丰田被美国人“忽悠”,THS混动意外走红

先说几句题外话。我们今天讨论混动技术,谁家优谁家劣,实际上涉及到三个逻辑:技术逻辑、实用逻辑和商品逻辑。观察混动技术100多年的进化之路,这三个逻辑会渐渐清晰起来,哪种混动更先进,自会了然于胸。

全球范围来看,丰田依然把持着混动车型销量老大地位,近半年卖出了180多万辆混动车;而自1997年普锐斯上市以来,丰田的混动车已经卖了2000多万辆。

▲现在售出的丰田车中约有35%是混动

鲜为人知的是,丰田30年前投入巨大精力研发混动技术,在很大程度上是被美国人“忽悠”了;而虚晃一枪的美国汽车公司也没有料到,日本人居然真的把混动车大规模量产,并一举成就了在混动领域的霸主地位。

再度败给燃油车

上回说到,在100多年前的上世纪初,早期汽车混动技术灵感大爆发,串联、并联等流派都粉墨登场,但终究时运不济,在1920年左右归于沉寂。

长达40余年的静默期过后,到1960年代,混动技术又开始被唤醒。

为应对严重的空气污染,美国等国家60年代开始相关立法,汽车尾气排放被公认是罪魁祸首之一,自然也被纳入监管。西方汽车厂商开始想办法应对,除改进燃油车外,电动、混动技术的研发也陆续重启。

1968年,通用汽车向媒体展示了一款概念车GM XP 512,这款小车模样像个摩托车头盔,有汽油、纯电和混动三个版本,其中混动版本装备了0.2排量发动机和直流电机。

大排量V8横行的年代,美国人居然设计出如此迷你的汽车,看来,当时降低汽车能耗的办法实在不多。

▲通用GM XP 512有多个动力版本

1977年,丰田在东京车展上展示了一款Sports 800的混动版,由小巧的燃气轮机发电来驱动,属于串联式混动。

▲丰田Sports 800装备了燃气涡轮机

这些混动车都停留在了概念阶段,一方面是技术不成熟,更重要的原因是汽车厂商高度依赖燃油车,仍然把宝押在了发动机的技术升级上

法规要求大幅降低汽车污染物的排放,汽车厂商采用了两种应对策略:一种是“前处理”,通过改善发动机的燃烧来减少污染物;另一种是“后处理”,在排气系统中拦截污染物。

看上去严苛的法规很快就被燃油车突破,本田1972年推出的CVCC发动机通过稀薄燃烧技术排放达标,这一技术被授权给丰田、福特等厂商;而从1975年开始,美国制造的大多数汽车都安装了净化尾气的催化转化器,也就是今天我们熟悉的三元催化器(最近一两年又多了个颗粒物捕捉器)。

▲1975年的雪佛兰汽车广告特意强调了催化转换器

既然燃油车也能“过关”,混动技术再度被汽车厂商们束之高阁了

失意的“混动汽车之父”

2005年,美国人维克多·沃克(Victor Wouk)去世时,美国主流报纸纷纷发表纪念性报道,并尊称他为“现代混合动力汽车之父”。

即便是在沃克开发出混动汽车的1974年,他也没有在媒体掀起什么波澜,事隔30年后被如此高调称颂,一个重要的背景是:丰田的首款混动车普锐斯2000年在美国上市,随后几年中大获成功,成为环保汽车的代名词,而普锐斯“使用了和沃克混动车相似的原理”。

美国人早就入局,也制作出了非常不错的混动原型车,结果,最终胜出的却是日本人。媒体“借题发挥”,以怀念沃克来表达对美国汽车业的失望。

沃克是一位电气工程师和企业家,在1960年代,他创办的企业主要业务涉及电能转换和功率半导体,在当时,电力电子技术尚处于起步阶段,沃克毫无疑问是这个领域的尖端人才。

当时美国各大汽车公司都在尝试开发电动汽车,沃克参与了AMC公司的项目。当时的电动汽车大多使用继电器、电阻等简陋的“土办法”来控制速度,沃克使用了更先进的电子控制。

但他很快意识到,这能让电动汽车开起来更顺畅,也能延长一点续航,但真正困扰电动汽车的是电池,除非电池容量能增加几倍,否则跑不了多远的电动车没有商业前景。

▲沃克为AMC开发的电动汽车采用了电子控制

1970年,美国通过《空气清洁法案》,要求大幅降低汽车污染物排放,联邦环保局为此启动了清洁汽车激励计划,鼓励汽车公司和发明家的创新设计。沃克觉得燃油车不可能达标,而电动汽车又不靠谱,唯一可行的就是把二者结合起来的混合动力。

沃克改装了一辆1972年款别克云雀轿车,去掉发动机舱里的V8发动机和变速箱,装进去一套新动力——由小巧的马自达转子发动机和电机组成。

这是一辆并联式混动汽车,在起步、加速时,电机可以辅助发动机来驱动汽车,从而让发动机在更节能的工况下工作;在减速和刹车时,电机还能作为发电机来回收能量,给蓄电池充电。

在独立实验室的测试中,这辆混动车表现很好,最高时速达到85英里(137公里),百公里油耗8.7升,在当时低到惊人。(1970年,美国汽车的平均油耗高达19.6升/百公里)

▲沃克改装的混动汽车油耗表现出色

然而,1974年联邦环保局对这辆车进行内部测试后,没有进一步扩大测试范围,沃克的混动汽车开发项目无果而终,他的云雀再也未能飞翔起来。

不过,沃克在混动领域确实功不可没,他率先引入电力电子技术来控制混合动力而电力电子,是日后电动和混动汽车最核心的技术之一

丰田被美国“忽悠”了

又是20年过去了,时间来到1990年代。

1993年,美国克林顿政府推出一个雄心勃勃的计划:新一代汽车合作伙伴关系(PNGV)。

这一计划,是把美国的实验室、大学、汽车公司联合起来,合作研究“超级汽车”,目标是把汽车油耗降到80英里/加仑(2.9升/百公里)。

丰田试图加入,成为“伙伴”中的一员。但这个计划隐含的一个目的,是帮助美国汽车公司与进口汽车竞争,“外来户”丰田自然被拒之门外

隐隐感到压力的丰田,很快提出了“G21项目”(意为21世纪的全球车),目标是开发出油耗降一倍的汽车。

美国的三大汽车公司,通用、福特、克莱斯勒,分头研发自家的“超级汽车”,而且不约而同选择了柴油混动方案,因为柴油发动机的燃烧效率比汽油机高,看上去更容易达到节油目标。到2000年,三大公司分别交出作业,在底特律车展上大张旗鼓地展示了各家的概念样车。

通用的概念车名曰Precept,前后轴各装了一个电机,柴油机可带动电机发电或直驱后轮;福特的Prodigy 用摄像头代替了车外后视镜,这个创意直到现在仍显超前;而道奇ESX为了减重,使用了铝合金框架和塑料车身。

▲福特Prodigy采用了无外后视镜设计

三款样车高调亮相,然后,迅速低调离场,从此销声匿迹

2002年,在花了超过10亿美元的联邦资金后,PNGV被布什政府叫停,取而代之的是更加雄心勃勃的新计划:FreedomCAR。因为布什政府认为不是汽车省不省油的问题,而是汽车根本就不应该烧油,所以,新计划重点支持的是氢燃料电池汽车。

是的,美国人其实打心眼里认为,混合动力是“多此一举”的过渡性技术,又有发动机、又有电池和电机,把两套系统搞在一起太复杂,也太昂贵,最终却还是要烧油。要想一劳永逸,要么上纯电,要么上氢燃料电池。

美国汽车三巨头根本没把混动当正经事儿,正如当时通用汽车负责人所说:谁会为省油去买车呢?

这是实话,1990年代美国的油价正值历史低位,汽油价格仅仅为欧洲和日本的三分之一。美国人只嫌自己的车气缸太少、马力太小,动力弱鸡的混动很难提起他们的兴致。

美国人好高骛远,口号喊得响,实际没把混动真当回事儿;美国人没当真,严重依赖美国市场的日本人却当真了,聚精会神开始研发混动技术。

首款大规模量产混动车问世

1994年2月1日,丰田的G21计划正式启动。

日本是个多山的岛国,能源和市场都高度依赖国外,日本汽车公司因此有一种特有的忧患意识。被美国的PNGV计划排斥在外之后,丰田高层痛下决心,要靠自己的技术把汽车油耗降一倍。

仅靠改进燃油车的发动机和变速器,根本无法达标,纯电和氢燃料电池技术的成熟尚需时日,混合动力成了丰田的不二之选。

丰田花了多半年的时间去寻找合适的混动技术,最终于1995年初确定了“行星齿轮组双电机”方案。

▲丰田混动系统的核心结构是一套行星齿轮(图来自丰田汽车网站)

这套两年后让丰田一战封神的混动系统,后来被称为THS(丰田混动系统)。THS很容易被误认为是丰田的原创,实际上,这套系统的基本架构在1969年就已成形,创意来自美国TRW公司动力部门的4位工程师,并于1971年拿到了专利。

THS的美妙之处,在于用一套行星齿轮组,把发动机和两个电机共三种动力源巧妙地融合起来。三者协调配合,电机(也可作为发电机)辅助发动机驱动,同时也能把发动机多余的动力转成电能,存到电池中。

丰田看到TRW工程师1971年发表的相关论文,如获至宝,而专利也于1988年到期,于是这种“行星齿轮组双电机混动”就摇身一变,被包装成丰田的独门绝技。

▲TRW公司工程师申请的混动专利图

当然,丰田也进行了大幅优化,三种动力源对应齿轮组的位置做了调整,更重要的工作是电池、电机的选型,电控系统的开发,以及混动系统和电池的管理策略设计。

也是合该丰田成事,到1990年代初,“三电”都有大进步:镍氢电池、IGBT功率半导体、稀土永磁电机均进入商用阶段,计算机技术也突飞猛进,各种因缘际会,成就了丰田THS。

到1995年11月,丰田只用了几个月就开发出了第一个混动样车;

1996年底,官方原型车开发完毕,进行了冬季测试;

1997年10月,丰田首款量产混动车普锐斯正式在日本发布——这也是全球首个大规模量产的混动车型。

好莱坞明星带红普锐斯

普锐斯先在日本国内上市,上市即引起轰动,当年就获得日本年度车。

▲初代普锐斯1997年10月在东京车展亮相

初代普锐斯性能平平(1.5升自吸发动机+30kW电机,动力表现跟当时1.0升排量发动机差不多),但确实很省油,第一代车型公布的油耗是28公里/升(约3.6升/百公里),仅仅是当时同级车的一半。

普锐斯1997年12月在日本开卖,第二年的销量就达到了1.8万辆。但真正火起来,还是要靠口号震天响,却从来没有真正重视混动技术的美国市场。

丰田被美国人“忽悠”,THS混动意外走红

2000年8月,被美国人“忽悠”出来的普锐斯登陆美国。刚刚亮相时,媒体还对它持观望态度,这款车油耗和排放确实很低,但动力平淡,而且售价比燃油车明显高,媒体的评价是:

“普锐斯让环保变得更容易,但这远非免费”。

但还是有不少美国人愿意为“绿色”买单,特别是好莱坞的明星们,一时间把低油耗的普锐斯当成环保旗帜,纷纷入手。普锐斯的早期粉丝不乏莱昂纳多·迪卡普里奥、麦当娜、哈里森·福特这样的超级巨星,明星们日常开着普锐斯出没,甚至把它当成出席奥斯卡颁奖典礼的专用座驾。

▲第一代普锐斯在奥斯卡颁奖典礼上大出风头

2003年,第二代普锐斯上市后,迅速成为爆款,销量仅次于凯美瑞和卡罗拉,名列丰田全球最畅销车型前三。

在普锐斯之前,本田首款混动汽车INSIGHT已抢先一步,于1999年进入美国,而且也取得不错的评价和市场反应。等美国汽车公司回过味儿来时,日本人已经占尽先机,留给他们的空间不多了。

▲本田初代Insight是一款双门双座小车,采用IMA并联混动

2004年底,通用汽车联合戴姆勒克莱斯勒搞了个“全球混动合作”项目,第二年宝马也加入,几家合作开发了一种混动技术,原理和丰田THS近似,不过机械结构上是更为复杂的两组行星齿轮。

福特则干脆用自家的一些柴油机专利技术,换来了丰田的相关混动技术授权。

后来的事实证明,在混动技术方面美国人错失良机,再也无力和日本人正面竞争。而丰田的THS混动技术几乎是一家独大,本田的IMA也被远远抛离。

不过,时过境迁,如今回头来看,丰田的THS固然精妙,但受困于“机械式混动”的局限,竞争力颓势渐显;而长久笼罩在丰田THS阴影之下的本田,另辟蹊径搞出的i-MMD居然柳暗花明;自2008年比亚迪的DM入局之后,又为十几年后的大变局埋下伏笔,DM-i带动插混技术起死回生,并就此进入全新的技术境界……

早期的混动,是为弥补电车和燃油车各自明显的缺陷,简称“查漏补缺”;1990年代开发的混动,是为应对能源和环境问题,简称“节能减排”;现在的混动又所为何来?混动100年中两度落败,为何现在痛击燃油车?下次接着聊。

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