普锐斯开发者:欢迎混动车竞争时代

2013-08-01 18:30:19来源: 技术在线

    八重樫武久(现CORDIA代表董事)曾在丰田担任第一代混合动力车(HEV)“普锐斯”的混合动力系统的开发主管,之后还曾全程参与2003年推出的第二代普锐斯配备的“THSII”等混合动力系统的开发。本站特邀请八重樫撰写了展望混合动力车及新一代环保车的连载“混合动力进化论”,第一回将介绍第一代普锐斯理念实现的前台幕后、以及对本田推出的双马达式“雅阁混合动力车”及其他公司混合动力车的期待。

    直到现在,那个瞬间笔者都还鲜明地记着。当负责工厂检查、质量保证的代表说出“质量已经达到销售要求,明天开始出货”的那一刻。那是1997年12月9日丰田召开的某新款车的最后一场质量会议。

    第二天,也就是12月10日,新款车从位于爱知县丰田市西南的丰田高冈工厂下线,完成检查装上拖车,开始运往日本全国各地。这辆新款车,正是丰田以“我们赶上了21世纪”的广告语,在世界上率先推出的量产型HEV“普锐斯”(图1)。普锐斯带着10·15模式28.0km/L的极高燃效登上了历史舞台。 

图1

    笔者在第一代普锐斯的开发中担任混合动力系统的开发主管,见证了量产的整个实现过程。对笔者而言,高冈工厂是个很有缘分的地方。建设该厂最初的目的是生产承载日本汽车时代发展的第一代“卡罗拉”。而从父母那里得到的第一代卡罗拉正是笔者进入丰田的契机。想不到的是,混合动力车普锐斯的生产正好也是在第一代卡罗拉诞生的高冈工厂拉开帷幕的。

    时间过去了15年半,到2013年3月底,丰田HEV的累计销量突破500万辆,仅普锐斯一款在2013年6月就突破了300万辆。丰田孕育的HEV竟会如此普及,在接到投产指示的时候,笔者连想都没有想过。

    500万辆混合动力车基本上都采用了普锐斯配备的“THS(Toyota Hybrid System)”和“THSII”双马达式混合动力系统(图2)。这是一种利用行星齿轮,把发动机的输出分配给发电机和马达,再通过结合电池输出,使燃效达到最佳的方式。除此之外,在累计销量中,还包括了比普锐斯先行一步,在1997年8月上市的微型巴士“Coaster Hybrid”;借助皮带传动的马达兼发电机实现弱混合动力“THS-M”的“皇冠混合动力车”;配备机械式CVT、使用单马达方式“THS-C”的“Estima”和“Alphard”;以及在快递车使用的柴油发动机基础上安装辅助马达的并联方式HEV。 

图2 

    其中,Coaster Hybrid是丰田推出的第一款HEV。这款HEV配备1.5L汽油发动机替代柴油发动机,使用发电机把发动机动力全部转换成电能,利用电能带动驱动马达运转,属于串联混合动力方式。所以,除了双马达式之外,丰田其实还开发过很多其他方式,经历了数不清的尝试。

    在开发普锐斯时,为了达成“燃效翻番”的宏伟目标,丰田对系统的理念进行了反复推敲。首先是“必须采用怠速停止机构”;然后是“在发动机热效率低的低中速行驶时,只要不是深踩油门,就停止发动机,利用马达行驶”;“把减速时的再生发电提高到极限”;“在利用发动机行驶时,驾驶需要控制在燃料消耗量小的区域”;“即使牺牲最高输出功率和最大扭矩,发动机也要追求高热效率”;“需要以高压缩比、高膨胀比的阿特金森循环为基础,从活塞到阀门机构,所有部分都要降低摩擦损失”等等。就这样,有助于降低燃耗的功能悉数得到了采纳,而且,丰田还从中选出了能够应用于小型车的系统——普锐斯所配备的THS。

    对于THS,有人称其为全混合动力、强混合动力,也有人按照功率的流向,称其为串并联或是扭矩分配,但这些名称都出现于THS投入实用之后,在当时的HEV分类中并没有这样的称呼。

海外企业看好燃料电池车

    第一代普锐斯上市后,美国通用汽车、美国福特汽车(Ford Motor)、德国戴姆勒在众多场合宣称“新的主流将是燃料电池车(FCV),FCV将在不到10年内投入量产,混合动力车则会消失”,反复重申HEV只是“过渡技术”,已经时日无多。

    鉴于此,丰田、日产汽车、本田等日本企业为了在FCV上与欧美企业一较高下,纷纷着手开发FCV。丰田的策划部门也传出了制造新一代FCV普锐斯的声音,其影响之大在当时也不禁令笔者为之愕然。之后,随着FCV期待论偃旗息鼓,纯电动汽车(EV)主流论又浮出了水面。这一论调现在依然存在,但就目前而言,似乎还没有产生足以推动汽车行业的冲击力。

    FCV和EV被称为零排放车辆(ZEV),行驶时不排放尾气。就环保车而言,二者或许确实是正确之选。但是,即使通过法律规定强制推广,加大补贴促进普及,倘若汽车的基本性能,也就是续航距离、行驶性能、易用性等达不到要求,而且价格达不到现行汽车的水平,就没有希望在市场上实现普及。

    EV方面,笔者亲身试驾过许多EV,包括富士重工业的“Plug-in Stella”、三菱汽车的“i-MiEV”、日产的“LEAF”(中国名:聆风)、德国宝马的“MINI E”和“ActiveE”,以及丰田的老款“RAV4 EV”和“e-com”。其中,LEAF的完成度最高,从中可以感受到开发工程师对EV寄予的情感。通过在东京都内的普通公路、首都高速和郊外的高速公路上行驶,尝试进行快速充电,笔者感受到了LEAF作为汽车的出色之处。但完成度虽高,电池容量不足带来的续航距离短等一朝一夕无法解决的技术课题也趋于明显,令人不禁痛感EV的极限。

    话虽然有些苛刻,然而,除了LEAF,其他EV完全让人提不起评论的兴趣。这些EV有的公开销售,有的不公开,LEAF之所以在EV销量中独占鳌头,是因为多数用户都感受到了LEAF在志向上与其他EV的差异。

    有没有补贴、使用公共费用建设快速充电器网——总而言之,没有政府补助的投入,新一代汽车就无法独立。笔者不否认EV作为市内短途出行、购物专用汽车的作用,但还是觉得在投产之前,似乎缺少了对于车辆和基础设施的费用由谁承担、EV为何存在的探讨。包括把EV接入电网的智能电网、向家庭供电的V2H(Vehicle to Home)在内,我们现在是不是应该清醒头脑,对EV进行重新审视?

    “零排放”一词也存在问题。2011年3月11日东日本大地震爆发后,日本增加了火力发电的比例,EV和PHEV(插电式混合动力车)的CO2减排效果与强HEV基本大差不差。美国和德国也同样如此,在以煤炭火力发电为主的中国和印度,反而会出现“EV反而比HEV排放的C02更多”的现象。

    日本的发电站虽然清洁度称得上世界第一,但发电站排放的二氧化硫等气体也应该计入EV/PHEV的排放。美国的一位记者说,EV是“Emission elsewhere vehicle(在其他地方排放尾气的汽车)”,对于这句话,笔者深信不疑。

    要想真正减轻来自汽车的环境负荷,那就需要让更多的用户开上环保车。在日本,享受补贴和优惠税制的普锐斯克服市场原理、经济原则的高难度课题,总算来到了有望担任主角的位置。然而,海外的情况却并非如此。在美国,2012年,“电动汽车三兄弟”HEV、PHEV、EV的份额虽然达到了3.4%,但整体数量依然偏少。在欧洲,包括启动本地化生产在内,虽然也有增长趋势,但因为缺乏强劲对手,份额增长并不算大。

技术竞争推动汽车进化

    非常遗憾,直到现在,普锐斯在HEV中也没有遇到强劲的对手。本田1999年推出的第一代“Insight”使用铝框减轻车体重量,实现了10·15模式35.0km/L的燃效。而且,Insight还是第一款登陆美国的HEV,但即便是在当时,也没有人把Insight当成普锐斯的对手。开发者似乎也曾公开表示,Insight无视利润,采用了彻底实现轻量化、降低了空气阻力的车体,是追求燃效的“特殊答案”。

    从Insight开始使用的单马达式并联混合动力系统“IMA(Integrated Motor Assist)”,后来还得到了“思域混合动力车”、第2代Insight等众多汽车的采用。但是,或许是因为第一代Insight耗费的成本过多,受其影响,IMA方式的HEV无法配备高价位系统,似乎避开了与THS的正面交锋。在市场上的结果显而易见。

图3

    不过,2013年6月,采用双马达式的新款“雅阁混合动力车”带着30km/L的JC08燃效打入了市场(图3)。在中型轿车之中,30km/L的燃效目前位列榜首,令人不禁为终于出现了强劲对手而欣喜。要想实现燃效最高的强HEV,必然需要双马达,考虑到中高速巡航,并联支路必不可少,要想提高减速再生量,切断并联支路的离合器和再生制动系统不可或缺(图4)。

 


图4

    再者,以串联方式为基础的双马达没有加入机械式CVT(无级变速箱)和齿轮机构的余地。因此,就技术而言,采用减速器、采用与基于升压方式的THSII相同的马达与发电机相结合的高电压驱动也是必然。不过,对于这款汽车,笔者还是打算在认真试驾,了解混合动力系统的各个设计细节之后再做详细评价。对于各种行驶状态下的实际燃效、需要直接感的电CVT方式的调整水平、在故意刁难的驾驶中离合器切换串并联的情况,笔者准备实地、实物、实车进行确认。

    除此之外,笔者还十分关注即将登场、配备7速DCT(Dual Clutch Transmission)与单马达相结合的新混合动力系统的新款“飞度”。JC08模式燃效为36.4km/L,超过了现在燃效第一的丰田“Aqua”。随着雅阁混合动力车和飞度混合动力车的登场,混合动力竞争时代有望正式拉开战幕。面对强劲对手的登场,丰田开发团队应该不会袖手旁观。笔者还在丰田工作的时候,在开发中一直以“对日产、本田寸步不让”为理念,对于德国大众、戴姆勒和宝马,也秉持着对抗意识。

    强劲的对手与你追我赶的技术竞争是推动汽车进化的动力。 丰田的新款“皇冠”、新款“雷克萨斯IS混合动力车”虽然也销售情况上佳,但面对重新振作精神的本田HEV的攻势,丰田估计会以新款普锐斯打前阵,凭着货真价实的混合动力车“ReBORN”发动一轮盛大攻势。

    当然,日产等企业正式踏上HEV战场也令人期待。笔者坚信,从日本起飞的HEV将成为世界市场上低CO2车的引领者,支撑起个人自由移动——个人交通工具的发展。

关键字:普锐斯  开发者  欢迎  时代

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/0801/article_7621.html
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