直到現在,那個瞬間筆者都還鮮明地記著。當負責工廠檢查、質量保證的代表說出”質量已經達到銷售要求,明天開始出貨”的那一刻。那是1997年12月9日豐田召開的某新款車的最后一場質量會議。
第二天,也就是12月10日,新款車從位于愛知縣豐田市西南的豐田高岡工廠下線,完成檢查裝上拖車,開始運往日本全國各地。這輛新款車,正是豐田以”我們趕上了21世紀”的廣告語,在世界上率先推出的量產型HEV”普銳斯”。普銳斯帶著10·15模式28.0km/L的極高燃效登上了歷史舞臺。
第一代”普銳斯”
筆者在第一代普銳斯的開發中擔任混合動力系統的開發主管,見證了量產的整個實現過程。對筆者而言,高岡工廠是個很有緣分的地方。建設該廠最初的目的是生產承載日本汽車化時代發展的第一代”卡羅拉”。而從父母那里得到的第一代卡羅拉正是筆者進入豐田的契機。想不到的是,混合動力車普銳斯的生產正好也是在第一代卡羅拉誕生的高岡工廠拉開帷幕的。
時間過去了15年半,到2013年3月底,豐田HEV的累計銷量突破500萬輛,僅普銳斯一款在2013年6月就突破了300萬輛。豐田孕育的HEV竟會如此普及,在接到投產指示的時候,筆者連想都沒有想過。
500萬輛混合動力車基本上都采用了普銳斯配備的”THS(Toyota Hybrid System)”和”THSII”雙馬達式混合動力系統。這是一種利用行星齒輪,把發動機的輸出分配給發電機和馬達,再通過結合電池輸出,使燃效達到最佳的方式。除此之外,在累計銷量中,還包括了比普銳斯先行一步,在1997年8月上市的微型巴士”Coaster Hybrid”;借助皮帶傳動的馬達兼發電機實現弱混合動力”THS-M”的”皇冠混合動力車”;配備機械式CVT、使用單馬達方式”THS-C”的”Estima”和”Alphard”;以及在快遞車使用的柴油發動機基礎上安裝輔助馬達的并聯方式HEV。
其中,Coaster Hybrid是豐田推出的第一款HEV。這款HEV配備1.5L汽油發動機替代柴油發動機,使用發電機把發動機動力全部轉換成電能,利用電能帶動驅動馬達運轉,屬于串聯混合動力方式。所以,除了雙馬達式之外,豐田其實還開發過很多其他方式,經歷了數不清的嘗試。
在開發普銳斯時,為了達成”燃效翻番”的宏偉目標,豐田對系統的理念進行了反復推敲。首先是”必須采用怠速停止機構”;然后是”在發動機熱效率低的低中速行駛時,只要不是深踩油門,就停止發動機,利用馬達行駛”;”把減速時的再生發電提高到極限”;”在利用發動機行駛時,駕駛需要控制在燃料消耗量小的區域”;”即使犧牲最高輸出功率和最大扭矩,發動機也要追求高熱效率”;”需要以高壓縮比、高膨脹比的阿特金森循環為基礎,從活塞到閥門機構,所有部分都要降低摩擦損失”等等。就這樣,有助于降低燃耗的功能悉數得到了采納,而且,豐田還從中選出了能夠應用于小型車的系統————普銳斯所配備的THS。
對于THS,有人稱其為全混合動力、強混合動力,也有人按照功率的流向,稱其為串并聯或是扭矩分配,但這些名稱都出現于THS投入實用之后,在當時的HEV分類中并沒有這樣的稱呼。
海外企業看好燃料電池車
第一代普銳斯上市后,美國通用汽車、美國福特汽車(Ford Motor)、德國戴姆勒在眾多場合宣稱”新的主流將是燃料電池車(FCV),FCV將在不到10年內投入量產,混合動力車則會消失”,反復重申HEV只是”過渡技術”,已經時日無多。
鑒于此,豐田、日產汽車、本田等日本企業為了在FCV上與歐美企業一較高下,紛紛著手開發FCV。豐田的策劃部門也傳出了制造新一代FCV普銳斯的聲音,其影響之大在當時也不禁令筆者為之愕然。之后,隨著FCV期待論偃旗息鼓,純電動汽車(EV)主流論又浮出了水面。這一論調現在依然存在,但就目前而言,似乎還沒有產生足以推動汽車行業的沖擊力。
FCV和EV被稱為零排放車輛(ZEV),行駛時不排放尾氣。就環保車而言,二者或許確實是正確之選。但是,即使通過法律規定強制推廣,加大補貼促進普及,倘若汽車的基本性能,也就是續航距離、行駛性能、易用性等達不到要求,而且價格達不到現行汽車的水平,就沒有希望在市場上實現普及。
EV方面,筆者親身試駕過許多EV,包括富士重工業的”Plug-in Stella”、三菱汽車的”i-MiEV”、日產的”LEAF”(中國名:聆風)、德國寶馬的”MINI E”和”ActiveE”,以及豐田的老款”RAV4 EV”和”e-com”。其中,LEAF的完成度最高,從中可以感受到開發工程師對EV寄予的情感。通過在東京都內的普通公路、首都高速和郊外的高速公路上行駛,嘗試進行快速充電,筆者感受到了LEAF作為汽車的出色之處。但完成度雖高,電池容量不足帶來的續航距離短等一朝一夕無法解決的技術課題也趨于明顯,令人不禁痛感EV的極限。
話雖然有些苛刻,然而,除了LEAF,其他EV完全讓人提不起評論的興趣。這些EV有的公開銷售,有的不公開,LEAF之所以在EV銷量中獨占鰲頭,是因為多數用戶都感受到了LEAF在志向上與其他EV的差異。
有沒有補貼、使用公共費用建設快速充電器網————總而言之,沒有政府補助的投入,新一代汽車就無法獨立。筆者不否認EV作為市內短途出行、購物專用汽車的作用,但還是覺得在投產之前,似乎缺少了對于車輛和基礎設施的費用由誰承擔、EV為何存在的探討。包括把EV接入電網的智能電網、向家庭供電的V2H(Vehicle to Home)在內,我們現在是不是應該清醒頭腦,對EV進行重新審視?
”零排放”一詞也存在問題。2011年3月11日東日本大地震爆發后,日本增加了火力發電的比例,EV和PHEV(插電式混合動力車)的CO2減排效果與強HEV基本大差不差。美國和德國也同樣如此,在以煤炭火力發電為主的中國和印度,反而會出現”EV反而比HEV排放的C02更多”的現象。
日本的發電站雖然清潔度稱得上世界第一,但發電站排放的二氧化硫等氣體也應該計入EV/PHEV的排放。美國的一位作者說,EV是”Emission elsewhere vehicle(在其他地方排放尾氣的汽車)”,對于這句話,筆者深信不疑。
要想真正減輕來自汽車的環境負荷,那就需要讓更多的用戶開上環保車。在日本,享受補貼和優惠稅制的普銳斯克服市場原理、經濟原則的高難度課題,總算來到了有望擔任主角的位置。然而,海外的情況卻并非如此。在美國,2012年,”電動汽車三兄弟”HEV、PHEV、EV的份額雖然達到了3.4%,但整體數量依然偏少。在歐洲,包括啟動本地化生產在內,雖然也有增長趨勢,但因為缺乏強勁對手,份額增長并不算大。
技術競爭推動汽車進化
非常遺憾,直到現在,普銳斯在HEV中也沒有遇到強勁的對手。本田1999年推出的第一代”Insight”使用鋁框減輕車體重量,實現了10·15模式35.0km/L的燃效。而且,Insight還是第一款登陸美國的HEV,但即便是在當時,也沒有人把Insight當成普銳斯的對手。開發者似乎也曾公開表示,Insight無視利潤,采用了徹底實現輕量化、降低了空氣阻力的車體,是追求燃效的”特殊答案”。
從Insight開始使用的單馬達式并聯混合動力系統”IMA(Integrated Motor Assist)”,后來還得到了”思域混合動力車”、第2代Insight等眾多汽車的采用。但是,或許是因為第一代Insight耗費的成本過多,受其影響,IMA方式的HEV無法配備高價位系統,似乎避開了與THS的正面交鋒。在市場上的結果顯而易見。
不過,2013年6月,采用雙馬達式的新款”雅閣混合動力車”帶著30km/L的JC08燃效打入了市場(圖3)。在中型轎車之中,30km/L的燃效目前位列榜首,令人不禁為終于出現了強勁對手而欣喜。要想實現燃效最高的強HEV,必然需要雙馬達,考慮到中高速巡航,并聯支路必不可少,要想提高減速再生量,切斷并聯支路的離合器和再生制動系統不可或缺(圖4)。
再者,以串聯方式為基礎的雙馬達沒有加入機械式CVT(無級變速箱)和齒輪機構的余地。因此,就技術而言,采用減速器、采用與基于升壓方式的THSII相同的馬達與發電機相結合的高電壓驅動也是必然。不過,對于這款汽車,筆者還是打算在認真試駕,了解混合動力系統的各個設計細節之后再做詳細評價。對于各種行駛狀態下的實際燃效、需要直接感的電CVT方式的調整水平、在故意刁難的駕駛中離合器切換串并聯的情況,筆者準備實地、實物、實車進行確認。
本田”雅閣混合動力車”
除此之外,筆者還十分關注即將登場、配備7速DCT(Dual Clutch Transmission)與單馬達相結合的新混合動力系統的新款”飛度”。JC08模式燃效為36.4km/L,超過了現在燃效第一的豐田”Aqua”。隨著雅閣混合動力車和飛度混合動力車的登場,混合動力競爭時代有望正式拉開戰幕。
面對強勁對手的登場,豐田開發團隊應該不會袖手旁觀。筆者還在豐田工作的時候,在開發中一直以”對日產、本田寸步不讓”為理念,對于德國大眾、戴姆勒和寶馬,也秉持著對抗意識。強勁的對手與你追我趕的技術競爭是推動汽車進化的動力。
豐田的新款”皇冠”、新款”雷克薩斯IS混合動力車”雖然也銷售情況上佳,但面對重新振作精神的本田HEV的攻勢,豐田估計會以新款普銳斯打前陣,憑著貨真價實的混合動力車”ReBORN”發動一輪盛大攻勢。
當然,日產等企業正式踏上HEV戰場也令人期待。筆者堅信,從日本起飛的HEV將成為世界市場上低CO2車的引領者,支撐起個人自由移動————個人交通工具的發展。
作者八重樫武久現任CORDIA代表董事,他曾在豐田擔任第一代混合動力車(HEV)”普銳斯”的混合動力系統的開發主管,之后還曾全程參與2003年推出的第二代普銳斯配備的”THSII”等混合動力系統的開發。
來源:日經BP社
作者:八重樫武久
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