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八重樫武久:技术竞争推動汽車产業进化

来源: 更新时间:2014-11-11 10:06:45 点击:
内容提要:直到现在,那個瞬间笔者都还鲜明地记着。当負责工厂检查、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。
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直到现在,那個瞬间笔者都还鲜明地记着。当負责工厂检查、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質量会议。
 
第二天,也就是12月10日,新款车从位于爱知縣丰田市西南的丰田高冈工厂下线,完成检查装上拖车,开始運往日本全国各地。这輛新款车,正是豐田以“我們趕上了21世纪”的广告语,在世界上率先推出的量產型HEV“普銳斯”。普锐斯帶著10·15模式28.0km/L的极高燃效登上了歷史舞台。
 
第一代“普锐斯”
 
笔者在第一代普锐斯的开發中擔任混合动力系统的开发主管,见證了量产的整個实现過程。对筆者而言,高岡工廠是个很有緣分的地方。建设该厂最初的目的是生产承载日本汽车化时代发展的第一代“卡羅拉”。而從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,混合動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。
 
時间过去了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,在接到投产指示的時候,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”雙马达式混合动力系统。这是一种利用行星齒轮,把发动机的输出分配给發电机和马达,再通过结合电池輸出,使燃效达到最佳的方式。除此之外,在累计销量中,还包括了比普銳斯先行一步,在1997年8月上市的微型巴士“Coaster Hybrid”;借助皮带传动的马達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”;以及在快递車使用的柴油发动机基础上安裝辅助马达的并联方式HEV。
 
其中,Coaster Hybrid是丰田推出的第一款HEV。这款HEV配备1.5L汽油发動机替代柴油发动機,使用发电机把发动机动力全部转换成电能,利用電能帶动驱动马达运转,属于串聯混合动力方式。所以,除了雙马达式之外,丰田其实还开發过很多其他方式,经历了数不清的尝試。
 
在开发普銳斯时,为了達成“燃效翻番”的宏伟目标,豐田對系统的理念進行了反复推敲。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,利用马达行駛”;“把减速时的再生发电提高到极限”;“在利用发動机行驶时,驾驶需要控制在燃料消耗量小的区域”;“即使牺牲最高輸出功率和最大扭矩,发動机也要追求高熱效率”;“需要以高压缩比、高膨脹比的阿特金森循环为基础,从活塞到阀门機构,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,丰田還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,稱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分类中并没有这樣的称呼。
 
海外企业看好燃料电池车
 
第一代普锐斯上市后,美國通用汽車、美国福特汽车(Ford Motor)、德國戴姆勒在众多场合宣稱“新的主流將是燃料电池车(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“過渡技术”,已經時日无多。
 
鉴于此,丰田、日產汽车、本田等日本企业为了在FCV上与欧美企业一较高下,纷纷著手开发FCV。丰田的策劃部门也傳出了制造新一代FCV普銳斯的声音,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,純电动汽車(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,似乎還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,即使通過法律规定強制推广,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、易用性等達不到要求,而且價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”、三菱汽車的“i-MiEV”、日产的“LEAF”(中国名:聆风)、德國宝马的“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,从中可以感受到開发工程师对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驶,尝试进行快速充電,笔者感受到了LEAF作為汽車的出色之处。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決的技术課题也趋于明显,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完全让人提不起评論的兴趣。這些EV有的公开销售,有的不公开,LEAF之所以在EV销量中夺得冠军,是因为多数用户都感受到了LEAF在志向上与其他EV的差异。
 
有无补贴、使用公共费用建设快速充電器网——总而言之,没有政府補助的投入,新一代汽車就无法独立。笔者不否认EV作为市內短途出行、購物專用汽车的作用,但还是觉得在投产之前,似乎缺少了对于車辆和基础設施的费用由誰承担、EV为何存在的探討。包括把EV接入电网的智能电网、向家庭供电的V2H(Vehicle to Home)在內,我们现在是否是应该清醒头脑,對EV进行重新審视?
 
“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(插電式混合动力车)的CO2减排效果与强HEV基本大差不差。美國和德国也同样如此,在以煤炭火力发电为主的中國和印度,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。美国的一位记者說,EV是“Emission elsewhere vehicle(在其他地方排放尾气的汽车)”,對于這句话,笔者疑神疑鬼。
 
要想真正减轻来自汽车的環境負荷,那就需要讓更多的用户开上环保车。在日本,享受补贴和优惠税制的普銳斯克服市场原理、經济原则的高难度課題,总算來到了有望担任主角的位置。然而,海外的情况却并非如此。在美國,2012年,“电动汽車三兄弟”HEV、PHEV、EV的份額虽然達到了3.4%,但整体数量依然偏少。在欧洲,包括启动本地化生產在内,虽然也有增长趨勢,但因為缺乏强劲对手,份額增长并不算大。
 
技术竞争推动汽車进化
 
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”使用铝框减輕车体重量,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,但即便是在當时,也沒有人把Insight當成普锐斯的对手。开发者似乎也曾公开表示,Insight无视利润,采用了徹底实现轻量化、降低了空气阻力的车体,是追求燃效的“特殊答案”。
 
从Insight开始使用的單马达式并联混合動力系统“IMA(Integrated Motor Assist)”,后来還得到了“思域混合动力车”、第2代Insight等众多汽車的采用。但是,或许是因为第一代Insight耗費的成本过多,受其影响,IMA方式的HEV無法配备高价位系统,似乎避開了與THS的正面交锋。在市场上的结果不言而喻。
 
不过,2013年6月,采用双马達式的新款“雅阁混合動力車”帶着30km/L的JC08燃效打入了市場(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。要想實現燃效最高的强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,切断并联支路的離合器和再生制动系统不可或缺。
 
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相同的马達与发电机相結合的高电壓驱动也是必然。不过,对于這款汽车,笔者还是打算在認真试驾,了解混合动力系统的各个设計细节之后再做详細评价。对于各种行驶状态下的实际燃效、需要直接感的电CVT方式的調整水平、在故意刁难的驾驶中离合器切換串并聯的情況,笔者準备实地、实物、实车进行確认。
 
本田“雅阁混合动力车”
 
除此之外,笔者还十分关注即将登場、配备7速DCT(Dual Clutch Transmission)与单马达相結合的新混合动力系统的新款“飛度”。JC08模式燃效为36.4km/L,超过了现在燃效第一的丰田“Aqua”。隨着雅阁混合動力车和飞度混合动力車的登场,混合动力竞争时代有望正式拉开战幕。 
 
面对強劲对手的登场,丰田开发团隊应该不会作壁上观。筆者还在丰田工作的時候,在开发中一直以“对日產、本田寸步不讓”为理念,对于德国大眾、戴姆勒和宝马,也秉持着对抗意識。强劲的对手与你追我趕的技术競爭是推动汽车进化的動力。
 
丰田的新款“皇冠”、新款“雷克萨斯IS混合動力车”虽然也銷售情况上佳,但面对重新振作精神的本田HEV的攻勢,丰田估计会以新款普锐斯打前阵,凭着名副其实的混合动力车“ReBORN”发动一轮盛大攻势。
 
當然,日產等企業正式踏上HEV战場也令人期待。筆者坚信,從日本起飞的HEV将成为世界市场上低CO2車的引领者,支撑起个人自由移动——个人交通工具的发展。
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