oder anderweitig aktiviert, wenn eine ausreichende Menge an elektrischem Potential durch den piezoelektrischen Wandler 306 erzeugt wird. Zur Vereinfachung der Diskussion kann der Spannungssensor in verschiedenen Ausführungsformen den piezoelektrischen Wandler aufweisen, so dass der Spannungssensor so konfiguriert ist, dass er einen Spannungswert oder -pegel bestimmt, der vom piezoelektrischen Wandler zur Temperaturbestimmung erzeugt wird. Bei weiteren Ausführungsformen kann der Spannungssensor den piezoelektrischen Wandler aufweisen und so konfiguriert sein, dass er verschiedene Sensoren und/oder Funktionsmodule der Sensor-Integrator-Plattform von einem Zustand mit geringer Leistung oder inaktivem Zustand in einen eingeschalteten oder aktiven Zustand überführt, wobei der piezoelektrische Wandler als Reaktion auf mechanische Verformung bei bestimmten Temperaturen mehr als einen Schwellenwert an Energie erzeugt. Bei einigen Ausführungsformen kann das vom Spannungssensor erfasste elektrische Potential (z.B. Spannung) in einer Batterie für den Standby-Betrieb gespeichert werden, wenn der piezoelektrische Wandler keine Energie erzeugt (z.B. wenn keine mechanische Belastung auf den piezoelektrischen Wandler ausgeübt wird).
  • Bei besonderen Ausführungsformen kann der Sensor 516 einen Höhensensor aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er barometrische Drucksensordaten erzeugt. Bei einigen Ausführungsformen ist der Höhensensor so konfiguriert, dass er auch eine Durchbiegung einer inneren Reifenoberfläche aufgrund von Fahrzeuglasten oder einer Aufstandsfläche misst. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Abstandsmesssensor in den unter Druck stehenden Teil eines Reifens eingesetzt werden. Wenn sich der Reifen dreht, ändert sich der Abstand des Reifens relativ zur zentral drehenden Felge. Diese periodische Abstandsänderung wird durch den Höhensensor erfasst. Dementsprechend kann dieser Höhensensor ein barometrischer Sensor oder ein barometrischer Luftdrucksensor sein, der den atmosphärischen Druck messen kann, der eine Höhelage oder Höhe anzeigen kann. Die Daten dieses barometrischen Drucksensors können beispielsweise verwendet werden, um die Höhe eines Smart-Wheel von einem Referenzpunkt wie einer Straße und/oder relativ zu anderen Smart-Wheels eines Fahrzeugs zu bestimmen. Dies kann die Bestimmung des Überrollrisikos oder eines platten Reifens ermöglichen. Wie bereits erwähnt, können sich die Höhensensoren an einem Smart-Wheel auf einem drehbaren Teil eines Rades und somit nicht auf dem Fahrgestell eines Fahrzeugs befinden. Daher können solche Höhensensoren möglicherweise barometrische Drucksensordaten darüber liefern, welche Seite (z.B. welches Smart-Wheel) einen Überschlag ausgelöst hat (z.B. wenn solche barometrischen Drucksensordaten kontinuierlich oder halbkontinuierlich erzeugt und aufgezeichnet werden). Darüber hinaus können Straßenbedingungen, wie z.B. Schlaglöcher, durch die von einem Smart-Wheel erzeugten barometrischen Sensordaten genauer erfasst werden als durch Sensordaten, die von einem statischen Teil des Fahrgestells eines Fahrzeugs erzeugt werden.
  • Bei weiteren Ausführungsformen kann der Sensor 516 einen akustischen Sensor aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er akustische Sensordaten erzeugt. Dementsprechend kann dieser akustische Sensor jede Art von Akustik-, Schall- oder Schwingungssensor sein, wie z.B. ein Geophon, ein Mikrofon, ein Seismometer und ein Schallortungsgerät und Ähnliches. Die Daten des akustischen Sensors können für die Audiomustererkennung verwendet werden, z.B. zur Erfassung einer Tonsignatur einer Bremse oder eines Rotors einer drehbaren Komponente (z.B. eines Rades). Dies kann zur Vorhersage eines Fahrzeugwartungsplans und/oder zur Erzeugung von Leistungsoptimierungsdaten verwendet werden. Genauer gesagt können die Daten des akustischen Sensors analysiert werden, um eindeutige Signaturen für verschiedene Brems- und Verschleißbedingungen zu identifizieren und/oder auf eindeutige Signaturen zu überwachen.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Sensor 516 einen Bildsensor aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er Bildsensordaten aus variabler Wellendämpfung erzeugt. Beispiele für Bildsensoren sind ladungsgekoppelte Halbleiterbauelemente (CCD) oder aktive Pixelsensoren in komplementären Metalloxid-Halbleiter- (CMOS) oder N-Typ-Metalloxid-Halbleiter- (NMOS) Technologien. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eine Sensorplattform, die einen Bildsensor enthält, eine Linse oder ein anderes transparentes Medium aufweisen, auf dem die Lichtwellen von außerhalb des zentralen Gehäuses 304 auf den Bildsensor fokussiert werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann dieser Bildsensor genauer gesagt ein Laufzeitsensor zur Erfassung von Laufzeitdaten sein, die eine Laufzeit (TOF) charakterisieren können. Dieser Laufzeitsensor kann z.B. ein Ultraschall-TOF-Sensor sein, der so konfiguriert ist, dass er Ultraschall-TOF-Sensordaten erfasst. Als ein spezifischeres Beispiel kann ein Bildsensor als eine Kamera zur Bestimmung der Sichtbarkeit der Reifenprofiltiefe zur Beurteilung der Reifenleistung und Optimierung dienen. Ein solcher Bildsensor, der Bilddaten erfasst, die eine Reifenprofiltiefe charakterisieren, kann auch so positioniert werden, dass Bilddaten einer Reifenlauffläche erfasst werden können (z.B. indem ein solcher Bildsensor Bilddaten erfasst, die eine Profiltiefe eines Smart-Wheel charakterisieren, auf dem sich der Bildsensor befindet, oder eines Reifens, auf dem sich der Bildsensor nicht befindet). Als weiteres spezifisches Beispiel kann ein Bildsensor einen Infrarot-Bildsensor zur Authentifizierung oder Identifizierung aufweisen. Dieser Infrarotsensor kann z.B. verwendet werden, um nach Merkmalen einer lokalen Umgebung oder eines lokalen Objekts (z.B. einer Person, die sich einem Fahrzeug nähert) zur Authentifizierung zu suchen.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Sensor 516 einen Gassensor aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er Gassensordaten erzeugt. Bei diesem Gassensor kann es sich um einen beliebigen Sensortyp zur Überwachung und Charakterisierung einer gasförmigen Atmosphäre handeln. So kann der Gassensor zum Beispiel einen elektrochemischen Gassensor, einen katalytischen Perlgassensor (catalytic bead gas sensor), einen Photoionisationsgassensor, einen Infrarot-Punktgassensor, einen thermographischen Gassensor, einen Halbleitergassensor, einen Ultraschallgassensor, einen holographischen Gassensor und dergleichen verwenden. Diese Gassensoren können z.B. bestimmte Arten von Gasen erkennen, wie Abgase, explosive Gase (z.B. zur Erkennung von Batterieausfällen), Luftfeuchtigkeit, Luftqualität, Partikel, einen pH-Wert und Ähnliches.
  • Insbesondere kann der Sensor 516 einen Magnetsensor aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er magnetische Sensordaten erzeugt. Dieser Magnetsensor kann z.B. ein Magnetometer sein, das den Magnetismus für die Navigation mit Hilfe von Magnetfeldkarten misst (z.B. innerhalb eines Gebäudes oder in einer geschlossenen Umgebung).
  • Bei weiteren Ausführungsformen kann der Sensor 516 einen Beschleunigungssensor aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er Beschleunigungssensordaten erzeugt, und/oder einen Gyroskopsensor, der so konfiguriert ist, dass er gyroskopische Sensordaten erzeugt. Diese Beschleunigungssensordaten und/oder Gyroskopsensordaten können für die Navigation verwendet werden, z.B. zur Bestimmung eines Beschleunigungsbetrags für die Anwendung von Notbremssystemen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Beschleunigungssensor und/oder Gyroskopsensor Teil eines Trägheitsnavigationssystems (INS) sein, das sich auf einem Smart-Wheel befindet.
  • 6 ist ein Flussdiagramm eines Temperaturerfassungsvorgangs 600, entsprechend verschiedener Ausführungsformen. Der Prozess 600 kann an einem Smart-Wheel-Sensorsystem aus mehreren Sensorplattformen durchgeführt werden, die auf entsprechenden Smart-Wheels angeordnet sind und mit mindestens einem Prozessor kommunizieren (z.B. einem lokalen Smart-Wheel-Server oder einer anderen Computervorrichtung, wie oben vorgestellt). Es wird darauf hingewiesen, dass der Prozess 600 lediglich ein Beispiel ist und nicht dazu dient, die vorliegende Offenlegung einzuschränken. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass zusätzliche Operationen (z.B. Blöcke) vor, während und nach dem Prozess 600 von 6 bereitgestellt werden können, dass bestimmte Operationen ausgelassen werden können, dass bestimmte Operationen gleichzeitig mit anderen Operationen durchgeführt werden können und dass einige andere Operationen hier nur kurz beschrieben sind.
  • Im Block 602 kann eine Starttemperatur bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann diese Starttemperatur durch Abruf aus einem Datenspeicher oder Speicher durch einen Smart-Wheel-Prozessor bestimmt werden. Genauer gesagt kann die Starttemperatur eine Grundtemperatur am piezoelektrischen Wandler sein, die manuell zu einem Zeitpunkt gemessen wird, der mit einer Startspannung verbunden ist (wird weiter unten diskutiert). Diese Starttemperatur kann z.B. aus einer Werks- oder Bedienereinstellung auf der Grundlage einer bestimmten Betriebszeit in einer kontrollierten Umgebung vorgegeben werden. Bei anderen Ausführungsformen kann die Starttemperatur eine Umgebungstemperatur eines Smart-Wheel (z.B. ein Fahrzeug, an dem das Smart-Wheel angeordnet ist) sein, wenn die Startspannung erfasst wird. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann diese Starttemperatur mit Hilfe eines Thermometers, einer Infrarotkamera oder einer anderen Technik zum Ablesen einer Temperatur an einem bestimmten Ort gemessen werden.
  • Im Block 604 kann die Startspannung von dem bei der Starttemperatur arbeitenden Smart-Wheel abgenommen werden. Genauer gesagt kann sich der piezoelektrische Wandler verformen (z.B. mechanisch verformen), um Energie (z.B. die Startspannung) zu erzeugen, die aus der Druckkraft eines sich bewegenden Objekts (z.B. eines Fahrzeugs, das auf den Wulstbereich des Reifens wirkt, der auf dem drehbaren Bauteil angeordnet ist) resultiert, während der piezoelektrische Wandler bei der bekannten Starttemperatur arbeitet. Anders ausgedrückt, der piezoelektrische Wandler kann die kinetische Energie einer Beförderung erfassen, die sich als Reaktion auf die Drehung der drehbaren Komponente bei der Starttemperatur bewegt (z.B. so, dass die Starttemperatur und die Startspannung gleichzeitig erfasst werden). Diese Energie kann in Form eines Wechselstromsignals (AC) vorliegen, das in ein Gleichstromsignal (DC) gleichgerichtet werden kann. Bei einigen Ausführungsformen wird das Wechselstromsignal durch eine im Sensor 516 vorhandene Gleichrichterschaltung oder eine separate Schaltung innerhalb der Sensor-Integrator-Plattform 510 gleichgerichtet.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die vom piezoelektrischen Wandler erzeugte Energie (z.B. die Startspannung) auf eine Sensor-Integrator-Plattform einer Sensorplattform übertragen werden, die den piezoelektrischen Wandler enthält. Wie oben erwähnt, kann diese Energie z.B. durch einen Stift aus leitfähigem Material (z.B. ein leitfähiger Stift) oder eine andere leitfähige Leitung (z.B. eine flexible leitfähige Leitung) übertragen werden, um die Energie vom piezoelektrischen Wandler auf die Sensor-Integrator-Plattform zu übertragen. Die Sensor-Integrator-Plattform kann einen Spannungssensor aufweisen, der einen Betrag (z.B. einen Wert) der vom piezoelektrischen Wandler erzeugten Ausgangsspannung bestimmen kann.
  • Im Block 606 kann eine Betriebsspannung vom Smart-Wheel gesammelt werden, das bei einer unbekannten Betriebstemperatur betrieben wird. Diese Betriebstemperatur ist noch unbekannt, da es sich um eine Betriebstemperatur handelt, die noch auf der Grundlage der Betriebsspannung, der Startspannung und der Starttemperatur bestimmt werden muss. Genauer gesagt kann sich der piezoelektrische Wandler verformen (z.B. mechanisch verformen), um Energie (z.B. die Betriebsspannung) zu erzeugen, die aus der Druckkraft eines sich bewegenden Objekts (z.B. eines Fahrzeugs, das auf den Wulstbereich des Reifens wirkt, der auf das drehbare Bauteil angeordnet ist) resultiert, während der piezoelektrische Wandler bei der unbekannten Betriebstemperatur arbeitet. Wie oben erwähnt, kann der piezoelektrische Wandler die kinetische Energie einer Beförderung erfassen, die sich als Reaktion auf die Drehung der drehbaren Komponente bei der Ausgangstemperatur bewegt. Diese Energie kann in Form eines Wechselstromsignals (AC) vorliegen, das in ein Gleichstromsignal (DC) gleichgerichtet werden kann.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die vom piezoelektrischen Wandler erzeugte Energie (z.B. die Betriebsspannung) auf eine Sensor-Integrator-Plattform einer Sensorplattform übertragen werden, die den piezoelektrischen Wandler enthält. Wie oben erwähnt, kann diese Energie z.B. durch einen Stift aus leitendem Material (z.B. ein leitender Stift) oder eine andere leitende Leitung (z.B. eine flexible leitende Leitung) übertragen werden, um die Energie vom piezoelektrischen Wandler auf die Sensor-Integrator-Plattform zu übertragen. Wie oben erwähnt, kann die Sensor-Integrator-Plattform den Spannungssensor aufweisen, der einen Betrag (z.B. einen Wert) der vom piezoelektrischen Wandler erzeugten Betriebsspannung bestimmen kann.
  • Im Block 608 kann die Betriebstemperatur auf der Grundlage der Starttemperatur, der Startspannung und der Betriebsspannung bestimmt werden. Die Betriebstemperatur kann die Temperatur der flexiblen Komponente (z.B. Reifenseitenwand) in Kontakt mit dem piezoelektrischen Wandler sein, die die Druckkraft auf das piezoelektrische Material des piezoelektrischen Wandlers ausübt, wenn der piezoelektrische Wandler die Betriebsspannung erzeugt. Zum Beispiel kann jeder Parameter von Starttemperatur, Startspannung und Betriebsspannung einen Parameter darstellen, der von mindestens einem Prozessor (z.B. einem lokalen Smart-Wheel-Server oder einer anderen Computervorrichtung, wie oben eingeführt) analysiert wird. Der mindestens eine Prozessor kann die Betriebstemperatur auf der Grundlage der folgenden Beziehung bestimmen: T o = ( V o V s ) T s
    Figure DE102020123060A1_0001
    wobei To die Betriebstemperatur, Vo die Betriebsspannung, Vs die Startspannung und Ts die Starttemperatur ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen können die Starttemperatur, die Startspannung und die Betriebsspannung von den auf einem Smart-Wheel angeordneten Sensorplattformen zur Bestimmung der Betriebstemperatur lokal an einen lokalen Smart-Wheel-Server übermittelt werden. Diese Kommunikation kann über eine Kommunikationsschnittstelle erfolgen. Diese Kommunikationsschnittstelle kann es den Geräten ermöglichen, über ein beliebiges Kommunikationsmedium und Protokoll miteinander zu kommunizieren. Dementsprechend kann die Kommunikationsschnittstelle jede geeignete Hardware, Software oder Kombination aus Hardware und Software aufweisen, die in der Lage ist, die jeweiligen Sensorplattformen mit dem lokalen Smart-Wheel-Server zu koppeln. Die Kommunikationsschnittstelle kann so eingerichtet werden, dass sie mit jeder geeigneten Technik zur Steuerung von Informationssignalen unter Verwendung eines gewünschten Satzes von Kommunikationsprotokollen, Diensten oder Betriebsverfahren arbeitet. Bei einigen Ausführungsformen kann diese Kommunikationsschnittstelle von einem Controller Area Network (CAN)-Bus getrennt sein und somit eine geringere Latenzzeit aufweisen als die Kommunikation über den CAN-Bus.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Smart-Wheel-Prozesses 700, entsprechend verschiedener Ausführungsformen. Der Prozess 700 kann an einem Smart-Wheel-Sensorsystem aus mehreren Sensorplattformen durchgeführt werden, die auf entsprechenden Smart-Wheels angeordnet sind und mit einem lokalen Smart-Wheel-Server kommunizieren, wie oben vorgestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Prozess 700 lediglich ein Beispiel ist und nicht dazu dient, die vorliegende Offenlegung einzuschränken. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass zusätzliche Operationen (z.B. Blöcke) vor, während und nach dem Prozess 700 von 7 bereitgestellt werden können, dass bestimmte Operationen ausgelassen werden können, dass bestimmte Operationen gleichzeitig mit anderen Operationen durchgeführt werden können und dass einige andere Operationen hier nur kurz beschrieben sind.
  • Im Block 702 kann eine Betriebstemperatur auf der Grundlage der Starttemperatur, der Startspannung und der Betriebsspannung bestimmt werden. Diese Betriebstemperatur kann in Übereinstimmung mit dem oben diskutierten Temperaturerfassungsverfahren 600 in 6 bestimmt werden und wird daher hier der Kürze halber nicht wiederholt. Diese Betriebstemperatur kann auch Teil der Daten des Smart-Wheel-Sensorsystems sein (z.B. eine Art von Sensordaten und/oder ein vom Smart-Wheel-Sensorsystem erzeugter und/oder analysierter Parameter).
  • Um zu 7 zurückzukehren, im Block 704 kann ein Parameterwert aus der Gesamtheit der relevanten Daten des Smart-Wheel-Sensorsystems bestimmt werden. Der Unterschied zwischen Sensordaten und einem Parameterwert kann darin bestehen, dass sich der Parameterwert auf einen Wert beziehen kann, der anhand eines Schwellenwerts weiter analysiert werden kann, während Sensordaten Daten sein können, die von einem Sensor ohne einen weiteren Vergleich oder eine weitere Analyse bezogen auf einen Schwellenwert erzeugt werden, wie dies bei einigen Ausführungsformen der Fall ist. Dementsprechend kann eine Betriebstemperatur bei einigen Ausführungsformen ein Parameterwert sein, und bei anderen Ausführungsformen Sensordaten, aus denen ein Parameterwert bestimmt werden kann. Bei Ausführungsformen, bei denen der Parameterwert die Betriebstemperatur ist, kann eine weitere Sammlung von Sensordaten und/oder Analyse nicht erforderlich sein, außer der Feststellung, dass die Betriebstemperatur bestimmt wird und der Parameterwert ist.
  • Wie oben erörtert, kann ein Smart-Wheel ein Rad eines Fahrzeugs sein, das über ein lokales, mit einem Netzwerk verbundenes Sensorsystem mit mindestens einem am Rad selbst angeordneten Sensor verfügt. Das Smart-Wheel-Sensorsystem kann mehrere Arten von Sensoren umfassen, die jeweils so konfiguriert sein können, dass sie verschiedene Arten von Daten des Smart-Wheel-Sensorsystems erfassen, die über eine Betriebstemperatur und/oder die vom piezoelektrischen Wandler zur Temperaturbestimmung erzeugten Spannungsdaten hinausgehen. Beispielsweise kann das Smart-Wheel-Sensorsystem einen oder mehrere der folgenden Typen umfassen:
    • einen Höhensensor, der so konfiguriert ist, dass er barometrische Drucksensordaten erzeugt; einen akustischen Sensor, der so konfiguriert ist, dass er akustische Sensordaten erzeugt; einen Bildsensor, der so konfiguriert ist, dass er Bildsensordaten erzeugt; einen Gassensor, der so konfiguriert ist, dass er Gassensordaten erzeugt; einen magnetischen Sensor, der so konfiguriert ist, dass er magnetische Sensordaten erzeugt; einen Beschleunigungssensor, der so konfiguriert ist, dass er Beschleunigungssensordaten erzeugt; einen Gyroskopsensor, der so konfiguriert ist, dass er gyroskopische Sensordaten erzeugt; und einen Feuchtigkeitssensor, der so konfiguriert ist, dass er Feuchtigkeitssensordaten erzeugt. Bei einigen Ausführungsformen können diese Sensoren durch einen Stoßsensor geweckt werden, der eine vom piezoelektrischen Wandler erzeugte Energiemenge (z.B. Spannung) erfasst.
  • Bei einigen Ausführungsformen können die Daten des Smart-Wheel-Sensorsystems von den Sensorplattformen, die auf einem Smart-Wheel angeordnet sind, lokal an einen lokalen Smart-Wheel-Server übermittelt werden. Diese Kommunikation kann über eine Kommunikationsschnittstelle erfolgen. Diese Kommunikationsschnittstelle kann es den Geräten ermöglichen, über jedes Kommunikationsmedium und jedes Protokoll miteinander zu kommunizieren. Dementsprechend kann die Kommunikationsschnittstelle jede geeignete Hardware, Software oder Kombination aus Hardware und Software aufweisen, die in der Lage ist, die jeweiligen Sensorplattformen mit dem lokalen Smart-Wheel-Server zu koppeln. Die Kommunikationsschnittstelle kann so eingerichtet werden, dass sie mit jeder geeigneten Technik zur Steuerung von Informationssignalen unter Verwendung eines gewünschten Satzes von Kommunikationsprotokollen, Diensten oder Betriebsverfahren arbeitet. Bei einigen Ausführungsformen kann diese Kommunikationsschnittstelle von einem Controller Area Network (CAN)-Bus getrennt sein und somit eine geringere Latenzzeit aufweisen als die Kommunikation über den CAN-Bus.
  • Dementsprechend können die Daten des Smart-Wheel-Sensorsystems analysiert oder verarbeitet werden, um einen Parameterwert zu bestimmen. Dieser Parameterwert kann jede Art von realen Parametern, wie z.B. die Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs, charakterisieren. Bei einigen Ausführungsformen kann dieser Parameterwert eine Kombination verschiedener Arten von Daten eines lokalen Smart-Wheel-Sensorsystems und/oder eine Kombination von Daten eines lokalen Smart-Wheel-Sensorsystems mit anderen Daten, auf die der lokale Smart-Wheel-Server Zugriff hat, charakterisieren, wobei die Kombination als eine vorgegebene Formel ausgedrückt werden kann. Beispielsweise kann dieser Parameterwert eine Kombination von einem oder mehreren der folgenden Daten charakterisieren: Daten eines barometrischen Drucksensors; Daten eines akustischen Sensors; Bildsensordaten; Gassensordaten; Daten eines magnetischen Sensors; Daten eines Beschleunigungssensors; Daten eines gyroskopischen Sensors; Daten eines Feuchtigkeitssensors und dergleichen. Als ein weiteres Beispiel kann dieser Parameterwert eine Kombination von Daten eines lokalen Smart-Wheel-Sensorsystems mit anderen Daten charakterisieren, unabhängig davon, ob sie vorher festgelegt wurden (z.B. Fahrzeugbau und andere Spezifikationen) oder von außerhalb des lokalen Smart-Wheel-Sensorsystems empfangen wurden (z.B. Remote-Daten, wie GPS-Daten, die von einem Satelliten empfangen wurden, oder Daten, die von einem Remote-Server über ein entferntes Netzwerk empfangen wurden). Zum Beispiel kann der Parameterwert eine Vielzahl von Eingaben berücksichtigen (z.B. reflektieren), wie Kilometerstand, Raddynamik, Reifendruck, Lastbedingungen, Straßenbedingungen, Auswuchtinformationen, Höhenbedingungen, Umgebungsgeräusche, Bremsdynamik und Ähnliches.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann ein Parameterwert eine Wahrscheinlichkeit (z. B. eine Ausfallwahrscheinlichkeit, wie z. B. die Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs) darstellen, wie sie durch Anwendung eines statistischen Modells ermittelt wird, das vom lokalen Smart-Wheel-Server und/oder einem Remote-Server bestimmt oder trainiert wird. Dieses statistische Modell kann anhand historisch aggregierter Daten (z. B. historisch aggregierte Daten des lokalen Smart-Wheel-Sensorsystems oder mehrerer Smart-Wheel-Sensorsysteme) trainiert werden. Dieses Training kann mit Techniken des maschinellen Lernens (z. B. durch beaufsichtigtes oder unbeaufsichtigtes Lernen) durchgeführt werden. Bei diesen maschinellen Lerntechniken kann es sich z.B. um das Lernen von Entscheidungsbäumen, das Lernen von Assoziationsregeln, künstliche neuronale Netze, tief strukturiertes Lernen, induktive Logikprogrammierung, Support-Vektor-Maschinen, Clusteranalyse, Bayessche Netze, Repräsentationslernen, Ähnlichkeitslernen, Lernen mit spärlichen Wörterbüchern, Lernen von Klassifizierungssystemen und Ähnliches handeln. Dieses statistische Modell kann dann auf neue oder aktuelle Daten von Smart-Wheel-Sensoren angewendet werden, um aktuelle Parameterwerte (z.B. Ausfallwahrscheinlichkeiten) zu bestimmen. Ein solches statistisches Modell kann verborgene Variablen, Interaktionsvariablen und dergleichen berücksichtigen, um eine solche Wahrscheinlichkeit auszudrücken. Diese Wahrscheinlichkeiten können z.B. eine Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs oder eines anderen Reifenversagens darstellen, die zumindest teilweise auf der Betriebstemperatur basiert.
  • Im Block 708 kann der lokale Smart-Wheel-Server einen Schwellenwert bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen können diese Schwellenwerte im laufenden Betrieb ermittelt und zusammen mit einer Bestimmung, ob ein Parameterwert einen Schwellenwert erreicht (z.B. überschreitet), bestimmt werden. Bei anderen Ausführungsformen kann die Schwellenwertbestimmung jedoch vor der Bestimmung, ob ein Parameterwert einen Schwellenwert erreicht (z.B. überschreitet), durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Bestimmung von Parameterwerten das Abrufen vorbestimmter Parameterwerte aus dem Speicher oder von einem Remote-Server umfassen.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann für jede Art von Parameterwert ein Schwellenwert bestimmt werden. Zum Beispiel kann es separate Schwellenwerte für jeden Wert oder eine Kombination von Betriebstemperatur, Ausfallwahrscheinlichkeit, Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs und ähnlichem geben. Ein Schwellenwert kann z.B. eine Schwellen-Betriebstemperatur, eine zumindest teilweise auf der Betriebstemperatur basierende Schwellen-Ausfallwahrscheinlichkeit und/oder eine zumindest teilweise auf der Betriebstemperatur basierende Schwellen-Reifenbruchwahrscheinlichkeit und Ähnliches charakterisieren.
  • Wie oben erwähnt, können Parameterwerte in Übereinstimmung mit einer statistischen Analyse eines Datensatzes von Parameterwerten bestimmt werden. Die Parameterwerte können z. B. über verschiedene Kriterien aggregiert werden, wie z. B. unterschiedliche Zeiten (z. B. als historische Parameterwerte) nach Parameterwerttypen (z. B. Betriebstemperatur und/oder eine Versagenswahrscheinlichkeit, wie eine Reifenbruchwahrscheinlichkeit), unterschiedlichen Smart-Wheels, unterschiedlichen Sensorplattformen, unterschiedlichen Fahrzeugen und dergleichen. Als weiteres Beispiel kann ein Parameterwert eine Wahrscheinlichkeit darstellen, wie sie durch ein statistisches Modell bestimmt wird. Bei einigen Ausführungsformen kann durch Analyse der aggregierten Daten aus verschiedenen Kriterien ein Schwellenwert auf der Grundlage der Erkennung eines Ausreißers (outlier) aus den Parameterwerten bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen können diese Ausreißer Schwellenwerte bestimmen, die, wenn sie erfüllt sind, eine ungünstige Bedingung definieren können (z.B. eine unerwünschte Betriebstemperatur und/oder eine unerwünschte Ausfallwahrscheinlichkeit). Diese Ausreißer können in Übereinstimmung mit einer konventionellen statistischen Analyse für Ausreißer bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Schwellenwert als Ausreißer unter verschiedenen Wahrscheinlichkeiten festgelegt werden (z.B. ein Wahrscheinlichkeitswert, der ein Ausreißer ist).
  • Im Block 710 kann eine Entscheidung darüber getroffen werden, ob ein Parameterwert einen zugehörigen Schwellenwert erfüllt. Wie oben eingeführt, muss ein Parameter (z.B. ein Parameterwert) nicht notwendigerweise einen einzelnen Wert darstellen, sondern auch ein Muster von Werten und/oder einen Bereich oder ein Spektrum von Werten und/oder einen Wert, der von einer vorgegebenen Formel abgeleitet ist, die eine vorgegebene Kombination verschiedener Datenwerte verwendet. Wenn ja, kann der Prozess 700 zum Block 712 übergehen. Wenn nein, kann der Prozess 700 zum Block 702 zurückkehren.
  • Im Block 712 kann als Reaktion auf einen Parameterwert, der einen Schwellenwert erreicht, eine Aktion ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Aktion ausgeführt werden, wenn ein bestimmter Parameterwert einen bestimmten Schwellenwert erreicht. Dementsprechend kann die ergriffene Aktion auf dem bestimmten Parameterwert basieren, der erfüllt ist. Die ergriffene Maßnahme kann z.B. die Erzeugung einer Warnung für den Fahrer eines Fahrzeugs oder einen anderen Bediener des Fahrzeugs, die Aktivierung eines bestimmten Sicherheits- oder Fahrsystems, die Benachrichtigung über einen unsicheren Fahrzustand in Verbindung mit einem Fahrzeug in einer Online-Datenbank und Ähnliches sein.
  • Obwohl verschiedene Ausführungsformen, auf die im Zusammenhang mit 7 und weiter unten Bezug genommen wird, die Verarbeitung von Sensordaten in einem lokalen Smart-Wheel-Server beschreiben können, kann das Smart-Wheel-Sensorsystem bei anderen Ausführungsformen Sensordaten verarbeiten, die über ein Remote-Netzwerk an einen Remote-Smart-Wheel-Server gesendet werden. Wie oben in Verbindung mit 1 erörtert, kann diese Verarbeitung von Sensordaten ähnlich wie die nur lokal auf dem lokalen Smart-Wheel-Server erfolgen, aber durch eine Kombination aus dem lokalen Smart-Wheel-Server und dem Remote-Smart-Wheel-Server durchgeführt werden.
  • 8 ist eine Darstellung, die zeigt, wie eine Temperatur mit einer Spannung, die von einem piezoelektrischen Wandler 306 erzeugt wird, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen in Beziehung gesetzt werden kann. Die X-Achse kann Temperaturwerte eines Reifens (z. B. einer flexiblen Komponente eines Smart-Wheel) darstellen, der mit einem piezoelektrischen Wandler in Kontakt kommt. Die Y-Achse kann Spannungswerte (z.B. normierte Spannungswerte während einer Betriebszeitperiode) darstellen, die durch den piezoelektrischen Wandler erzeugt werden. Wie in 8 dargestellt, können die Spannungswerte zwischen einem minimalen Spannungswert und einem maximalen Spannungswert variieren. Dementsprechend können die Spannungswerte bei einer bestimmten Temperatur Spitzenwerte erreichen, so dass es für jeden Spannungswert zwei mögliche Temperaturen gibt. Bei einigen Ausführungsformen kann das Diagramm in 8 herangezogen werden, um die Temperatur eines Reifens (z.B. einer flexiblen Komponente eines Smart-Wheel) zu bestimmen, der mit einem piezoelektrischen Wandler in Kontakt kommt (z.B. auf der Grundlage des vom piezoelektrischen Wandler erzeugten Spannungswerts). Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Bestimmung der Reifentemperatur auf der Grundlage einer willkürlichen Entscheidung getroffen werden, einen höheren oder niedrigeren von zwei möglichen Temperaturwerten zu wählen, die mit einem Spannungswert verbunden sind. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Betriebstemperaturen auf der Grundlage von Spannungswerten, die die Kurve in 8 von einer bekannten Starttemperatur und einem bekannten Startspannungswert aus durchlaufen, kontinuierlich verfolgt werden.
  • Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben wurden, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass sie nur als Beispiel und nicht als Beschränkung dargestellt wurden. Ebenso können die verschiedenen Diagramme eine beispielhafte Architektur oder Konfiguration darstellen, die zur Verfügung gestellt werden, um es Personen mit gewöhnlichen Fertigkeiten auf dem Gebiet der Technik zu ermöglichen, beispielhafte Merkmale und Funktionen der Erfindung zu verstehen. Diese Personen würden jedoch verstehen, dass die Erfindung nicht auf die abgebildeten Beispielarchitekturen oder -konfigurationen beschränkt ist, sondern dass sie unter Verwendung einer Vielzahl alternativer Architekturen und Konfigurationen umgesetzt werden kann. Darüber hinaus können ein oder mehrere Merkmale einer Ausführungsform mit einem oder mehreren Merkmalen einer anderen hier beschriebenen Ausführungsform kombiniert werden, was von Personen mit gewöhnlichen künstlerischen Fähigkeiten verstanden würde. Daher sollte die Breite und der Umfang der vorliegenden Offenlegung nicht durch eine der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen eingeschränkt werden.
  • Es wird auch davon ausgegangen, dass jede Bezugnahme auf ein Element hierin unter Verwendung einer Bezeichnung wie „erste“, „zweite“ und so weiter im Allgemeinen nicht die Menge oder Reihenfolge dieser Elemente einschränkt. Vielmehr können diese Bezeichnungen hier als ein bequemes Mittel zur Unterscheidung zwischen zwei oder mehr Elementen oder Instanzen eines Elements verwendet werden. So bedeutet eine Bezugnahme auf erste und zweite Elemente nicht, dass nur zwei Elemente verwendet werden können oder dass das erste Element dem zweiten Element in irgendeiner Weise vorausgehen muss.
  • Darüber hinaus würde eine Person mit gewöhnlichen Fertigkeiten in der Technik verstehen, dass Informationen und Signale mit einer Vielzahl verschiedener Technologien und Techniken dargestellt werden können. Beispielsweise können Daten, Anweisungen, Befehle, Informationen, Signale, Bits und Symbole, auf die in der obigen Beschreibung Bezug genommen werden kann, durch Spannungen, Ströme, elektromagnetische Wellen, Magnetfelder oder -teilchen, optische Felder oder Teilchen oder eine beliebige Kombination davon dargestellt werden.
  • Eine Person mit gewöhnlichen Kenntnissen auf diesem Gebiet würde ferner erkennen, dass jeder der verschiedenen dargestellten logischen Blöcke, Module, Prozessoren, Mittel, Schaltungen, Verfahren und Funktionen, die in Verbindung mit den hier offenbarten Aspekten beschrieben werden, durch elektronische Hardware (z.B. eine digitale Implementierung, eine analoge Implementierung oder eine Kombination von beiden, die unter Verwendung von Quellcode oder einer anderen Technik entworfen werden kann), verschiedene Formen von Programm- oder Design-Code mit Anweisungen (die hier der Einfachheit halber als „Software“ oder „Software-Modul“ bezeichnet werden können) oder Kombinationen von beiden implementiert werden können. Um diese Austauschbarkeit von Hardware und Software deutlich zu veranschaulichen, wurden verschiedene dargestellte Komponenten, Blöcke, Module, Schaltungen und Schritte oben allgemein hinsichtlich ihrer Funktionalität beschrieben. Ob diese Funktionalität als Hardware, Firmware oder Software oder als eine Kombination dieser Techniken implementiert wird, hängt von der jeweiligen Anwendung und den Designbeschränkungen ab, die dem Gesamtsystem auferlegt werden. Geschickte Handwerker können die beschriebene Funktionalität auf verschiedene Weise für jede einzelne Anwendung implementieren, aber solche Implementierungsentscheidungen sollten nicht so interpretiert werden, dass sie eine Abweichung vom Umfang der vorliegenden Offenlegung bewirken.
  • Darüber hinaus würde eine Person mit gewöhnlichen technischen Fähigkeiten verstehen, dass verschiedene dargestellte logische Blöcke, Module, Geräte, Komponenten und Schaltungen, die hier beschrieben werden, innerhalb einer integrierten Schaltung (IC) implementiert oder von einer integrierten Schaltung (IC) ausgeführt werden können, die einen Allzweckprozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA) oder ein anderes programmierbares Logikbauteil oder eine beliebige Kombination davon umfassen kann. Die logischen Blöcke, Module und Schaltungen können ferner Antennen und/oder Transceiver zur Kommunikation mit verschiedenen Komponenten innerhalb des Netzwerks oder innerhalb des Geräts aufweisen. Ein Allzweckprozessor kann ein Mikroprozessor sein, aber alternativ kann der Prozessor jeder herkömmliche Prozessor, Controller oder Zustandsautomat sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Computervorrichtungen implementiert werden, z.B. eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, eine Vielzahl von Mikroprozessoren, ein oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder jede andere geeignete Konfiguration zur Ausführung der hier beschriebenen Funktionen.
  • Wenn die Funktionen in Software implementiert sind, können sie als eine oder mehrere Anweisungen oder als Code auf einem computerlesbaren Medium gespeichert werden. Somit können die Schritte eines hierin offenbarten Verfahrens oder eines Algorithmus als Software implementiert werden, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist. Zu den computerlesbaren Medien gehören sowohl Computerspeichermedien als auch Kommunikationsmedien einschließlich aller Medien, die in der Lage sind, ein Computerprogramm oder einen Code von einem Ort zum anderen zu übertragen. Ein Speichermedium kann jedes verfügbare Medium sein, auf das von einem Computer zugegriffen werden kann. Als Beispiel, ohne Einschränkung, können solche computerlesbaren Medien RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM oder andere optische Plattenspeicher, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichergeräte oder jedes andere Medium umfassen, das zur Speicherung des gewünschten Programmcodes in Form von Befehlen oder Datenstrukturen verwendet werden kann und auf das ein Computer zugreifen kann.
  • In diesem Dokument bezieht sich der Begriff „Modul“, wie er hier verwendet wird, auf Software, Firmware, Hardware und jede Kombination dieser Elemente zur Ausführung der hier beschriebenen zugehörigen Funktionen. Zusätzlich werden die verschiedenen Module zum Zweck der Diskussion als diskrete Module beschrieben; jedoch können zwei oder mehr Module zu einem einzigen Modul kombiniert werden, das die zugehörigen Funktionen entsprechend den Verkörperungen der Erfindung ausführt, wie es für eine gewöhnliche Fertigkeit auf dem Gebiet der Technik offensichtlich wäre.
  • Zusätzlich können Speicher oder andere Speichermedien sowie Kommunikationskomponenten in Verkörperungen der Erfindung eingesetzt werden. Es wird begrüßt, dass die obige Beschreibung aus Gründen der Klarheit Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf verschiedene Funktionseinheiten und Prozessoren beschrieben hat. Es wird jedoch ersichtlich sein, dass jede geeignete Verteilung der Funktionalität auf verschiedene Funktionseinheiten, Verarbeitungslogikelemente oder Domänen verwendet werden kann, ohne die Erfindung zu beeinträchtigen. So kann z.B. eine Funktionalität, die nachweislich von getrennten Verarbeitungslogikelementen oder Controllern ausgeführt wird, von demselben Verarbeitungslogikelement oder Controller ausgeführt werden. Daher sind Verweise auf bestimmte Funktionseinheiten nur Verweise auf ein geeignetes Mittel zur Bereitstellung der beschriebenen Funktionalität und nicht als Hinweis auf eine strenge logische oder physische Struktur oder Organisation zu verstehen.
  • Verschiedene Modifikationen an den in dieser Offenlegung beschriebenen Implementierungen werden für den Fachmann leicht erkennbar sein, und die hier definierten allgemeinen Prinzipien können auf andere Implementierungen angewandt werden, ohne vom Umfang dieser Offenlegung abzuweichen. Daher soll die Offenlegung nicht auf die hier gezeigten Implementierungen beschränkt werden, sondern es soll der weitestgehende Umfang im Einklang mit den hier offenbarten neuartigen Merkmalen und Prinzipien gewährt werden, wie in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt wird.

Claims (20)

  1. System, aufweisend: eine drehbare Komponente, die zum Drehen ausgebildet ist; einen piezoelektrischen Wandler, der entlang eines Umfangs der drehbaren Komponente angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Wandler dafür ausgebildet ist, eine Leerlaufspannung basierend auf einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Wandlers zu erzeugen; und mindestens einen Prozessor in Kommunikation mit dem piezoelektrischen Wandler, wobei der mindestens eine Prozessor dafür ausgebildet ist, einen Temperaturwert auf der Grundlage der Leerlaufspannung zu bestimmen.
  2. System nach Anspruch 1, wobei der Temperaturwert einer flexiblen Seitenwand zugeordnet ist, die den piezoelektrischen Wandler kontaktiert.
  3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die drehbare Komponente Teil eines Rades ist und der piezoelektrische Wandler eine flexible Seitenwand des Rades direkt kontaktiert.
  4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Prozessor in einem Fahrzeugkörper angeordnet ist, an dem die drehbare Komponente angeordnet ist.
  5. System einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Spannungssensor in Kommunikation mit dem piezoelektrischen Wandler, wobei der Spannungssensor dafür ausgebildet ist, einen Leerlaufspannungswert der Leerlaufspannung zu bestimmen, wobei der mindestens eine Prozessor dafür ausgebildet ist, den Temperaturwert basierend auf dem Leerlaufspannungswert zu bestimmen.
  6. System nach Anspruch 5, wobei die drehbare Komponente eine Felge aufweist, wobei die Felge eine nach außen weisende Oberfläche entgegengesetzt zu einer nach innen weisenden Oberfläche aufweist, in der der Umfang der drehbaren Komponente begrenzt ist, wobei der Spannungssensor innerhalb eines zentralen Gehäuses entlang der nach innen weisenden Oberfläche angeordnet ist.
  7. System nach Anspruch 6, wobei der piezoelektrische Wandler entlang der nach außen weisenden Oberfläche angeordnet und über eine leitende Leitung mit dem Spannungssensor verbunden ist.
  8. System einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Reifen, der mit der drehbaren Komponente gekoppelt ist, wobei der Reifen, wenn er aufgepumpt ist, dafür ausgebildet ist, dass er eine Kraft auf die drehbare Komponente überträgt, die aus einer Druckkraft resultiert, die auf einen Abschnitt des Reifens wirkt, der Kontakt mit einer Straße hat, wobei der piezoelektrische Wandler dafür ausgebildet ist, dass er sich als Reaktion auf die Druckkraft, die auf den Abschnitt des Reifens wirkt, der Kontakt mit der Straße hat, mechanisch verformt, wenn sich die drehbare Komponente dreht.
  9. Verfahren, aufweisend: Bestimmen einer Starttemperatur; Drehen einer drehbaren Komponente bei der Starttemperatur; Bestimmen eines Startspannungswertes von einem piezoelektrischen Wandler, der entlang eines Umfangs der drehbaren Komponente angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Wandler dafür ausgebildet ist, eine Spannung basierend auf einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Wandlers zu erzeugen; Bestimmen eines Betriebsspannungswertes von dem piezoelektrischen Wandler nach Bestimmung des Startspannungswertes; und Bestimmen einer Betriebstemperatur basierend auf dem Betriebsspannungswert.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend ein Durchführen einer Aktion auf der Grundlage aggregierter Sensordaten, wobei die aggregierten Sensordaten die Betriebstemperatur aufweisen.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, ferner aufweisend ein Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs auf der Grundlage der Betriebstemperatur.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner aufweisend ein Erzeugen eines Alarms als Reaktion darauf, dass die Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs einen Schwellenwert überschreitet.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner aufweisend ein Bestimmen eines Ausreißerwertes als den Schwellenwert unter Verwendung eines statistischen Modells, das auf Sensordaten angewendet wird, die die Betriebstemperatur aufweisen.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der piezoelektrische Wandler ein piezoelektrisches Material aufweist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die drehbare Komponente an einem Fahrzeugkörper angeordnet ist.
  16. Nicht-flüchtiges computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten Anweisungen, wobei die Anweisungen, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, eine Vorrichtung veranlassen, Operationen durchzuführen, die aufweisen: Empfangen einer Starttemperatur, die einer drehbaren Komponente zugeordnet ist; Empfangen eines Startspannungswertes von einem piezoelektrischen Wandler, der entlang eines Umfanges der drehbaren Komponente angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Wandler dafür ausgebildet ist, eine Spannung basierend auf einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Wandlers zu erzeugen; Empfangen eines Betriebsspannungswertes von dem piezoelektrischen Wandler nach Erfassen des Startspannungswertes; und Bestimmen einer Betriebstemperatur basierend auf dem Betriebsspannungswert, dem Betriebsspannungswert und der Starttemperatur.
  17. Nicht-flüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 16, wobei die Operationen ferner ein Bestimmen der Betriebstemperatur auf der Grundlage der Skalierung der Starttemperatur auf der Grundlage des Betriebsspannungswertes und des Startspannungswertes aufweist.
  18. Nicht-flüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Operationen ferner aufweisen: Bestimmen einer Gruppe von zurückliegenden Betriebstemperaturen, die auf über einer Zeitspanne gesammelten Betriebstemperaturen basiert; und Bestimmen der Wahrscheinlichkeit eines Reifenbruchs auf der Grundlage der Gruppe von zurückliegenden Betriebstemperaturen.
  19. Nicht-flüchtiges computerlesbares Medium nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der piezoelektrische Wandler dafür ausgebildet ist, den Betriebsspannungswert über eine drahtlose Verbindung an den Prozessor zu senden.
  20. Nicht-flüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 19, wobei die drahtlose Verbindung einen Fahrzeugbus umgeht.
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