日系丰田和美系通用混动技术发展背景

2016-09-08 19:42:05来源: 电动汽车时代

        自130年前第一台汽车在德国由奔驰制造出后,就在外观、内饰、动力、传动、配置以及动力源几方面,开始了长达1个多世纪的发展历程。在经历了第一次世界大战后,汽车经历了重大发展时期。至第二次世界大战爆发,美国、苏联、英国、德国、法国、意大利、捷克以及日本,都在利用举国之力在海陆空军技术装备上投入重金研发。这无形中,极大推动了内燃机、燃料等驱动技术(并由此引发重型海陆空军技术装备)的发展。

  至第二次世界大战结束,德国在新能源技术应用上取得了前所未有的成绩。由波尔舍研发并制造的“费迪南”式油电混动坦克歼击车,成为新能源军用化最先投入实战中的地面突击装甲装备。而取得新能源军用化最高成绩的当属美军,用B-25轰炸机携新能源武器原子弹轰炸日本广岛与长崎后,彻底取得盟国对德、意、日的彻底胜利。

1、1950年代-1960年代,核动力小型化时期:

通用雪佛兰在1960年代设计了采用小型化核动力的“陆地巡洋舰”旅行车

  以美国为首的北约与以苏联为首的华约,在冷战期间全面对峙。为了让美国在陆军技术装备上取得压倒优势,以通用为核心的美国制造巨头在核动力小型化上越走越远。如果不在乎成本,核动力汽车或将在通用旗下量产。

2、1960年代-1970年代,受石油危机影响的新能源技术探索时期:

  第一次世界能源危机出现。伴随着日本经济的崛起,以丰田为首的小排量节能日系汽车闪亮登场。在V8、V10型排量超过6.0升的大排量发动机横行的美国,失去了石油就意味着整个社会体系都处于瘫痪的边缘。而这一能源危机,不仅影响到美军在欧洲的战略部署,也让高层看到了新能源发展的重要性。

  第一次能源危机度过后,美国、德国、英国、日本以及苏联车厂纷纷加入新能源技术研发和整车制造竞争中。也正是从这一时期开始,日本丰田的油电混合驱动技术率先得到确认。美国通用在油电混合技术上的研发虽然不晚,但在应用到更大一级车型的“落地”环节上晚了一步。

  这一时期,对于各家车厂而言,新能源技术研发与产出完成不成正比。至1979年,通用在研发新能源技术上投入了2000万美元。因为通用汽车在军火贸易中获利颇丰,并看中新能源技术军用化应用在民用市场的前瞻优势,使得通用将新能源研发重点从油电混合动力转向纯电驱动上。其研发结果,有望在1980年代中期就可以进行量产。而丰田1977年也推出了一款采用燃气轮机+电动机(并联)驱动的混合动力概念车(Sports 800 Hybrid)。

  日系丰田和美系通用在新能源技术发展上,开始两个并不相同,却在某些时刻存在交集的新能源发展之路。

  日本丰田和美国通用新能源发展方向的不同,或多或少源于意识形态和地缘政治因素。在地大物博、缺少文化积淀的美国,却经历了较为完整的资本主义发展全过程。对产业革命和大规模制造的认知程度,优于国土面积狭小、历史长、善于精工细作的日本。这种历史遗留下来的意识形态,导致两国研发人员对新能源技术发展方向、技术标定、适用范围以及最重要的客户接受程度的不同。

  细腻的日本人,要用更小的成本获得更大的节能效果。粗犷的美国人,要用可靠的技术获得出色的节能效果。那么,成本、技术、可靠性和节能效果,这样矛盾的出发点,该如何进行平衡呢?经过一系列的变革,日本丰田看准了油电混合技术,用复杂的技术来获得节省燃料的结果;美国通用则看好纯电动技术,用更简单的结构,获得几乎“零排放”的结果。但是,这两家在世界范围内都具有表率作用的东西方车厂,在坚持自己看准的新能源技术同时,又研发燃料电池、纯电动、油电混合驱动等自己不擅长的技术进行储备。

3、1980年代-1990年代,油电混合、纯电动技术火力全开式发展:

  丰田继续发展油电混合技术,首要做的就是简化驱动结构并提升可靠性。通用则调整了技术研发侧重点,将纯电动和油电混合技术共同推进。也正是在这一时期,通用在重视新能源技术的研发同时,更关注纯电动汽车的续航里程、动力电池成分构成以及与内燃机关联的控制策略(电机控制、电池控制、基于不同驱动模式的整车控制)的发展。

  不得不说,在这10年中,日系丰田在油电混合驱动技术发展显现出领先势头。而这种领先的优势,也被通用所察觉。在调整了“纯电”和“油电”发展侧重点后,通用新能源技术“硬件”和更重要的控制策略“软件”都具备与丰田抗衡的实力。唯独,何时将这一新技术投入到传统汽车仍然蓬勃发展的市场应用的节点,出现了源于地缘政治与意识形态层面的分歧。

  丰田更愿意用节能为主的油电混合技术投入到日本本土市场,以降低逐步递增的石油进口带来的海上能源线安全层面的压力。此时,日本与美国、澳大利亚的安全联盟体系并未在台面上形成,但是美日安保条约却成为日本可安心享受专心发展经济(不受军备竞赛影响)红利。同时,中国在改革开放的伊始就释放出巨大的经济能量,这让美国、日本、澳大利亚以及韩国既兴奋,又害怕。兴奋的是可以疯狂的抢占中国市场;害怕的是中国这条沉睡的巨龙随时都有苏醒的可能。精明的日本人,在感受到这一潜在对手实力提升时,坚决的在不同领域进行彻底的技术革新(以求继续用技术优势压倒中国)。

  其中,车用新能源技术、整车制造以及产业化最为显著。而美国与中国的关系,因苏联而变得正常化,中美的建交使美国在世界上减少了一个潜在对手。在经济与技术发展上,美国的变革动力没有日本那样迫切。日本潜在意识中始终对中国保持高度戒备,而中国和美国关系变化,直接影响了日本、美国、整个欧洲以及苏联在随后一系列领域内的变革步伐。

  在这一历史阶段中意识形态与地缘政治因素,对新能源技术的发展起到很大程度的影响。新能源技术的发展,显然在更多国家提升到战略层面。

4、1990年代-2000年代,新能源技术首次进行市场商业化时期:

  1996年,通用将正向研发的EV1电动汽车推向市场。这也是世界第一台符合商业社会发展的量产电动汽车。1997年,丰田第一代搭载油电混合动力技术的普锐斯上市!由于通用的电动汽车和丰田混动汽车都是以“第一台量产车”的身份亮相于世人。无形中留给了对这个全新市场并不了解的媒体与世人一个“混动技术丰田最强;电动技术通用最强”的印象。

  丰田普锐斯和通用EV1,是代表着混动技术与纯电技术市场化的重要车型。具备节能优势的普锐斯,同时摆脱了通用EV1的续航与充电时间长的短板问题。无疑,普锐斯在日本、美国以及欧洲市场的热销,与通用EV1和其他同类型电动汽车因为触动了美国石油大佬们与政府的既得利益被迫收场形成了鲜明对比。这一结果,并没有降低通用对电动技术的研发热情,反而看到了混动技术在当时环境下的适用性。

5、2000年-2010年代,新能源技术军用化与民用化开拓时期:

  历史总是惊人的相似,德国国防军GeFas(柴电混动技术)、韩国“影子”(柴电混动)、日海军苍龙潜艇和陆军混动突击炮,美军ULV(柴电混动)已经使用上新能源驱动技术的全新装备,或开始测试或开始设计或开始验证。

  日本海军的苍龙级潜艇具备了ATP效能后,即可对电动机、电池和控制系统进行更高层面的技术研发。第二代普锐斯在强调汽油机满负荷工况下的使用率,从镍氢电池换装锂电池,并具备升级不同驱动效能的综合管理系统。这一模式,顺理成章的被应用在日本海军苍龙级潜艇的改型计划中。

  美军在阿富汗、伊拉克战场已经开始对ULV油电混动装甲车进行多年实战测试,这款混动装甲车应用的正是通用提供的电池组件与控制系统。

  美军“陷入”伊拉克、阿富汗以及中亚地区的反恐战争时,这一跨越多种气候环境,与不同级别的对手绞杀的战场,为美军高密度、大规模集中测试众多使用C4ISR(指挥、控制、通信、计算机、情报、监视、侦察缩写)、新能源、无人驾驶等新技术的绝佳时机。

  此时,日本丰田第二代普锐斯,靠性能优势继续巩固市场地位。通用在持续投入研发电动技术时,突然推出了第一代采用增程式混合驱动技术的沃蓝达(2007年概念车亮相)。从技术层面上看,沃蓝达不仅具备电动汽车的“无污染、零排放”特征,又可使用汽油机(多种燃料)-发电机-电动机的更高效的驱动模式,在续航里程、节能和环保层面进行有别于普锐斯系技术的商业应用。

  笔者在以往的多篇稿件中指出,最先进的技术往往首先应用于军用,其次在进行民用化。2008年美军M1A1坦克使用的燃气轮机换装增压柴油机+发电机+双电动机+超过240度电的电池组件+全新的控制策略。通用沃蓝达所使用的汽油机+发电机+电动机的增程技术和控制策略实际上就是这一技术的民用化技术下沉,通用与美国陆军一共改装了4台增程式油电混动M1A1坦克进行类实战环境的测试。尤其是针对电池组件的可靠性进行深入标定。在为期3年多的增程式混动M1A1坦克的测试中,通用直接掌握双电机协同运作、超过3种类型的动力电池的可靠性验证、电池组件的防护措施以及包括BMS在内的多种控制策略的技术状态。部分技术直接应用在随后测试的陆军用无人侦察混动6轮驱动平台以及2016年量产的凯迪拉克CT6 PHEV上,这款高性能的PHEV车型也是军事技术民用化最具代表的车型。高端新能源技术军用化,不仅为次一级军用装备量产提供优秀的技术支持,更为新能源技术民用化提供坚持的可靠的安全与性能层面的支持。

  在2010年之前,丰田普锐斯与通用沃蓝达成为全球市场上,直接抗衡的油电混动汽车。

6、2010年-2015年,丰田与通用针锋相对的全球厮杀时期:

  第三代普锐斯上市,丰田坚持通过电动机的辅助提升汽油机效率,在不具备插电能力前提下达到降低油耗目的。第二代沃蓝达完成技术标定,在增程式技术与多种燃料使用等层面,获得了美军的关注。并由此加速通用新能源技术军用化的推进速度。而第二代沃蓝达的插电功能、更长的纯电续航里程,则为通用在不插电混动技术、与纵置动力后轮驱动大型平台的应用,提供了可靠地技术验证。

7、2016年-通用系插电式混动技术,全面阻击丰田普锐斯系混动技术时期:

  第三代普锐斯上市以来,继续横扫全球市场。但是,中国汽车市场从2012年就酝酿着从传统技术向新能源技术的改革。2014年,中国确定了发展纯电动和插电式混动技术、整车和全产业链。经过1年多的调整,丰田在中国本土化制造搭载双擎技术的混动卡罗拉与雷凌,并以“零差价”状态与传统车型同期上市。

  通用在2016年下半年,将在中国市场推出非插电全混动技术的君越、迈锐宝XL,插电混动技术的凯迪拉克PHEV。丰田将会在2018年推出国产化的插电式油电混动卡罗拉,并与国产化的第四代普锐斯同时出现在中国市场上。

  至此,丰田与通用在新能源市场上的竞争,从全球市场转移至中国市场。而通用更是首次通过推出三款不同新能源技术级别的国产车型,力压丰田系混动技术。

笔者有话说:

  在过去近40年,日系丰田和美系通用之间的新能源竞争,其实就是一场影响全球新能源技术发展的缩影。无论哪种体系的新能源技术发展,都离不开不计成本的持续性资本投入。丰田在坚持节能为主的混动和燃料电池技术,与通用系的纯电动和混动技术,在不同时期又有所差别,又在某些时刻产生了交集。这种螺旋式的技术提升,始终依托实际的市场应用。

  中国发展新能源市场采用的是“政策在先、技术在后”的政策牵引模式。丰田与通用靠的是“技术再先、政策在后”的技术牵引模式。在技术储备上,丰田与通用的在此类技术都拥有超过40年的相关储备。相比较两个品牌在新能源技术上的长短板,并不能简单地用销量来体现。丰田普锐斯HEV车型搭载的THS系统由于成本优势,更适合市场大面积推广;而通用最新一代Voltec混动技术则可拓展性更强,适用于HEV/PHEV/EREV等形式,可以通过将PHEV移植到合适的国产化车型平台(或君越或科鲁兹),降低成本获得更具市场优势的竞争姿态。

  笔者认为,通用一旦“玩明白了”中国新能源市场规则,将会早于丰田推出更多插电混动技术,以合资品牌身份先入为主。起码在技术上,拥有长期技术积累的通用将会利用更可靠的结构,换取符合政策的混动性能。

关键字:丰田  通用  新能源

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/article_2016090816075.html
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