DE102019107053A1

DE102019107053A1 - Verfahren und system zur wassernutzung an bord eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE102019107053A1
Application number: DE102019107053.8A
Authority: DE
Inventors: Douglas Martin
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2019-09-26
Also published as: US10569728B2; CN110293976A; US20190291665A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren und System zur Wassernutzung an Bord eines Fahrzeugs bereit. Bereitgestellt werden Verfahren zum Optimieren der Erzeugung von Wasser an Bord eines Fahrzeugs mit reduzierter Auswirkung auf die Kraftstoffeffizienz. Regenerative Bremsenergie und/oder Solarenergie über das Maß hinaus, das zum Aufladen einer Systembatterie benötigt wird, wird zum Betreiben einer Wasserextraktionseinrichtung und Speichern der gewonnenen Energie als gespeichertes Wasser verwendet. Ein Anteil der Bremsenergie, der im Gegensatz zum Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung zum Aufladen der Batterie verwendet wird, wird in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen eingestellt, die einen Wasserpegel in einem Wasserbehälter an Bord des Fahrzeugs beinhalten.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Verfahren und Systeme für ein Wassererzeugungssystem an Bord eines Fahrzeugs, um die Fahrzeugkraftstoffeffizienz zu verbessern.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Wasser kann in eine Vielzahl von Stellen in einem Fahrzeugsystem eingespritzt werden, um verschiedene Probleme zu beheben. Beispielsweise kann Wasser in einen Motoransaugkrümmer eingespritzt werden, um die Luftladung zu befeuchten, oder in einen Abgaskrümmer, um das Abgas zu reinigen. Als ein weiteres Beispiel kann Wasser zur Klopfregelung oder Temperaturregelung direkt in einen Verbrennungsraum eingespritzt werden. In wieder anderen Beispielen kann Wasser auf eine Oberfläche einer Fahrzeugkomponente gespritzt werden, um die Komponente zu reinigen oder zu kühlen (etwa auf eine Windschutzscheibe, eine Kameralinse, eine Fahrzeugkarosserie usw.), oder um Staubteilchen zu entfernen. Außerdem kann das Wasser verarbeitet (z. B. gefiltert oder destilliert) werden, um Trinkwasser bereitzustellen, das von einem Fahrzeuginsassen getrunken werden kann.
Das abgegebene Wasser kann aus einem Wassererzeugungssystem bezogen werden, das an Bord des Fahrzeugs vorhanden ist. Beispielsweise kann Wasser, das als ein Nebenprodukt während des Fahrzeugbetriebs erzeugt wird, wie etwa während der Kraftstoffverbrennung in einem Zylinder, während des Betriebs einer Klimaanlage, durch Kondensation an einer Fahrzeugoberfläche usw., gewonnen, verarbeitet und von dem Wasserabgreifsystem gespeichert werden. Martin et al zeigen in US20160083936 ein Beispiel eines Wassererzeugungssystems, das an Bord eines Fahrzeugs verfügbar ist. Zusätzlich oder wahlweise kann das Wassererzeugungssystem eine elektrisch betriebene Wassererzeugungseinrichtung beinhalten, die elektrische Energie verwendet, um Wasser aus der Umgebungsfeuchtigkeit zu gewinnen. Engel et al zeigen in US20040040322 ein Beispiel eines Wassererzeugungssystems, das an ein Fahrzeug gekoppelt ist. Dabei beinhaltet das Wassererzeugungssystem einen Kompressor, einen Verdampfer, ein Gebläse und einen Kondensator, und das System dient hauptsächlich als Entfeuchter. Das Gebläse saugt Luft in das System. Wenn die Luft über die kalte Oberfläche des Verdampfers strömt, kondensiert ihre Feuchtigkeit und wird in einem Behälter aufgefangen. Die Luft kann über einen Wärmetauscher am Kondensator wieder erwärmt werden, bevor sie aus dem System freigesetzt wird.
Ein mögliches Problem bei einem solchen Bordwassererzeugungssystem besteht darin, dass es Energie verbraucht, um das Wasser aus der Atmosphäre zu kondensieren und zu verarbeiten. Dies reduziert die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs. Die Auswirkung kann bei Fahrzeugen, die auf elektrische Energie zurückgreifen, um das Fahrzeug anzutreiben, wie etwa bei Batterieelektro- oder Hybridelektrofahrzeugen (wie etwa BEVs; HEVs und PHEVs) noch stärker sein. Es können auch Situationen vorliegen, in denen die zum Erzeugen des Wassers benötigte elektrische Energie mit dem Bedarf anderer Fahrzeugfunktionen an elektrischer Energie, etwa zum Antreiben eines elektrifizierten Fahrzeugs, Betreiben eines Kompressors, Regenerieren eines Staubteilchenfilters usw., in Konflikt steht. Im Fall von Wassererzeugungssystemen, die auf dem Auffangen von Kondensat aus einer Klimaanlage beruhen, erfordert die Wassererzeugung den Betrieb der Klimaanlage, der auf den Wünschen des Fahrgastzelleninsassen basiert. Daher können Situationen vorliegen, in denen der Betrieb der Klimaanlage zur Wassererzeugung erforderlich ist, aber der Fahrgastzelleninsasse keinen Klimaanlagenbetrieb wünscht.
KURZDARSTELLUNG
In einem Beispiel können die genannten Probleme durch ein Verfahren für ein Fahrzeug behoben werden, umfassend: Betreiben einer Wassererzeugungseinrichtung an Bord des Fahrzeugs unter Verwendung von elektrischer Energie zum Gewinnen von Wasser aus Umgebungsluft, wobei das Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung auf einem Wasserpegel in einem Wasserbehälter des Fahrzeugs und auf am Fahrzeug erzeugter überschüssiger elektrischer Energie beruht. Auf diese Weise kann überschüssige elektrische Energie, die während des Fahrzeugbetriebs erzeugt wird, zum Erzeugen von Wasser an Bord des Fahrzeugs genutzt werden.
Als ein Beispiel kann ein Fahrzeug mit einem Wassererzeugungssystem zum Gewinnen von Wasser konfiguriert sein, das in Umgebungsluft gebunden ist. Das gewonnene Wasser kann in einem Wasserbehälter gespeichert werden. Das Wassererzeugungssystem kann immer dann betrieben werden, wenn überschüssige elektrische Energie vom Fahrzeug verfügbar ist, etwa wenn überschüssige regenerative Bremsenergie vorliegt. Beispielsweise kann während eines Fahrzeugabbremsereignisses regenerative Bremsenergie verwendet werden, um eine Systembatterie bis zu einem Ladezustandsschwellenwert aufzuladen, jenseits dessen die Batterie keine weitere Ladung aufnehmen kann. Wenn die Bremsenergie, die beim Abbremsereignis verfügbar ist, die Ladungsaufnahmekapazität der Batterie übersteigt, kann die überschüssige Bremsenergie auf das Wassererzeugungssystem angewandt werden. Auf diese Weise wird die Notwendigkeit reduziert, Reibungsbremsen zum Erzielen eines gewünschten Maßes an Fahrzeugabbremsung zu verwenden. In einem Beispiel, in dem das Fahrzeug einen intelligenten Wechselstromgenerator beinhaltet, kann der Wechselstromgenerator die regenerative Bremsenergie in Abhängigkeit vom Batterieladezustand und ferner auf Grundlage eines Wasserpegel des Behälters zwischen der Systembatterie und dem Wassererzeugungssystem verteilen. Auch wenn die Batterie beispielsweise fähig ist, einen größeren Teil der regenerativen Bremsenergie aufzunehmen, kann in Reaktion darauf, dass der Wasserpegel im Behälter unter einem Schwellenwert liegt, oder in Erwartung eines Wassergebrauchs im Verlaufe eines Fahrzyklus (wie etwa auf Grundlage einer Navigationseingabe, die einen zu Klopfen neigenden Verbrennungsmotorbetrieb anzeigt), der größere Teil der regenerativen Bremsenergie an das Wassererzeugungssystem geleitet werden. Wenn in einem weiteren Beispiel die vom Wassererzeugungssystem aufgenommene regenerative Bremsenergie bewirkt, dass der Wasserpegel im Behälter den Schwellenwert übersteigt, kann der Wasserfluss an verschiedene Wasserverbraucher erhöht werden. Beispielsweise kann der Wasserfluss an eine CCD-Kamerawaschanlage, eine Wasserdüse zur Unterdrückung von Reifen- oder Bremsenstaubteilchen und eine Trinkwasserherstellungseinheit erhöht werden. Außerdem können Windschutzscheibenwischerfluid- und Kühlfluidpegel ergänzt werden.
Auf diese Weise kann die Wassererzeugung an Bord eines Fahrzeugs optimiert werden, während die Fahrzeugkraftstoffeffizienz verbessert wird. Die technische Wirkung des Verwendens von regenerativer Bremsenergie zum Betreiben eines Wassererzeugungssystems, insbesondere nach dem Überschreiten einer Nennkapazität einer Systembatterie, liegt darin, dass Wasser bei Gelegenheit erzeugt werden kann, währen die Notwendigkeit des Reibungsbremsens zum Abbremsen eines Fahrzeugs reduziert wird. Durch Reduzieren der Abhängigkeit von Reibungsbremsen wird die Kraftstoffeffizienz verbessert und die Lebensdauer der Bremsen erhöht. Durch Aufteilen der Bremsenergie, wie etwa über einen intelligenten Wechselstromgenerator, zwischen dem Aufladen einer Systembatterie und dem Betreiben des Wassererzeugungssystems in Abhängigkeit vom Wasserpegel in einem Behälter an Bord des Fahrzeugs kann Wasser im Fahrzeug für verschiedene Arten des Wassergebrauchs verfügbar gemacht werden. Indem auch die Wassergebrauchsrate auf Grundlage der Wassererzeugung eingestellt wird, die im Verlaufe des Fahrzyklus erwartet wird, kann die Wassergewinnung durch Verwendung regenerativer Bremsenergie über einen größeren Teil des Fahrzyklus ausgedehnt werden. Durch Zurückgreifen auf überschüssige Bremsenergie zum Gewinnen von Wasser wird die Abhängigkeit von elektrischer Energie zum Gewinnen von Wasser reduziert. Durch Reduzieren der Notwendigkeit elektrischer Energie, wie etwa von einem Elektromotor des Fahrzeugs, wird die Fahrzeugkraftstoffeffizienz verbessert.
Es versteht sich, dass die oben stehende Kurzdarstellung in vereinfachter Weise eine Auswahl von Konzepten vorstellen soll, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine entscheidenden oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Umfang ausschließlich durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die oben oder in einem anderen Teil dieser Offenbarung aufgeführte Nachteile beheben.
Figurenliste

1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugsystems mit einem Bordwassererzeugungssystem.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bordwassererzeugungssystems, das in dem Fahrzeugsystem aus 1 vorgesehen sein kann.
3 zeigt ein übergeordnetes Ablaufdiagramm zum Betreiben eines Bordwassererzeugungssystems auf Grundlage eines Wasserpegels eines Wasserbehälters, eines Ladezustands einer Systembatterie und Fahrzeugbetriebsbedingungen.
4 zeigt ein übergeordnetes Ablaufdiagramm zum Einstellen einer Aufteilung von Bremsenergie zwischen dem Aufladen einer Systembatterie und dem Betreiben eines Wassererzeugungssystem, was das Einstellen einer Wassergebrauchsrate wenigstens auf Grundlage eines Wasserpegels in dem Wasserbehälter beinhaltet.
5 zeigt ein voraussagendes Beispiel des Verwendens von regenerativer Bremsenergie zum Betreiben eines Wassererzeugungssystems an Bord eines Fahrzeugs.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Wassererzeugungssystems, das an Bord eines Fahrzeugs gekoppelt ist, wie etwa das Fahrzeugsystem aus 1. Das Wassererzeugungssystem, wie etwa das System aus 2, kann dazu konfiguriert sein, Wasser aus Umgebungsluft zu gewinnen. Eine Steuerung kann dazu konfiguriert sein, eine Steuerroutine auszuführen, wie etwa die beispielhafte Routine aus 3, um Solarenergie oder regeneratives Bremsen über ein Maß hinaus, das zum Aufladen einer Systemhochspannungsbatterie benötigt wird, zum Betreiben des Wassererzeugungssystems zu verwenden. Außerdem, wie unter Bezugnahme auf 4 gezeigt, kann die Steuerung während eines Fahrzeugabbremsereignisses eine Menge an regenerativer Bremsenergie zwischen dem Aufladen der Systembatterie und dem Betreiben des Wassererzeugungssystems auf Grundlage eines Wasserpegels im Wasserbehälter des Fahrzeugs im Verhältnis zur erwarteten Wassergebrauchsrate aufteilen. Ein beispielhafter Wassererzeugungssystembetrieb unter Verwendung von überschüssiger elektrischer Energie ist unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Auf diese Weise kann die Wassergewinnung auf kraftstoffeffiziente Weise durchgeführt werden. Ferner können die Nutzwirkungen hinsichtlich der Wassereinspritzung für die Fahrzeugleistung ausgenutzt werden.
1 stellt ein beispielhaftes Fahrzeugantriebssystem 100 dar. Das Fahrzeugantriebssystem 100 beinhaltet einen Elektromotor 120 und einen Kraftstoff verbrennenden Verbrennungsmotor 110. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist der Verbrennungsmotor 110 eine Brennkraftmaschine und der Elektromotor 120 ist ein elektrischer Motor. Der Elektromotor 120 kann dazu konfiguriert sein, eine andere Energiequelle als der Verbrennungsmotor 110 zu nutzen oder zu verbrauchen. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor 110 einen flüssigen Kraftstoff (z.B. Benzin) verbrauchen, um eine Verbrennungsmotorausgangsleistung zu erzeugen, und der Elektromotor 120 kann elektrische Energie verbrauchen, um eine Elektromotorausgangsleistung zu erzeugen. Auf diese Weise kann das Fahrzeug mit dem Antriebssystem 100 als ein Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV) bezeichnet werden.
Das Fahrzeugantriebssystem 100 kann verschiedene unterschiedliche Betriebsmodi nutzen, die davon abhängen, auf welche Betriebsbedingungen das Fahrzeugantriebssystem trifft. Einige dieser Modi können es ermöglichen, dass der Verbrennungsmotor 110 ausgeschaltet bleibt (z. B. in einen deaktivierten Zustand versetzt wird), wobei die Verbrennung von Kraftstoff am Verbrennungsmotor unterbrochen wird. Unter ausgewählten Betriebsbedingungen kann beispielsweise der Elektromotor 120 das Fahrzeug über ein Antriebsrad 130 antreiben, wie durch Pfeil 122 angegeben, während der Verbrennungsmotor 110 deaktiviert ist (was hier auch als Nur-Elektromodus bezeichnet wird).
Unter anderen Betriebsbedingungen kann der Verbrennungsmotor 110 in einen deaktivierten Zustand versetzt sein (wie oben beschrieben), während der Elektromotor 120 betrieben werden kann, um eine Energiespeichervorrichtung 150 aufzuladen. Beispielsweise kann der Elektromotor 120 Raddrehmoment von dem Antriebsrad 130 aufnehmen, wie durch Pfeil 122 angegeben, und kann die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zum Speichern in der Energiespeichervorrichtung 150 umwandeln, wie durch Pfeil 124 angegeben. Dieser Betrieb kann als regeneratives Abbremsen des Fahrzeugs bezeichnet werden. Somit kann der Elektromotor 120 in einigen Beispielen als ein Generator arbeiten. In anderen Beispielen kann jedoch stattdessen ein Generator 125 Raddrehmoment von dem Antriebsrad 130 aufnehmen und die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zum Speichern in der Energiespeichervorrichtung 150 umwandeln, wie durch Pfeil 114 angegeben. Als ein weiteres Beispiel kann der Elektromotor 120 Energie, die in der Energiespeichervorrichtung 150 gespeichert ist, verwenden, um den Verbrennungsmotor 110 in einem Startvorgang hochzufahren, wie durch Pfeil 116 angegeben. Die Energiespeichervorrichtung 150 ist eine Hochspannungsspeichervorrichtung, wie etwa eine Systembatterie, die an eine elektrische 48-V-Architektur des Fahrzeugs gekoppelt ist. In einem Beispiel ist die Systembatterie eine Lithium-Ionen-B atteri e.
Unter noch anderen Betriebsbedingungen kann der Verbrennungsmotor 110 betrieben werden, indem er Kraftstoff von einem Kraftstoffsystem 140 verbrennt, wie durch Pfeil 142 angegeben. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor 110 betrieben werden, um das Fahrzeug über das Antriebsrad 130 anzutreiben, wie durch Pfeil 112 angegeben, während der Elektromotor 120 deaktiviert ist. Unter anderen Betriebsbedingungen können der Verbrennungsmotor 110 und der Elektromotor 120 beide betrieben werden, um das Fahrzeug über das Antriebsrad 130 anzutreiben, wie jeweils durch die Pfeile 112 und 122 angegeben. Eine Konfiguration, bei welcher der Verbrennungsmotor und der Elektromotor beide das Fahrzeug selektiv antreiben, kann als Fahrzeugantriebssystem paralleler Bauart bezeichnet werden. Es sei angemerkt, dass der Elektromotor 120 das Fahrzeug in einigen Beispielen über einen ersten Satz Antriebsräder antreiben kann und der Verbrennungsmotor 110 das Fahrzeug über einen zweiten Satz Antriebsräder antreiben kann.
In anderen Beispielen kann das Fahrzeugsystem 100 als ein Fahrzeugantriebssystem der Reihenbauart konfiguriert sein, wobei der Verbrennungsmotor die Antriebsräder nicht direkt antreibt. Stattdessen kann der Verbrennungsmotor 110 betrieben werden, um den Elektromotor 120 anzutreiben, der wiederum das Fahrzeug über das Antriebsrad 130 antreiben kann, wie durch Pfeil 122 angegeben. Unter ausgewählten Betriebsbedingungen kann der Verbrennungsmotor 110 beispielsweise den Generator 125 antreiben, wie durch Pfeil 117 gezeigt, der wiederum eins oder mehrere von dem Elektromotor 120, wie durch Pfeil 114 gezeigt, oder der Energiespeichervorrichtung 150, wie durch Pfeil 162 gezeigt, mit elektrischer Energie versorgen kann. Als anderes Beispiel kann der Verbrennungsmotor 110 betrieben werden, um den Elektromotor 120 anzutreiben, der wiederum als ein Generator dienen kann, um die Verbrennungsmotorausgangsleistung in elektrische Energie umzuwandeln. Die elektrische Energie kann beispielsweise zur späteren Verwendung durch den Elektromotor in der Energiespeichervorrichtung 150 gespeichert werden.
Das Kraftstoffsystem 140 kann einen oder mehrere Kraftstofftanks zum Speichern von Kraftstoff an Bord des Fahrzeugs beinhalten. Beispielsweise kann der Kraftstofftank einen oder mehrere flüssige Kraftstoffe speichern, darunter ohne Beschränkung Benzin-, Diesel- und Alkoholkraftstoffe. In einigen Beispielen kann der Kraftstoff an Bord des Fahrzeugs als eine Mischung von zwei oder mehr unterschiedlichen Kraftstoffen gespeichert sein. Beispielsweise kann der Kraftstofftank dazu konfiguriert sein, eine Mischung von Benzin und Ethanol (z. B. E10, E85 usw.) oder eine Mischung von Benzin und Methanol (z. B. M10, M85 usw.) zu speichern, wobei diese Kraftstoffe oder Kraftstoffmischungen an den Verbrennungsmotor 110 geleitet werden können, wie durch Pfeil 142 angegeben. Dem Verbrennungsmotor 110 können noch andere geeignete Kraftstoffe oder Kraftstoffmischungen zugeführt werden und am Verbrennungsmotor verbrannt werden, um Verbrennungsmotorausgangsleistung zu erzeugen. Die Verbrennungsmotorausgangsleistung kann dazu genutzt werden, durch Betreiben des Wechselstromgenerators 126 Elektrizität zu erzeugen, wobei die Elektrizität verwendet wird, um den Elektromotor 120 direkt anzutreiben oder die Energiespeichervorrichtung 150 aufzuladen.
In einem Beispiel ist der Wechselstromgenerator 126 ein intelligenter Wechselstromgenerator, der eine Menge an Strom proportional zu seinem Eingangssteuersignal erzeugen kann. Wie unter Bezugnahme auf 3-4 ausgeführt, kann der intelligente Wechselstromgenerator dazu konfiguriert sein, bei einer Verbrennungsmotorbremsung, wie etwa bei einem Abbremsereignis, große Mengen an Energie zu erzeugen. Diese Energie kann verwendet werden, um ein Wassererzeugungssystem 160 zu betreiben, woraufhin die Energie in der Form von gewonnenem Wasser in einem Wasserbehälter 168 an Bord des Fahrzeugs gespeichert ist.
In einigen Ausführungsformen kann die Energiespeichervorrichtung 150 dazu konfiguriert sein, elektrische Energie zu speichern, die anderen elektrischen Verbrauchern (außer dem Elektromotor) zugeführt werden kann, die sich an Bord des Fahrzeugs befinden, darunter Heiz- und Klimaanlage der Fahrgastzelle, Verbrennungsmotoranlassersystem, Frontscheinwerfer, Fahrgastzellenaudio- und -videosysteme usw. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Energiespeichervorrichtung 150 eine oder mehrere Batterien und/oder einen oder mehrere Kondensatoren beinhalten.
Das Antriebssystem 100 beinhaltet ferner ein Wassererzeugungssystem 160, das zum Erzeugen und Speichern von Wasser an Bord des Fahrzeugs konfiguriert ist. Das Wassererzeugungssystem 160 kann einen Elektromotor zum Gewinnen von Wasser aus Feuchtigkeit in Umgebungsluft beinhalten. Außerdem kann das Wassererzeugungssystem Wasserdampf und Kondensation auffangen, die am Fahrzeugsystem auftreten. Die aufgefangene Kondensation kann als ein Nebenprodukt verschiedener Fahrzeugbetriebsvorgänge erzeugt (oder abgegeben) werden, wie etwa Kondensat, das an einem oder mehreren Wärmetauschern des Fahrzeugsystems eingeschlossen ist. Als ein Beispiel kann, wenn der Verbrennungsmotor 110 ein Verbrennungsmotor mit Aufladung ist, der einen Ansaugverdichter beinhaltet, beim Verbrennungsmotorbetrieb mit Aufladung Kondensat an einem Ladeluftkühler erzeugt werden, der stromabwärts des Verdichters an die Verbrennungsmotoransaugleitung gekoppelt ist. Als ein weiteres Beispiel, in dem das Fahrzeug eine Klimaanlage beinhaltet, kann Kondensat während eines Kühlvorgangs der Fahrgastzelle des Fahrzeugs an einem Kondensator der Klimaanlage erzeugt werden. Als noch weiteres Beispiel kann Wasser von einem Kraftstoffabscheider erzeugt werden, der an das Kraftstoffsystem 140 gekoppelt ist. Weitere Fahrzeugkomponenten, deren Betrieb Kondensat erzeugen kann, beinhalten den Elektromotor 120, eine Brennstoffzelle, ein Elektromotorkühlsystem usw.
Wie unter Bezugnahme auf 2 ausgeführt, kann Wasser erzeugt und an einen Behälter transportiert werden, wo das Wasser verarbeitet wird, bevor es für verschiedene Anwendungen an Bord des Fahrzeugsystems verwendet wird. Entsprechend kann das Wassererzeugungssystem verschiedene Komponenten wie etwa eine oder mehrere Pumpen 163, ein oder mehrere Ventile 164 (wie etwa Durchflussregelungsventile, Rückschlagventile, Abgabeventile usw.), eine oder mehrere Wasserverarbeitungsvorrichtungen (wie etwa Filter, Destillationseinrichtungen, Ionenaustauscher usw.) 166 und einen oder mehrere Behälter 168 beinhalten. Weitere Komponenten können im Wassererzeugungssystems 160 vorgesehen sein, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen.
Das gewonnene Wasser kann dazu verwendet werden, auf Grundlage der Betriebsbedingungen auf verschiedene Fahrzeugkomponenten gesprüht oder darin eingespritzt zu werden. Als ein Beispiel kann Wasser über eine Wassereinspritzeinrichtung 32 in einen Verbrennungsmotorzylinder 30 eingespritzt werden. Die Wassereinspritzeinrichtung 32 kann Wasser direkt in den Verbrennungsmotorzylinder 30 einspritzen, beispielsweise in Reaktion auf eine Anzeige von Verbrennungsmotorklopfen. Zusätzlich oder wahlweise kann die Wassereinspritzeinrichtung 32 Wasser in einen Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors 110 einspritzen. Beispielsweise kann Wasser in Reaktion auf eine Anforderung von Verbrennungsmotorverdünnung, etwa wenn die Verbrennungsstabilität begrenzt ist, in den Ansaugkrümmer eingespritzt werden.
Als weiteres Beispiel kann Wasser, das aus dem Wassererzeugungssystem 160 gepumpt wird, einem Windschutzscheibenwischersystem zugeführt werden, das eine Reinigung einer Fahrzeugwindschutzscheibe 68 ermöglicht. Die Windschutzscheibe 68 kann eine Front- oder Heckwindschutzscheibe des Fahrzeugs sein. Das Windschutzscheibenwischersystem beinhaltet wenigstens einen Windschutzscheibenwischer 70, der von einem Wischerelektromotor (nicht gezeigt) betrieben wird. In Reaktion auf eine Anforderung durch den Fahrzeugführer und auf Grundlage einer Eingabe von der Steuerung 190 kann der Wischerelektromotor mit Energie versorgt werden, was bewirkt, dass der Wischer 70 mehrere Wischzyklen, die als Wischvorgänge bezeichnet werden, über der Windschutzscheibe 68 ausführt. Die Wischvorgänge ermöglichen es dem Wischerblatt 71, Feuchtigkeit, Schmutz und Fremdkörper von der Oberfläche der Windschutzscheibe 68 zu entfernen. Während das Wischerblatt 71 wischt, kann die Steuerung 190 auf Grundlage einer Anforderung durch einen Fahrzeugführer intermittierend über eine Wischereinspritzeinrichtung 74 ein Scheibenwischerfluid (hier auch als Waschfluid bezeichnet) auf die Windschutzscheibe spritzen. In einem Beispiel beinhaltet das Scheibenwischerfluid Wasserquellen aus einem Behälter des Wassererzeugungssystems 160. Alternativ kann Waschfluid in einem Scheibenwischerfluidbehälter gespeichert sein, aus dem es an die Windschutzscheibe abgegeben wird, und Wasser kann aus dem Wassererzeugungssystem 160 an den Behälter bereitgestellt werden, etwa um das Waschfluid nachzufüllen. Das im Behälter gespeicherte Waschfluid kann eine Kombination aus Wasser und Alkohol, wie etwa Methanol oder Isopropanol, beinhalten.
Als ein anderes Beispiel kann Wasser auf den Verbrennungsmotor, wie etwa durch eine Zylinderkopfdüse 34 auf einen Zylinderkopf, gesprüht werden. Wasser kann zur Verbrennungsmotortemperaturregelung auf den Zylinderkopf gesprüht werden. Wenn beispielsweise ein Verbrennungsmotorkühlsystem ausfällt, kann die Zylinderkopftemperatur eine Verbrennungsmotorausschalttemperatur überschreiten, bevor eine Round-Robin(Rundlauf)-Kraftstoffeinspritzdüse den Temperaturanstieg am Verbrennungsmotor begrenzen kann. In Reaktion auf den Zylinderkopftemperaturanstieg (z. B. eine Temperatur höher als ein Schwellenwert oder ein Temperaturanstieg über einen Anstiegsschwellenwert hinaus) kann eine Pumpe des Wassererzeugungssystems 160 betrieben werden, um Wasser über die Zylinderkopfdüse 34 auf den Zylinderkopf zu sprühen. Der Betrieb der Düse kann einen Nebel erzeugen, der den raschen Temperaturanstieg am Zylinderkopf begrenzt oder verlangsamt. Die abgegebene Menge an Wasser kann vom Temperaturanstieg abhängen. Die Düse kann dazu optimiert sein, einen maximalen Bereich des Zylinderkopfs zu besprühen, oder dazu optimiert sein, das Sprühen auf einen örtlich begrenzten heißen Bereich am Kopf zu konzentrieren, der von dem Wärmemuster vorgegeben wird, das im Zylinderkopf bei der Verschlechterung des Kühlsystems erzeugt wird. Das individuelle Sprühmuster kann durch die Auslegung einer Düse ausgewählt werden, die anhand von Kraftstoffeinspritzdüsen mit bekanntem Sprühmuster ausgebildet wurde. Für Düsen, die Wasser mit Staubteilchen leiten, kann ein einzelnes größeres Loch für die Düse verwendet werden, um den Schmutz durchzuleiten und eine Verunreinigung oder Verstopfung der Düse auszuschließen.
Ebenso kann über eine Bremsendüse 38 Wasser auf Bremsklötze 44 gesprüht werden, die an das Antriebsrad 130 gekoppelt sind. Die Bremsendüse 38 kann auch an einer Position über dem Antriebsrad 130 und benachbart zu einer Reifendüse 36 an einen Unterboden 174 gekoppelt sein. Wasser kann von der Bremsendüse 38 auf die Bremsklötze 44 oder zu ihnen hin gesprüht werden, um Staubteilchen von der Oberfläche des Bremsklotzes zu entfernen. Beispielsweise kann die Reifendüse 38 betrieben werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über einem Schwellenwert wie etwa über 3 mph liegt. Außerdem kann der Betrieb der Reifendüse 38 in Abhängigkeit von der Reifentemperatur oder der Bodentemperatur bestimmt werden. Wenn die Bodentemperatur und damit die Reifentemperatur ansteigt, kann das Besprühen der Reifen mit Wasser gesteigert werden. Alternativ kann Wasser von der Bremsendüse 38 an einer Position, an der Bremsenstaubteilchen aus den Bremsklötzen und zugehörigen Bremsenelektromotoren austreten, wie etwa hinter dem hinteren unteren Abschnitt der Reifen, wo dieser den Boden während der Drehung verlässt, in die Luft gesprüht werden. Da die Erzeugung von Bremsenstaubteilchen bei Bremsereignissen ansteigt, kann die Bremsendüse 38 selektiv bei Bremsmanövern des Fahrzeugs betrieben werden. Beispielsweise kann die Bremsendüse 38 betrieben werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einem oberen Schwellenwert, aber über einem unteren Schwellenwert liegt, wie etwa zwischen 3 und 55 mph. So können Staubteilchen, die von den Bremsklötzen 44 in die Luft freigesetzt werden, im Sprühnebel koagulieren und zu Boden fallen, anstatt in der Luft zu bleiben.
Darüber hinaus kann, wie unter Bezugnahme auf 2 ausgeführt, Wasser, das von dem Wassererzeugungssystem 160 gewonnen wird, verarbeitet werden, um Trinkwasser herzustellen, das für einen Fahrzeugführer an Bord des Fahrzeugs verfügbar ist.
Das Fahrzeugsystem 100 kann auch eine oder mehrere Solarzellen 108 beinhalten, die betriebsfähig sind, um einfallende Sonnenstrahlung in elektrische Energie umzuwandeln. Die Solarzellen 108 können über eine Aufladungssteuerung 42 elektrisch an eine Solarbatterie 40 gekoppelt sein. Die Solarzellen 108 und die Aufladungssteuerung 42 sind betriebsfähig, um elektrischen Strom zum Aufladen der Solarbatterie 40 zuzuführen. In diesem Beispiel ist die Solarbatterie 40 in der Energiespeichervorrichtung 150 untergebracht und daran gekoppelt, doch in anderen Konfigurationen kann die Solarbatterie 40 elektrisch an die Energiespeichervorrichtung 150 gekoppelt und separat untergebracht sein. Somit kann die Solarbatterie 40 dazu konfiguriert sein, abhängig von den Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen, dem Aufladungsstatus und der oder den Batterieanforderungen Ladung an die Energiespeichervorrichtung 150 bereitzustellen oder von dieser aufzunehmen. In wieder anderen Konfigurationen kann die Solarbatterie 40 sowohl physisch als auch elektrisch von der Energiespeichervorrichtung 150 isoliert sein. In einigen Beispielen kann die Solarbatterie 40 dazu konfiguriert sein, Ladung unabhängig direkt Fahrzeugaktoren und -vorrichtungen zuzuführen. In wieder anderen Beispielen kann die Aufladungssteuerung 42 verwendet werden, um Fahrzeugaktoren und -vorrichtungen direkt Energie zuzuführen, ohne dass Ladung zunächst in der Solarbatterie 40 gespeichert werden muss.
Die Solarzellen 108 können an einer beliebigen geeigneten Außenfläche des Fahrzeugs angebracht sein, beispielsweise einem Fahrzeugdach, einer Haube, einem Kofferraum usw. Allerdings können die Solarzellen 108 zusätzlich oder alternativ im Inneren des Fahrzeugs angebracht sein, wie etwa an einem Armaturenbrett oder einer anderen Innenraumoberfläche in der Nähe eines Fensters oder einer internen Leuchte. Im Allgemeinen sind die Solarzellen betriebsfähig, um Sonnenstrahlung, die darauf fällt, in elektrische Energie umzuwandeln. In einigen Ausführungsformen können die Solarzellen 108 eine Reihe von Fotovoltaikzellen umfassen, die aus einem amorphen Halbleitermaterial wie etwa Silizium gebildet sind. Zusätzlich können einzelne Fotovoltaikzellen zusammengeschaltet sein, um einen konstanten Fluss elektrischer Energie an ein gemeinsames Ausgangskabel 188 bereitzustellen, das die Solarzellen 108 elektrisch an die Aufladungssteuerung 42 und die Solarbatterie 40 koppelt. Auf diese Weise können die Solarzellen 108 elektrische Energie erzeugen, mit der das Fahrzeug angetrieben wird oder ein oder mehrere weitere Fahrzeugaktoren und -vorrichtungen betrieben werden, darunter Komponenten (z. B. ein Elektromotor und/oder Pumpen) des Wassererzeugungssystems 160.
Das Steuersystem 190 kann mit einem oder mehreren von dem Verbrennungsmotor 110, dem Elektromotor 120, dem Kraftstoffsystem 140, der Energiespeichervorrichtung 150 und dem Wechselstromgenerator 125 kommunizieren. Das Steuersystem 190 kann sensorische Feedback-Informationen von einem oder mehreren von dem Verbrennungsmotor 110, dem Elektromotor 120, dem Kraftstoffsystem 140, der Energiespeichervorrichtung 150 und dem Wechselstromgenerator 125 empfangen. Das Steuersystem 190 kann ferner in Reaktion auf das sensorische Feedback Steuersignale an einen oder mehrere von dem Verbrennungsmotor 110, dem Elektromotor 120, dem Kraftstoffsystem 140, der Energiespeichervorrichtung 150 und dem Wechselstromgenerator 125 senden. Das Steuersystem 190 kann eine Angabe einer Fahrzeugführeranforderungsausgabe des Fahrzeugantriebssystems von einem Fahrzeugführer 102 empfangen. Beispielsweise kann das Steuersystem 190 sensorisches Feedback von einem Pedalpositions(PP)-Sensor 194 empfangen, der mit dem Pedal 192 kommuniziert. Das Pedal 192 kann schematisch ein Bremspedal und/oder ein Gaspedal bezeichnen.
Die Energiespeichervorrichtung 150 kann regelmäßig elektrische Energie von einer Leistungsquelle 180 erhalten, die sich außerhalb des Fahrzeugs befindet (z. B. nicht Teil des Fahrzeugs ist), wie durch Pfeil 184 angegeben. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Fahrzeugantriebssystem 100 als ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug konfiguriert sein, wobei der Energiespeichervorrichtung 150 von der Leistungsquelle 180 über ein Übertragungskabel 182 für elektrische Energie elektrische Energie zugeführt werden kann. Während eines Wiederaufladungsvorgangs der Energiespeichervorrichtung 150 von der Leistungsquelle 180 kann das Übertragungskabel 182 für elektrische Energie die Energiespeichervorrichtung 150 und die Leistungsquelle 180 elektrisch koppeln. Während das Fahrzeugantriebssystem zum Antreiben des Fahrzeugs betrieben wird, kann das Übertragungskabel 182 für elektrische Energie von der Leistungsquelle 180 und der Energiespeichervorrichtung 150 getrennt werden. Das Steuersystem 190 kann die Menge an elektrischer Energie, die in der Energiespeichervorrichtung gespeichert ist und als der Ladezustand (state of charge - SOC) bezeichnet werden kann, ermitteln und/oder steuern.
In anderen Ausführungsformen kann das Übertragungskabel 182 für elektrische Energie wegfallen, wobei elektrische Energie an der Energiespeichervorrichtung 150 drahtlos von der Leistungsquelle 180 empfangen werden kann. Beispielsweise kann die Energiespeichervorrichtung 150 elektrische Energie von der Leistungsquelle 180 über eins oder mehrere von elektromagnetischer Induktion, Funkwellen und elektromagnetischer Resonanz empfangen. Somit versteht es sich, dass ein beliebiger geeigneter Ansatz zum Wiederaufladen der Energiespeichervorrichtung 150 von einer Leistungsquelle verwendet werden kann, die keinen Teil des Fahrzeugs bildet. Auf diese Weise kann der Elektromotor 120 das Fahrzeug durch Benutzung einer anderen Energiequelle als dem Kraftstoff antreiben, der von dem Verbrennungsmotor 110 benutzt wird.
Das Kraftstoffsystem 140 kann regelmäßig Kraftstoff von einer Kraftstoffquelle empfangen, die sich außerhalb des Fahrzeugs befindet. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Fahrzeugantriebssystem 100 durch Empfangen von Kraftstoff über eine Kraftstoffabgabevorrichtung 170 aufgetankt werden, wie durch Pfeil 172 angegeben. In einigen Ausführungsformen kann das Kraftstoffsystem 140 dazu konfiguriert sein, den Kraftstoff von der Kraftstoffabgabevorrichtung 170 zu speichern, bis er dem Verbrennungsmotor 110 zur Verbrennung zugeführt wird. In einigen Ausführungsformen kann das Steuersystem 190 über einen Kraftstoffpegelsensor eine Angabe eines Pegels des Kraftstoffs empfangen, der in einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems gespeichert ist. Der Pegel des im Kraftstoffsystem 140 gespeicherten Kraftstoffs (wie z. B. von dem Kraftstoffpegelsensor ermittelt) kann dem Fahrzeugführer beispielsweise über eine Tankmessanzeige oder eine Angabe auf einem Fahrzeuginstrumentenbrett 196 mitgeteilt werden. Das Fahrzeuginstrumentenbrett 196 kann Anzeigeleuchte(n) und/oder eine textbasierte Anzeige beinhalten, auf der Nachrichten an den Fahrzeugführer angezeigt werden. Das Fahrzeuginstrumentenbrett 196 kann auch verschiedene Eingabeabschnitte zum Empfangen einer Fahrzeugführereingabe beinhalten, wie etwa Tasten, Touchscreens, Spracheingabe/-erkennung usw. Beispielsweise kann das Fahrzeuginstrumentenbrett 196 eine Betankungstaste 197 beinhalten, die von einem Fahrzeugführer manuell betätigt oder gedrückt werden kann, um die Betankung einzuleiten. In Reaktion darauf, dass der Fahrzeugführer die Betankungstaste 197 betätigt, kann ein Kraftstofftank im Fahrzeug beispielsweise drucklos gemacht werden, damit die Betankung durchgeführt werden kann. Als ein weiteres Beispiel kann ein Wasserpegel in einem Wasserbehälter 168 des Wassererzeugungssystems 160 einem Fahrzeugführer über das Instrumentenbrett 196 angezeigt werden.
Das Fahrzeugsystem 100 kann auch einen oder mehrere Sensoren wie etwa einen Umgebungstemperatur- oder -feuchtigkeitssensor 198, einen Verbrennungsmotortemperatursensor 185 und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 199 beinhalten. In einem Beispiel ist der Verbrennungsmotortemperatursensor 185 ein Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur(engine coolant temperature - ECT)-Sensor, wobei die Verbrennungsmotortemperatur aus der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur hergeleitet wird. In einem anderen Beispiel ist der Verbrennungsmotortemperatursensor 185 ein Zylinderkopftemperatur(cylinder head temperature - CHT)-Sensor, wobei die Verbrennungsmotortemperatur aus der Zylinderkopftemperatur hergeleitet wird. Noch weitere Sensoren können an das Fahrzeugsystem gekoppelt sein.
Das Steuersystem 190 (hier auch als Steuerung 190 bezeichnet) kann unter Verwendung von verschiedenen geeigneten Kommunikationstechniken kommunizierend an andere Fahrzeuge oder Infrastrukturelemente gekoppelt sein. Beispielsweise kann das Steuersystem 190 über ein drahtloses Netz 135, das WLAN, Bluetooth, eine Art von Mobilfunkdienst, ein drahtloses Datenübertragungsprotokoll und so weiter umfassen kann, an andere Fahrzeuge oder Infrastrukturelemente gekoppelt sein. Das Steuersystem 190 kann Informationen zu Fahrzeugdaten, Fahrzeugprüfungen, Verkehrsbedingungen, Fahrzeugpositionsinformationen, Fahrzeugbetriebsvorgängen usw. über Fahrzeug-an-Fahrzeug(vehicle-to-vehicle - V2V)-, Fahrzeug-an-Infrastruktur-an-Fahrzeug(vehicle-to-infrastructure-to-vehicle - V2I2V)- und/oder Fahrzeug-an-Infrastruktur(vehicle-to-infrastructure - V2I oder V2X)-Technik aussenden (und empfangen). Der Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen kann entweder direkt zwischen Fahrzeugen oder über mehrere Hops stattfinden. In einigen Beispielen kann Kommunikation mit höherer Reichweite (z. B. WiMax) anstelle von oder in Verbindung mit V2V oder V2I2V verwendet werden, um den Abdeckungsbereich um einige Meilen zu erweitern. In wieder anderen Beispielen kann das Fahrzeugsteuersystem 190 über ein drahtloses Netz 135 und das Internet (z. B. Cloud) kommunizierend an andere Fahrzeuge oder Infrastrukturelemente gekoppelt sein.
Das Fahrzeugsystem 100 kann auch ein Bordnavigationssystem 132 wie etwa ein globales Positionsbestimmungssystem (Global Positioning System - GPS) beinhalten, mit dem ein Fahrzeugführer des Fahrzeugs interagieren kann. Das Navigationssystem 132 kann einen oder mehrere Positionssensoren beinhalten, um das Schätzen der Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeughöhenlage, Fahrzeugposition usw. zu unterstützen. Diese Informationen können auch zum Herleiten von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors wie etwa lokalem Luftdruck verwendet werden. Außerdem können die Informationen zur Fahrtroutenplanung mit Wetter-, Straßen- und Verkehrsbedingungen an einer geplanten Fahrtroute verwendet werden. Wie oben erörtert, kann das Steuersystem 190 ferner dazu konfiguriert sein, Informationen über das Internet oder andere Kommunikationsnetze zu empfangen. Vom GPS empfangene Informationen können mit Informationen abgeglichen werden, die über das Internet verfügbar sind, um lokale Wetterbedingungen, lokale Fahrzeugbestimmungen usw. zu bestimmen. Auf diese Weise ist das Steuersystem 190 dazu konfiguriert, eine Navigationseingabe vom Navigationssystem 135 zu empfangen.
Die Steuerung 190 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und verwendet die verschiedenen Aktoren aus 1, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen einzustellen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind. Beispielsweise kann die Steuerung auf Grundlage von Signalen, die sie von einem Wasserpegelsensor des Kraftstoffsystems empfängt, ein Signal zum Betreiben des Wassererzeugungssystems senden, um Wasser zu erzeugen.
Bezug nehmend auf 2 ist eine ausführliche Ausführungsform 200 für ein Wassererzeugungssystem 202 gezeigt, das in einem Fahrzeug 201 gekoppelt ist, das für den Antrieb auf der Straße konfiguriert ist. Die Ausführungsform ermöglicht es, dass Wasser aus einer oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs sowie aus Umgebungsfeuchtigkeit gewonnen wird. Zuvor in 1 vorgestellte Komponenten tragen dieselben Bezugszeichen und werden der Knappheit halber nicht erneut vorgestellt. In einem Beispiel beinhaltet das Wassererzeugungssystem 202 das Wassererzeugungssystem 160 aus 1 und das Fahrzeug 201 beinhaltet das Fahrzeugsystem 100 aus 1.
Das Wassererzeugungssystem 202 ist an verschiedene Komponenten des Fahrzeugs 201 gekoppelt. Beispielsweise ist das Wassererzeugungssystem 202 an ein Klimaregelungs(heating, ventilation, und air-conditioning - HVAC)-System 208 gekoppelt. Das HVAC-System 208 ist dazu konfiguriert, eine Temperatur der Fahrzeugfahrgastzelle 204 auf Grundlage einer Eingabe von einem Fahrzeuginsassen einzustellen. Das HVAC-System 208 beinhaltet einen Kondensator 210, einen Verdampfer 212 und einen Verdichter 214. Der Kondensator 210 ist im Wesentlichen ein Wärmetauscher, der außerhalb eines Innenraums des Fahrzeugs angeordnet ist, während der Verdampfer im Wesentlichen ein Wärmetauscher ist, der innerhalb des Innenraums des Fahrzeugs angeordnet ist. Der Verdichter 214 kann vom Verbrennungsmotor 110 angetrieben werden, etwa durch die Verwendung eines Hilfskeilriemens von einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) oder eines Hilfskeilriemens von einer elektrischen Maschine (wie etwa dem Elektromotor 120 des Hybridantriebsstrangs aus 1), oder indem er einen separaten Verdichterelektromotor (nicht gezeigt) aufweist. Der Verdichterelektromotor kann mit Energie von einer Bordenergiespeichervorrichtung versorgt werden, die eine Hochspannungstraktionsbatterie sein kann, oder von einer 12-Volt-Batterie (nicht gezeigt).
Andere Komponenten, die im HVAC-Systems 208 vorgesehen sein können, aber nicht gezeigt sind, beinhalten einen Druckregler, ein Expansionsventil, einen Akkumulator, einen Empfänger, einen Trockenmittelfilter oder dergleichen. Eine Reihe von Leitungen kann aufbereitete Luft vom Verdampfer 212 in die Fahrzeugfahrgastzelle 204 leiten. Wahlweise kann ein Gebläse (nicht gezeigt) benachbart zum Kondensator 210 benutzt werden, um einen verbesserten Luftstrom über die Wärmetauscher zu unterstützen, und/oder ein Gebläse kann in der Reihe von Leitungen angeordnet sein, um einen verbesserten Luftstrom über die Wärmetauscher zu unterstützen.
Während das HVAC-System 208 in Betrieb ist, kann Wasser am Kondensator 210 und am Verdampfer 212 kondensieren. Es ist allgemein bekannt, dass Kondensation eine Änderung des Zustands von Wasserdampf zu flüssigem Wasser ist, wenn Kontakt mit einer beliebigen Oberfläche stattfindet. Wenn das HVAC-System 208 zum Kühlen der Fahrzeugfahrgastzelle 204 verwendet wird, kann im Allgemeinen Kondensation wenigstens am Kondensator 210 auftreten, der außerhalb der Fahrzeugfahrgastzelle 204 angeordnet ist und in Fluidkontakt mit der Umgebung steht. Das Wasser, das am Kondensator 210 kondensiert, stammt aus Wasserdampf, der vorher in der Luft enthalten war, die den Kondensator umgibt.
Das Wassererzeugungssystem 202 kann einen HVAC-Wassersammler 220 beinhalten, der in der Nähe des Kondensators 210 angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, kondensiertes Wasser vom Kondensator 208 aufzufangen. Der Sammler kann unter dem Kondensator 208 (oder an einer Position nahe der Unterseitenfläche des Kondensators 208) angeordnet sein, sodass Wasser mittels Schwerkraft vom Kondensator 210 an den HVAC-Wassersammler 220 übertragen werden kann. Der HVAC-Sammler 220 kann mit einer oder mehreren HVAC-Wasserbehandlungskomponenten 222 in Fluidverbindung stehen, die ein HVAC-Wassersammelventil beinhalten. Andere Wasserverarbeitungskomponenten 222, die an eine HVAC-Wasserleitung 224 gekoppelt sind, können eine Sammelpumpe, einen Sammelfilter usw. beinhalten.
Beispielsweise kann das Sammelventil ein Dreiwegeventil oder eine Reihe T-förmiger Ventile sein, die elektrisch betätigt werden können. Durch Einstellen des Betriebs des Sammelventils kann Wasser vom HVAC-Wassersammler 220 zu einem gemeinsamen Wasserbehälter 268 umgeleitet werden. In einigen Ausführungsform kann vom HVAC-System gesammeltes Wasser anfangs in einem von einer Vielzahl von Wasserbehältern 168 gespeichert werden, wie etwa einem Wasserbehälter, der speziell zum Sammeln von Wasser vom HVAC-System vorgesehen ist. Das Wasser kann lokal im speziellen Wasserbehälter behandelt und verarbeitet werden, bevor es in den gemeinsamen Wasserbehälter 268 übertragen wird, in dem das vom HVAC-System gesammelte Wasser mit Wasser aus anderen Quellen zusammengeführt wird.
Als weiteres Beispiel kann die HVAC-Wasserleitung 224 einen Filter mit einem Netzsieb beinhalten, der zur Abscheidung von Feststoffen (wie etwa kleinen Staubteilchen) aus dem gesammelten Fluid verwendet wird, indem ein Medium angeordnet ist, durch welches das Fluid, aber keine Feststoffe treten können, die größer als die Netzmaschenweite sind. Der Filter kann auch eine chemische oder Ultraviolettfiltrationsvorrichtung sein, die verwendet werden kann, um unerwünschte Bakterien, organische Kohlenstoffe oder dergleichen herauszufiltern. Der Filter kann nach oder vor dem Sammelventil in der HVAC-Wasserleitung 224 vorgesehen sein. Ebenso kann die HVAC-Wasserleitung 224 eine Pumpe beinhalten, die vor oder nach dem Filter angeordnet ist. Das System kann auch ohne einen Filter oder eine Pumpe oder mit mehreren Filtern und Pumpen an der HVAC-Wasserleitung 224 betrieben werden, um ein gewünschtes Maß an Filtration bereitzustellen, um Wasser zu bewegen oder um auf Wunsch Druck bereitzustellen. Wie hierin ausgeführt wird, kann jede der unterschiedlichen Wasserleitungen einen unterschiedlichen Satz Wasserverarbeitungskomponenten zum unterschiedlichen Verarbeiten von Wasser je nach Wasserquelle sowie nach vorgesehener Verwendung des Wassers beinhalten. Wenn das Wasser, das aus dem HVAC-System 208 gewonnen wird, beispielsweise primär zum Spritzen auf den Zylinderkopf (wie etwa über die Zylinderkopfdüse 34 aus 1), auf Reifen (wie etwa über die Reifendüse 36) und/oder auf Bremsklötze (wie etwa über die Bremsendüse 38 aus 1) verwendet wird, kann ein geringerer Wasserverarbeitungsgrad erforderlich sein. Als ein Beispiel kann ein Filter mit einer größeren Maschenweite oder keine Filterung in der HVAC-Wasserleitung 224 vorgesehen sein. Wenn das Wasser, das aus dem HVAC-System 208 gewonnen wird, dagegen primär zum Einspritzen in den Zylinder (wie etwa über die Wassereinspritzeinrichtung 32 aus 1) verwendet wird, kann ein höherer Wasserverarbeitungsgrad erforderlich sein. Als ein Beispiel kann ein Filter mit einer kleineren Maschenweite in der HVAC-Wasserleitung 224 vorgesehen sein.
In einigen Beispielen kann eine Fahrzeugsteuerung das HVAC-System 208 aktiv betreiben, um auch dann kondensiertes Wasser zu erzeugen, wenn sich das Fahrzeug 100 in einem ausgeschalteten Zustand befindet. Das HVAC-System 208 kann auf Grundlage von Eingaben von dem Wassererzeugungssystem 202 betrieben werden (etwa auf Grundlage eines Wasserpegels im Behälter 268), um kondensiertes Wasser zu erzeugen. In einem Beispiel wird Wasser durch Betreiben des HVAC-Systems erzeugt, während das Fahrzeug 100 an eine externe Energiequelle angeschlossen ist, um die Systemenergiespeichervorrichtung aufzuladen. In einem anderen Beispiel wird Wasser durch Betreiben des HVAC-Systems erzeugt, während das Fahrzeug in Betrieb ist, etwa durch Erhöhen der Last am Kondensator 210.
Das Wassererzeugungssystem 202 kann auch am Verbrennungsmotor 110 kondensiertes Wasser sammeln. Insbesondere kann der Verbrennungsmotorwassersammler 230 an einer Position, ab der Wasser von Verbrennungsmotorzylindern 30 (aufgrund von Zylinderverbrennung), Ladeluftkühler 216 (aufgrund des Betriebs des Verbrennungsmotors mit Aufladung) und einem EGR-Kühler (der an ein EGR-System 215 gekoppelt ist) gesammelt werden kann, an einen Verbrennungsmotorblock gekoppelt sein. Der Sammler kann unter dem CAC 216 (oder an einer Position nahe einer Unterseitenfläche des CAC 216) angeordnet sein, sodass Wasser vom CAC 216 und etwaigen anderen Verbrennungsmotorwärmetauschern mittels Schwerkraft an den Verbrennungsmotorwassersammler 230 übertragen werden kann. Der Verbrennungsmotorsammler 230 kann mit einer oder mehreren Verbrennungsmotorwasserverarbeitungskomponenten 232 in Fluidverbindung stehen, die ein Verbrennungsmotorwassersammelventil, eine Sammelpumpe, einen Sammelfilter usw. beinhalten. Diese Komponenten können denjenigen gleichen, die zuvor unter Bezugnahme auf das HVAC-System 208 beschrieben wurden. Das gesammelte Wasser wird dann an einer Verbrennungsmotorwasserleitung 234 an den gemeinsamen Behälter 268 geleitet. Beispielsweise kann vom Verbrennungsmotor 110 gesammeltes Wasser anfangs in einem von einer Vielzahl von Wasserbehältern 168 gespeichert werden, wie etwa einem Wasserbehälter, der speziell zum Sammeln von Wasser vom Verbrennungsmotorsystem vorgesehen ist. Das Wasser kann lokal im speziellen Wasserbehälter behandelt und verarbeitet werden, bevor es in den gemeinsamen Wasserbehälter 268 übertragen wird, in dem das vom Verbrennungsmotorsystem gesammelte Wasser mit Wasser aus den anderen Quellen zusammengeführt wird.
Das Wassererzeugungssystem 202 kann auch an der Fahrzeugoberfläche 206 kondensiertes Wasser sowie etwaiges Wasser sammeln, das in der Fahrzeugfahrgastzelle 202 kondensiert ist. Beispielsweise kann ein Oberflächenwassersammler 250 an Auffangkanäle gekoppelt sein, die in eins oder mehrere von der Seite der Windschutzscheibe, der Windschutzscheibensäule, der Gummidichtung, die an die Windschutzscheibe angrenzt, einer Außenkante einer Seitentür, dem Raum zwischen der Seitentür und der Windschutzscheibensäule integriert sind. Wenigstens einige dieser Auffangkanäle können eine Vorderkante beinhalten, die von der Außenfläche des Fahrzeugs nach außen vorspringt, um das Auffangen von Wasser zu verbessern. Die Auffangkanäle verhindern, dass Wasser ins Innere der Fahrzeugfahrgastzelle gelangt. Über diese Kanäle kann auf der Oberfläche des Fahrzeugs kondensiertes Wasser, Wasser von Niederschlag wie etwa Regen oder anderes Wasser, das durch die Windkraft aufgrund der Fortbewegung des Fahrzeugs über die Fahrzeugoberfläche geblasen wird, am Oberflächenwassersammler 250 gewonnen werden.
Ebenso kann ein Fahrgastzellenwassersammler 240 an Auffangkanäle gekoppelt sein, die ins Innere der Fahrzeugfahrgastzelle integriert sind, etwa an einer Innenkante einer Seitentür. Über diese Kanäle kann Wasser, das an der Innenoberfläche des Fahrzeugs kondensiert ist, wie etwa aufgrund von Umgebungsfeuchtigkeit und von Fahrgastzelleninsassen, am Fahrgastzellenwassersammler 240 gewonnen werden.
Wie der HVAC- und der Verbrennungsmotorwassersammler 220, 230 können der Oberflächenwassersammler 250 und der Fahrgastzellenwassersammler 240 jeweils in Fluidverbindung mit einer oder mehreren Wasserverarbeitungskomponenten 252 und 242 stehen, die entsprechende Wassersammelventile, Sammelpumpen, Sammelfilter usw. beinhalten. Diese Komponenten können denjenigen gleichen, die zuvor unter Bezugnahme auf das HVAC-System 208 und das Verbrennungsmotorsystem 110 beschrieben wurden. Das gesammelte Wasser wird dann jeweils an einer Oberflächenwasserleitung 254 und einer Fahrgastzellenwasserleitung 244 zum gemeinsamen Behälter 268 geleitet. Beispielsweise kann Wasser, das an der Fahrzeugoberfläche 206 und in der Fahrzeugfahrgastzelle 204 gesammelt wurde, anfangs in einem gesonderten von einer Vielzahl von Wasserbehältern 168 gespeichert werden. Im dargestellten Beispiel vereinigen sich die Wasserleitungen 244, 254 stromaufwärts des Behälters zu einer gemeinsamen Wasserleitung 246, obwohl sich die Wasserleitungen in anderen Beispielen nicht vereinigen können. Das Wasser kann lokal in den speziellen Wasserbehältern behandelt und verarbeitet werden, bevor es in den gemeinsamen Wasserbehälter 268 übertragen wird, in dem das vom Verbrennungsmotorsystem gesammelte Wasser mit Wasser aus den anderen Quellen zusammengeführt wird.
Zusätzlich zu den genannten Sammlern, die Wasser passiv gewinnen, kann Wasser auch aktiv durch den Betrieb einer Extraktionseinrichtung 290 erzeugt werden, die fähig ist, Wasser aus Umgebungsluft zu extrahieren. Insbesondere kann die Extraktionseinrichtung 290 dazu konfiguriert sein, unter Verwendung von elektrischer Energie Umgebungsluft (etwa von außerhalb des Fahrzeugs oder von innerhalb der Fahrzeugfahrgastzelle) durch einen Filter 260 anzusaugen und gereinigte Luft durch einen Verdampfer 217 und einen Kondensator 218 zu leiten. In einem Beispiel können der Kondensator und der Verdampfer spiralförmig und ineinander verschachtelt sein, um eine größere Oberfläche sowohl für den Verdampfer als auch den Kondensator zu ermöglichen und die Effizienz der Extraktionseinrichtung 290 zu steigern. Insbesondere kann die Spiralkonfiguration ermöglichen, dass größere Luftmengen durch die Extraktionseinrichtung 290 bewegt werden, wodurch die Kondensationsausgabe gesteigert wird. Die Extraktionseinrichtung 290 kann mit Energie betrieben werden, die von einer elektrischen Maschine 219 stammt, bei der es sich um einen elektrischen Motor handeln kann. Alternativ kann die Extraktionseinrichtung 290 Energie von einer anderen Energiequelle an Bord des Fahrzeugs beziehen, wie etwa einer Batterie, einem Wechselstromgenerator oder Solarzellen (wie etwa der Batterie 150, dem Wechselstromgenerator 126 oder den Solarzellen 108 aus 1). Kondensation, die am Verdampfer 217 gesammelt wird, wird an eine oder mehrere Wasserverarbeitungskomponenten 262 geleitet, die Wassersammelventile, Sammelpumpen, Sammelfilter usw. beinhalten. Diese Komponenten können denjenigen gleichen, die zuvor unter Bezugnahme auf das HVAC-System 208 und das Verbrennungsmotorsystem 110 beschrieben wurden. Das gesammelte Wasser wird dann an einer Extraktionswasserleitung 264 an den gemeinsamen Behälter 268 geleitet. Beispielsweise kann Wasser, das von der Extraktionseinrichtung 220 gesammelt wurde, anfangs in einem von einer Vielzahl von Wasserbehältern 168 gespeichert werden. Das Wasser kann lokal in den speziellen Wasserbehältern behandelt und verarbeitet werden, bevor es in den gemeinsamen Wasserbehälter 268 übertragen wird, in dem das vom Verbrennungsmotorsystem gesammelte Wasser mit Wasser aus den anderen Quellen zusammengeführt wird.
Unter Bedingungen, bei denen Wasserpegel im Behälter 268 niedrig sind und ein erhöhter Wassergebrauch im Verlaufe eines Fahrzyklus erforderlich ist oder erwartet wird, wird die Wasserextraktionseinrichtung 290 unter Verwendung elektrischer Energie betrieben, um Wasser zu erzeugen. Das Beziehen von elektrischer Energie zum Erzeugen von Wasser kann jedoch die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs insgesamt beeinträchtigen und außerdem mit anderen elektrischen Anforderungen des Fahrzeugs (etwa für den Antrieb usw.) in Konflikt stehen. Wie unter Bezugnahme auf 3-4 ausgeführt, kann die Fahrzeugsteuerung 190 zum Reduzieren der Auswirkung des Wassererzeugungssystems auf die Kraftstoffeffizienz dazu konfiguriert sein, die Extraktionseinrichtung bei Gelegenheit unter Verwendung überschüssiger elektrischer Energie zu betreiben, die an Bord des Fahrzeugs erzeugt wird. Beispielsweise kann überschüssige elektrische Energie, die durch regeneratives Bremsen bei einem Fahrzeugabbremsereignis erzeugt wird, zum Betreiben des Wassererzeugungssystems verwendet werden. Die überschüssige elektrische Energie bezeichnet dabei Energie über das Maß hinaus, das in einer Systemhochspannungs- (z. B. 48-V-) Batterie gespeichert werden kann. Als ein anderes Beispiel kann überschüssige Solarenergie gewonnen werden, um das Wassererzeugungssystem zu betreiben, wobei die Energie in Form von gespeichertem Wasser gewonnen wird. Als wieder anderes Beispiel kann Verbrennungsmotorbremsenergie über einen intelligenten Wechselstromgenerator in der Form von gespeichertem Wasser gewonnen werden. Die Energie, die verwendet und in Wasser umgewandelt wird, wurde unabhängig von der Wassererzeugung bereits erzeugt, während für den Fall, dass die Wassererzeugungseinrichtung bei Bedarf oder kontinuierlich betrieben wird, neue Energie erzeugt werden muss, um die Anforderung der Wassererzeugung zu erfüllen. Durch Betreiben der elektrischen Wassererzeugungseinrichtung immer dann, wenn überschüssige Energie vom Fahrzeug verfügbar ist, wird die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessert.
Auf Grundlage der Quelle des Wassers sowie der vorgesehenen Verwendung können die eine oder mehreren Verbrennungsmotorwasserverarbeitungskomponenten, die an jede Wasserleitung 224, 234, 244, 254, 264 gekoppelt sind, separat sein. Beispielsweise können weitere Filter in der Oberflächenwasserleitung vorgesehen sein, da mit mehr Schmutzteilchen im Wasser gerechnet wird. Als ein anderes Beispiel können zusätzliche Wasserheizelemente in der Extraktionswasserleitung vorhanden sein, da mit einer niedrigeren Temperatur des extrahierten Wassers gerechnet wird. Als noch ein anderes Beispiel können zusätzliche Wasserkühlelemente in der Verbrennungsmotorwasserleitung vorhanden sein, da mit einer höheren Temperatur des extrahierten Wassers gerechnet wird.
Der gemeinsame Behälter 268 steht mit den verschiedenen Wasserleitungen (also den Wasserleitungen 224, 234, 244, 246 und 254) in Fluidverbindung, um Wasser von den entsprechenden Wärmetauschern und Wasserquellen zu sammeln. Der gemeinsame Behälter 268 kann innerhalb oder außerhalb der Fahrzeugfahrgastzelle 204 angeordnet sein und kann einen Wasserpegelsensor 266 beinhalten. Der Wasserpegelsensor 266 kann ein im Behälter angeordneter Schwimmer sein, der auf dem angesammelten Wasser schwimmt, oder ein beliebiger anderer bekannter Sensor. In einigen Ausführungsformen kann der gemeinsame Wasserbehälter 268 auch ein Heizelement aufweisen, das dazu konfiguriert ist, das angesammelte Wasser zu erwärmen. Wenn das Heizelement vorhanden ist, kann es im Wasser angeordnet sein oder kann in einer Wand des Behälters angeordnet sein. Wasser kann auch durch eine oder mehrere Wasserverarbeitungskomponenten, die in der Wasserleitungen vorgesehen sind, wie etwa über Wasserheizeinrichtungen oder Wärmetauscher, die an die Wasserleitungen gekoppelt sind, vorgewärmt werden. Beispielsweise kann Wasser in der Verbrennungsmotorleitung 234 vorgewärmt werden, wenn es durch den Verbrennungsmotor 110 oder in der Nähe davon geleitet wird.
Wahlweise kann der gemeinsame Wasserbehälter einen Temperatursensor 267 beinhalten, der dazu konfiguriert ist, eine Temperatur des angesammelten Wassers bereitzustellen. Wenn der Temperatursensor 267 vorhanden ist, kann er in das Wasser getaucht sein, in einer Wand des Behälters liegen oder Teil des Heizelements sein. Gemeinsam können der Wasserpegelsensor 266 und der Wassertemperatursensor 267 Informationen zum Wasserzustand an die Steuerung 190 übermitteln. Beispielsweise erfasst der Wassertemperatursensor 267 unter gefrierenden Bedingungen, ob das Wasser im Behälter 268 gefroren oder zur Abgabe verfügbar ist. In einigen Ausführungsformen kann ein Verbrennungsmotorkühlmitteldurchlass (nicht gezeigt) thermisch an den gemeinsamen Behälter 268 gekoppelt sein, um gefrorenes Wasser aufzutauen. Der Pegel des im Behälter 268 gespeicherten Wassers, der vom Wasserpegelsensor 266 ermittelt wird, kann dem Fahrzeugführer mitgeteilt und/oder verwendet werden, um den Fahrzeugbetrieb einzustellen. Beispielsweise kann ein Wasseranzeigeinstrument oder eine Anzeige am Fahrzeuginstrumentenbrett (nicht gezeigt) verwendet werden, um den Wasserpegel mitzuteilen. Wenn der Wasserpegel höher als ein Pegelschwellenwert ist, kann geschlossen werden, dass ausreichend Wasser zum Einspritzen und Sprühen verfügbar ist, weshalb die Wassereinspritzung von der Steuerung aktiviert werden kann, während der Betrieb der Wasserextraktionseinrichtung selektiv auf Bedingungen beschränkt wird, unter denen überschüssige elektrische Energie verfügbar ist. Wenn der Wasserpegel im Behälter 268jedoch niedriger als der Pegelschwellenwert ist, kann geschlossen werden, dass kein ausreichendes Wasser zur Einspritzung verfügbar ist, weshalb die Wassererzeugung aktiv unter Verwendung von elektrischer Energie vom Batteriesystem des Fahrzeugs aktiviert werden kann.
Noch weitere Sensoren können an den Wasserbehälter 268 gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Qualität des im Behälter 268 gesammelten Wassers auf Grundlage der Ausgabe eines Leitfähigkeitssensors beurteilt werden, der an den Wasserbehälter gekoppelt ist. In anderen Beispielen kann die Wasserqualität durch einen Kapazitätssensor, einen optischen Sensor, einen Trübungssensor, einen Dichtesensor oder eine andere Art von Wasserqualitätssensor gemessen werden. Der Wasserbehälter 268 kann ferner einen Ablauf 270 beinhalten, der ein Ablassventil zum Ablassen von Wasser aus dem Behälter an eine Position außerhalb des Fahrzeugs (z. B. auf die Straße) beinhaltet, etwa wenn eine Qualität des Wassers für niedriger als ein Schwellenwert und nicht für die Einspritzung in den Verbrennungsmotor geeignet befunden wird (z. B. aufgrund von hoher Leitfähigkeit oder hohem Staubteilchengehalt).
Je nach der vorgesehenen Verwendung können auch ein oder mehrere Verarbeitungselemente an den gemeinsamen Behälter 268 gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein Heizelement vorgesehen sein, um das angesammelte Wasser zu erwärmen oder zu kochen. Das Kochen des Wassers kann zum Entfernen weiterer Verunreinigungen geschehen. Es kann auch ein Kühlelement vorgesehen sein, um das Wasser nach dem Kochen zu kühlen. Zusätzlich können das Heiz- und das Kühlelement verwendet werden, um das angesammelte Wasser bei einer gegebenen Temperatur oder innerhalb eines definierten Temperaturbereichs zu halten.
Der gemeinsame Behälter 268 kann an ein Auslassventil 272 gekoppelt sein. Das Auslassventil 272 kann ein Dreiwegeventil, ein Zuteilungsventil oder eine andere Ventilkonfiguration sein. Das Auslassventil 272 kann betätigt werden, um Wasser je nach der vorgesehenen Verwendung und dem Prioritätswert des Wasserbedarfs aus dem Behälter 268 an bestimmte Stellen fließen zu lassen. Beispielsweise kann Wasser an einer ersten Abgabeleitung 276, die sich vom Auslassventil 272 erstreckt, an einen ersten Satz Einspritzeinrichtungen, Sprüheinrichtungen und Düsen wie etwa die Verbrennungsmotorwassereinspritzeinrichtungen, Reifensprühdüsen, Bremssprühdüsen usw. abgegeben werden. In weiteren Beispielen können separate Abgabeleitungen an separate Einspritzeinrichtungen und Düsen gekoppelt sein. Eine zweite Abgabeleitung 274 kann sich vom Auslassventil 272 zu einem Trinkwasserbehälter erstrecken, der im Fahrzeug gekoppelt ist, wie etwa in einem Insassenraum der Fahrzeugfahrgastzelle.
Das Wassererzeugungssystem 202 kann auch eine Anzeige 280 zum Anzeigen von Informationen zum Wassererzeugungssystem 202 an einen Fahrzeugführer beinhalten. Die Informationen können Daten wie etwa den Wasserpegel in dem oder den Behältern, Wassertemperatur, ob das angesammelte Wasser gereinigt wurde, seit dem Reinigen des angesammelten Wassers verstrichene Zeit, Wasserqualität usw. beinhalten. Die Anzeige 280 kann an einer Stelle angeordnet sein, die für einen Benutzer in der Fahrzeugfahrgastzelle 204 sichtbar ist.
Das Wassererzeugungssystem 202 kann kommunizierend an die Fahrzeugsteuerung 190 gekoppelt sein. Auf Grundlage der Eingabe von den verschiedenen Sensoren, die an das Wassererzeugungssystem 202 gekoppelt sind, sowie anderer Sensoren, die an das Fahrzeugsystem 100 gekoppelt sind (wie sie etwa unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind), kann die Steuerung 190 Signale erzeugen, die an die verschiedenen Aktoren gesendet werden, die an das Wassererzeugungssystem 202 gekoppelt sind, sowie an andere Aktoren, die an das Fahrzeugsystem 100 gekoppelt sind (wie sie etwa unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind). Beispielsweise kann die Steuerung 190 auf Grundlage einer Eingabe von einem Verbrennungsmotorklopfsensor und weiter auf Grundlage eines Wasserpegels im Behälter 268 eine Menge an Wasser anweisen, die aus dem Behälter über das Auslassventil 272 abgegeben werden soll, wobei das abgegebene Wasser dann über eine Zylinderwassereinspritzdüse in den Verbrennungsmotorzylinder eingespritzt wird. Als weiteres Beispiel kann die Steuerung 190 auf Grundlage einer Eingabe von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor eine Menge an Wasser anweisen, die über eine Reifensprühdüse und/oder eine Bremsensprühdüse auf die Fahrzeugreifen und/oder Fahrzeugbremsen gesprüht wird. Wie weiter unter Bezugnahme auf 3-4 ausgeführt wird, kann die Steuerung 190 auf Grundlage eines Wasserpegels im Behälter 268 sowie eines Ladezustands einer Systembatterie den Betrieb der elektrischen Wassererzeugungseinrichtung (oder Extraktionseinrichtung 290) zur Wassererzeugung einstellen. Beispielsweise kann die Steuerung eine Menge an regenerativer Bremsenergie, die zum Aufladen einer Systembatterie verwendet wird, im Verhältnis zu derjenigen, die zum Betreiben der Extraktionseinrichtung 290 über die elektrische Maschine 219 verwendet wird, aufteilen.
Auf diese Weise ermöglichen die Komponenten aus 1-2 ein System, umfassend: ein Fahrzeug mit einer Quelle regenerativer elektrischer Energie wie etwa einem intelligenten Wechselstromgenerator, einer Wassererzeugungseinrichtung, einem Behälter, Pumpen, Ventilen, Leitungen, Filtern und Reinigungs- und Verteilungskomponenten. Ein beispielhaftes Fahrzeugsystem kann umfassen: Fahrzeugräder, die unter Verwendung von Drehmoment von einem oder mehreren von einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor angetrieben werden; ein Wassererzeugungssystem mit einer Wasserextraktionseinrichtung, die von einer elektrischen Maschine angetrieben wird, wobei die Wasserextraktionseinrichtung Wasser aus Umgebungsluft extrahiert, und einen Wasserbehälter zum Speichern des extrahierten Wassers; eine Systembatterie, die jeweils elektrisch an den Elektromotor und die elektrische Maschine gekoppelt ist; ein Solarenergiesystem mit Solarzellen zum Auffangen einfallender Strahlung, wobei die aufgefangene einfallende Strahlung als Ladung in der Systembatterie gespeichert wird; einen Wasserpegelsensor, der an den Behälter gekoppelt ist; eine Düse zum Sprühen von Wasser auf eine Fahrzeugkomponente; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor; ein Pedal zum Empfangen einer Eingabe des Fahrzeugführers; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die bei Ausführung die Steuerung veranlassen zum: Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die an der elektrischen Maschine von der Batterie bezogen wird, wenn ein Wasserpegel im Behälter unter einem Schwellenwert liegt; und Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die während der Fahrzeugabbremsung über den Elektromotor und bei Sonneneinstrahlung über die Solarzellen erzeugt wird. Als ein Beispiel kann das Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die über den Elektromotor und die Solarzellen erzeugt wird, Folgendes beinhalten: in einem ersten Zustand, Aufladen der Systembatterie, bis ein Ladezustandsschwellenwert erreicht wird, während die Wasserextraktionseinrichtung bei einer niedrigeren Durchflussrate betrieben wird; und in einem zweiten Zustand, Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung bei einer höheren Durchflussrate, während die Systembatterie bis auf einen Wert unter dem Ladezustandsschwellenwert aufgeladen wird. Dabei können der erste und der zweite Zustand einander gegenseitig ausschließen. Das System kann ferner ein Navigationssystem umfassen, und die Steuerung kann mit weiteren Anweisungen konfiguriert sein, die bei Ausführung die Steuerung veranlassen zum: im zweiten Zustand (aber nicht im ersten Zustand), Vorhersagen einer Wasserverbrauchsrate der Düse im Verlaufe eines Fahrzyklus auf Grundlage einer Navigationseingabe vom Navigationssystem; und Erhöhen des Wasserflusses aus der Düse während des Betreibens der Wasserextraktionseinrichtung bei einer höheren Durchflussrate, wenn der Wasserpegel im Behälter über dem Schwellenwert liegt.
Bezug nehmend auf 3 wird ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Einstellen des Betriebs eines Wassererzeugungssystems gezeigt, das elektrische Energie zur Wassererzeugung an Bord eines Fahrzeugs erfordert. Das Verfahren ermöglicht das Erzeugen von Wasser bei Gelegenheit unter Verwendung überschüssiger elektrischer Energie, die aus überschüssiger Solarenergie, regenerativer Bremsenergie und/oder Verbrennungsmotorbremsenergie erzeugt wird. Auf diese Weise werden die Kraftstoffeffizienz und die Gesamtleistung eines Fahrzeugs verbessert. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 und der übrigen hierin enthaltenen Verfahren können von einer Steuerung auf Grundlage von Anweisungen ausgeführt werden, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen von den Sensoren des Fahrzeugsystems, wie etwa den oben unter Bezugnahme auf 1-2 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems benutzen, um den Motorbetrieb gemäß den unten beschriebenen Verfahrenen einzustellen.
Bei 302 beinhaltet das Verfahren das Schätzen und/oder Messen von Fahrzeugbetriebsbedingungen. Dazu können Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen wie etwa Verbrennungsmotordrehzahl und -last, vom Fahrer angefordertes Drehmoment, Umgebungsbedingungen (Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit, Luftdruck usw.), Ladedruck, MAP, MAF, Verbrennungsmotortemperatur, Katalysatortemperatur usw. gehören. Außerdem können Fahrzeugbetriebsbedingungen bestimmt werden, zu denen Fahrzeuggeschwindigkeit, Batterieladezustand, Fahrzeugemissionspegel, Navigationseingabe zu einer Route von einem Ausgangspunkt zu einem Zielpunkt (wie etwa Routeninformationen, Wetterbedingungen an der Route, Verkehrsbedingungen an der Route usw.) gehören. Die Navigationseingabe kann aus einem Navigationssystem (z. B. globalen Positionsbestimmungssystem oder GPS) abgerufen werden, das kommunizierend an die Fahrzeugsteuerung gekoppelt ist und auch kommunizierend an ein Internetnetz gekoppelt ist, wie etwa über drahtlose Kommunikation.
Bei 304 beinhaltet das Verfahren das Bestimmen des aktuellen Pegels von Wasser in einem Wasserbehälter des Wassererzeugungssystems. Der aktuelle Pegel von Wasser kann direkt durch einen Fluidpegelsensor gemessen werden oder kann auf Grundlage eines Verlaufs der Wasserproduktion und des Wasserverbrauch während des letzten Fahrzyklus geschätzt werden. In einem Beispiel kann der Wasserpegel eines gemeinsamen oder zentralisierten Wasserbehälters (wie etwa des Behälters 268 aus 2) bestimmt werden. In anderen Beispielen kann der Wasserpegel in jedem separaten Wasserbehälter des Wassererzeugungssystems bestimmt werden.
Bei 306 beinhaltet das Verfahren Bestimmen der unterschiedlichen Arten von Wasserbedarf des Fahrzeugs. Beispielsweise kann die Fahrzeugsteuerung auf Grundlage der Betriebsbedingungen jeweilige Wassermengen zum Einspritzen (z. B. direkt in einen Verbrennungsmotorzylinder) zur Regelung von Verbrennungsmotorklopfen, zum Bereitstellen eines gewünschten Maßes an Verbrennungsmotorverdünnung (z. B. in einen Ansaugkrümmer), zur Zylindertemperaturregelung, zur Abgastemperatur- oder - zusammensetzungsregelung usw. schätzen. Wasser kann in den Verbrennungsmotor in Reaktion auf Klopfen eingespritzt werden, wobei die Ladungskühlung vom Wasser eine Klopfentlastung bereitstellt und dadurch die Notwendigkeit zum Zurückgreifen auf Zündverzögerung zur Klopfregelung reduziert. Ebenso kann Wasser in den Verbrennungsmotorkrümmer eingespritzt werden, um eine gewünschte Verbrennungsmotorverdünnung bereitzustellen, die die Notwendigkeit von EGR reduziert. Ferner kann Wasser in Reaktion auf erhöhte Abgastemperaturen in den Verbrennungsmotorkrümmer eingespritzt werden, wobei die Ladekühlung vom Wasser die Abgastemperaturregelung ermöglicht, was die Notwendigkeit der Anreicherung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses reduziert. Die Steuerung kann auch andere Arten des Wasserbedarfs wie etwa die Menge an Wasser bestimmen, die zur Zylinderkopftemperaturregelung auf einen Zylinderkopf, auf Reifen zur Reifenstaubteilchenregelung oder auf Bremsklötze zur Bremsenstaubteilchenregelung gesprüht werden muss. Außerdem kann der Wasserbedarf zur Scheibenwischernutzung bestimmt werden. Als noch ein anderes Beispiel kann der Wasserbedarf zum Nachfüllen verschiedener Fluide wie etwa Scheibenwischerfluid oder Kühlfluid in ihren jeweiligen Tanks bestimmt werden.
In einem Beispiel kann der Wasserverbrauch auf aktuellen Fahrzeug- und Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen beruhen und auch auf vorhergesagten Betriebsbedingungen im Verlauf des gegebenen Fahrzyklus beruhen. Die Vorhersage kann auf wenigstens einer Navigationseingabe beruhen, die an der Steuerung von einem Navigationssystem wie etwa einem GPS empfangen wird. Die Navigationseingabe kann beispielsweise Verkehrsinformationen an einer geplanten Fahrtroute von einem aktuellen Ausgangspunkt zu einem ausgewählten Zielpunkt beinhalten. Die Navigationseingabe kann ferner Wetterinformationen an der Route und am Zielort, Straßenbedingungen (z. B. Straßensteigung, Straßentemperatur, Vorhandensein von Schlaglöchern oder anderen Hindernissen), Umgebungsbedingungen (wie etwa Luftfeuchtigkeit oder Höhe), Entfernung zu den nächsten Tankstellen oder Stationen zur elektrischen Aufladung usw. beinhalten. Als ein Beispiel kann ein erhöhter Wasserverbrauch zur Klopfregelung vorhergesagt werden, während das Fahrzeug durch eine trockene Region oder in großer Höhe fährt. Als weiteres Beispiel kann ein erhöhter Wassergebrauch zum Sprühen auf Reifen und Bremsklötze vorausgesehen werden, wenn das Fahrzeug durch eine heiße Region fährt.
Bei 308 beinhaltet das Verfahren das Bestimmen, ob ein Wasserpegel in einem Wasserbehälter (z. B. einem gemeinsamen oder zentralen Behälter des Wassererzeugungssystems) unter einem Schwellenwert liegt. Der Schwellenwert kann ein Schwellenwert von nicht Null sein, unter halb dessen bestimmt werden kann, dass nicht genug Wasser zum Einspritz- oder Sprühgebrauch verfügbar ist. In einem Beispiel ist der Schwellenwert ein fester unterer Schwellenwert, der ein Mindestvolumen an Wasser darstellt, das im Wasserbehälter gehalten werden muss. In alternativen Beispielen kann der Schwellenwert ein beweglicher Schwellenwert sein, wobei der Schwellenwert in Abhängigkeit vom aktuellen und vorhergesagten Wasserbedarf eingestellt wird. Wenn die Menge an Wasser, die aktuell erforderlich ist oder für die vorhergesagt wird, dass sie im Verlaufe des Fahrzyklus erforderlich ist, zunimmt (wie bei 306 bestimmt), kann der Schwellenwert angehoben werden, um sicherzustellen, dass das erforderliche Volumen an Wasser zum Zeitpunkt des Wassergebrauchs verfügbar ist.
Wenn der Wasserpegel unter dem Schwellenwert liegt, beinhaltet das Verfahren bei 310 das Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung (insbesondere der elektrisch betriebenen Wasserextraktionseinrichtung) unter Verwendung von elektrischer Energie aus einer Hochspannungssystembatterie. Die Wasserextraktionseinrichtung kann betrieben werden, um der Umgebungsluft Feuchtigkeit zu entziehen. Eine Betriebsdauer kann auf dem Wasserpegel im Verhältnis zum Schwellenwert, dem Betrieb der Wassererzeugungseinrichtung beruhen, bis der Wasserpegel wenigstens bis auf den Schwellenwert angestiegen ist. Das Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung kann das Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung bei der höchsten Einstellung, aber Betreiben des zugehörigen Elektromotors bei höchster Ausgangsleistung beinhalten. Nach dem Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung zum Anheben des Wasserpegel bis zum Schwellenwert fährt das Verfahren mit 312 fort, um die Wassererzeugungseinrichtung bei Gelegenheit zu betreiben, um zusätzlichen Wasservorrat zu erzeugen. Durch selektives Betreiben des elektrischen Generators zum Halten des minimalen Wasserpegels im Behälter und dann Betreiben des elektrischen Generators nur dann, wenn überschüssige Energie verfügbar ist, kann die Auswirkung des Betriebs der Wassererzeugungseinrichtung auf die Kraftstoffeffizienz reduziert werden. Außerdem wird das Auftreten eines Konflikts zwischen der Anforderung elektrischer Energie zum Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung und zum Versorgen anderer elektrischer Aktoren des Fahrzeugs reduziert.
Wenn der Wasserpegel im Behälter über dem Schwellenwert liegt, kann angezeigt werden, dass wenigstens eine minimale Menge an Wasser zum Verbrauch verfügbar ist. Sobald die Mindestmenge bestätigt wurde, wird die Wassererzeugungseinrichtung selektiv immer dann betrieben, wenn überschüssige Energie verfügbar ist, um Wasser zu erzeugen, während die Auswirkung auf die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs reduziert wird. Insbesondere kann bei 312 bestimmt werden, ob Solarenergie verfügbar ist. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob Solarzellen, die an ein Fahrzeugdach (oder eine andere Stelle) gekoppelt sind, Strom erzeugen. Dies kann auf Grundlage der Sonneneinstrahlung am Fahrzeug erfolgen. Wenn Solarenergie verfügbar ist, beinhaltet das Verfahren bei 316 das Gewinnen der Solarenergie, um eine Systembatterie (wie etwa eine 48-V-Li-Ionen-Batterie) aufzuladen. Die Solarzellen können betrieben werden, um über eine Aufladungssteuerung einfallende Sonnenstrahlung in elektrische Energie umzuwandeln.
Wenn keine Solarenergie verfügbar ist, kann bei 314 bestimmt werden, ob regenerative Bremsenergie verfügbar ist. In einem Beispiel kann regenerative Bremsenergie verfügbar sein, wenn ein Abbremsereignis auftritt, wie es etwa bestätigt werden kann, wenn ein Fahrzeugführer ein Gaspedal freigibt und/oder ein Bremspedal niederdrückt. Wenn regenerative Bremsenergie verfügbar ist, fährt das Verfahren mit 316 fort, um die regenerative Bremsenergie zu gewinnen, um die Systembatterie (wie etwa eine 48-V-Li-Ionen-Batterie) aufzuladen. Ein Elektromotor des Antriebsstrangs kann als ein Generator betrieben werden, um kinetische Energie von den Rädern über eine Aufladungssteuerung in elektrische Energie umzuwandeln. Es versteht sich, dass die Steuerung zusätzlich zum Gewinnen von Solarenergie aus den Solarzellen des Fahrzeugs die regenerative Bremsenergie von Rädern gewinnen kann. Beispielsweise können an einem heißen Tag bei der Fahrzeugabbremsung während der Fahrt des Fahrzeugs sowohl Solarenergie als auch regenerative Bremsenergie gewonnen werden. Wenn keine regenerative Bremsenergie verfügbar ist, fährt das Verfahren mit 324 fort.
Energie kann bei Gelegenheit für eine Dauer gewonnen werden, bis die Batterie einen Schwellenwert des Ladezustands (SOC) oder einen Schwellenwert der Aufladungsrate erreicht. In einem Beispiel beträgt der SOC-Schwellenwert 95 %, und der Schwellenwert der Aufladungsrate beträgt 1 kW. Über dem Schwellenwert der Ladung/Aufladungsrate kann die Batterie möglicherweise keine weitere Aufladung akzeptieren, ohne dass es zu einer Abnahme der Batterieleistung oder -lebensdauer kommt. Bei 318 wird daher bestimmt, ob die Batterie den Schwellenwert des Ladezustands oder den Schwellenwert der Aufladungsrate erreicht hat. Wenn ja, beinhaltet das Verfahren bei 320 nach dem Aufladen der Batterie auf den SOC-Schwellenwert das Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung über seine zugehörige elektrische Maschine, um die überschüssige (Solar- und/oder regenerative Brems-) Energie als Wasser an Bord des Fahrzeugs zu speichern. Das Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung unter Verwendung der überschüssigen Energie beinhaltet das Betreiben der elektrischen Maschine der Wassererzeugungseinrichtung mit einer Ausgangsleistung, die in Abhängigkeit von der verfügbaren überschüssigen Energie bestimmt wird. Beispielsweise kann eine Wassererzeugungsrate an die Wasserextraktionseinrichtung angewiesen werden, wobei die Rate in Abhängigkeit von der verfügbaren überschüssigen Energie bestimmt wird. Wenn beispielsweise regeneratives Bremsen 4 kW Energie erzeugen kann, aber 1 kW zum Aufladen der Batterie genutzt werden kann, würden 3 kW beim Reibungs- oder Verdichtungsbremsen verschwendet, wenn sie nicht zum Erzeugen von Arbeit verwendet würden (d. h. zum Erzeugen von Wasser). Der intelligente Wechselstromgenerator kann angewiesen werden, 3 kW an das elektrische Fahrzeugsystem, 1 kW an die Batterie, 2 kW an das Wassersystem und 1 kW an das Verdichtungsbremsen abzugeben. Als ein Beispiel kann die Steuerung während eines Abbremsereignisses eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit zu einem Zeitpunkt der Abbremsungsanforderung mit einer angeforderten Fahrzeugsollgeschwindigkeit auf Grundlage der Abbremsungsanforderung (z. B. auf Grundlage des Bremspedalbetätigungsmaßes) vergleichen. Eine Gesamtmenge an verfügbarer regenerativer Bremsenergie wird in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsdifferenz bestimmt. Dann wird eine Ladungsmenge bestimmt, die an die Systembatterie übertragen würde, falls die gesamte regenerative Bremsenergie an der Systembatterie gewonnen würde. Wenn eine Summe des aktuellen SOC der Batterie und der möglichen Ladungsmengenübertragung den SOC-Schwellenwert übersteigt, kann bestimmt werden, dass überschüssige Energie zur Wassererzeugung verfügbar ist. Die Steuerung kann dann den verfügbaren Überschuss-SOC (der über den Schwellenwert hinausgeht) bestimmen und ihn zurück in die entsprechende Menge an überschüssiger regenerativer Bremsenergie umwandeln. Dann wird eine Ausgabe (z. B. Solldurchflussrate oder -erzeugungsrate) an die Wassererzeugungseinrichtung angewiesen, wobei die Ausgabe proportional zur Menge an überschüssiger regenerativer Bremsenergie ist. In einigen Beispielen können die erörterten Schritte dieses Beispiels mittels eines Modell, eines Algorithmus oder einer Look-up-Tabelle ausgeführt werden, das, der bzw. die die Fahrzeuggeschwindigkeit (aktueller und Sollwert) und den aktuellen Batterie-SOC als Eingaben verwendet und ein Signal zum Anweisen an die Wassererzeugungseinrichtung als eine Ausgabe erzeugt.
Durch Speichern der überschüssigen Solarenergie und der regenerativen Bremsenergie als Wasser wird die im Wesentlichen „kostenlose“ überschüssige Energie zur Wassererzeugung genutzt, was die Notwendigkeit eines speziellen Betriebs der Wasserextraktionseinrichtung reduziert. Indem zugleich die Batterie nicht zu weit geladen wird, werden Batterieleistung und -lebensdauer erweitert. Durch das Übertragen der überschüssigen regenerativen Bremsenergie an die Wassererzeugungseinrichtung kann eine Fahrzeugsollgeschwindigkeit bei einem Abbremsereignis erreicht werden, während eine reduzierte Notwendigkeit des Anlegens von Reibungsbremsen besteht (beispielsweise ohne Anlegen von Reibungsbremsen). Das reduzierte Reibungsbremsen verbessert die Lebensdauer des Bremssystems.
Wenn der Ladezustandsschwellenwert der Batterie nicht erreicht, kann das Verfahren bei 322 wahlweise das Aufteilen der gewonnenen Solar- oder regenerativen Bremsenergie zwischen der Systembatterie und der Wassererzeugungseinrichtung in Abhängigkeit vom Wasserpegel im Behälter, dem Batterie-SOC und dem erwarteten Wassergebrauch beinhalten. Wie unter Bezugnahme auf 4 ausgeführt, kann dies beinhalten, die Batterie unter ausgewählten Bedingungen nicht ganz bis zum SOC-Schwellenwert (oder nicht mit der Schwellenwertaufladungsrate) aufzuladen. Stattdessen kann die Batterie auf einen niedrigeren SOC (oder mit einer geringeren Aufladungsrate) aufgeladen werden, um einen größeren Anteil der verfügbaren Energie zur Wassererzeugung an die Wassererzeugungseinrichtung zu übertragen. Auf diese Weise können der Wassergebrauch und die Batterieaufladung optimiert werden.
Von 320 und 322 fährt das Verfahren jeweils mit 324 fort, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug angeschlossen ist. In einem Beispiel kann das Fahrzeug über ein Kabel an eine Steckdose (z. B. in einer Garage oder einer Parkstation) angeschlossen sein. Wenn das Fahrzeug angeschlossen ist, kann es stationär gehalten werden und elektrische Energie zum Aufladen der Systembatterie aufnehmen, bevor ein nachfolgender Fahrzyklus eingeleitet wird. Wenn das Fahrzeug bereits an der Steckdose angeschlossen ist beinhaltet das Verfahren bei 326 das Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung unter Verwendung der Aufladungsenergie der Steckdose und Speicherung der Energie als gespeichertes Wasser an Bord des Fahrzeugs. In einem Beispiel, wenn das Fahrzeug an einer Steckdose aufgeladen wird, kann ein vorprogrammiertes Maß der Wassererzeugung angewiesen werden, um die anderen Aufladungsfunktionen des Fahrzeugs nicht zu stören. Wenn das Fahrzeug nicht angeschlossen ist, fährt das Verfahren mit 328 und beinhaltet das Nichtbetreiben der Wassererzeugungseinrichtung. Beispielsweise kann die Wassererzeugungseinrichtung deaktiviert gehalten werden.
Es versteht sich, dass auch andere Quellen überschüssiger Energie an Bord des Fahrzeugs in ähnlicher Weise zur Wassererzeugung genutzt werden können. Dazu gehören beispielsweise Windenergie, Verbrennungsmotorverdichtungsbremsenergie, Reibungsbremsung usw.
Bezug nehmend auf 4 wird ein beispielhaftes Verfahren 400 zum Aufteilen elektrischer Energie, die aus Solarenergie, regenerativer Bremsenergie, Verbrennungsmotorbremsenergie oder anderen Quellen an Bord eines Fahrzeug erzeugt wird, zwischen einer Wassererzeugungseinrichtung und einer Systembatterie. Das Verfahren ermöglicht es, Wasserpegel in einem Wasserbehälter des Fahrzeugs auf Pegeln zu halten, die eine gewünschte Wassergebrauchsrate ermöglichen. Außerdem können die Batterieaufladung und die Wassererzeugung optimiert werden. Das Verfahren 400 kann von einer Steuerung auf Grundlage von Anweisungen ausgeführt werden, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen von den Sensoren des Fahrzeugsystems, wie etwa den oben unter Bezugnahme auf 1-2 beschriebenen Sensoren. Das Verfahren aus 4 kann als Teil des Verfahrens aus 3, etwa bei 322, durchgeführt werden. Es versteht sich, dass das Verfahren aus 4 zwar das Aufteilen von regenerativer Bremsenergie beschreibt, jedoch auch andere Energiequellen, wie etwa Solarenergie, in ähnlicher Weise aufgeteilt werden können.
Bei 402 beinhaltet das Verfahren das Schätzen eines aktuellen Batterieladezustands (SOC). Der Batterie-SOC kann über einen Stromsensor bestimmt werden, der an die Batterie gekoppelt ist. Alternativ kann der SOC aus dem Speicher der Steuerung abgerufen werden. Die Steuerung kann den Batterie-SOC kontinuierlich auf Grundlage der Batterienutzungsdaten und Batterieladedaten aktualisieren.
Bei 404 beinhaltet das Verfahren das Schätzen eines aktuellen Wasserpegels in einem Wasserbehälter an Bord des Fahrzeugs. Der Behälter kann ein gemeinsamer oder zentraler Wasserbehälter sein, der Wasser an verschiedene Wassereinspritzeinrichtungen und Düsen abgibt. Der Wasserpegel kann über einen Wasserpegelsensor geschätzt werden. Alternativ kann der Wasserpegel aus dem Speicher der Steuerung abgerufen werden. Die Steuerung kann den Wasserpegel auf Grundlage von Wassergebrauchsdaten und Wassererzeugungsdaten kontinuierlich aktualisieren.
Bei 406 beinhaltet das Verfahren das Vorhersagen einer Wassergebrauchsrate im Verlaufe des aktuellen Fahrzyklus. Die Wassergebrauchsrate kann auf Grundlage der Betriebsbedingungen vorhergesagt werden. Die Fahrzeugsteuerung kann jeweilige Mengen an Wasser für die Abgabe (z. B. direkt in eine Verbrennungsmotorkomponente oder durch Sprühen auf diese) zur Verbrennungsmotorklopfregelung, zur Zylindertemperaturregelung, zur Abgastemperatur- oder -zusammensetzungsregelung, zur Verbrennungsmotorverdünnungsregelung, zur Zylinderkopftemperaturregelung, zur Reifenstaubteilchenregelung, zur Bremsenstaubteilchenregelung, zum Wischen der Windschutzscheibe, zum Reinigen von CCD-Kameras des Fahrzeugs usw. schätzen.
Der vorhergesagte Wassergebrauch kann auf wenigstens einer Navigationseingabe beruhen, die an der Steuerung von einem Navigationssystem wie etwa einem GPS empfangen wird. Die Navigationseingabe kann beispielsweise Verkehrsinformationen an einer geplanten Fahrtroute von einem aktuellen Ausgangspunkt zu einem ausgewählten Zielpunkt beinhalten. Die Navigationseingabe kann ferner Wetterinformationen an der Route und am Zielort, Straßenbedingungen (z. B. Straßensteigung, Straßentemperatur, Vorhandensein von Schlaglöchern oder anderen Hindernissen), Umgebungsbedingungen (wie etwa Luftfeuchtigkeit oder Höhe), Entfernung zu den nächsten Tankstellen oder Stationen zur elektrischen Aufladung usw. beinhalten. Als ein Beispiel kann ein erhöhter Wasserverbrauch zur Klopfregelung vorhergesagt werden, während das Fahrzeug durch eine trockene Region oder in großer Höhe fährt. Als weiteres Beispiel kann ein erhöhter Wassergebrauch zum Sprühen auf Reifen und Bremsklötze vorausgesehen werden, wenn das Fahrzeug durch eine heiße Region fährt. Auf Grundlage des gesamten Wassergebrauchs, der im Verlaufe des Fahrzyklus erwartet wird, kann die Steuerung eine geschätzte Wassergebrauchsrate oder eine geschätzte Gesamtmenge an benötigtem Wasser bestimmen.
Bei 408 kann eine Menge an Bremsenergie geschätzt werden, die bei einem Abbremsereignis verfügbar ist. Die Bremsenergie kann regenerative Bremsenergie und/oder Verbrennungsmotorverdichtungsbremsenergie beinhalten. Die Gesamtmenge an verfügbarer Bremsenergie kann in Abhängigkeit von einer gewünschten Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit (z. B. absolutes Maß an angeforderter Geschwindigkeitsreduzierung, angeforderte Rate der Geschwindigkeitsreduzierung usw.) bestimmt werden. Zusätzlich oder wahlweise kann die Gesamtmenge an verfügbarer Bremsenergie in Abhängigkeit von einer Änderung der Pedalposition bestimmt werden, wobei die Änderung der Pedalposition das Abbremsereignis auslöst.
Bei 410 kann bestimmt werden, ob der aktuelle Wasserpegel im Behälter ausreicht, um die vorhergesagt Wassergebrauchsrate zu erfüllen. Beispielsweise kann die bei 406 geschätzte vorhergesagte Wassergebrauchsrate mit dem bei 404 geschätzten aktuellen Wasserpegel verglichen werden. Wenn ausreichend Wasser verfügbar ist, um die aktuelle und den vorhergesagte Wassergebrauchsanforderung zu erfüllen, beinhaltet das Verfahren bei 412 das Aufteilen der verfügbaren Bremsenergie in einem ersten Verhältnis, wobei Bremsenergie zum Aufladen der Systembatterie bis zu einem SOC-Schwellenwert (z. B. bis die Batterie zu 95 % voll geladen ist) verwendet wird und dann die Wassererzeugungseinrichtung mit etwaiger überschüssiger Energie betrieben wird, die nach dem Aufladen der Batterie verbleibt. Beispielsweise kann das erste Verhältnis beinhalten, dass ein größerer Anteil der Gesamtbremsenergie an einen Elektromotor/Generator geleitet wird, der an die Systembatterie gekoppelt ist, und ein verbleibender, kleinerer Anteil der Gesamtbremsenergie an eine elektrische Maschine geleitet wird, die die Wassererzeugungseinrichtung antreibt. Außerdem kann das erste Verhältnis das anfängliche Leiten von Energie an den Elektromotor, der an die Systembatterie gekoppelt ist, und das anschließende Leiten von Energie an die elektrische Maschine beinhalten, die die Wassererzeugungseinrichtung antreibt. Auf diese Weise wird Wasser bei Gelegenheit erzeugt, während sichergestellt wird, dass die Batterie ausreichend aufgeladen ist.
Wenn der aktuelle Wasserpegel im Behälter nicht ausreicht, um die vorhergesagte Wassergebrauchsrate zu erfüllen, beinhaltet das Verfahren bei 414 das Aufteilen der verfügbaren Bremsenergie bei einem zweiten Verhältnis, das sich vom ersten Verhältnis unterscheidet, wobei Bremsenergie verwendet wird, um die Wassererzeugungseinrichtung zu betreiben und den Wasserpegel im Wasserbehälter zu erhöhen (z. B. auf einen Pegel, der die vorhergesagte Wassergebrauchsrate erfüllt), und dann die Systembatterie aufzuladen. Auf diese Weise kann die Batterie auf Grundlage von überschüssiger Energie, die nach dem Erzeugen von Wasser verbleibt, auf oder bis unter den SOC-Schwellenwert aufgeladen werden. Beispielsweise kann das zweite Verhältnis beinhaltet, dass ein größerer Anteil der Gesamtbremsenergie an die elektrische Maschine geleitet wird, die die Wassererzeugungseinrichtung antreibt, und ein verbleibender, kleinerer Anteil der Gesamtbremsenergie an den Elektromotor/Generator geleitet wird, der an die Systembatterie gekoppelt ist. Außerdem kann das zweite Verhältnis das anfängliche Leiten von Energie an die elektrische Maschine, die die Wassererzeugungseinrichtung antreibt, und das anschließende Leiten von Energie an den Elektromotor beinhalten, der an die Systembatterie gekoppelt ist. Auf diese Weise wird Wasser bei Gelegenheit unter Verwendung von überschüssiger elektrischer Energie erzeugt, um sicherzustellen, dass ausreichend Wasser zur Verwendung an Bord des Fahrzeugs verfügbar ist.
Von 412 und 414 fährt das Verfahren jeweils mit 416 fort, wobei bestimmt wird, ob erwartet wird, dass der Wasserpegel während des Betriebs der Wassererzeugungseinrichtung die Behälterkapazität übersteigt. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob die Menge an Wasser, die unter Verwendung von Bremsenergie erzeugt wird, während die Batterie bei oder unter dem SOC-Schwellenwert gehalten wird (und während mit dem ersten oder dem zweiten Verhältnis aufgeteilt wird), die Wasserkapazität des Behälters übersteigen wird. Wenn ja, beinhaltet das Verfahren bei 420, während die Wassererzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Wasser unter Verwendung von Bremsenergie betrieben wird, das Aktivieren oder Steigern des Wasserflusses an einen oder mehrere Wasserverbraucher. Mit anderen Worten, während Wasser unter Verwendung regenerativer Bremsenergie (z. B. überschüssiger Energie) erzeugt wird, wird der Wassergebrauch aktiv erhöht, unabhängig von dem vom Fahrzeugführer angeforderten Wasserbedarf. Es kann ein beliebiger Wasseraktor aktiviert werden, der bereits vor einer Nachfrage durch den Fahrzeugführer betrieben werden kann, ohne zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch zu führen.
Als ein Beispiel kann bei 422 Wasser an einen Scheibenwischerfluidbehälter geleitet werden, um den Behälter nachzufüllen, während eine Scheibenwischerfluidsollzusammensetzung bereitgestellt wird. Außerdem kann der Gebrauch des Scheibenwischerfluids erhöht werden. Beispielsweise kann Fluid zum Reinigen einer Windschutzscheibe sowie zum Waschen von Fahrzeug-CCD-Kameras gesprüht werden. Ebenso können auch Kamerawaschanlagen bei einer höheren Rate betrieben werden. Als ein anderes Beispiel kann bei 424 Wasser an einen Kühlmittelfluidbehälter geleitet werden, um den Behälter nachzufüllen, während eine Kühlmittelfluidsollzusammensetzung bereitgestellt wird. Als wieder anderes Beispiel kann Wasser zum Unterdrücken von Staubteilchen aktiv auf Reifen und Bremsklötze gesprüht werden. Als noch ein anderes Beispiel kann die Steuerung bei 428 eine Wasserreinigungsrate erhöhen, um Trinkwasser und/oder Eis zum Verbrauch an Bord des Fahrzeugs herzustellen. Wenn nicht erwartet wird, dass der Wasserpegel während des Generatorbetriebs die Speicherkapazität übersteigt, werden der Wasserfluss und die Gebrauchsrate beibehalten.
Auf diese Weise können durch Steigern der Wassergebrauchsrate unter Erzeugung von Wasser mit der Energie Quellen überschüssiger Energie als Arbeit gewonnen werden, um Wasser zu erzeugen oder Aufgaben durchzuführen, die den Gebrauch von Wasser einschließen, der anderenfalls elektrische Energie vom Fahrzeug erfordert hätte. Außerdem ermöglicht es die Nutzung regenerativer Bremsenergie, den Verschleiß der Reibungsbremsen zu reduzieren, während eine Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht wird. Dies kann besonders bei schweren Lastwagen vorteilhaft sein.
Bezug nehmend auf 5 ist eine beispielhafte Koordination des Wassererzeugungseinrichtungsbetriebs mit der Batterieaufladung gezeigt. Das Diagramm 500 zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vspd) bei Kurve 502 und die regenerative Bremsenergie bei Kurve 504. Regenerative Bremsenergie bezeichnet die Bremswirkung, die in Fahrzeugen auftritt, wenn ein Gaspedal freigegeben wird und die kinetische Energie der sich drehenden Räder verwendet wird, um einen Elektromotor als einen Generator zum Aufladen einer Systembatterie anzutreiben. Die resultierende regenerative Bremskraft kann zum Abbremsen des Fahrzeugs verwendet werden, ohne die Reibungsbremsen anzulegen. Die regenerative Bremsenergie kann auch zum Antreiben einer elektrischen Wassererzeugungseinrichtung verwendet werden. Der Ladezustand (SOC) einer Hochspannungssystembatterie ist an Kurve 506 im Verhältnis zu einem SOC-Schwellenwert 507 gezeigt. Der Batteriestrom ist an Kurve 508 gezeigt. Wenn der Strom positiv (+ve) ist, wird Ladung von der Batterie bezogen. Wenn der Strom negativ (-ve) ist, wird Ladung in die Batterie übertragen. Reibungsbremsenergie (die die Verwendung von Reibungsbremsen bezeichnet, die an Fahrzeugreifen gekoppelt sind) ist an Kurve 510 gezeigt. Die Energienutzung der Wassererzeugungseinrichtung ist an Kurve 512 gezeigt. Wenn die Wassererzeugungseinrichtung Energie verwendet, wird Wasser an Bord des Fahrzeugs erzeugt und in einem Behälter gespeichert. Verdichtungsbremsenergie ist an Kurve 514 gezeigt. Verdichtungsbremsenergie bezeichnet die Bremswirkung, die in Verbrennungsmotoren auftritt, wenn ein Gaspedal freigegeben wird, wodurch sich ein Ansaugdrosselklappe schließt und ein Luftstrom durch eine Verbrennungsmotoransaugleitung stark eingeschränkt (aber nicht vollständig unterbrochen) wird. Das resultierende stärkere Krümmervakuum, gegen das die Zylinder anarbeiten müssen, erzeugt eine Verbrennungsmotorbremskraft, die verwendet werden kann, um ein Fahrzeug abzubremsen, ohne die Reibungsbremsen anzulegen. Es versteht sich, dass sich alle ungenutzte Reibungsbremsenergie und Verdichtungsbremsenergie negativ auf den Wirkungsgrad und die Kraftstoffeffizienz auswirkt. Wie in 5 dargestellt, wird Energie zwischen Zeitpunkten t2 und t3 zunächst an die Batterie geleitet, bis diese sich ihrer Grenze nähert, und zu diesem Zeitpunkt wird regenerative Energie auch an Verdichtungsbremsung geleitet, und schließlich wird ein Anteil an die Reibungsbremsung geleitet. Der jeweilige Anteil steht im Verhältnis zur jeweiligen Fähigkeit, Energie mit abnehmendem Nutzen zu absorbieren oder freizusetzen.
Vor t1 bewegt sich das Fahrzeug bei einer stabilen Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Batterie wird durch Verbrennungsmotordrehmoment angetrieben, weshalb der Batterie-SOC im Wesentlichen konstant bleibt. Bei t1 wird in Reaktion auf die Freigabe eines Gaspedals durch einen Fahrzeugführer ein Abbremsereignis bestätigt. Da die Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Abbremsereignisses hoch ist (z. B. über 30 mph), wird eine Kombination aus regenerativer Bremsenergie, Reibungsbremsenergie und Wassererzeugung zum Abbremsen des Fahrzeugs verwendet. Insbesondere wird, während das Fahrzeug langsamer wird, eine Ansaugdrossel geschlossen und anfänglich Verdichtungsbremsung verwendet, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu senken. Dann wird regenerative Bremsenergie verwendet, um die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter zu reduzieren. Diese regenerative Bremsenergie wird zwischen t1 und t3 zurückgewonnen, bis das Fahrzeug bei rund 3 mph ist, und zu diesem Zeitpunkt werden die Reibungsbremsen verwendet, um das Fahrzeug anzuhalten. Zwischen t1 und t2 wird die regenerative Bremsenergie erst in die Batterie geleitet. Dies ergibt einen negativen Batteriestrom und einen allmählichen Anstieg des Batterie-SOC.
Bei t2 befindet sich die Batterie jedoch am SOC-Schwellenwert 507 und kann keine weitere Ladung aufnehmen. Beispielsweise kann die Aufladungsrate zu hoch sein und übersteigt einen maximalen Batterieladestrom, der eine negative Batteriestromklemme ist. Sobald die Batterie den Schwellenwert bei t2 erreicht, wird die Wassererzeugungseinrichtung betrieben, um Wasser aus der überschüssigen Energie zu erzeugen. Würde das regenerative Bremsen nach dem Aufladen der Batterie nicht zum Erzeugen von Wasser verwendet, würde die verbleibende Energie als zusätzliche Verdichtungsbremsung verschleudert, wie durch das gestrichelte Segment 516 angezeigt. Die zu dieser Zeit zur Wassererzeugung verwendete Energie ist daher unter dem Gesichtspunkt der Kraftstoffeffizienz umsonst, sofern sie das Verdichtungsbremsen reduziert. Wenn die Bremsanforderung auch die Kapazität des Verdichtungsbremsens übersteigen sollte, müssten Reibungsbremsen verwendet werden. Indem zu dieser Zeit die Energie zur Wassererzeugung verwendet wird, wird die Notwendigkeit der Verdichtungsbremsung oder Reibungsbremsung reduziert. Bei t3 nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit zu, und um dies zu ermöglichen, wird Strom von der Batterie bezogen, was zu einem Abfall des Batterie-SOC führt. Bei t4 beginnt das Fahrzeug erneut abzubremsen. Diesmal ist die angeforderte Geschwindigkeitsreduzierung des Fahrzeugs jedoch geringer, weshalb kein Verdichtungsbremsen erforderlich ist. Die gesamte Abbremsung wird über regeneratives Bremsen bereitgestellt. Die Batterie kann Ladung akzeptieren und einen Teil der regenerativen Bremsenergie zwischen t4 und t5 aufnehmen, während gleichzeitig auch Wasser erzeugt wird, um den verbleibenden Anteil der regenerativen Bremsenergie aufzunehmen. Dann befindet sich die Batterie bei t5 erneut beim SOC-Schwellenwert.
Zwischen t5 und t8 wird mit sich verändernder Fahrzeuggeschwindigkeit auf Grundlage des angeforderten Maßes an Fahrzeugabbremsung sowie einer Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der die Abbremsung angefordert wird, eine Kombination aus regenerativem Bremsen und Wassererzeugung verwendet, um das Fahrzeug abzubremsen und Reibungsbremsung dabei zu minimieren. Reibungsbremsung, die ohne Wassererzeugung erforderlich gewesen wäre, ist an gestrichelten Segmenten 511 gezeigt. Durch das Reduzieren der Notwendigkeit von Reibungsbremsung und Verdichtungsbremsung wird Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessert, während die angeforderte Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit bereitgestellt wird.
Auf diese Weise kann eine unabhängige elektrische Wassererzeugungseinrichtung eines Fahrzeugs zum Erzeugen von Wasser nach Bedarf verwendet werden, ohne die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs zu verschlechtern. Indem ein Teil der regenerativen Bremsenergie, die zum Abbremsen des Fahrzeug erforderlich ist, zum Aufladen einer Systembatterie verwendet wird, während der übrige Teil zum Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung verwendet wird, kann die „kostenlose“ Energie als Arbeit gewonnen werden, die im Fahrzeug als gespeichertes Wasser gespeichert wird. Indem die Batterieaufladung auf einen Schwellenwert begrenzt wird, werden Batterieleistungsprobleme im Zusammenhang mit Überladung vermieden. Durch Verwenden der überschüssigen Energie, die nach dem Aufladen der Batterie verbleibt, um die Wassererzeugungseinrichtung anzutreiben, wird die Notwendigkeit von kraftstoffineffizientem Verdichtungsbremsen oder Reibungsbremsen zum Abbremsen des Fahrzeugs reduziert. Außerdem reduziert weniger Reibungsbremsung den Verschleiß der Reibungsbremsen. Indem Energiequellen wie etwa regenerative Bremsenergie und Solarenergie bei Gelegenheit eingesetzt werden, um die Wassererzeugungseinrichtung zu betreiben, die Notwendigkeit, Wasser durch Beziehen elektrischer Energie aus dem Fahrzeug, die anderenfalls für andere Verwendungen wie etwa den Fahrzeugantrieb benötigt wird, wird eine Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs insgesamt verbessert, ohne sich ungünstig auf den Wassergebrauch auszuwirken. Durch das Verbessern der Verfügbarkeit von Wasser kann die Verwendung von Wasser, das an Bord eines Fahrzeugs verfügbar ist, über eine breitere Spanne von Betriebsbedingungen ausgedehnt werden.
Ein beispielhaftes Verfahren umfasst: selektives Betreiben einer Wassererzeugungseinrichtung an Bord eines Fahrzeug unter Verwendung überschüssiger elektrischer Energie, die am Fahrzeug erzeugt wird, um Wasser aus Umgebungsluft zu gewinnen, wobei das selektive Betreiben auf einem Wasserpegel in einem Behälter, der das gewonnene Wasser speichert, und einem Ladezustand einer Systembatterie beruht. In dem vorangehenden Beispiel beinhaltet das selektive Betreiben zusätzlich oder wahlweise das Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie, wenn der Wasserpegel im Behälter über einem unteren Schwellenwert liegt. In einem oder allen vorangehenden Beispielen beinhaltet das Verfahren zusätzlich oder wahlweise, wenn der Wasserpegel im Behälter unter dem unteren Schwellenwert liegt, Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung unter Verwendung von elektrischer Energie, die aus der Systembatterie bezogen wird. In einem oder allen vorangehenden Beispielen wird zusätzlich oder wahlweise die Wassererzeugungseinrichtung selektiv unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie betrieben, bis der Wasserpegel im Behälter höher als ein oberer Schwellenwert ist, wobei der obere Schwellenwert größer als der untere Schwellenwert ist, und dann der Wassergebrauch an Bord des Fahrzeugs erhöht wird. In einem oder allen vorangehenden Beispielen beinhaltet das Erhöhen des Wassergebrauchs zusätzlich oder wahlweise eins oder mehrere von dem Sprühen von Wasser auf einen Zylinderkopf, Sprühen von Wasser auf einen Reifen, Sprühen von Wasser auf einen Bremsrotor, Einspritzen von Wasser in einen Fahrzeugverbrennungsmotor, Erhöhen eines Gebrauchs eines Windschutzscheibenwischers und Auffüllen eines Kühlmittel- und/oder eines Windschutzscheibenwischerbehälters. In einem oder allen vorangehenden Beispielen beinhaltet das selektive Betreiben zusätzlich oder wahlweise Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie, nachdem die Systembatterie unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie auf einen Ladezustandsschwellenwert aufgeladen wurde. In einem oder allen vorangehenden Beispielen beinhaltet das selektive Betreiben zusätzlich oder wahlweise das Verwenden eines ersten Teils der überschüssigen elektrischen Energie zum Aufladen der Systembatterie, während gleichzeitig ein zweiter, verbleibender Teil der überschüssigen elektrischen Energie zum Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung verwendet wird, wobei ein Verhältnis des ersten Teils zum zweiten Teil auf Grundlage des Wasserpegels und des Ladezustands eingestellt wird. In einem oder allen vorangehenden Beispielen wird zusätzlich oder wahlweise der zweite Teil im Verhältnis zum ersten Teil erhöht, wenn der Wasserpegel im Behälter sinkt oder der Ladezustand der Systembatterie ansteigt. In einem oder allen vorangehenden Beispielen wird zusätzlich oder wahlweise das Verhältnis weiter in Abhängigkeit von vorhergesagtem Wassergebrauch im Verlaufe eines Fahrzyklus eingestellt, wobei der zweite Teil im Verhältnis zum ersten Teil erhöht wird, wenn der vorhergesagte Wassergebrauch zunimmt. In einem oder allen vorangehenden Beispielen beinhaltet die überschüssige elektrische Energie zusätzlich oder wahlweise regenerative Bremsenergie aus einem Fahrzeugabbremsereignis, wobei die regenerative Bremsenergie über einen Elektromotor gewonnen wird. In einem oder allen vorangehenden Beispielen beinhaltet die überschüssige elektrische Energie zusätzlich oder wahlweise Solarenergie aus Sonneneinstrahlung am Fahrzeug, wobei die Solarenergie über Solarzellen gewonnen wird, die an eine Außenfläche des Fahrzeugs gekoppelt sind. In einem oder allen vorangehenden Beispielen beinhaltet die überschüssige elektrische Energie zusätzlich oder wahlweise Verbrennungsmotorverdichtungsbremsenergie aus einem Fahrzeugabbremsereignis, wobei die Verdichtungsbremsenergie über einen Wechselstromgenerator des Fahrzeugs gewonnen wird.
Ein weiteres beispielhaftes Verfahren für ein Hybridfahrzeug umfasst: selektives Betreiben einer elektrisch betätigten Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung von elektrischer Energie, die aus einer Systembatterie bezogen wird, auf Grundlage eines Wasserpegels in einem Wasserspeichertank des Fahrzeugs; und in Reaktion auf ein Fahrzeugabbremsungsereignis, Betreiben der elektrisch betätigten Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung von elektrischer Energie, die aus regenerativem Bremsen erzeugt wird, unabhängig vom Wasserpegel. In einem oder allen vorangehenden Beispielen beinhaltet das Betreiben der elektrisch betätigten Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung von elektrischer Energie, die aus regenerativem Bremsen erzeugt wird, zusätzlich oder wahlweise: Reduzieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit auf ein erstes Maß während des Bremsereignisses durch Anlegen eines negativen Drehmoments von einem Elektromotor an einen Antriebsstrang des Fahrzeugs, während die Systembatterie bei oder unter einem Schwellenwert einer Aufladungsrate aufgeladen wird; und Reduzieren der Fahrzeuggeschwindigkeit auf ein zweites Maß während des Bremsereignisses durch Anlegen eines negativen Drehmoments von einer elektrischen Maschine, die an die Wasserextraktionseinrichtung am Antriebsstrang gekoppelt ist, während Wasser erzeugt wird. In einem oder allen vorangehenden Beispielen umfasst das Verfahren zusätzlich oder wahlweise Reduzieren der Fahrzeuggeschwindigkeit vom zweiten Maß auf ein drittes Maß durch Anlegen von Reibungsbremsen oder über Verbrennungsmotorverdichtungsbremsen. In einem oder allen vorangehenden Beispielen wird zusätzlich oder wahlweise das negative Drehmoment von der elektrischen Maschine im Verhältnis zum negativen Drehmoment vom Elektromotor erhöht, während der Wasserpegel im Wasserbehälter sinkt. In einem oder allen vorangehenden Beispielen umfasst das Verfahren zusätzlich oder wahlweise in Reaktion darauf, dass der Wasserpegel im Wasser einen Schwellenwert übersteigt, während das negative Drehmoment von der elektrischen Maschine angelegt wird, Beibehalten des negativen Drehmoments und dabei Steigern des Wassergebrauchs an Bord des Fahrzeugs.
Ein beispielhaftes Fahrzeugsystem umfasst: Fahrzeugräder, die unter Verwendung von Drehmoment von einem oder mehreren von einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor angetrieben werden; ein Wassererzeugungssystem mit einer Wasserextraktionseinrichtung, die von einer elektrischen Maschine angetrieben wird, wobei die Wasserextraktionseinrichtung Wasser aus Umgebungsluft extrahiert, und einen Wasserbehälter zum Speichern des extrahierten Wassers; eine Systembatterie, die jeweils elektrisch an den Elektromotor und die elektrische Maschine gekoppelt ist; ein Solarenergiesystem mit Solarzellen zum Auffangen einfallender Strahlung, wobei die aufgefangene einfallende Strahlung als Ladung in der Systembatterie gespeichert wird; einen Wasserpegelsensor, der an den Behälter gekoppelt ist; eine Düse zum Sprühen von Wasser auf eine Fahrzeugkomponente; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor; ein Pedal zum Empfangen einer Eingabe des Fahrzeugführers; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die bei Ausführung die Steuerung veranlassen zum: Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die an der elektrischen Maschine von der Batterie bezogen wird, wenn ein Wasserpegel im Behälter unter einem Schwellenwert liegt; und Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die während der Fahrzeugabbremsung über den Elektromotor und bei Sonneneinstrahlung über die Solarzellen erzeugt wird. In einem oder allen vorangehenden Beispielen beinhaltet das das Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die über den Elektromotor und die Solarzellen erzeugt wird, zusätzlich oder wahlweise Folgendes: in einem ersten Zustand, Aufladen der Systembatterie, bis ein Ladezustandsschwellenwert erreicht wird, während die Wasserextraktionseinrichtung bei einer niedrigeren Durchflussrate betrieben wird; und in einem zweiten Zustand, Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung bei einer höheren Durchflussrate, während die Systembatterie bis auf einen Wert unter dem Ladezustandsschwellenwert aufgeladen wird. In einem oder allen vorangehenden Beispielen umfasst das System zusätzlich oder wahlweise ferner ein Navigationssystem, wobei die Steuerung ferner Anweisungen umfasst, die die Steuerung veranlassen zum: im zweiten Zustand, Vorhersagen einer Wasserverbrauchsrate der Düse im Verlaufe eines Fahrzyklus auf Grundlage einer Navigationseingabe vom Navigationssystem; und Erhöhen des Wasserflusses aus der Düse während des Betreibens der Wasserextraktionseinrichtung bei einer höheren Durchflussrate, wenn der Wasserpegel im Behälter über dem Schwellenwert liegt. In einer weiteren Darstellung ist das Fahrzeugsystem ein Hybridfahrzeugsystem.
In einer weiteren Darstellung beinhaltet ein Verfahren für ein Fahrzeug während eines ersten Fahrzeugabbremsereignisses, Anlegen von regenerativer Bremsenergie über einen Elektromotor, um das Fahrzeug abzubremsen, Entfeuchten von Umgebungsluft durch Betreiben einer Wasserextraktionseinrichtung an Bord des Fahrzeugs unter Verwendung eines größeren Anteils der regenerativen Bremsenergie, und Aufladen einer Systembatterie, die an den Elektromotor gekoppelt ist, unter Verwendung eines verbleibenden, kleineren Anteils der regenerativen Bremsenergie. Im Vergleich beinhaltet das Verfahren während eines zweiten Fahrzeugabbremsereignisses Anlegen regenerativer Bremsenergie über einen Elektromotor, um das Fahrzeug abzubremsen, Aufladen der Systembatterie, die an den Elektromotor gekoppelt ist, unter Verwendung eines größeren Anteils der regenerativen Bremsenergie, und Entfeuchten von Umgebungsluft durch Betreiben einer Wasserextraktionseinrichtung an Bord des Fahrzeugs unter Verwendung eines verbleibenden, kleineren Anteils der regenerativen Bremsenergie. In dem vorangehenden Beispiel beinhalten das erste und zweite Abbremsereignis zusätzlich oder wahlweise Fahrzeugabbremsung von einer gemeinsamen Fahrzeuggeschwindigkeit, und wobei während des ersten Abbremsereignisses ein Wasserpegel eines Wasserbehälters, der extrahiertes Wasser von der Wasserextraktionseinrichtung aufnimmt, niedriger ist, und während des zweiten Abbremsereignisses der Wasserpegel des Wasserbehälters höher ist. In einem oder allen vorangehenden Beispielen erfolgen zusätzlich oder wahlweise das erste und das zweite Abbremsereignis in Reaktion auf das Betätigen eines Bremspedals durch einen Fahrzeugführer oder das Freigeben eines Gaspedal durch den Fahrzeugführer, und wobei während des ersten Abbremsereignisses ein Batterieladezustand zu einem Zeitpunkt des Betätigens des Bremspedals oder Freigebens des Bremspedals höher als der Batterieladezustand zum entsprechenden Zeitpunkt während des zweiten Abbremsereignisses ist. In einem oder allen vorangehenden Beispielen ist zusätzlich oder wahlweise eine Umgebungsfeuchtigkeit während des ersten Abbremsereignisses höher als die Umgebungsfeuchtigkeit während des zweiten Abbremsereignisses. In einem oder allen vorangehenden Beispielen ist zusätzlich oder wahlweise eine vorhergesagt Rate des Wassergebrauchs an Bord des Fahrzeugs im Verlaufe eines aktuellen Fahrzyklus während des ersten Abbremsereignisses im Verhältnis zum zweiten Abbremsereignis höher, wobei die vorhergesagte Rate des Wassergebrauchs auf Grundlage einer Navigationseingabe und eines Fahrverlaufs des Fahrzeugführers vorhergesagt wird. In einem oder allen vorangehenden Beispielen erfolgt zusätzlich oder wahlweise das erste Abbremsereignis ab einer ersten Fahrzeuggeschwindigkeit und das zweite Abbremsereignis ab einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die niedriger als die erste Fahrzeuggeschwindigkeit ist, und wobei die regenerative Bremsenergie, die während des ersten Abbremsereignisses angelegt wird, größer als die regenerative Bremsenergie ist, die während des zweiten Abbremsereignisses angelegt wird. In einem oder allen vorangehenden Beispielen beinhaltet das Verfahren zusätzlich oder wahlweise Aufladen der Systembatterie auf einen höheren Ladeendzustand während des zweiten Abbremsereignisses im Verhältnis zum ersten Abbremsereignis. In einem oder allen vorangehenden Beispielen beinhaltet das Verfahren zusätzlich oder wahlweise aktives Anweisen einer höheren Wasserabgaberate von einer oder mehreren Düsen, die an eine Fahrzeugkomponente gekoppelt sind, während des zweiten Abbremsereignisses in Reaktion auf einen Wasserpegel im Wasserbehälter über einem Schwellenwert und einen Ladezustand an der Systembatterie über einem Schwellenwert.
Es sei angemerkt, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen auf nicht transitorischem Speicher gespeichert sein und können von dem Steuersystem, das die Steuerung beinhaltet, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware ausgeführt werden. Die spezifischen hier beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Auf diese Weise können verschiedene Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen wegfallen. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile der Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern wird zur leichteren Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine/einer oder mehrere der Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen können abhängig von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen in grafischer Weise Code repräsentieren, der in einen nicht transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem programmiert wird, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten sind, da zahlreiche Abwandlungen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, 4-Zylinder-Gegenkolben- und andere Verbrennungsmotorarten angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht auf der Hand liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein, die hierin offenbart wurden.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht auf der Hand liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder dessen Äquivalent beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung von einem oder mehreren dieser Elemente beinhalten und zwei oder mehr dieser Elemente weder verlangen noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, seien sie weiter oder enger gefasst, von gleichem oder anderem Umfang wie die ursprünglichen Ansprüche, gelten ebenfalls als in den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung einbezogen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren: selektives Betreiben einer Wassererzeugungseinrichtung an Bord eines Fahrzeug unter Verwendung überschüssiger elektrischer Energie, die am Fahrzeug erzeugt wird, um Wasser aus Umgebungsluft zu gewinnen, wobei das selektive Betreiben auf einem Wasserpegel in einem Behälter, der das gewonnene Wasser speichert, und einem Ladezustand einer Systembatterie beruht.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das selektive Betreiben Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie, wenn der Wasserpegel im Behälter über einem unteren Schwellenwert liegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung unter Verwendung von elektrischer Energie, die aus der Systembatterie bezogen wird, wenn der Wasserpegel im Behälter unter dem unteren Schwellenwert liegt.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Wassererzeugungseinrichtung selektiv unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie betrieben, bis der Wasserpegel im Behälter höher als ein oberer Schwellenwert ist, wobei der obere Schwellenwert größer als der untere Schwellenwert ist, woraufhin der Wassergebrauch an Bord des Fahrzeugs erhöht wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Erhöhen des Wassergebrauchs eins oder mehrere von dem Sprühen von Wasser auf einen Zylinderkopf, Sprühen von Wasser auf einen Reifen, Sprühen von Wasser auf einen Bremsrotor, Einspritzen von Wasser in einen Fahrzeugverbrennungsmotor, Erhöhen eines Gebrauchs eines Windschutzscheibenwischers und Auffüllen eines Kühlmittel- und/oder eines Windschutzscheibenwischerbehälters.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das selektive Betreiben Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie, nachdem die Systembatterie unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie auf einen Ladezustandsschwellenwert aufgeladen wurde.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das selektive Betreiben das Verwenden eines ersten Teils der überschüssigen elektrischen Energie zum Aufladen der Systembatterie, während gleichzeitig ein zweiter, verbleibender Teil der überschüssigen elektrischen Energie zum Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung verwendet wird, wobei ein Verhältnis des ersten Teils zum zweiten Teil auf Grundlage des Wasserpegels und des Ladezustands eingestellt wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird der zweite Teil im Verhältnis zum ersten Teil erhöht, wenn der Wasserpegel im Behälter sinkt oder der Ladezustand der Systembatterie ansteigt.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verhältnis weiter in Abhängigkeit von vorhergesagtem Wassergebrauch im Verlaufe eines Fahrzyklus eingestellt, wobei der zweite Teil im Verhältnis zum ersten Teil erhöht wird, wenn der vorhergesagte Wassergebrauch zunimmt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die überschüssige elektrische Energie regenerative Bremsenergie aus einem Fahrzeugabbremsereignis, wobei die regenerative Bremsenergie über einen Elektromotor gewonnen wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die überschüssige elektrische Energie Solarenergie aus Sonneneinstrahlung am Fahrzeug, wobei die Solarenergie über Solarzellen gewonnen wird, die an eine Außenfläche des Fahrzeugs gekoppelt sind.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die überschüssige elektrische Energie Verbrennungsmotorverdichtungsbremsenergie aus einem Fahrzeugabbremsereignis, wobei die Verdichtungsbremsenergie über einen Wechselstromgenerator des Fahrzeugs gewonnen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für ein Hybridfahrzeug Folgendes: selektives Betreiben einer elektrisch betätigten Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung von elektrischer Energie, die aus einer Systembatterie bezogen wird, auf Grundlage eines Wasserpegels in einem Wasserspeichertank des Fahrzeugs; und in Reaktion auf ein Fahrzeugabbremsungsereignis, Betreiben der elektrisch betätigten Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung von elektrischer Energie, die aus regenerativem Bremsen erzeugt wird, unabhängig vom Wasserpegel.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Betreiben der elektrisch betätigten Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung von elektrischer Energie, die aus regenerativem Bremsen erzeugt wird: Reduzieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit auf ein erstes Maß während des Bremsereignisses durch Anlegen eines negativen Drehmoments von einem Elektromotor an einen Antriebsstrang des Fahrzeugs, während die Systembatterie bei oder unter einem Schwellenwert einer Aufladungsrate aufgeladen wird; und Reduzieren der Fahrzeuggeschwindigkeit auf ein zweites Maß während des Bremsereignisses durch Anlegen eines negativen Drehmoments von einer elektrischen Maschine, die an die Wasserextraktionseinrichtung am Antriebsstrang gekoppelt ist, während Wasser erzeugt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Reduzieren der Fahrzeuggeschwindigkeit vom zweiten Maß auf ein drittes Maß durch Anlegen von Reibungsbremsen oder über Verbrennungsmotorverdichtungsbremsen.
Gemäß einer Ausführungsform wird das negative Drehmoment von der elektrischen Maschine im Verhältnis zum negativen Drehmoment vom Elektromotor erhöht, während der Wasserpegel im Wasserbehälter sinkt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch, Beibehalten des negativen Drehmoments und dabei Steigern des Wassergebrauchs an Bord des Fahrzeugs, in Reaktion darauf, dass der Wasserpegel im Wasser einen Schwellenwert übersteigt, während das negative Drehmoment von der elektrischen Maschine angelegt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeugsystem bereitgestellt, aufweisend; Fahrzeugräder, die unter Verwendung von Drehmoment von einem oder mehreren von einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor angetrieben werden; ein Wassererzeugungssystem mit einer Wasserextraktionseinrichtung, die von einer elektrischen Maschine angetrieben wird, wobei die Wasserextraktionseinrichtung Wasser aus Umgebungsluft extrahiert, und einen Wasserbehälter zum Speichern des extrahierten Wassers; eine Systembatterie, die jeweils elektrisch an den Elektromotor und die elektrische Maschine gekoppelt ist; ein Solarenergiesystem mit Solarzellen zum Auffangen einfallender Strahlung, wobei die aufgefangene einfallende Strahlung als Ladung in der Systembatterie gespeichert wird; einen Wasserpegelsensor, der an den Behälter gekoppelt ist; eine Düse zum Sprühen von Wasser auf eine Fahrzeugkomponente; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor; ein Pedal zum Empfangen einer Eingabe des Fahrzeugführers; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die bei Ausführung die Steuerung veranlassen zum: Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die an der elektrischen Maschine von der Batterie bezogen wird, wenn ein Wasserpegel im Behälter unter einem Schwellenwert liegt; und Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die während der Fahrzeugabbremsung über den Elektromotor und bei Sonneneinstrahlung über die Solarzellen erzeugt wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die über den Elektromotor und die Solarzellen erzeugt wird, Folgendes: in einem ersten Zustand, Aufladen der Systembatterie, bis ein Ladezustandsschwellenwert erreicht wird, während die Wasserextraktionseinrichtung bei einer niedrigeren Durchflussrate betrieben wird; und in einem zweiten Zustand, Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung bei einer höheren Durchflussrate, während die Systembatterie bis auf einen Wert unter dem Ladezustandsschwellenwert aufgeladen wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Navigationssystem, wobei die Steuerung ferner Anweisungen umfasst, die die Steuerung veranlassen zum: im zweiten Zustand, Vorhersagen einer Wasserverbrauchsrate der Düse im Verlaufe eines Fahrzyklus auf Grundlage einer Navigationseingabe vom Navigationssystem; und Erhöhen des Wasserflusses aus der Düse während des Betreibens der Wasserextraktionseinrichtung bei einer höheren Durchflussrate, wenn der Wasserpegel im Behälter über dem Schwellenwert liegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20160083936 [0003]
US 20040040322 [0003]

Claims

Verfahren, umfassend: selektives Betreiben einer Wassererzeugungseinrichtung an Bord eines Fahrzeugs unter Verwendung überschüssiger elektrischer Energie, die am Fahrzeug erzeugt wird, um Wasser aus Umgebungsluft zu gewinnen, wobei das selektive Betreiben auf einem Wasserpegel in einem Behälter, der das gewonnene Wasser speichert, und einem Ladezustand einer Systembatterie beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Betreiben Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie beinhaltet, wenn der Wasserpegel im Behälter über einem unteren Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend, wenn der Wasserpegel im Behälter unter dem unteren Schwellenwert liegt, Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung unter Verwendung von elektrischer Energie, die aus der Systembatterie bezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Wassererzeugungseinrichtung selektiv unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie betrieben wird, bis der Wasserpegel im Behälter höher als ein oberer Schwellenwert ist, wobei der obere Schwellenwert größer als der untere Schwellenwert ist, und dann der Wassergebrauch an Bord des Fahrzeugs erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Erhöhen des Wassergebrauchs eines oder mehrere von Sprühen von Wasser auf einen Zylinderkopf, Sprühen von Wasser auf einen Reifen, Sprühen von Wasser auf einen Bremsrotor, Einspritzen von Wasser in einen Fahrzeugverbrennungsmotor, Erhöhen eines Gebrauchs eines Windschutzscheibenwischers und Auffüllen eines Kühlmittel- und/oder eines Windschutzscheibenwischerbehälters beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Betreiben Betreiben der Wassererzeugungseinrichtung unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie beinhaltet, nachdem die Systembatterie unter Verwendung der überschüssigen elektrischen Energie auf einen Ladezustandsschwellenwert aufgeladen wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Betreiben Verwenden eines ersten Teils der überschüssigen elektrischen Energie zum Aufladen der Systembatterie beinhaltet, während gleichzeitig ein zweiter, verbleibender Teil der überschüssigen elektrischen Energie zum Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung verwendet wird, wobei ein Verhältnis des ersten Teils zum zweiten Teil auf Grundlage des Wasserpegels und des Ladezustands eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der zweite Teil im Verhältnis zum ersten Teil erhöht wird, wenn der Wasserpegel im Behälter sinkt oder der Ladezustand der Systembatterie ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verhältnis weiter in Abhängigkeit von vorhergesagtem Wassergebrauch im Verlaufe eines Fahrzyklus eingestellt wird, wobei der zweite Teil im Verhältnis zum ersten Teil erhöht wird, wenn der vorhergesagte Wassergebrauch zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die überschüssige elektrische Energie regenerative Bremsenergie aus einem Fahrzeugabbremsereignis beinhaltet, wobei die regenerative Bremsenergie über einen Elektromotor gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die überschüssige elektrische Energie Solarenergie aus Sonneneinstrahlung am Fahrzeug beinhaltet, wobei die Solarenergie über Solarzellen gewonnen wird, die an eine Außenfläche des Fahrzeugs gekoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die überschüssige elektrische Energie Verbrennungsmotorverdichtungsbremsenergie aus einem Fahrzeugabbremsereignis beinhaltet, wobei die Verdichtungsbremsenergie über einen Wechselstromgenerator des Fahrzeugs gewonnen wird.
Fahrzeugsystem, umfassend: Fahrzeugräder, die unter Verwendung von Drehmoment von einem oder mehreren von einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor angetrieben werden; ein Wassererzeugungssystem mit einer Wasserextraktionseinrichtung, die durch eine elektrische Maschine angetrieben wird, wobei die Wasserextraktionseinrichtung Wasser aus Umgebungsluft extrahiert, und einem Wasserbehälter zum Speichern des extrahierten Wassers; eine Systembatterie, die jeweils elektrisch an den Elektromotor und die elektrische Maschine gekoppelt ist; ein Solarenergiesystem mit Solarzellen zum Auffangen einfallender Strahlung, wobei die gewonnene einfallende Strahlung als Ladung in der Systembatterie gespeichert wird; einen Wasserpegelsensor, der an den Behälter gekoppelt ist; eine Düse zum Sprühen von Wasser auf eine Fahrzeugkomponente; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor; ein Pedal zum Empfangen einer Eingabe des Fahrzeugführers; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die bei Ausführung die Steuerung veranlassen zum: Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die an der elektrischen Maschine von der Batterie bezogen wird, wenn ein Wasserpegel im Behälter unter einem Schwellenwert liegt; und Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die während der Fahrzeugabbremsung über den Elektromotor und bei Sonneneinstrahlung über die Solarzellen erzeugt wird.
System nach Anspruch 13, wobei das Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung unter Verwendung elektrischer Energie, die über den Elektromotor und die Solarzellen erzeugt wird, Folgendes beinhaltet: in einem ersten Zustand, Aufladen der Systembatterie, bis ein Ladezustandsschwellenwert erreicht wird, während die Wasserextraktionseinrichtung bei einer niedrigeren Durchflussrate betrieben wird; und in einem zweiten Zustand, Betreiben der Wasserextraktionseinrichtung bei einer höheren Durchflussrate, während die Systembatterie bis auf einen Wert unter dem Ladezustandsschwellenwert aufgeladen wird.
System nach Anspruch 14, ferner umfassend ein Navigationssystem, wobei die Steuerung ferner Anweisungen umfasst, die die Steuerung veranlassen zum: im zweiten Zustand, Vorhersagen einer Wassergebrauchsrate der Düse im Verlaufe eines Fahrzyklus auf Grundlage einer Navigationseingabe vom Navigationssystem; und Erhöhen des Wasserflusses aus der Düse während des Betreibens der Wasserextraktionseinrichtung bei einer höheren Durchflussrate, wenn der Wasserpegel im Behälter über dem Schwellenwert liegt.