TWI764197B - 能量採集器系統及能量採集方法 - Google Patents

能量採集器系統及能量採集方法

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萊恩 格里斯沃爾德
約翰 施
維布 維韋克
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日商Ｔｄｋ股份有限公司
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Abstract

本發明揭示用於接近一車輛之車輪之一可旋轉組件之一能量採集器的系統及方法。在一些實施例中，一種能量採集器系統包括：一基板，其具有經組態以與一車輪之一表面接觸及介接之一第一表面，及與該第一表面相對之一第二表面；一壓電組件，其經組態以回應於機械應變被施加在該壓電組件上而產生能量，其中該壓電組件經組態以在經歷該機械應變時變形以便接觸該第二表面之至少一部分。

Description

能量採集器系統及能量採集方法
本申請案大體上係關於感測器系統，且更特定地係關於用於接近車輛之車輪之可旋轉組件之能量採集器的系統及方法。
在汽車感測器系統領域中，對用以補充現有電子安全系統之進階感測應用之需求引起了相當大的關注。例如，此包括量測溫度、壓力、加速度以及作用在輪胎、車輪及汽車上之力(靜態及動態)。所有此等感測器都增大了對功率之需求，以更頻繁地操作及傳輸資料。驅動此等感測器之當前電源(例如，鋰離子電池)之容量有限，且展現例如耐用性低、難以替換以及最顯著的是在環境影響方面之可持續性較差的缺點。隨著功率負載增大，此等電源將進一步經受加速之放電循環，從而導致頻繁或過早替換整個感測器模組。此可能會增大使用者之總體擁有成本及維護成本。
相關技術之前述實例及與其相關之限制意欲係說明性的而非排他性的。在閱讀本說明書並研究圖式之後，相關技術之其他限制將變得顯而易見。
本文中所揭示之例示性實施例係關於解決與先前技術中呈現之問題中之一或多者相關的問題，以及提供在結合附圖參考以下詳細描述時將易於顯而易見的額外特徵。根據各種實施例，本文中揭示例示性系統、方法、裝置及電腦程式產品。然而，應理解，此等實施例係作為實例而非限制呈現，且閱讀本發明之一般技術者將顯而易見可對所揭示實施例進行各種修改而仍保持在本發明之範疇內。
在某些實施例中，一種系統包括：基板，其包含：在三個維度上彎曲之第一表面，其中第一表面經組態以與車輪之輪輞介接，及在三個維度中之至少兩者上彎曲之第二表面；及壓電組件，其經組態以回應於機械應變而產生能量，其中壓電組件接觸車輪，且其中壓電組件經組態以在經歷機械應變時變形且接觸第二表面。
在某些實施例中，壓電組件包含多個層。
在某些實施例中，壓電組件包含：拉伸負載背襯層、壓電材料層及電極層。
在某些實施例中，電極層包含經組態以連接至互連件之電極。
在某些實施例中，電極被形成為網狀結構。
在某些實施例中，相比於拉伸負載背襯層，電極層更接近第二表面。
在某些實施例中，壓電材料層介於拉伸負載背襯層與電極層之間。
在某些實施例中，三個維度係沿著基板之長度、寬度及高度。
在某些實施例中，一種系統包括：車輪，其包含僅在兩個維度上彎曲之分段表面；及壓電組件，其經組態以回應於機械應變而產生能量，其中壓電組件係平坦的且接觸車輪，且其中壓電組件經組態以在經歷機械應變時變形且接觸分段表面。
在某些實施例中，車輪包括輪輞，其中分段表面為沿著輪輞之凹坑之部分。
在某些實施例中，壓電組件包含介於兩個電極層之間的壓電材料層。
在某些實施例中，兩個電極層包含不同網狀結構。
在某些實施例中，壓電組件經組態以在經歷機械應變時順應分段表面。
在某些實施例中，壓電組件包含為以下材料中之至少一者之壓電材料：晶體及半導體材料或聚合物及有機材料。
在某些實施例中，車輪包含無氣輪胎且分段表面係沿著無氣輪胎之輪輻。
在某些實施例中，一種方法包括：使車輪旋轉，其中車輪包含僅在兩個維度上彎曲之分段表面；使壓電組件變形，其中壓電組件經組態以回應於機械應變而產生能量，其中壓電組件係平坦的且接觸車輪，且其中壓電組件經組態以在經歷機械應變時變形且接觸分段表面；及使用能量為位於車輪上之裝置供電。
在某些實施例中，該方法進一步包括：在位於車體內之處理器處接收來自裝置之感測器資料，其中裝置經組態以在安置於車輪上時產生感測器資料；基於感測器資料判定參數值；及基於參數值滿足臨限值執行動作。
在某些實施例中，參數值係基於感測器資料及所接收之來自遠端伺服器之資料。
在某些實施例中，裝置經組態以經由無線連接將感測器資料發送至處理器。
在某些實施例中，壓電組件經組態以接觸一表面，車輪經組態以在該表面上旋轉。
下文參考附圖描述本發明之各種例示性實施例，以使得熟習此項技術者能夠製作及使用本發明。如一般技術者將顯而易見，在閱讀本發明之後，可在不脫離本發明之範疇的情況下對本文中所描述之實例進行各種改變或修改。因此，本發明不限於本文中所描述及繪示之例示性實施例及應用。另外，本文中所揭示之方法中之步驟之特定次序或階層僅為例示性方法。基於設計偏好，所揭示方法或過程之步驟之特定次序或階層可被重新配置，同時保持在本發明之範疇內。因此，一般技術者將理解，本文中所揭示之方法及技術以樣本次序呈現各種步驟或動作，且除非明確陳述，否則本發明不限於所呈現之特定次序或階層。
如上文所提及，為車輛感測器系統供電之電池或其他拋棄式能源之容量有限，且展現例如耐用性低、難以替換及環境可持續性較差之缺點。替代車輛感測器系統中之拋棄式電池之方法涉及自環境採集能量。因此，根據各種實施例，本文中揭示利用用於自接近車輪之環境採集能量之能量採集器的新系統及方法。根據各種實施例，此等能量採集器可為將來自例如動能、熱、光及/或機械能之各種源之能量變換成可用電能的裝置。例如，能量採集器可利用壓電換能將輪胎變形變換成電能。此能量變換量可基於車輪之旋轉速度(例如，如由駕駛員判定之汽車速度)而變化。而且，在某些實施例中，能量採集器可置放在車輪之輪輞上，以更有效地捕獲能量。
在各種實施例中，能量採集器可基於藉由輪輞及輪胎作用在下伏表面(例如，道路)上之車輛重量，以變化之車輛速度產生持續輸出。例如，車輛可具有車輪(例如，具有氣動輪胎之車輪)。具有充氣輪胎及剛性輪輞之車輪可沿著輪胎之與剛性輪輞介接之胎圈區域交換車輛動作。此等車輛動作可包括牽引、制動、轉向、負載支撐等。隨著車輪旋轉，輪胎之下部部分可能會在胎圈區域中施加力以抵消汽車之重量。此等力可能由於輪胎之內部氣壓(例如，由於橡膠輪胎與金屬輪輞之間的緊密接觸)而導致車輪之側壁彎曲。
在各種實施例中，能量採集器可包括基板及壓電組件。基板可置放在壓電組件後方(例如，接近壓電組件)以形成空腔，該空腔允許車輛在運動(例如，車輪旋轉)期間之力移位(例如，應變或彎曲)壓電組件並產生電荷(例如，電能)。接著，可將能量採集器作為壓電基板總成排列在輪輞之圓周周圍，從而在車輪旋轉時產生連續電力。在某些實施例中，當能量採集器安裝在車輪之輪輞上時，能量採集器可與輪輞及/或輪胎分離。因此，在替換輪胎時，無需替換或改變能量採集器。能量採集器亦可與能量儲存裝置(例如，可再充電電池)耦接，以提供可向置放在車輪中、上或附近之感測器陣列供電之再充電循環。
在一些實施例中，壓電組件可利用應變(例如，指示相對運動/撓曲之機械應變)以產生電荷。此外，基板可被結構化成當置放在車輪之輪胎與輪輞之間時有助於表達壓電組件之應變(例如，相對運動/撓曲)。
在各種實施例中，基板可包括幾何結構且位於車輪之功率密集區域中，以增大來自安裝在基板上之壓電組件之應變(例如，能量產生)。換言之，能量採集器可為具有位於車輪與輪胎之間的特定內部及外部幾何結構之機構，該機構將機械力(車輛重量)及運動變換成在壓電組件上產生之可用應變。
在某些實施例中，能量採集器可自施加在車輪上之機械負載採集能量。例如，車輛之負載及車輛在存在機械基板的情況下施加之力可能會在壓電組件上誘發應變，該壓電組件產生可用於驅動車輛及/或車輪中之電子或感測系統之大量電力。
在某些實施例中包括壓電組件及基板之此能量採集器可係模組化的，且被縮放至各種車輪直徑、能量要求及感測器位置。在其他實施例中，此基板可包覆及保護安裝在基板上之壓電組件及其他電子器件免於由於曝露引起之退化。在又其他實施例中，能量採集器可包括壓電組件及經組態或建構以在壓電組件上誘發應變之車輪區(例如，分段表面)。
在各種實施例中，基板可包括與輪輞(例如，與車輪之輪胎(例如，可撓性組件)分離的車輪之可旋轉組件)介接之三維彎曲底部表面。此三維彎曲底部表面可包括在三個維度(例如，長度、高度及寬度)上之複合曲線。長度、高度及寬度中之每一者可界定在三維實體空間中彼此正交之維度或軸線。例如，長度可係沿著與高度正交之軸線，高度可係沿著與寬度正交之軸線，寬度可係沿著與長度正交之軸線。在某些實施例中，長度、高度及寬度可被稱為x軸、z軸及y軸。而且，基板可包括與基板之底部表面相對之二維(例如，長度、高度及寬度中之兩者)彎曲分段表面(例如，微腔或凹坑)。在某些實施例中，此二維彎曲分段表面可以凸出或凹入方式彎曲，且壓電組件可產生應變以變形並順應二維彎曲分段表面。因此，矩形壓電組件可經組態以在經由三維彎曲底部表面(例如，藉由緊固在具有三維彎曲底部表面之基板上)位於輪輞上時彎曲並順應二維彎曲分段表面。
在某些實施例中，壓電組件可被形成有多個層。例如，壓電組件可包括拉伸負載背襯層。此拉伸負載背襯層可係例如具有充分拉伸負載可撓性以將壓電組件保持在一起之鋼板。壓電組件可進一步包括可經組態以在機械地變形時產生電荷之中心壓電材料層。壓電組件可進一步包括可與中心壓電材料層形成為網狀結構以更有效地自中心壓電材料層採集電荷之電極層。在特定實施例中，電極層可包括嵌入在可撓性材料(例如，環氧樹脂)內(例如，由可撓性材料固持在適當位置)且與壓電材料層直接或間接接觸之電極。
在某些實施例中，電極層可包括與電極之可撓性互連件。而且，電極層可包括將電極及可撓性互連件保持在適當位置之可撓性材料。此可撓性互連件可經組態以將電極層中之電極電連接至耦接至車輪之其他電組件(例如，壓力感測器)，以便為其他電組件供電或使其他電組件基於自可撓性互連件接收到之信號執行量測。
在某些實施例中，當壓電組件被偏置(例如，應變或變形)以順應二維彎曲分段表面時，此下部電極層可最接近分段表面且可接觸分段表面。因此，中心壓電材料層可被包夾於下部電極層與拉伸負載背襯層間(例如，其間)。在特定實施例中，壓電組件可被稱為壓電元件。
在某些實施例中，壓電組件可包括三個層，包括拉伸負載背襯層，其連接至中心壓電材料層，中心壓電材料層連接至下部電極層。在各種實施例中，當壓電組件僅包括單一電極層時，電極層可與兩個獨立電路相關聯(例如，使得下部電極層可表示兩個獨立電路之間的電壓電位差)。在特定實施例中，下部電極層可在壓電組件之層當中最接近分段表面。然而，在其他實施例中，拉伸負載背襯層可在壓電組件之層當中最接近分段表面。
在特定實施例中，上部電極層可形成於(例如，黏附至)拉伸負載背襯層上。例如，在壓電組件之層當中，上部電極層可最遠離分段表面且下部電極層可最接近分段表面。在特定實施例中，此上部電極層亦可被形成為拉伸負載背襯層上之網狀結構以自壓電材料層採集電荷(例如，經由上部電極層與壓電材料層之間的拉伸負載背襯層)。因此，在某些實施例中，壓電組件可包括四個層，其中上部電極層與拉伸負載背襯層連接，拉伸負載背襯層與中心壓電材料層連接，中心壓電材料層與下部電極層連接。儘管某些實施例可將下部電極層描述為在壓電組件之層當中最接近分段表面，但其他實施例可將上部電極層描述為在壓電組件之層當中最接近分段表面。在某些實施例中，壓電組件亦可被稱為壓電電極總成。在各種實施例中，壓電組件可包括彼此之間可具有相對電位差之兩個電極層。
在特定實施例中，拉伸負載背襯層可電且機械地接合至壓電材料層。如上文所提及，拉伸負載背襯層可由不鏽鋼製成。而且，在某些實施例中，壓電材料層可被稱為壓電晶圓。而且，頂部電極層及底部電極層可分別電接合至拉伸負載背襯層及壓電材料層。例如，頂部電極層可電接合至拉伸負載背襯層，且底部電極層可電接合至壓電材料層。
在各種實施例中，可抵靠基板之凸出表面組裝壓電組件。如上文所提及，基板可包括二維彎曲分段表面。此二維彎曲分段表面可包括壓電組件可附接至之凸出表面，該壓電組件在處於靜止狀態時具有筆直(例如，非彎曲或平坦)形狀或表面。當應變或力被施加至壓電組件時，其將彎曲並順應二維彎曲分段表面。在某些實施例中，基板可被稱為淚滴狀支撐件。而且，在各種實施例中，壓電組件可以某一方式附接至基板之凸出表面，使得壓電材料層比拉伸負載背襯層更接近基板。換言之，壓電組件可附接至基板之凸出表面，使得壓電材料層朝下面向凸出表面。
在各種實施例中，壓電組件可抵靠凸出表面彎曲以在壓電組件上產生壓縮彎曲應變。換言之，壓電組件可產生應變，使得壓電組件彎曲以順應凸出表面以產生電荷(例如，經由壓電材料層機械變形)。因此，基板可被結構化成當被置放在車輪之輪胎與輪輞之間時(例如，藉由輪胎向下推壓壓電組件)，使得壓電組件能夠產生應變(例如，相對運動/撓曲)。
電極層(例如，上部電極層及/或下部電極層)之網狀構造可呈任何組態或結構，例如在某些實施例中藉由簡單地連接(例如，不具有任何開口或孔)或在其他實施例中藉由並非簡單地連接(例如，具有開口或孔)。在特定實施例中，電極層之網狀構造可為穿越二維空間(例如，沿著壓電組件之另一層之表面)之單一細長電極。因此，電極層可為壓電組件之層，其包括大體上由可撓性材料(例如，環氧樹脂)固持在適當位置之電極，且與可撓性互連件連接。在替代實施例中，電極層(例如，上部電極層及/或下部電極層)可為單塊的(例如，係與壓電組件之另一層之表面共同延伸之固體電極層)。在其他實施例中，不同電極層可包括不同網狀構造。在又其他實施例中，不同電極層可包括相同網狀構造。
在各種實施例中，壓電組件可用於在旋轉期間在其中施加有力(例如，以產生應變)之任何類型之車輪中產生應變(例如，產生能量)。不同類型之車輪之實例可包括具有充氣輪胎之車輪、具有無氣輪胎(例如，非氣動輪胎或免充氣輪胎)之車輪、圓柱形車輪及球形車輪。在額外實施例中，壓電組件可直接黏附至車輪(例如，無需基板)以產生應變，並與車輪之可回應於負載而變形之部分一起變形。例如，壓電組件可沿著球形輪胎之外表面黏附，沿著無氣輪胎之輪輻黏附，或黏附至可能回應於負載而變形的車輪之任何其他組件。
儘管某些實施例可參考具有呈特定次序之特定數目個層之壓電組件，但可注意到，在各種實施例中，視不同應用之需要，壓電組件可包括呈任何次序之任何數目個層。例如，壓電組件可包括四個層，其中拉伸負載背襯層連接至上部電極層，上部電極層連接至壓電材料層，壓電材料層連接至下部電極層。
在各種實施例中，壓電組件可包括為晶體及半導體材料或聚合物及有機材料中之至少一者之壓電材料。晶體及半導體材料之實例可包括：聚偏二氟乙烯、磷酸鎵、鈦酸鉍鈉、鈦酸鋯鉛、石英、塊磷鋁礦(AlPO4)、蔗糖(調味糖)、羅謝爾鹽、黃玉、電氣石族礦物、鈦酸鉛(PbTiO3)、矽酸鑭(La3Ga5SiO14)、正磷酸鎵(GaPO4)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)、鈣鈦礦陶瓷系列中之任一者、鎢青銅、鈮酸鉀(KNbO3)、鎢酸鈉(Na2WO3)、Ba2NaNb5O5、Pb2KNb5O15、鈮酸鈉鉀((K,Na)NbO3) (例如NKN或KNN)、鐵酸鉍(BiFeO3)、鈮酸鈉(NaNbO3)、鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鉍(Bi4Ti3O12)、鈦酸鉍(NaBi(TiO3)2)、閃鋅礦晶體、GaN、InN、AlN及ZnO。聚合物及有機材料之實例可包括：聚偏二氟乙烯(PVDF)及其共聚物、聚醯胺及對苯二甲-C，聚醯亞胺，及聚偏二氯乙烯(PVDC)，以及二苯丙胺酸肽奈米管(PNT)。
在各種實施例中，基板可包括至少一種材料，例如：黃銅、鋼、彈簧鋼板(SS)、碳纖維、鋁及其合金、鈦及其合金、S2玻璃纖維棒、玻璃纖維增強聚合物層壓板(Fiberite HMS/33)、玻璃纖維、克維拉層壓板、碳纖維增強材料、芳綸纖維增強材料、纖維增強塑膠(FRP)、銅及合金。
在各種實施例中，能量採集器可為智慧型車輪感測器系統之部分，以為智慧型車輪感測器系統之至少一個感測器供電。例如，能量採集器可與智慧型車輪感測器系統之其他感測器一起排列在車輛(例如，車輪驅動物件)之車輪上。智慧型車輪感測器系統可包括多種類型之感測器，每一感測器可經組態以收集不同類型之智慧型車輪感測器系統資料。例如，智慧型車輪感測器系統可包括經組態以產生氣壓感測器資料之高度感測器；經組態以產生聲感測器資料之聲感測器；經組態以產生影像感測器資料之影像感測器；經組態以產生氣體感測器資料之氣體感測器；經組態以產生磁感測器資料之磁感測器；經組態以產生加速度感測器資料之加速計感測器；經組態以產生陀螺儀感測器資料之陀螺儀感測器；及經組態以產生濕度感測器資料之濕度感測器。由智慧型車輪感測器系統產生之智慧型車輪感測器系統資料可在依賴於智慧型車輪進行移動之車輛處進行集中及本端分析(例如，藉由車體內或由車體支撐之電腦或伺服器)，以判定車輛及/或個別智慧型車輪之狀態。有利地，智慧型車輪感測器系統可在自動駕駛車輛中實施，例如作為備用感測器系統之部分，以增強自動駕駛車輛之安全系統。在各種實施例中，上面排列有智慧型車輪感測器系統之裝置之個別車輪可被稱為智慧型車輪。
圖1為根據各種實施例之整合至少一個智慧型車輪102之智慧型車輪感測器系統100的圖解。智慧型車輪感測器系統100可包括本端感測器系統104 (例如，本端智慧型車輪感測器系統)，其具有排列在各別智慧型車輪102上之裝置平台106。裝置平台106可表示智慧型車輪上之裝置，例如能量採集器及/或由能量採集器供電之感測器。
此本端感測器系統104可包括與裝置平台106內之感測器通信之本端智慧型車輪伺服器108。因此，每一裝置平台106可包括至少一個感測器，且亦包括用於與本端智慧型車輪伺服器108通信之輔助介面，例如通信介面。此本端智慧型車輪伺服器108亦可與本端智慧型車輪資料儲存區110及例如智慧型電話之任何本端使用者裝置112通信。為了易於解釋，術語本端可指限界在車輛116之車體114或智慧型車輪102內或上之裝置。
相比之下，術語遠端可指在車輛116之車體114或智慧型車輪102外之裝置。例如，本端智慧型車輪伺服器108可經組態以與例如網際網路之遠端網路120通信。此遠端網路120可進一步將本端智慧型車輪伺服器108與遠端伺服器122或遠端使用者裝置126連接，該遠端伺服器與遠端資料儲存區124通信。另外，本端智慧型車輪伺服器108可與外部感測器或裝置通信，該外部感測器或裝置係例如用於全球定位系統(GPS)資訊之遠端衛星128。
在各種實施例中，裝置平台106之裝置中之至少一些可經組態以經由通信介面與本端智慧型車輪伺服器108通信。此通信介面可使裝置能夠使用任何通信媒體及協定彼此通信。因此，通信介面280可包括能夠將裝置平台106與本端智慧型車輪伺服器108耦接之任何合適硬體、軟體或硬體與軟體之組合。通信介面可經配置以用任何合適技術來操作，該技術用於使用一組所要通信協定、服務或操作程序來控制資訊信號。通信介面可包含適當實體連接器以與對應通信媒體連接。在某些實施例中，此通信介面可與控制器區域網路(CAN)匯流排分離。例如，通信介面可有助於本端感測器系統104內(例如，裝置平台106與本端智慧型車輪伺服器108之間)之無線通信。下文更詳細地提供此通信介面之進一步論述。
在某些實施例中，裝置平台106之裝置中之至少一些可經組態以與遠端網路120通信。例如，由裝置平台106之感測器產生之感測器資料可經由遠端網路120傳達至遠端伺服器122、遠端資料儲存區124、遠端使用者裝置126及/或遠端衛星128。在各種實施例中，裝置平台106之某些裝置可直接與遠端網路120通信。例如，裝置平台106之某些裝置可包括可經組態以以繞過本端伺服器108之方式直接與遠端網路120通信之通信介面(下文進一步論述)。在其他實施例中，裝置平台106之某些裝置可間接與遠端網路120通信。例如，裝置平台106之某些裝置可包括可經組態以經由本端伺服器108間接與遠端網路120通信之通信介面(下文進一步論述)，如下文進一步詳細論述，該伺服器包括用以經由各種通信協定(例如，LTE、5G等)與外部裝置通信之一或多個通信介面(下文進一步論述)。
無論直接抑或間接，自裝置平台106至遠端伺服器122之此等通信都可包括由裝置平台收集以用於由遠端伺服器122分析之感測器資料。根據各種實施例，此感測器資料可由遠端伺服器122分析以判定可由本端伺服器108執行之動作。例如，如下文將進一步詳細論述，此感測器資料可用以判定參數值。接著，可基於參數值之狀態，例如回應於參數值滿足某些臨限值(例如，經由使用者介面呈現之警示或通知)，執行某些動作。可在遠端伺服器122處執行此參數值判定，且接著將參數值傳達至本端伺服器108以基於參數值之狀態來判定要執行之動作。在其他實施例中，對參數值之判定及對所得動作之判定都可由遠端伺服器122執行。接著，遠端伺服器122可向本端伺服器108傳達要執行動作之指示以用於實施(例如，作為至本端伺服器108之指令以用於實施)。儘管某些實施例將感測器資料描述為傳達至遠端伺服器以用於處理，但根據各種實施例，可視不同應用之需要以其他方式處理感測器資料。例如，可在具有或不具有自遠端伺服器122、遠端使用者裝置126及/或遠端衛星128提供之額外輸入的情況下在本端伺服器108處本端處理感測器資料，如下文將進一步論述。在一些實施例中，裝置平台106可直接與使用者裝置112 (例如，智慧型電話)通信，使用者裝置接著可直接或間接與本端伺服器108、遠端網路120、遠端使用者裝置126及/或遠端衛星128通信。在其他實施例中，車輪102 (例如，充當天線)及/或感測器平台106可具有與遠端使用者裝置126或遠端衛星128之直接通信鏈路(例如，出於網際網路存取及/或GPS應用之目的)。
圖2為根據各種實施例之例示性計算裝置200的方塊圖。如上文所提及，計算裝置200可表示如上文結合圖1所論述之特定本端智慧型車輪伺服器108、本端使用者裝置112、遠端伺服器122、遠端使用者裝置126、裝置平台106之某些裝置(例如，裝置平台之感測器)或遠端衛星128之例示性組件。返回至圖2，在一些實施例中，計算裝置200包括硬體單元225及軟體226。軟體226可在硬體單元225 (例如，處理硬體單元)上執行，使得可藉助於軟體226在硬體單元225上執行各種應用程式或程式。在一些實施例中，可直接在硬體單元225中實施軟體226之功能(例如，作為系統單晶片、韌體、場可程式化閘陣列(「FPGA」)等)。在一些實施例中，硬體單元225包括一或多個處理器，例如處理器230。在一些實施例中，處理器230為微處理器晶片上之執行單元或「核心」。在一些實施例中，處理器230可包括處理單元，例如但不限於積體電路(「IC」)、特殊應用積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)、附加支援處理器(ASP)、微電腦、可程式化邏輯控制器(「PLC」)及/或任何其他可程式化電路。替代地，處理器230可包括多個處理單元(例如，呈多核心組態)。上文實例僅係例示性的，且因此並非意欲以任何方式限制術語「處理器」之定義及/或含義。硬體單元225亦包括經由系統匯流排234耦接至處理器230之系統記憶體232。記憶體232可為通用揮發性RAM。例如，硬體單元225可包括具有2百萬位元ROM及64千位元RAM及/或GB數目之RAM之32位元微電腦。根據各種實施例，記憶體232亦可為ROM、網路介面(NIC)或具有用於各種所要應用之適當容量之已知揮發性及/或非揮發性記憶體裝置之任何組合。
在一些實施例中，系統匯流排234可將各種系統組件中之每一者耦接在一起。應注意，如本文中所使用，術語「耦接」不限於組件之間的直接機械、通信及/或電連接，而是亦可包括兩個或更多個組件之間的間接機械、通信及/或電連接或藉由中間元件或空間操作之耦接。系統匯流排234可為若干類型之匯流排結構中之任一者，包括記憶體匯流排或記憶體控制器、周邊匯流排或外部匯流排，及/或使用任何多種可用匯流排架構之本端匯流排，包括但不限於9位元匯流排、工業標準架構(ISA)、微通道架構(MSA)、擴展ISA (EISA)、智慧型驅動電子器件(IDE)、VESA本端匯流排(VLB)、周邊組件互連卡國際協會匯流排(PCMCIA)、小型電腦介面(SCSI)或其他專屬匯流排，或適於計算裝置應用之任何自訂匯流排。
在一些實施例中，視情況，計算裝置200亦可包括用於向使用者呈現資訊之至少一個媒體輸出組件或顯示介面236。顯示介面236可為能夠向使用者傳達資訊之任何組件，且可包括但不限於顯示裝置(未展示) (例如，液晶顯示器(「LCD」)、有機發光二極體(「OLED」)顯示器)或音訊輸出裝置(例如，揚聲器或頭戴式耳機)。在一些實施例中，計算裝置200可提供至少一個桌面介面，例如桌面240。桌面240可為由在計算裝置200內執行之作業系統及/或應用程式提供之互動式使用者環境，且可包括至少一個螢幕或例如顯示影像242之顯示影像。桌面240亦可自使用者接受呈裝置輸入形式之輸入，例如鍵盤及滑鼠輸入。在一些實施例中，桌面240亦可接受模擬輸入，例如模擬鍵盤及滑鼠輸入。除了使用者輸入及/或輸出之外，桌面240亦可發送及接收裝置資料，例如使用者或本端印表機本端之快閃記憶體裝置之輸入及/或輸出。
在一些實施例中，計算裝置200包括用於自使用者接收輸入之輸入或使用者介面250。使用者介面250可包括例如鍵盤、指標裝置、滑鼠、手寫筆、觸敏面板(例如，觸控板或觸控螢幕)、位置偵測器及/或音訊輸入裝置。例如觸控螢幕之單一組件可充當媒體輸出組件之輸出裝置及輸入介面。在一些實施例中，可使用例如平板電腦之行動裝置。
在一些實施例中，計算裝置200可包括作為記憶體232內之資料儲存區之資料庫260，使得各種資訊可儲存在資料庫260內。替代地，在一些實施例中，資料庫260可包括於具有檔案共用能力之遠端伺服器(未展示)內，使得可由計算裝置200及/或遠端終端使用者存取資料庫260。在一些實施例中，複數個電腦可執行指令可儲存在記憶體232，例如一或多個電腦可讀儲存媒體270 (圖2中僅展示一個)中。電腦可讀儲存媒體270包括非暫時性媒體，且可包括以用於儲存例如電腦可讀指令、資料結構、程式模組或其他資料之資訊之任何方法或技術實施之揮發性及非揮發性、可拆卸及不可拆卸媒體。可由處理器230執行該等指令以執行本文中所描述之各種功能。
在圖2之實例中，計算裝置200可為通信裝置、儲存裝置或能夠執行軟體組件之任何裝置。出於非限制性實例，計算裝置200可為但不限於本端智慧型車輪伺服器、本端使用者裝置、遠端伺服器、遠端使用者裝置、裝置平台之裝置、遠端衛星、智慧型電話、膝上型PC、膝上型PC、平板電腦、Google™ Android™裝置、iPhone®、iPad®及語音控制式揚聲器或控制器。
計算裝置200具有通信介面280，其使計算裝置200能夠使用一或多個已知通信媒體及通信協定與使用者及其他裝置通信。此處，通信媒體及協定可為但不限於網際網路、企業內部網路、廣域網路(WAN)、區域網路(LAN)、無線網路、藍芽、WiFi及行動通信網路。
在一些實施例中，通信介面280可包括能夠將計算裝置200耦接至一或多個網路及/或額外裝置之任何合適硬體、軟體或硬體與軟體之組合。通信介面280可經配置以用任何合適技術來操作，該技術用於使用一組所要通信協定、服務或操作程序來控制資訊信號。通信介面280可包含適當實體連接器(有線或無線)以與對應通信媒體連接。在一些實施例中，通信介面280包括射頻(RF)通信電路，及用於根據各種已知通信協定(例如，LTE、5G、Wifi等)傳輸及接收RF信號之至少一個天線。
通信網路可用作通信手段。在各種態樣中，網路可包含區域網路(LAN)以及廣域網路(WAN)，其包括但不限於網際網路、有線通道、無線通道、包括電話、電腦、導線、無線電、光學或其他電磁通道之通信裝置及其組合，包括能夠傳達資料/與傳達資料相關聯之其他裝置及/或組件。例如，通信環境包含本體內通信、各種裝置及各種通信模式，例如無線通信、有線通信及其組合。
無線通信模式包含至少部分地利用無線技術之點(例如，通信節點)之間的任何通信模式，該無線技術包括與無線傳輸、資料及裝置相關聯之各種協定及協定組合。通信節點可包括例如無線裝置，例如行動終端機、固定終端機、基地台、存取點、智慧型電話及能夠經由各種無線通信協定無線通信之其他已知裝置。通信節點之其他實例可包括無線耳機、音訊及多媒體裝置及設備，例如音訊播放器及多媒體播放器、包括行動電話及無線電話之電話，及電腦及電腦相關裝置及組件，例如印表機、連接網路之機器，及/或任何其他合適裝置或第三方裝置。
有線通信模式包含利用有線技術之點之間的任何通信模式，該有線技術包括與有線傳輸、資料及裝置相關聯之各種協定及協定組合。該等點包含例如裝置，例如音訊及多媒體裝置及設備，例如音訊播放器及多媒體播放器，包括行動電話及無線電話之電話，及電腦及電腦相關裝置及組件，例如印表機、連接網路之機器，及/或任何其他合適裝置或第三方裝置。在各種實施方案中，有線通信模組可根據數個有線協定來通信。有線協定之實例可包含通用串列匯流排(USB)通信、RS-232、RS-422、RS-423、RS-485串列協定、火線、乙太網路、光纖通道、MIDI、ATA、串列ATA、PCI高速、T-1 (及變體)、工業標準架構(ISA)並列通信、小型電腦系統介面(SCSI)通信或周邊組件互連(PCI)通信(僅舉幾個實例)。
因此，在各種態樣中，通信介面280可包含一或多個介面，例如無線通信介面、有線通信介面、網路介面、傳輸介面、接收介面、媒體介面、系統介面、組件介面、切換介面、晶片介面、控制器等等。當由無線裝置或在無線系統內實施時，例如，通信介面280可包含無線介面，該無線介面包含(例如，包括)一或多個天線、傳輸器、接收器、收發器、放大器、濾波器、控制邏輯等等。
在各種態樣中，通信介面280可根據數個協定提供資料通信功能性。協定之實例可包含各種無線區域網路(WLAN)協定，包括電氣電子工程師學會(IEEE) 802.xx系列之協定，例如IEEE 802.11a/b/g/n、IEEE 802.16、IEEE 802.20等等。無線協定之其他實例可包含各種無線廣域網路(WWAN)協定，例如用GPRS之GSM蜂巢式無線電電話系統協定、用1xRTT之CDMA蜂巢式無線電電話通信系統、EDGE系統、EV-DO系統、EV-DV系統、HSDPA系統、4G-LTE、5G (新無線電)等等。無線協定之其他實例可包含無線個人區域網路(PAN)協定，例如紅外線協定、來自藍芽技術聯盟(SIG)系列協定之協定，包括用增強型資料速率(EDR)之藍芽規範版本v1.0、v1.1、v1.2、v2.0、v2.0，以及一或多個藍芽設定檔等等。無線協定之又其他實例可包含近場通信技術及協定，例如電磁感應(EMI)技術。EMI技術之實例可包含被動或主動射頻識別(RFID)協定及裝置。其他合適協定可包含超寬頻(UWB)、數位辦公室(DO)、數位家庭、受信任平台模組(TPM)、ZigBee等等。
圖3A為根據各種實施例之智慧型車輪300的透視繪示。智慧型車輪300可包括具有至少一個裝置之裝置平台302。更具體地，裝置平台302可包括為感測器殼體304內之感測器之至少一個裝置，及為能量採集器306之至少一個裝置。裝置平台可由智慧型車輪300之可旋轉組件308支撐(例如，沿著該可旋轉組件定位)。可旋轉組件308可包括例如智慧型車輪300之輪輞，可旋轉組件308之圓周限界在該輪輞內。儘管裝置平台被繪示為八對感測器殼體304及能量採集器306，但在各種實施例中，可視不同應用之需要在裝置平台中實施任何數目個感測器殼體及能量採集器。例如，其他實施例可包括用於每一能量採集器之多個感測器殼體，且又其他實施例可包括用於每一感測器殼體之多個能量採集器。儘管某些實施例將感測器殼體304描述為直接位於智慧型車輪300之輪輞308A上(例如，智慧型車輪300之可旋轉組件308之輪輞上)，但在各種實施例中，感測器殼體亦可視不同應用之需要而位於智慧型車輪300之其他部分中。例如，感測器殼體(及構成性感測器)可更接近可旋轉組件308之中心定位，例如在特定實施例中，沿著可旋轉組件308之輪輻308B或圍繞可旋轉組件308之中心308C (例如，接近蓋)。
在各種實施例中，感測器殼體可表示與功能模組一起在感測器殼體內之一或多個感測器，該等功能模組係例如經組態以儲存由能量採集器產生之能量之電池或其他能量儲存媒體。在某些實施例中，感測器殼體可包括將感測器殼體之各種部分連接在一起之系統匯流排(例如，印刷電路板之導電元件)。
此外，感測器殼體可包括其他功能模組，例如用以將由感測器殼體之各種感測器捕獲之感測器資料傳達至本端智慧型車輪伺服器之通信介面。此通信介面可包括例如用於將資料分流(例如，經由毫米及/或十億赫波長通信)至本端智慧型車輪伺服器、其他車輛、基礎結構(例如，遠端網路)及/或使用者裝置之通信介面。作為其他實例，此通信介面可有助於例如經由藍芽、射頻、無線電波、超音波及/或任何其他類型之通信協定或媒體之無線通信。此通信介面可經組態以與例如車輛上之車載電子控制單元(ECU)及/或進階駕駛員輔助(ADAS)系統進行通信。另外，視情況，感測器殼體可包括處理器或任何其他電路以有助於收集、傳達及/或分析由感測器殼體之構成性感測器產生之感測器資料。
根據各種實施例，各種類型之感測器可與感測器殼體整合在一起。例如，感測器殼體可包括可感測由能量採集器產生之電位量之衝擊感測器。衝擊感測器可經組態以在能量採集器產生充分量之電位時喚醒或以其他方式啟動感測器殼體之感測器及/或功能模組。換言之，衝擊感測器可在概念上包括能量採集器，使得衝擊感測器經組態以基於能量採集器回應於機械變形而產生超過臨限值量之能量，將感測器殼體之各種感測器及/或功能模組自低功率或非作用中狀態轉變至通電或作用中狀態。在某些實施例中，在能量採集器並不產生任何能量時(例如，當不存在施加至能量採集器之機械應力時)，可將由衝擊感測器感測之能量儲存在電池中以用作備用電力。
在特定實施例中，感測器殼體可包括經組態以產生氣壓感測器資料之高度感測器。因此，此高度感測器可為可量測大氣壓之氣壓感測器或大氣壓力感測器，該大氣壓可指示海拔或高度。此氣壓感測器資料可例如用以判定智慧型車輪距例如道路之參考點及/或相對於車輛之其他智慧型車輪之高度。此可允許判定翻車風險或輪胎漏氣。如上文所提及，智慧型車輪上之高度感測器可在車輪之可旋轉組件上且因此不在車輛之底盤上。因此，此高度感測器可能夠提供關於哪一側(例如，哪一智慧型車輪)引發翻車之氣壓感測器資料(例如，當以連續或半連續方式產生並記錄此氣壓感測器資料時)。此外，相比於由車輛底盤之靜態部分產生之感測器資料，由智慧型車輪產生之氣壓感測器資料可更準確地感測例如坑窪之道路狀況。在一些實施例中，高度感測器經組態以亦量測內輪胎表面由於車輛負載或接觸塊引起之撓曲。在一些實施例中，可將測距感測器置放在輪胎之加壓部分中。隨著輪胎旋轉，輪胎相對於中心旋轉輪輞之距離發生改變。此週期性距離改變係可偵測的。
在其他實施例中，感測器殼體可包括經組態以產生聲感測器資料之聲感測器。因此，此聲感測器可為任何類型之聲學、聲音或振動感測器，例如地質探測器、麥克風、地震儀及聲音定位器等。聲感測器資料可用於音訊型樣辨識，以便感測可旋轉組件(例如，車輪)之制動器或轉子之音訊訊跡。此可用於預測車輛維修排程及/或產生效能最佳化資料。在一些實施例中，例如，可分析聲感測器資料以識別及/或監測針對不同制動及磨損狀況之唯一訊跡。
在各種實施例中，感測器殼體可包括經組態以自波之可變衰減產生影像感測器資料之影像感測器。影像感測器之實例可包括互補金屬氧化物半導體(CMOS)或N型金屬氧化物半導體(NMOS)技術中之半導體電荷耦合裝置(CCD)或主動像素感測器。在各種實施例中，包括影像感測器之裝置平台可包括透鏡或其他透明介質，在該透明介質上，光波自感測器殼體外聚焦至影像感測器上。在特定實施例中，此影像感測器可包括飛行時間(TOF)感測器以捕獲可特性化TOF之飛行時間資料。此TOF感測器可為例如經組態以收集超音波TOF感測器資料之超音波TOF感測器。作為更特定實例，影像感測器可充當用於判定輪胎胎面深度之可見性，以用於評估輪胎效能及最佳化之攝影機。捕獲特性化輪胎胎面深度之影像資料之此影像感測器亦可以某一方式定位，使得可捕獲輪胎胎面之影像資料(例如，藉由使此影像感測器捕獲特性化上面定位有該影像感測器之智慧型輪胎，或上面未定位有該影像感測器之輪胎之胎面深度之影像資料)。根據各種實施例，影像感測器之位置可在輪輞內或外，使得感測器可對輪胎之側壁進行成像。在任一情況下，影像感測器都可電耦接至能量採集器。作為另一特定實例，影像感測器可包括用於鑑認或識別之紅外線影像感測器。例如，可利用此紅外線感測器來掃描本端環境或本端物件(例如，接近車輛之人)之特性以進行鑑認。
在特定實施例中，感測器殼體可包括經組態以產生氣體感測器資料之氣體感測器。此氣體感測器可為監測及特性化氣態氛圍之任何類型之感測器。例如，氣體感測器可利用用於氣體偵測之多種機制中之任一者，例如電化學氣體感測器、催化珠氣體感測器、光電離氣體感測器、紅外線點氣體感測器、熱成像氣體感測器、半導體氣體感測器、超音波氣體感測器、全像氣體感測器等。此等氣體感測器可例如偵測某些類型之氣體，例如廢氣、爆炸性氣體(例如，用於電池故障偵測)、大氣濕度、空氣質量、微粒、pH位準等。
在特定實施例中，感測器殼體可包括經組態以產生磁感測器資料之磁感測器。此磁感測器可例如為使用磁場圖(例如，在建築物內或在封閉環境內)量測用於導航之磁力之磁力計。
在額外實施例中，感測器殼體可包括經組態以產生加速度感測器資料之加速計感測器及/或經組態以產生陀螺儀感測器資料之陀螺儀感測器。此加速度感測器資料及/或陀螺儀感測器資料可用於導航，以便判定用於緊急制動系統應用之加速度量。在某些實施例中，加速計感測器及/或陀螺儀感測器可為位於智慧型車輪上之慣性導航系統(INS)之部分。
能量採集器306可沿著智慧型車輪300之可旋轉組件308 (例如，輪輞)以某一方式定位，該方式經組態以隨著可旋轉組件308旋轉，回應於作用在與道路或物件接觸之智慧型車輪300之可撓性組件310 (例如，氣動或可充氣輪胎、內胎等)上之壓縮力而捕獲動能。在某些實施例中，能量採集器306及/或裝置平台302可能係自車輛或智慧型車輪300之側面(例如，鄰近車輛或智慧型車輪300之橫向側壁)可見的。然而，在其他實施例中，能量採集器306及/或裝置平台302可能係自車輛或智慧型車輪300之側面不可見的。由能量採集器306採集之能量可用於為裝置平台302之各種組件，例如感測器殼體304內之各種感測器及/或通信介面供電，如下文進一步詳細描述。
在各種實施例中，能量採集器306可定位在可旋轉組件308之側壁上。例如，能量採集器306可定位於可撓性組件310 (例如，輪胎、內胎、帶束等)之胎圈區域與可旋轉組件308 (例如，輪輞、軸件等)之間。因此，可撓性組件310可安裝在可旋轉組件308上。當車輛在表面(例如，道路)上行駛時，能量採集器306可產生由作用在可撓性組件310 (例如，輪胎、內胎等)之胎圈區域上之壓縮力產生之能量。
圖3B為根據各種實施例之並無可撓性組件之智慧型車輪300的透視繪示。如所繪示，能量採集器306可圍繞可旋轉組件308之圓周定位。因此，能量採集器306可產生由移動物件(例如，車輛，該壓縮力作用在輪胎之安裝在可旋轉組件308上之胎圈區域上)之壓縮力產生之能量。在一些實施例中，壓縮力可能係由於負載(例如，加速度、減速度等)引起的。因而，壓縮力之位置可取決於負載而變化。在其他實施例中，能量採集器306可捕獲回應於可旋轉組件308旋轉而移動之運輸工具之動能。因此，當機械應力被施加至能量採集器306時，能量採集器306可產生能量。
圖4A為根據各種實施例之能量採集器306的透視繪示400A。能量採集器306可沿著可旋轉組件308 (例如，輪輞)之圓周定位。能量採集器306可包括經組態以接觸且固定地耦接至可旋轉組件308之基板402。基板402可支撐壓電組件404。根據一些實施例，壓電組件可為將機械變形轉換成能量之換能器。
能量採集器306可包括經組態以引導且分流由壓電組件404產生之能量之導電組件406。此導電組件可與裝置平台之其他裝置(例如，感測器殼體之感測器)連接，以為裝置平台之其他裝置供電。在某些實施例中，此導電組件404可由例如黃銅或銅之可撓性導電材料構成。能量採集器306亦可包括定位銷408，壓電組件404可基於該定位銷緊固至基板402。例如，壓電組件404可包括具有開口孔之翼尖特徵409，定位銷408經組態以以安全方式穿過該孔以將壓電組件緊固至基板402，如下文進一步詳細描述。
在各種實施例中，基板402可包括與智慧型車輪之可旋轉組件308 (例如，輪輞)介接之三維彎曲底部表面410。此三維彎曲底部表面410可包括在三個維度(例如，長度、高度及寬度)上之複合曲線。如上文所提及，長度、高度及寬度中之每一者可界定在三維實體空間中彼此正交之維度或軸線。例如，長度可係沿著與高度正交之軸線，高度可係沿著與寬度正交之軸線，寬度可係沿著與長度正交之軸線。在某些實施例中，長度、高度及寬度可分別被稱為x軸、z軸及y軸。而且，基板402可包括與底部表面410相對之彎曲分段表面412 (例如，微腔或凹坑)。此分段表面412 (例如，頂部表面)亦可被稱為基板之頂部表面。在一些實施例中，彎曲分段表面412僅在兩個維度(例如，長度、高度及寬度中之兩者)上彎曲，如下文進一步詳細描述。當力被施加至壓電組件404上時，壓電組件404將變形並順應二維彎曲分段表面412，此限制了壓電組件404之變形量。因此，壓電組件404可經由三維彎曲底部表面410位於可旋轉組件308上。而且，矩形壓電組件404可經組態以在二維彎曲分段表面412內彎曲。在某些實施例中，二維彎曲分段表面412可被稱為凸出表面。因此，二維彎曲分段表面412可包括(例如，可為)具有筆直(例如，非彎曲或平坦)形狀或表面之壓電組件404可附接至之凸出表面。在某些實施例中，基板402可被稱為淚滴狀支撐件。因此，壓電組件404可抵靠凸出二維彎曲分段表面412彎曲以在壓電組件404上產生壓縮彎曲應變。換言之，壓電組件404可產生應變，使得壓電組件404彎曲以順應凸出二維彎曲分段表面412 (例如，抵靠凸出表面彎曲)以產生電荷(例如，經由壓電材料層機械變形)。因此，基板402可被結構化成當被置放在車輪之輪胎與可旋轉組件308之間時(例如，藉由輪胎向下推壓壓電組件404)，使得壓電組件404能夠產生應變(例如，相對運動/撓曲)。
在各種實施例中，壓電組件404可包括為晶體及半導體材料或聚合物及有機材料中之至少一者之壓電材料。晶體及半導體材料之實例可包括：聚偏二氟乙烯、磷酸鎵、鈦酸鉍鈉、鈦酸鋯鉛、石英、塊磷鋁礦(AlPO4)、蔗糖(調味糖)、羅謝爾鹽、黃玉、電氣石族礦物、鈦酸鉛(PbTiO3)、矽酸鑭(La3Ga5SiO14)、正磷酸鎵(GaPO4)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)、鈣鈦礦陶瓷系列中之任一者、鎢青銅、鈮酸鉀(KNbO3)、鎢酸鈉(Na2WO3)、Ba2NaNb5O5、Pb2KNb5O15、鈮酸鈉鉀((K,Na)NbO3) (例如NKN或KNN)、鐵酸鉍(BiFeO3)、鈮酸鈉(NaNbO3)、鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鉍(Bi4Ti3O12)、鈦酸鉍(NaBi(TiO3)2)、閃鋅礦晶體、GaN、InN、AlN及ZnO。聚合物及有機材料之實例可包括：聚偏二氟乙烯(PVDF)及其共聚物、聚醯胺及對苯二甲-C，聚醯亞胺，及聚偏二氯乙烯(PVDC)，以及二苯丙胺酸肽奈米管(PNT)。
在各種實施例中，基板402可包括至少一種材料，例如：黃銅、鋼、彈簧鋼板(SS)、碳纖維、鋁及其合金、鈦及其合金、S2玻璃纖維棒、玻璃纖維增強聚合物層壓板(Fiberite HMS/33)、玻璃纖維、克維拉層壓板、碳纖維增強材料、芳綸纖維增強材料、纖維增強塑膠(FRP)、銅及合金。
圖4B為根據各種實施例之能量採集器306的俯視圖繪示400B。俯視圖繪示400B繪示導電組件406可如何經由互連件416與壓電組件404連接。換言之，互連件416可為將壓電組件404連接至導電組件406，使得導電組件406可引導且分流由壓電組件404產生之能量之可撓性結構。此導電組件可與裝置平台之其他裝置連接以為裝置平台之其他裝置供電。
而且，俯視圖繪示400B繪示基板402亦可如何包括將壓電組件404緊固至基板402之定位銷408。例如，壓電組件404可包括具有開口孔之翼尖特徵409，定位銷408經組態以穿過該孔以將壓電組件緊固至基板402。亦繪示了由基板402形成之空腔內之二維彎曲分段表面412。圖4B進一步繪示下文將結合圖5A及圖5B進一步參考之橫截面線A-A。
圖4C為根據各種實施例之能量採集器306的正視圖繪示400C。正視圖繪示400C繪示導電組件406可如何大體上在基板402後方。而且，正視圖繪示400C繪示基板402亦可如何包括用於將壓電組件404緊固至基板402之定位銷408的另一視圖。例如，壓電組件404可包括具有開口孔之翼尖特徵409，定位銷408經組態以穿過該孔以將壓電組件緊固至基板402。亦繪示了由基板402形成之空腔內之二維彎曲分段表面412。
圖4D為根據各種實施例之能量採集器306的背視圖繪示400D。背視圖繪示400D繪示導電組件406可如何大體上在基板402後方(例如，在背視圖繪示400D中之前景中)。背視圖繪示400D亦包括三維彎曲底部表面410及基板402上之實體互連特徵420。此實體互連特徵420可用以將不同基板402實體地連接在一起，如下文將進一步詳細論述。所繪示實體互連特徵420可為經組態以與凹入實體互連特徵(圖4D中未繪示)互連之凸出實體互連特徵420。
圖4E為根據各種實施例之能量採集器306的仰視圖繪示400E。仰視圖繪示400E繪示導電組件406可如何大體上在基板402後方。仰視圖繪示400E亦包括三維彎曲底部表面410及基板402上之實體互連特徵420。如上文所提及，此實體互連特徵420可用以將不同基板402實體地連接在一起，如下文將進一步詳細論述。所繪示實體互連特徵420可為經組態以與凹入實體互連特徵(圖4E中未繪示)互連之凸出實體互連特徵420。
圖4F為根據各種實施例之能量採集器306的右側視圖繪示400F。而且，圖4G繪示根據各種實施例之能量採集器306的左側視圖繪示400G。圖4F及圖4G之組合可被稱為側視圖圖式。側視圖圖式繪示了可經由互連件416與壓電組件404連接之導電組件406。換言之，互連件416可為將壓電組件404連接至導電組件406，使得導電組件406可引導且分流由壓電組件404產生之能量之可撓性結構。此導電組件可與裝置平台之其他裝置連接以為裝置平台之其他裝置供電。側視圖圖式亦繪示了三維彎曲底部表面410。
圖5A為根據各種實施例之能量採集器306的側視橫截面圖500A，其中壓電組件404處於未偏置狀態。側視橫截面圖500A可跨越上文圖4B中繪示之橫截面A-A。返回至圖5A，側視橫截面圖500A繪示導電組件406可如何經由互連件416與壓電組件404連接。因此，互連件416可為將壓電組件404連接至導電組件406，使得導電組件406可引導且分流由壓電組件404產生之能量之可撓性結構。此導電組件可與裝置平台之其他裝置連接以為裝置平台之其他裝置供電。
而且，側視橫截面圖500A繪示基板402亦可如何包括壓電組件404可基於其緊固至基板402之定位銷408。亦繪示了由基板402形成之空腔內之二維彎曲分段表面412。三維彎曲底部表面410繪示為在二維彎曲分段表面412下方且與分段表面相對。如圖5A中所示，二維彎曲分段表面412在兩個維度(例如，寬度及高度維度而非長度維度)上彎曲以形成2-D凸出表面。相比之下，三維底部表面410在寬度、高度及長度維度中之每一者上彎曲。在一些實施例中，3-D底部表面410具有S形橫截面，如圖5A中所示。處於未偏置狀態之壓電組件404在未偏置狀態下可係平坦的(例如，未彎曲)，此係因為其可能未經歷充分應變以被偏置。
圖5B為根據各種實施例之能量採集器306的側視橫截面圖500B，其中壓電組件404處於偏置狀態。側視橫截面圖500B可跨越上文圖4B中繪示之橫截面A-A。返回至圖5B，處於偏置狀態之壓電組件404可能經歷充分量之應變以使壓電組件彎曲，使得壓電組件順應二維彎曲分段表面412。如上文所提及，壓電組件404可在可旋轉組件轉動時在偏置與未偏置狀態之間交替。因此，來自車輪或車輛之負載可使壓電組件移位並產生電荷(例如，電能)。在一些實施例中，能量採集器可在可旋轉組件旋轉時產生連續電力。在某些實施例中，此能量可呈交流電(AC)信號之形式，其可被整流為直流電(DC)信號。換言之，在壓電組件處經歷之彎曲應變可產生頻率與車輪之旋轉頻率成比例之能量(例如，交流電(AC)電壓)。在一些實施例中，AC信號由包括在感測器304內之整流電路整流。
圖6為根據各種實施例之整合式能量採集器606的透視繪示600。整合式能量採集器606可沿著可旋轉組件608 (例如，輪輞)之圓周定位而不需要基板。換言之，整合式能量採集器606可整合於可旋轉組件608內且因此不需要單獨的實體基板結構。可旋轉組件608可包括形成於可旋轉組件608上之彎曲分段表面612 (例如，形成於可旋轉組件608上之微腔或凹坑)。在一些實施例中，彎曲分段表面612僅在兩個維度(例如，高度及寬度維度而非長度維度)上彎曲，以便形成二維凸出表面612。壓電組件614可產生應變以變形並順應二維彎曲分段表面612。而且，此二維彎曲分段表面612可不同於可旋轉組件608之可具有三維彎曲表面之其餘部分。矩形壓電組件614可經組態以在二維彎曲分段表面612內彎曲。在某些實施例中，二維彎曲分段表面612可被稱為凸出表面。因此，二維彎曲分段表面612可包括(例如，可為)相比於3-D彎曲表面，具有筆直(例如，未彎曲或平坦)形狀或表面之壓電組件604可較容易且緊固地附接至之凸出表面。壓電組件604可抵靠凸出二維彎曲分段表面612彎曲，以在壓電組件614上產生壓縮彎曲應變。換言之，壓電組件614可產生應變，使得壓電組件彎曲以順應凸出二維彎曲分段表面612 (例如，抵靠凸出表面彎曲)以產生電荷(例如，經由壓電材料層機械變形)。因此，可旋轉組件608之凸出二維彎曲分段表面612可被結構化成當被置放在車輪之輪胎與可旋轉組件608之間時(例如，藉由輪胎向下推壓壓電組件614)，使得壓電組件614能夠產生應變(例如，相對運動/撓曲)。
整合式能量採集器606可包括經組態以引導且分流由壓電組件614產生之能量之導電組件616。此導電組件可連接至裝置平台之感測器殼體304 (圖3A及圖3B)內包括之可再充電電池之引線，以為感測器殼體304內之感測器供電。在某些實施例中，此導電組件616可由例如黃銅或銅之可撓性導電材料構成。整合式能量採集器606亦可包括用以將壓電組件614緊固至可旋轉組件608之凸出二維彎曲分段表面612之定位銷(未繪示)。
在某些實施例中，壓電組件可被形成有不同類型之層。例如，壓電組件之一種類型之層可為拉伸負載背襯層。此拉伸負載背襯層可係例如具有充分拉伸負載可撓性以將壓電組件保持在一起之鋼板。壓電組件之另一類型之層可為可經組態以經由機械變形產生電荷之壓電材料層。壓電組件之又一類型之層可為用以自壓電材料層採集電能(例如，電荷)之電極層。
圖7A繪示根據各種實施例之壓電組件700之不同層。壓電組件700之第一層可為第一電極層702。壓電組件700之第二層可為壓電材料層704。壓電組件700之第三層可為拉伸負載背襯層706。壓電組件之第四層可為第二電極層708。
在某些實施例中，第一電極層702可與壓電材料層704組裝在一起(例如，在與壓電材料層組裝在一起時直接實體接觸壓電材料層)。壓電材料層704可與拉伸負載背襯層706組裝在一起(例如，在與拉伸負載背襯層組裝在一起時直接實體接觸拉伸負載背襯層)。拉伸負載背襯層706可與第二電極層708組裝在一起(例如，在與第二電極層組裝在一起時直接實體接觸第二電極層)。
在某些實施例中，此第一電極層702可最接近二維彎曲分段表面412。例如，當二維彎曲分段表面412/612在基板上或直接在可旋轉組件上時，在壓電組件(包括第一電極層702)被偏置時，第一電極層702可直接接觸基板或可旋轉組件之二維彎曲分段表面。而且，第二電極層708可(在不同層當中)最遠離二維彎曲分段表面。
每一電極層(例如，第一電極層702及第二電極層708)可包括嵌入於可撓性材料(例如，環氧樹脂)內(例如，由可撓性材料固持在適當位置)之電極710。在例如用第一電極層702繪示之某些實施例中，電極710可被形成為可直接接觸壓電材料層，以自壓電材料層704採集電荷之網狀結構。在例如用第二電極層708繪示之其他實施例中，電極710可被形成為可間接接觸(例如，經由拉伸負載背襯層706)壓電材料層，以自壓電材料層704採集電荷之網狀結構。因此，第一電極層702及第二電極層708可表示具有不同電位之不同電路，使得在第一電極層702與第二電極層708之間存在電位差。
每一電極層可與可撓性互連件712介接，可撓性互連件與其各別電極710連接。此可撓性互連件712可經組態以用於將電極層702中之電極710互連至其他電組件，以便為智慧型車輪感測器系統之裝置供電或使智慧型車輪感測器系統之裝置離開可撓性互連件執行量測(例如，量測能量或電位)。
在特定實施例中，拉伸負載背襯層706可由不鏽鋼製成。拉伸負載背襯層可提供額外實體支撐，以在未偏置時使壓電組件保持處於平坦狀態。例如，拉伸負載背襯層在處於靜止或未偏置位置時可係平坦或未彎曲的，使得在自壓電組件釋放張力之後，拉伸負載背襯層可使壓電組件未偏置或將其實體再定向為未偏置狀態(例如，平坦狀態)。
在各種實施例中，壓電材料層704可由壓電材料製成。此壓電材料可例如為晶體及半導體材料或聚合物及有機材料中之至少一者。晶體及半導體材料之實例可包括：聚偏二氟乙烯、磷酸鎵、鈦酸鉍鈉、鈦酸鋯鉛、石英、塊磷鋁礦(AlPO4)、蔗糖(調味糖)、羅謝爾鹽、黃玉、電氣石族礦物、鈦酸鉛(PbTiO3)、矽酸鑭(La3Ga5SiO14)、正磷酸鎵(GaPO4)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)、鈣鈦礦陶瓷系列中之任一者、鎢青銅、鈮酸鉀(KNbO3)、鎢酸鈉(Na2WO3)、Ba2NaNb5O5、Pb2KNb5O15、鈮酸鈉鉀((K,Na)NbO3) (例如NKN或KNN)、鐵酸鉍(BiFeO3)、鈮酸鈉(NaNbO3)、鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鉍(Bi4Ti3O12)、鈦酸鉍(NaBi(TiO3)2)、閃鋅礦晶體、GaN、InN、AlN及ZnO。聚合物及有機材料之實例可包括：聚偏二氟乙烯(PVDF)及其共聚物、聚醯胺及對苯二甲-C，聚醯亞胺，及聚偏二氯乙烯(PVDC)，以及二苯丙胺酸肽奈米管(PNT)。
在各種實施例中，電極層可電接合至壓電組件之其他層(例如，拉伸負載背襯層及/或壓電材料層)。而且，拉伸負載背襯層可電及/或機械地接合至壓電材料層。組裝壓電組件之所有層可形成壓電組件(其在某些實施例中可被稱為壓電電極總成)。在其他實施例中，壓電組件可囊封於例如可熱收縮膜或聚合物之保護塗層中以保護壓電組件免於環境退化。
圖7B繪示根據各種實施例之呈組裝形式之壓電組件700。當呈組裝形式時，第一電極層可直接實體接觸壓電材料層。壓電材料層可直接實體接觸拉伸負載背襯層。最後，拉伸負載背襯層可直接實體接觸第二電極層。
圖8A為根據各種實施例之能量採集器802的透視繪示，其中壓電組件804之一端緊固至基板806。壓電組件804被繪示為具有可見網狀構造。如上文所提及，能量採集器802可沿著可旋轉組件(例如，車輪之輪輞)之圓周定位。能量採集器802可包括接觸可旋轉組件之基板806。基板806可藉由在壓電組件804之第一端808處將壓電組件804緊固至基板806而支撐壓電組件804。換言之，基板806可在壓電組件804之第一端808處向下夾緊並緊固壓電組件804。
能量採集器802可包括經組態以接納例如接腳之導電組件(未繪示)之導電組件開口812，該導電組件經組態以引導並分流由壓電組件804產生之能量。此導電組件可與裝置平台之其他裝置連接以為裝置平台之其他裝置供電。在某些實施例中，此導電組件可由例如黃銅或銅之導電材料構成。
在各種實施例中，基板806可包括與車輪之可旋轉組件(例如，輪輞)介接之三維彎曲底部表面820。此三維彎曲底部表面820可包括在三個維度(例如，長度、高度及寬度)上之複合曲線，使得基板806可被置放成與可旋轉組件之三維彎曲表面齊平。如上文所提及，長度、高度及寬度中之每一者可界定在三維實體空間中彼此正交之維度或軸線。例如，長度可係沿著與高度正交之軸線，高度可係沿著與寬度正交之軸線，寬度可係沿著與長度正交之軸線。在某些實施例中，長度、高度及寬度可被稱為x軸、z軸及y軸。而且，基板806可包括與底部表面820相對之彎曲分段表面822 (例如，基板806中之微腔或凹坑)。在一些實施例中，彎曲分段表面822僅在兩個維度(例如，高度及寬度維度)上彎曲。壓電組件804可產生應變以變形並順應二維彎曲分段表面822。如上文所論述，壓電組件804可經由基板806之三維彎曲底部表面820位於可旋轉組件上。而且，矩形壓電組件804可經組態以彎曲並順應二維彎曲分段表面822。在某些實施例中，二維彎曲分段表面822可被稱為凸出表面。因此，二維彎曲分段表面822可包括(例如，可為)具有筆直(例如，未彎曲或平坦)形狀或表面之壓電組件804可附接至之凸出表面。在某些實施例中，基板806可被稱為淚滴狀支撐件。因此，壓電組件804可抵靠凸出二維彎曲分段表面822彎曲，以在壓電組件804上產生壓縮彎曲應變。換言之，壓電組件804可產生應變，使得壓電組件由於外部力而彎曲以順應凸出二維彎曲分段表面822以產生電荷(例如，經由壓電材料層機械變形)。因此，基板806可被結構化成當被置放在車輪之輪胎與可旋轉組件之間時(例如，藉由輪胎向下推壓壓電組件804)，使得壓電組件804能夠產生應變(例如，相對運動/撓曲)。
圖8B為根據各種實施例之不具有壓電組件之基板806的透視繪示。如上文所提及，基板可包括經組態以接納例如接腳之導電組件(未繪示)之導電組件開口或狹槽812，該導電組件經組態以引導並分流由壓電組件804產生之能量。而且，在各種實施例中，基板806可包括與智慧型車輪之可旋轉組件(例如，輪輞)介接之三維彎曲底部表面820，如上文所描述。
如上文所介紹，壓電組件可包括可被形成為網狀結構以自壓電材料層採集電荷之下部電極層。電極層之網狀構造(例如，網狀結構之實體結構)可呈任何組態或結構。在特定實施例中，電極層之網狀構造可為穿越二維空間(例如，沿著壓電組件之層之表面)之單一細長電極。因此，電極層可為包括大體上由可撓性材料(例如，環氧樹脂)固持在適當位置之電極之壓電組件層。在特定實施例中，電極層(例如，上部電極層及/或下部電極層)可為單塊的(例如，係與壓電組件之另一層之表面共同延伸之固體電極層)。在其他實施例中，下部電極層可包括不同於上部電極層之網狀構造。在又其他實施例中，下部電極層可包括與上部電極層相同之網狀構造。圖9A至圖9Q繪示根據各種實施例之數個不同例示性網狀構造。
圖9A繪示根據各種實施例之作為筆直繞組之電極之例示性網狀構造。此筆直繞組網狀構造900A可表示穿越二維空間(例如，沿著壓電組件902A之層之表面)之單一細長電極。
圖9B繪示根據各種實施例之作為彎曲繞組之電極之例示性網狀構造。此彎曲繞組網狀構造900B可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902B之另一層之表面)以彎曲方式(例如，相比於上文參考之筆直繞組較彎曲)捲繞之單一細長電極。
圖9C繪示根據各種實施例之作為Z形繞組之電極之例示性網狀構造。此Z形繞組網狀構造900C可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902B之另一層之表面)以Z形方式捲繞之單一細長電極。
圖9D繪示根據各種實施例之作為單側碗狀繞組之電極之例示性網狀構造。此單側碗狀繞組網狀構造900D可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902D之另一層之表面)以單側碗狀方式捲繞之單一細長電極。單側碗狀方式可指朝向一個方向伸出之中間碗狀物或半圓形構造904D。
圖9E繪示根據各種實施例之作為兩側碗狀繞組之電極之例示性網狀構造。此兩側碗狀繞組網狀構造900E可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902E之另一層之表面)以兩側碗狀方式捲繞之單一細長電極。兩側碗狀方式可指朝向兩個方向伸出之中間碗狀物或半圓形構造904E。
圖9F繪示根據各種實施例之作為尖銳繞組之電極之例示性網狀構造。此尖銳繞組網狀構造900F可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902F之另一層之表面)以尖銳方式(例如，約90度之銳角)捲繞之單一細長電極。
圖9G繪示根據各種實施例之作為部分彎曲繞組之電極之例示性網狀構造。此部分彎曲繞組網狀構造900G可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902G之另一層之表面)以彎曲方式(例如，相比於上文參考之筆直繞組較彎曲)捲繞之單一細長電極。
圖9H繪示根據各種實施例之作為深彎繞組之電極之例示性網狀構造。此深彎繞組網狀構造900H可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902H之另一層之表面)以深彎方式(例如，相比於上文參考之彎曲繞組較彎曲)捲繞之單一細長電極。
圖9I繪示根據各種實施例之作為網格之電極之例示性網狀構造。此網格網狀構造900I可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902I之另一層之表面)呈網格構造之細長電極。
圖9J繪示根據各種實施例之作為反斜線網格之電極之例示性網狀構造。此反斜線網格網狀構造900J可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902J之另一層之表面)呈反斜線網格構造之細長電極。
圖9K繪示根據各種實施例之作為正斜線網格之電極之例示性網狀構造。此正斜線網格網狀構造900K可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902K之另一層之表面)呈正斜線網格構造之細長電極。
圖9L繪示根據各種實施例之作為正反斜線網格之電極之例示性網狀構造。此正反斜線網格網狀構造900L可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902L之另一層之表面)呈正反斜線網格構造之細長電極。
圖9M繪示根據各種實施例之作為環繞繞組之電極之例示性網狀構造。此環繞繞組網狀構造900M可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902M之另一層之表面)以環繞方式捲繞之單一細長電極。
圖9N繪示根據各種實施例之作為尖頭繞組之電極之例示性網狀構造。此尖頭繞組網狀構造900N可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902N之另一層之表面)以尖頭方式(例如，具有面向一個方向之點或銳角)捲繞之單一細長電極。
圖9O繪示根據各種實施例之作為複雜環繞繞組之電極之例示性網狀構造。此複雜環繞繞組網狀構造900O可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902O之另一層之表面)以複雜環繞方式(例如，相比於上文參考之環繞方式具有更複雜迴路)捲繞之單一細長電極。
圖9P繪示根據各種實施例之作為兩側分段式碗狀繞組之電極之例示性網狀構造。此兩側分段式碗狀繞組網狀構造900P可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902P之另一層之表面)以兩側分段式碗狀方式捲繞之單一細長電極。兩側分段式碗狀方式可指由朝向兩個方向伸出之筆直片段904P形成之碗狀繞組。
圖9Q繪示根據各種實施例之作為單塊之電極之例示性網狀構造。此單塊網狀構造900Q可表示沿著二維空間(例如，沿著壓電組件902Q之另一層之表面)被形成為單塊(例如，板)之電極。
如上文所論述，圖9A至圖9Q中所示之各種網狀構造係例示性的，且並不意欲限制可用於本發明之各種實施例之網狀構造。基於壓電材料之幾何結構及組態，不同網狀構造提供/允許各種應變消除/疲勞破壞容限。誘發之應變，且因此在壓電體上產生之能量將受到網狀構造的影響，且可使用前述組態之一或多個實施例來進行最佳化。
圖10A繪示根據各種實施例之具有主動/被動排組特徵之能量採集器之環狀構造。能量採集器之環狀構造1000可形成匹配其可耦接至之可旋轉組件(未展示)之圓周之同心迴路。在某些實施例中，能量採集器之此環狀構造1000可形成主動/被動排組特徵，其中能量採集器1002 (例如，主動排組)經由橋接器1004 (例如，被動排組)連接。在某些實施例中，橋接器1004或被動排組可為並無壓電組件之基板。在其他實施例中，橋接器1004或被動排組可包括能量儲存媒體，例如與能量採集器1002之導電組件電連通之可再充電電池。
圖10B繪示根據各種實施例之具有連鎖特徵之能量採集器1012之環狀構造1010。能量採集器1012之環狀構造1010可形成匹配其可耦接至之可旋轉組件(未展示)之圓周之同心迴路。在某些實施例中，能量採集器1012之此環狀構造1010可由包括連鎖特徵之能量採集器1012形成，該連鎖特徵將不同能量採集器1012連鎖或連接在一起，如下文進一步詳細描述。
圖10C繪示根據各種實施例之具有連鎖特徵之能量採集器之環狀構造之經拆接能量採集器。此等能量採集器1012可包括將不同能量採集器1012連鎖或連接在一起之連鎖特徵。此連鎖特徵可包括例如在能量採集器1012之基板1016上之實體互連特徵1014A、1014B。實體互連特徵1014A、1014B可用以經由其基板1016將不同能量採集器1012實體地連接在一起。例如，不同基板1016可具有母型(例如，凹入)實體互連特徵1014A或公型(例如，凸出)實體互連特徵1014B。凸出實體互連特徵1014B可經組態以與凹入實體互連特徵1014A配合且互連。
圖10C中亦繪示基板1016之彎曲分段表面1018 (例如，微腔或凹坑內之分段表面)。在一些實施例中，彎曲分段表面1018僅在兩個維度(例如，高度及寬度維度)上彎曲。如上文所提及，壓電組件可產生應變以變形並順應二維彎曲分段表面1018。因此，矩形壓電組件可經組態以在二維彎曲分段表面1018內並朝向該分段表面彎曲。在某些實施例中，二維彎曲分段表面412可為凸出表面。
圖10D繪示根據各種實施例之具有連鎖特徵之能量採集器之環狀構造之經連接能量採集器。如圖10D中所繪示，一個基板1016之凸出實體互連特徵1014B可與另一基板1016之凹入實體互連特徵1014A互連以形成經連接能量採集器。
圖10E繪示根據各種實施例之連續環狀構造之經連接能量採集器。連續環狀構造1050可形成與可旋轉組件之圓周之同心迴路。在某些實施例中，此連續環狀構造1050可包括僅包括壓電組件而不具有單獨基板之能量採集器1052。例如，連續環狀構造1050可包括在連續環狀構造1050之具有二維(例如，長度、高度及寬度中之兩者)彎曲分段表面(例如，環1050之表面中之微腔或凹坑)之區處的各別能量採集器1052，壓電組件位於該二維彎曲分段表面中。如上文所提及，壓電組件可產生應變以變形並順應二維彎曲分段表面。
圖11A繪示根據各種實施例之在輪胎1104內延行之能量採集器能量連接器1102的平面橫截面圖1100。能量採集器能量連接器1102可為將不同能量採集器1106之互連件連接在一起之導線或其他導電元件。因此，能量採集器能量連接器1102可沿著能量採集器能量連接器1102將各種能量採集器1106之所收集能量聚集在一起。如所繪示，在能量採集器能量連接器1102在定位在可旋轉組件1108上之能量採集器1106之間穿越時，該連接器可在輪胎1104內(例如，輪胎1104之加壓區內)延行。
圖11B繪示根據各種實施例之在可旋轉組件1153內延行之能量採集器能量連接器1152的平面橫截面圖1150。如上文所提及，可旋轉組件1153之一個實例為輪輞。能量採集器能量連接器1152可為將不同能量採集器1156 (表示為圓點)之互連件連接在一起之導線或其他導電元件。因此，能量採集器能量連接器1152可沿著能量採集器能量連接器1152將各種能量採集器1156之所收集能量聚集在一起。如所繪示，在能量採集器能量連接器1152在定位在可旋轉組件1158上之能量採集器1156之間穿越時，該連接器可在可旋轉組件1153內(例如，不在輪胎1154之加壓區內)延行。
圖12A繪示根據各種實施例之安置於無氣輪胎1206之輪輻1204上之能量採集器1202。無氣輪胎1206可為不受氣壓支撐之非氣動輪胎(NPT)或免充氣輪胎。無氣輪胎1206可包括自可旋轉組件1208輻射之輪輻1204。在無氣輪胎1206承受負載及/或旋轉(例如，在負載下旋轉)時，此等輪輻1204可彎曲。
在各種實施例中，能量採集器1202可僅包括壓電組件而不具有基板。例如，此類能量採集器1202可指置放在無氣輪胎1206之具有二維(例如，長度、高度及寬度中之兩者)彎曲分段表面之部分上之壓電組件，該分段表面為無氣輪胎1206之輪輻1204之部分。
圖12B繪示根據各種實施例之安置於無氣輪胎1206之輪輻1204之接合部1214上之能量採集器1212。如上文所提及，無氣輪胎1206可包括自可旋轉組件1208輻射之輪輻1204。在無氣輪胎1206承受負載及/或旋轉(例如，在負載下旋轉)時，此等輪輻1204可彎曲。而且，此等輪輻1204可包括接合部1214，其可為輪輻1204之在靜止位置中(例如，未被偏置時)彎曲，且因此在相比於輪輻1204之剩餘部分被偏置時可易於發生較大彎曲之部分。
在各種實施例中，能量採集器1212可僅包括壓電組件而不具有基板。例如，此類能量採集器1212可指置放在無氣輪胎1206之具有二維彎曲分段表面之部分上之壓電組件，該分段表面為無氣輪胎1206之輪輻1204之接合部1214之部分。
圖12C繪示根據各種實施例之安置於無氣輪胎1206之輪輻1204之末端區1224周圍之能量採集器1222。如上文所提及，無氣輪胎1206可包括自可旋轉組件1208輻射之輪輻1204。在無氣輪胎1206承受負載及/或旋轉(例如，在負載下旋轉)時，此等輪輻1204可彎曲。而且，此等輪輻1204可包括末端區1224，其可在輪輻1204之終止(例如，在可旋轉組件1208處終止或在外圓周1226處終止)部分周圍。當無氣輪胎1206承受負載及/或旋轉(例如，在負載下旋轉)時，此末端區1224可產生應變。
在各種實施例中，能量採集器1222可包括置放在二維(例如，長度、高度及寬度中之兩者)彎曲分段表面(例如，微腔或凹坑)上之壓電組件。此二維彎曲分段表面可由空腔提供，當產生應變時(例如，被偏置時)，壓電組件可在該空腔中彎曲。此二維彎曲分段表面可接近末端，且可直接被形成為無氣輪胎1206之部分或在基板上，以便有助於將應變施加至壓電組件。
圖13A繪示根據各種實施例之安置於球形車輪上之能量採集器1302。球形車輪可為被形成為球體之車輪。在各種實施例中，能量採集器1302可沿著球形車輪外表面1304 (球形車輪之接觸或接近與下伏表面(例如，地面)之接觸點之表面，球形車輪可在該下伏表面上旋轉或滾動)安置。在圖13A中，出於繪示之目的，放大了球形表面1304上之能量採集器1302之視圖。此球形車輪外表面1304可在外表面接觸下伏表面(例如，地面)之點處承受負載。
在各種實施例中，能量採集器1302可包括置放在二維(例如，長度、高度及寬度中之兩者)彎曲分段表面(例如，壓電組件1306可在其中變形之微腔或凹坑)上之壓電組件1306。因此，此二維彎曲分段表面可為空腔之部分，在產生應變時(例如，被偏置時)壓電組件1306可在該空腔中彎曲。此二維彎曲分段表面可係沿著球形車輪外表面1304，且可直接被形成為球形車輪外表面1304之部分或在連接(例如，黏附)或以其他方式接近球形車輪外表面1304之基板上，以便有助於將應變施加至壓電組件1306。
圖13B繪示根據各種實施例之以帶狀構造安置於球形車輪上之能量採集器1352。球形車輪可為被形成為球體之車輪。在各種實施例中，能量採集器1352可沿著球形車輪外表面1354 (球形車輪之接觸或接近與下伏表面(例如，地面)之接觸點之表面，球形車輪可在該下伏表面上旋轉或滾動)安置。此球形車輪外表面1354可在外表面接觸下伏表面之點處承受負載。
在各種實施例中，能量採集器1352可包括置放在二維(例如，長度、高度及寬度中之兩者)彎曲分段表面(例如，具有壓電組件1306可在其中變形之微腔或凹坑)上之壓電組件。此二維彎曲分段表面可形成空腔，在產生應變時(例如，被偏置時)，壓電組件可在該空腔中彎曲。因此，此二維彎曲分段表面可係沿著球形車輪外表面1354，且可直接被形成為球形車輪外表面1354之部分或在連接(例如，黏附)或以其他方式接近球形車輪外表面1304之基板上，以便有助於將應變施加至壓電組件。
在某些實施例中，能量採集器1352可被形成有帶狀構造1356，其中帶狀構造內(例如，圍繞相對同心圓周)之不同能量採集器相關，而帶狀構造外之不同能量採集器不相關。表示帶狀構造之線在球形車輪外表面1354上可能並非實體可見的，但為了易於解釋在圖13B中加以繪示。藉由相關，帶狀構造內之能量採集器可彼此相關，此係因為其具有相同形狀、相同大小、彼此相同之距離或彼此具有任何其他實體類似性。而且，在其他實施例中，帶狀構造1356內之能量採集器1352可電耦接在一起，例如藉由經由能量採集器能量連接器電耦接在一起。在各種實施例中，帶狀構造1356中之此等能量採集器1352之集合可涵蓋整個球形車輪外表面1354。在某些實施例中，不同帶狀構造1356可具有不同大小(例如，圓周)，使得其亦構成不同數目個能量採集器。在特定實施例中，帶狀構造1356可僅具有單一能量採集器，但仍可被稱作帶狀構造以與沿著球形車輪外表面1354之其他帶狀構造1356形成對比。
圖14為根據各種實施例之能量採集器過程1400的流程圖。過程1400可在智慧型車輪感測器系統處執行，該系統整合能量採集器及經組態以由能量採集器供電之至少一個裝置，如上文所介紹。應注意，過程1400僅為實例，且並不意欲限制本發明。因此，應理解，可在圖14之過程1400之前、期間及之後提供額外操作(例如，區塊)，可省略某些操作，可與其他操作同時執行某些操作，且一些其他操作可在本文中僅簡單描述。
在區塊1402處，可在負載(例如，車輪自身或車輪驅動物件(例如，車輛)之負載)下使車輪移動(例如，旋轉)。如上文所提及，此車輪可為整合能量採集器及經組態以由能量採集器供電之至少一個裝置之智慧型車輪或智慧型車輪感測器系統。能量採集器包括置放在彎曲分段表面上之壓電組件。此彎曲分段表面可為空腔之部分，在產生應變時(例如，被偏置時)壓電組件可在該空腔中彎曲。此彎曲分段表面可直接被形成為車輪之部分，或在安裝在車輪之部分上之基板上，以便有助於將應變施加至壓電組件。
此外，此能量採集器可包括壓電組件，其包括壓電材料層及至少一個電極層。而且，壓電組件可與互連件及導電組件連接。在機械地變形時，此壓電材料層可產生能量。電極層可捕獲由壓電材料層產生之能量。電極層可經由互連件連接至導電組件。互連件可為將壓電組件連接至導電組件，使得導電組件可引導且分流由壓電組件產生之能量之可撓性結構。此導電組件可與裝置平台之其他裝置(例如，智慧型車輪感測器系統之能量儲存媒體或感測器)連接以為裝置平台之其他裝置供電。
在區塊1404處，能量採集器之壓電組件可變形(例如，機械地變形)以產生由壓縮力產生之能量，該壓縮力係由於車輪旋轉(例如，車輛，該壓縮力作用在輪胎之安裝在可旋轉組件上之胎圈區域上)。換言之，壓電組件可捕獲回應於可旋轉組件旋轉而移動之運輸工具之動能。因此，在機械應力被施加至壓電組件時，壓電組件可產生能量。例如，此能量可呈交流電(AC)信號之形式，其可被整流為直流電(DC)信號。換言之，在壓電組件處經歷之彎曲應變可產生頻率與車輪之旋轉頻率成比例之能量(例如，AC電壓)。
在區塊1406處，可將由能量採集器產生之能量傳送至智慧型車輪感測器系統之裝置。如上文所提及，可藉由例如導電組件將此能量傳送至裝置。導電組件可為經組態以傳送由能量採集器產生之能量之任何類型之導體，例如由用以將能量自能量採集器傳送至裝置之導電材料製成之導線、帶材或接腳。
在區塊1408處，可由能量採集器產生之能量為與導電組件連接之裝置供電。此裝置可為例如智慧型車輪感測器系統之能量儲存媒體或感測器。因此，能量採集器可為智慧型車輪感測器系統之部分，以為智慧型車輪感測器系統之至少一個能量儲存媒體或感測器供電。智慧型車輪感測器系統可包括多種類型之感測器，每一感測器可經組態以收集不同類型之智慧型車輪感測器系統資料。例如，智慧型車輪感測器系統可包括經組態以產生氣壓感測器資料及/或輪胎內表面撓曲之高度感測器，如上文所論述；經組態以產生聲感測器資料之聲感測器；經組態以產生影像感測器資料之影像感測器；經組態以產生氣體感測器資料之氣體感測器；經組態以產生磁感測器資料之磁感測器；經組態以產生加速度感測器資料之加速計感測器；經組態以產生陀螺儀感測器資料之陀螺儀感測器；及經組態以產生濕度感測器資料之濕度感測器。
如上文所提及，在各種實施例中，由能量採集器供電之裝置可為智慧型車輪感測器系統之智慧型車輪感測器。圖15為根據各種實施例之智慧型車輪過程1500的流程圖。過程1500可在智慧型車輪感測器系統處執行，該系統包括由能量採集器供電且與本端智慧型車輪伺服器通信之裝置，如上文所介紹。應注意，過程1500僅為實例，且並不意欲限制本發明。因此，應理解，可在圖15之過程1500之前、期間及之後提供額外操作(例如，區塊)，可省略某些操作，可與其他操作同時執行某些操作，且一些其他操作可在本文中僅簡單描述。
在區塊1502處，可自各種裝置本端收集智慧型車輪感測器系統資料，該裝置係由至少一個能量採集器供電之感測器。如上文所論述，智慧型車輪可為具有本端網路連接之感測器系統之車輛之車輪，該感測器系統具有為排列在車輪自身上之感測器之至少一個裝置。智慧型車輪感測器系統可包括多種類型之感測器，每一感測器可經組態以收集不同類型之智慧型車輪感測器系統資料。例如，智慧型車輪感測器系統可包括經組態以產生氣壓感測器資料之高度感測器；經組態以產生聲感測器資料之聲感測器；經組態以產生影像感測器資料之影像感測器；經組態以產生氣體感測器資料之氣體感測器；經組態以產生磁感測器資料之磁感測器；經組態以產生加速度感測器資料之加速計感測器；經組態以產生陀螺儀感測器資料之陀螺儀感測器；及經組態以產生濕度感測器資料之濕度感測器。在某些實施例中，此等感測器可由衝擊感測器喚醒，該衝擊感測器可感測由亦在智慧型車輪上之能量採集器產生之能量之量。
在區塊1504處，可將智慧型車輪感測器系統資料本端傳達至來自排列在智慧型車輪上之裝置平台之本端智慧型車輪伺服器。此傳達可經由通信介面來進行。根據各種實施例，此通信介面可使裝置能夠使用已知通信協定經由各種通信媒體彼此通信。例如，在一些實施例中，通信介面可使用遵循某些通信協定(例如TCP/IP、http、https、ftp及sftp協定)之一或多個通信網路來提供通信。因此，通信介面可包括能夠將各別裝置平台與本端智慧型車輪伺服器耦接之任何合適硬體、軟體或硬體與軟體之組合。通信介面可經配置以用任何合適技術來操作，該技術用於使用一組所要通信協定、服務或操作程序來控制資訊信號。在某些實施例中，此通信介面可與控制器區域網路(CAN)匯流排分離，且因此相比於跨越CAN匯流排之通信具有較低潛時。
在區塊1506處，可分析或處理智慧型車輪感測器系統資料以判定參數值。此參數值可特性化任何類型之現實世界參數，例如海拔高度、聲音型樣或聲級、影像或視訊中之影像型樣、一種類型之氣體之量、磁性物件周圍之定向、加速器之量、角速度之量、濕度位準等。
在某些實施例中，此參數值可特性化不同類型之本端智慧型車輪感測器系統資料之組合，及/或本端智慧型車輪感測器系統資料與本端智慧型車輪伺服器可存取之其他資料之組合。例如，此參數值可特性化以下中之一或多者之組合：氣壓感測器資料；聲感測器資料；影像感測器資料；氣體感測器資料；磁感測器資料；加速度感測器資料；陀螺儀感測器資料；濕度感測器資料等。作為另一實例，此參數值可特性化本端智慧型車輪感測器系統資料與其他資料之組合，該其他資料無論係預定的(例如，車輛建造及其他規格)抑或自本端智慧型車輪感測器系統資料外接收的(例如，遠端資料，例如自衛星接收之GPS資料或經由遠端網路自遠端伺服器接收之資料)。
例如，智慧型車輪感測器系統資料可包括可用以判定海拔高度參數值之氣壓感測器資料。此海拔高度參數值可特性化智慧型車輪相對於參考點(例如，地面海拔高度)及/或相對於特定車輛之其他智慧型車輪之海拔高度。作為另一實例，智慧型車輪感測器系統資料可包括可用以判定音訊參數值之聲感測器資料(例如，聲音)。此音訊參數值可特性化可旋轉組件處可偵測之聲音。作為另一實例，參數值可考慮(例如，反映)多種輸入中之任一者，例如里程、車輪動力學、輪胎壓力、負載狀況、道路狀況、平衡資訊、高度狀況、環境聲音、制動動力學等。
在各種實施例中，參數值可表示如經由應用由本端智慧型車輪伺服器及/或遠端伺服器判定或訓練之統計模型所判定之機率(例如，故障機率)。可使用歷史聚集資料來訓練此統計模型(例如，本端智慧型車輪感測器系統或多個智慧型車輪感測器系統當中之歷史聚集資料)。可使用機器學習技術(例如，經由受監督或無監督學習)進行此訓練。此等機器學習技術可為例如決策樹學習、關聯規則學習、人工神經網路、深度結構學習、歸納邏輯程式化、支援向量機、聚類分析、貝葉斯網路、表示學習、類似性學習、稀疏字典學習、學習分類器系統等。接著，可將此統計模型應用至新或當前智慧型車輪感測器資料，以判定當前參數值(例如，故障機率)。此統計模型可考慮到隱藏變數、互動變數等來表示此機率。例如，此等機率可表示制動墊故障(例如，制動墊腐蝕)之機率、翻車預測(例如，危險的車輪海拔高度)等。
在區塊1508處，本端智慧型車輪伺服器可判定臨限值。在某些實施例中，可動態地判定此等臨限值，且可在判定參數值是否滿足(例如，超過)臨限值的同時判定此等臨限值。然而，在其他實施例中，可在判定參數值是否滿足臨限值之前進行臨限值判定。因此，區塊1508以虛線加以繪示。在某些實施例中，參數值之判定可包括自記憶體或遠端伺服器擷取預定參數值。
在各種實施例中，可針對每一類型之參數值判定臨限值。例如，可存在用於氣壓感測器資料；聲感測器資料；影像感測器資料；氣體感測器資料；磁感測器資料；加速度感測器資料；陀螺儀感測器資料；濕度感測器資料等中之每一者或組合之單獨臨限值。臨限值可特性化例如海拔高度之臨限值量、特定聲音型樣或聲級之臨限值(例如，其中滿足特定聲音型樣或聲級將滿足臨限值)、影像或視訊中之特定影像型樣之臨限值(例如，其中滿足特定影像型樣將滿足臨限值)、特定類型之氣體之臨限值(例如，量)、磁性物件周圍之臨限值定向(例如，特定定向，例如特定北、南、東或西羅盤定向)、加速度臨限值、角速度臨限值、濕度臨限值等。
如上文所提及，可根據對參數值資料集之統計分析來判定參數值。例如，可跨越不同準則聚集參數值，例如藉由參數值之類型(例如，海拔高度、聲音型樣或聲級、影像或視訊中之影像型樣、一種類型之氣體之量、磁性物件周圍之定向、加速器之量、角速度之量、濕度位準等)來跨越不同時間(例如，作為歷史參數值)、不同智慧型車輪、不同裝置平台、不同車輛等進行聚集。作為另一實例，參數值可表示如由統計模型判定之機率。在某些實施例中，藉由根據各種準則分析聚集之資料，可基於對來自參數值之離群值之偵測來判定臨限值。在某些實施例中，此等離群值可判定臨限值，該臨限值在得到滿足時可界定不利狀況。可根據對離群值之習知統計分析來判定此等離群值。例如，可將臨限值設定為各種機率當中之離群值(例如，為離群值之機率值)。
在區塊1510處，可作出關於任何參數值是否滿足任何相關聯臨限值之決策。如上文所介紹，參數(例如，參數值)可能未必表示單一值，而是亦可表示值之型樣及/或值之範圍或頻譜。若是，則過程1500可行進至區塊1512。若否，則過程1500可返回至區塊1506。
在區塊1508處，可回應於參數值滿足臨限值而執行動作。在某些實施例中，當特定參數值滿足或超過特定臨限值時可採取動作。所採取動作可為例如為車輛之駕駛員或車輛之其他操作者產生警示、應用緊急制動系統(例如，啟動預制動或全制動)、啟動特定安全或駕駛系統、在線上資料庫中通知與駕駛員相關聯之不安全駕駛狀況等。
例如，如上文所提及，海拔高度參數值可特性化智慧型車輪距參考點(例如，地面海拔高度)及/或相對於特定車輛之其他智慧型車輪之海拔高度。海拔高度參數值滿足臨限值海拔高度量可指示由於車輪海拔高度即將發生翻車，且因此引起警示駕駛員之動作。作為另一實例，如上文所提及，音訊參數值可特性化可旋轉組件處可偵測之聲音。音訊參數值滿足特定聲音型樣或聲級之臨限值可指示由於轉子承座腐蝕雜訊即將發生制動故障或輪胎胎面腐蝕接近危險位準。滿足此音訊參數臨限值可因此引起警示車輛之駕駛員或操作者之動作。
儘管結合圖15參考之各種實施例可描述在本端智慧型車輪伺服器處處理感測器資料，但在其他實施例中，智慧型車輪感測器系統資料可被發送至遠端智慧型車輪伺服器以用於處理。如上文結合圖1所論述，感測器資料之此處理可在本端智慧型車輪伺服器處本端執行，或由本端智慧型車輪伺服器及遠端智慧型車輪伺服器之組合來執行。
雖然上文已描述本發明之各種實施例，但應理解，該等實施例僅作為實例呈現而非作為限制。同樣地，各種圖式可描繪實例架構或組態，提供該實例架構或組態以使一般技術者能夠理解本發明之例示性特徵及功能。然而，技術者將理解，本發明並不限於所說明之實例架構或組態，而是可使用多種替代架構及組態來實施。另外，一般技術者將理解，一個實施例之一或多個特徵可與本文中所描述之另一實施例之一或多個特徵組合。因此，本發明之廣度及範疇不應由上述例示性實施例中之任一者限制。
亦應理解，對本文中使用例如「第一」、「第二」等等編號之元件之任何參考大體上不限制彼等元件之數量或次序。實際上，此等編號可在本文中用作區別兩個或多於兩個元件或元件例項之方便方法。因此，對第一元件及第二元件之參考並不意謂僅可採用兩個元件，或第一元件必須以某一方式先於第二元件。
另外，一般技術者將理解，可使用多種不同技術中之任一者來表示資訊及信號。例如，可藉由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合來表示例如在上文描述中可能參考之資料、指令、命令、資訊、信號、位元及符號。
一般技術者將進一步瞭解，結合本文中所揭示之態樣描述之各種說明性邏輯區塊、模組、處理器、構件、電路、方法及功能中之任一者可由電子硬體(例如，可使用源寫碼或一些其他技術設計之數位實施方案、類比實施方案或兩者之組合)、併有指令之各種形式之程式或設計程式碼(為方便起見，其可在本文中被稱為「軟體」或「軟體模組」)或兩者之組合來實施。為清晰地說明硬體與軟體之此可互換性，上文已大體上就各種說明性組件、區塊、模組、電路及步驟之功能性加以描述。此類功能性係被實施為硬體、韌體抑或軟體或此等技術之組合取決於施加於整個系統上之特定應用及設計約束。熟習此項技術者可針對每一特定應用以各種方式來實施所描述之功能性，但此類實施決策不應被解譯為會引起脫離本發明之範疇。
此外，一般技術者將理解，本文中所描述之各種說明性邏輯區塊、模組、裝置、組件及電路可實施在積體電路(IC)內或由積體電路執行，該積體電路可包括通用處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯裝置或其任何組合。邏輯區塊、模組及電路可進一步包括天線及/或收發器以與網路內或裝置內之各種組件通信。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可為任何習知處理器、控制器或狀態機。處理器亦可被實施為計算裝置之組合，例如DSP與微處理器之組合、複數個微處理器、一或多個微處理器與DSP核心結合，或任何其他合適組態，從而執行本文中所描述之功能。
若以軟體來實施，則可將該等功能作為一或多個指令或程式碼儲存在電腦可讀媒體上。因此，本文中所揭示之方法或演算法之步驟可被實施為儲存在電腦可讀媒體上之軟體。電腦可讀媒體包括電腦儲存媒體及包括可使電腦程式或程式碼能夠自一處傳送至另一處之任何媒體之通信媒體。儲存媒體可為可由電腦存取之任何可用媒體。作為實例而非限制，此類電腦可讀儲存媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存裝置、磁碟儲存裝置或其他磁性儲存裝置，或可用於儲存呈指令或資料結構形式之所要程式碼且可由電腦存取之任何其他媒體。
在本文件中，如本文中所使用，術語「模組」係指用於執行本文中所描述之相關聯功能之軟體、韌體、硬體及此等元件之任何組合。另外，出於論述之目的，將各種模組描述為離散模組；然而，如將對一般技術者顯而易見，可將兩個或多於兩個模組進行組合以形成執行根據本發明實施例之相關聯功能之單一模組。
另外，在本發明之實施例中可採用記憶體或其他儲存裝置以及通信組件。應瞭解，為清楚起見，上文說明已參考不同功能單元及處理器描述了本發明之實施例。然而，將清楚可在不減損本發明的情況下使用在不同功能單元、處理邏輯元件或域之間的任何合適功能性分佈。例如，待由單獨處理邏輯元件或控制器執行之所說明功能性可由相同處理邏輯元件或控制器執行。因此，對特定功能單元之參考僅為對用於提供所描述功能性之合適構件之參考，而非指示嚴格的邏輯或實體結構或組織。
對於熟習此項技術者而言，本發明中所描述之實施方案之各種修改將係顯而易見的，且在不脫離本發明之範疇的情況下，本文中所界定之一般原理可適用於其他實施方案。因此，本發明並不意欲限於本文中所示之實施方案，而應被賦予與本文所揭示之新穎特徵及原理相一致之最廣泛範疇，如下文在申請專利範圍中所敍述。 相關申請案之交叉參考
本申請案主張2019年7月24日申請之美國臨時申請案第62/878,225號的優先權益，該申請案之內容之全文以引用之方式併入本文中。
100:智慧型車輪感測器系統 102:智慧型車輪 104:本端感測器系統 106:裝置平台 108:本端智慧型車輪伺服器 110:本端智慧型車輪資料儲存區 112:本端使用者裝置 114:車體 116:車輛 120:遠端網路 122:遠端伺服器 124:遠端資料儲存區 126:遠端使用者裝置 128:遠端衛星 200:計算裝置 225:硬體單元 226:軟體 230:處理器 232:系統記憶體 234:系統匯流排 236:顯示介面 240:桌面 242:顯示影像 250:使用者介面 260:資料庫 270:電腦可讀儲存媒體 280:通信介面 300:智慧型車輪 302:裝置平台 304:感測器殼體 306:能量採集器 308:可旋轉組件 308A:輪輞 308B:輪輻 308C:中心 310:可撓性組件 400A:透視繪示 400B:俯視圖繪示 400C:正視圖繪示 400D:背視圖繪示 400E:仰視圖繪示 400F:右側視圖繪示 400G:左側視圖繪示 402:基板 404:壓電組件 406:導電組件 408:定位銷 409:翼尖特徵 410:三維彎曲底部表面 412:二維彎曲分段表面 416:互連件 420:實體互連特徵 500A:側視橫截面圖 500B:側視橫截面圖 600:透視繪示 606:整合式能量採集器 608:可旋轉組件 612:彎曲分段表面 614:壓電組件 616:導電組件 700:壓電組件 702:第一電極層 704:壓電材料層 708:第二電極層 710:電極 712:可撓性互連件 802:能量採集器 804:壓電組件 806:基板 808:第一端 812:導電組件開口 820:三維彎曲底部表面 822:彎曲分段表面 900A:筆直繞組網狀構造 900B:彎曲繞組網狀構造 900C:Z形繞組網狀構造 900D:單側碗狀繞組網狀構造 900E:兩側碗狀繞組網狀構造 900F:尖銳繞組網狀構造 900G:部分彎曲繞組網狀構造 900H:深彎繞組網狀構造 900I:網格網狀構造 900J:反斜線網格網狀構造 900K:正斜線網格網狀構造 900L:正反斜線網格網狀構造 900M:環繞繞組網狀構造 900N:尖頭繞組網狀構造 900O:複雜環繞繞組網狀構造 900P:兩側分段式碗狀繞組網狀構造 900Q:單塊網狀構造 902A:壓電組件 902B:壓電組件 902D:壓電組件 902E:壓電組件 902F:壓電組件 902G:壓電組件 902H:壓電組件 902I:壓電組件 902J:壓電組件 902K:壓電組件 902L:壓電組件 902M:壓電組件 902N:壓電組件 902O:壓電組件 902P:壓電組件 902Q:壓電組件 904D:中間碗狀物或半圓形構造 904E:中間碗狀物或半圓形構造 904P:筆直片段 1000:環狀構造 1002:能量採集器 1004:橋接器 1010:環狀構造 1012:能量採集器 1014A:實體互連特徵 1014B:實體互連特徵 1016:基板 1018:彎曲分段表面 1050:連續環狀構造 1052:能量採集器 1100:平面橫截面圖 1102:能量採集器能量連接器 1104:輪胎 1106:能量採集器 1108:可旋轉組件 1150:平面橫截面圖 1152:能量採集器能量連接器 1153:可旋轉組件 1154:輪胎 1156:能量採集器 1202:能量採集器 1204:輪輻 1206:無氣輪胎 1208:可旋轉組件 1212:能量採集器 1214:接合部 1222:能量採集器 1224:末端區 1226:外圓周 1302:能量採集器 1304:球形車輪外表面 1306:壓電組件 1352:能量採集器 1354:球形車輪外表面 1356:帶狀構造 1400:能量採集器過程 1402:區塊 1404:區塊 1406:區塊 1408:區塊 1500:智慧型車輪過程 1502:區塊 1504:區塊 1506:區塊 1508:區塊 1510:區塊 1512:區塊 A-A:橫截面線/橫截面
下文參考以下圖式詳細地描述本發明之各種例示性實施例。圖式係僅出於說明之目的而提供，且僅描繪本發明之例示性實施例。提供此等圖式以有助於讀者理解本發明，且此等圖式不應被視為限制本發明之廣度、範疇或適用性。應注意，為了說明之清楚性及簡易性起見，此等圖式未必按比例繪製。
圖1為根據各種實施例之整合至少一個智慧型車輪之智慧型車輪感測器系統的圖解。
圖2為根據各種實施例之例示性計算裝置的方塊圖。
圖3A為根據各種實施例之智慧型車輪的透視繪示。
圖3B為根據各種實施例之並無可撓性組件之智慧型車輪的透視繪示。
圖4A為根據各種實施例之能量採集器的透視繪示。
圖4B為根據各種實施例之能量採集器的俯視圖繪示。
圖4C為根據各種實施例之能量採集器的正視圖繪示。
圖4D為根據各種實施例之能量採集器的背視圖繪示。
圖4E為根據各種實施例之能量採集器的仰視圖繪示。
圖4F為根據各種實施例之能量採集器的右側視圖繪示。
圖4G為根據各種實施例之能量採集器的左側視圖繪示。
圖5A為根據各種實施例之能量採集器的側視橫截面圖，其中壓電組件處於未偏置狀態。
圖5B為根據各種實施例之能量採集器的側視橫截面圖，其中壓電組件404處於偏置狀態。
圖6為根據各種實施例之整合式能量採集器的透視繪示。
圖7A繪示根據各種實施例之壓電組件之不同層。
圖7B繪示根據各種實施例之呈組裝形式之壓電組件。
圖8A為根據各種實施例之能量採集器的透視繪示，其中壓電組件之一端緊固至基板。
圖8B為根據各種實施例之不具有壓電組件之基板的透視繪示。
圖9A繪示根據各種實施例之作為筆直繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9B繪示根據各種實施例之作為彎曲繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9C繪示根據各種實施例之作為Z形繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9D繪示根據各種實施例之作為單側碗狀繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9E繪示根據各種實施例之作為兩側碗狀繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9F繪示根據各種實施例之作為尖銳繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9G繪示根據各種實施例之作為部分彎曲繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9H繪示根據各種實施例之作為深彎繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9I繪示根據各種實施例之作為網格之電極之例示性網狀構造。
圖9J繪示根據各種實施例之作為反斜線網格之電極之例示性網狀構造。
圖9K繪示根據各種實施例之作為正斜線網格之電極之例示性網狀構造。
圖9L繪示根據各種實施例之作為正反斜線網格之電極之例示性網狀構造。
圖9M繪示根據各種實施例之作為環繞繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9N繪示根據各種實施例之作為尖頭繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9O繪示根據各種實施例之作為複雜環繞繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9P繪示根據各種實施例之作為兩側分段式碗狀繞組之電極之例示性網狀構造。
圖9Q繪示根據各種實施例之作為單塊之電極之例示性網狀構造。
圖10A繪示根據各種實施例之具有主動/被動排組特徵之能量採集器之環狀構造。
圖10B繪示根據各種實施例之具有連鎖特徵之能量採集器之環狀構造。
圖10C繪示根據各種實施例之具有連鎖特徵之能量採集器之環狀構造之經拆接能量採集器。
圖10D繪示根據各種實施例之具有連鎖特徵之能量採集器之環狀構造之經連接能量採集器。
圖10E繪示根據各種實施例之連續環狀構造之經連接能量採集器。
圖11A繪示根據各種實施例之在輪胎內延行之能量採集器能量連接器的平面橫截面圖。
圖11B繪示根據各種實施例之在可旋轉組件內延行之能量採集器能量連接器的平面橫截面圖。
圖12A繪示根據各種實施例之安置於無氣輪胎之輪輻上之能量採集器。
圖12B繪示根據各種實施例之安置於無氣輪胎1206之輪輻之接合部上之能量採集器。
圖12C繪示根據各種實施例之安置於無氣輪胎之輪輻1204之末端區周圍之能量採集器。
圖13A繪示根據各種實施例之安置於球形車輪上之能量採集器。
圖13B繪示根據各種實施例之以帶狀構造安置於球形車輪上之能量採集器。
圖14為根據各種實施例之能量採集器過程的流程圖。
圖15為根據各種實施例之智慧型車輪過程的流程圖。
306:能量採集器
308:可旋轉組件
400A:透視繪示
402:基板
404:壓電組件
406:導電組件
408:定位銷
409:翼尖特徵
410:三維彎曲底部表面
412:二維彎曲分段表面

Claims (20)

  1. 一種能量採集器系統，其包含：一基板，其包含：一第一表面，其經組態以與一車輪之一表面接觸及介接，及一第二表面，其與該第一表面相對，其中該第二表面係一二維彎曲表面；一壓電組件，其經組態以回應於施加在該壓電組件上之機械應變而產生能量，其中該壓電組件之一部分附接至該第二表面之一第一部分，該第二表面包含一第二部分，該第二部分經組態以在機械應變被施加在該壓電組件上時接觸該壓電組件，但在機械應變未被施加在該壓電組件上時並不接觸該壓電組件，且其中該壓電組件經組態以在經歷該機械應變時變形且順應該第二表面以便接觸該第二表面之該第二部分；及一互連件，其導電耦接至該壓電組件，該互連件經組態以將電能自該壓電組件傳導至耦接至該車輪之一裝置。
  2. 如請求項1之能量採集器系統，其中該壓電組件包含多個層。
  3. 如請求項2之能量採集器系統，其中該壓電組件包含：一拉伸負載背襯層、一壓電材料層及一電極層。
  4. 如請求項3之能量採集器系統，其中該電極層包含經組態以連接至該互連件之一電極。
  5. 如請求項3之能量採集器系統，其中該電極被形成為一網狀組態。
  6. 如請求項3之能量採集器系統，其中相比於該拉伸負載背襯層，該電極層更接近該第二表面。
  7. 如請求項3之能量採集器系統，其中該電極層包含穿越一二維空間之一細長電極。
  8. 如請求項1之能量採集器系統，其中該第一表面沿著該基板之一長度、一寬度及一高度在三個維度上彎曲。
  9. 一種能量採集器系統，其包含：一車輪，其包含形成於其中之一分段表面；及一壓電組件，其經組態以回應於機械應變而產生能量，其中該壓電組件係平坦的且固定至該分段表面之一第一部分，該分段表面包含一第二部分，該第二部分經組態以在機械應變被施加在該壓電組件上時接觸該壓電組件，但在機械應變未被施加在該壓電組件上時並不接觸該壓電組件，其中該分段表面之該第二部分係一二維彎曲表面且其中該壓電組件經組態以在經歷該機械應變時變形且順應該分段表面之該第二部分。
  10. 如請求項9之能量採集器系統，其中該車輪包含一輪輞，且其中該分段表面係沿著該輪輞之一凹坑之部分。
  11. 如請求項9之能量採集器系統，其中該壓電組件包含介於兩個電極層之間的一壓電材料層。
  12. 如請求項11之能量採集器系統，其中該兩個電極層包含不同網狀結構。
  13. 如請求項9之能量採集器系統，其中該車輪具有一球形形狀。
  14. 如請求項9之能量採集器系統，其中該壓電組件包含為以下材料中之至少一者之一壓電材料：一晶體及半導體材料或一聚合物及有機材料。
  15. 如請求項9之能量採集器系統，其中該車輪包含一無氣輪胎且該分段表面係沿著該無氣輪胎之一輪輻。
  16. 一種能量採集方法，其包含：使一車輪旋轉，其中該車輪包含形成於該車輪中之一分段表面；使一壓電組件變形，其中該壓電組件經組態以回應於機械應變而產生能量，其中該壓電組件係平坦的且固定至該分段表面之一第一部分，且其中該壓電組件經組態以在經歷該機械應變時變形且順應分段表面之一第二部分，但在未經歷該機械應變時並不接觸該分段表面之該第二部分，其中該分段表面之該第二部分係一二維彎曲表面；及使用該能量為位於該車輪上之一裝置供電。
  17. 如請求項16之能量採集方法，其進一步包含：在位於一車體內之一處理器處接收來自該裝置之感測器資料，其中該裝置經組態以在安置於該車輪上時產生該感測器資料；基於該感測器資料判定一參數值；及基於該參數值滿足一臨限值執行一動作。
  18. 如請求項17之能量採集方法，其中該參數值係基於該感測器資料及所接收之來自一遠端伺服器之資料。
  19. 如請求項17之能量採集方法，其中該裝置經組態以經由一無線連接將該感測器資料發送至該處理器。
  20. 如請求項16之能量採集方法，其中該壓電組件經組態以接觸一表面，該車輪經組態以在該表面上旋轉。
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