探访日本名古屋之三:丰田汽车混合动力技术

汽车最为核心的东西,既不是液晶屏,也不是互联网,而是动力与底盘方面的技术。在这方面,与某些厂家相比,丰田确实技高一筹,何出此言?请看本文。

在日本,丰田从事汽车制造,相对比较晚,在它之前的1910-1920年,陆续出现过好几个汽车厂,但普遍势单力薄,历经周折,没能直接传到今天,比如日产与五十铃的部分前身。

丰田汽车诞生后,也历经过许多磨难,磕磕绊绊,好不容易才逐渐壮大起来。这里面的原因是多元的,包括车型、能耗、售价、品质、性能,等等。其中的能耗、品质和性能,与技术直接挂钩。所以我认为,汽车厂若想长盛,技术是基础。

丰田喜一郎创建汽车部时,首先花大价钱建立实验室,从研究材料入手,就是最好的例证。

近几年我国汽车圈很热闹,不断出现“新人”,没错,电动车的结构确实比燃油车简单多了,但门槛的降低,并不意味着可以忽视技术,靠营销、靠包装、靠一些虚头巴脑的东西,也许能赢得一时,但恐怕很难长久。

那么,丰田汽车的技术,都留下了哪些发展足迹呢?

下图是1955年的皇冠。当时的轿车,还是非承载式车身结构——车身下面有个底盘,发动机、变速器、车轮和油箱,都装在底盘上,如果在方向盘那装个板凳,人坐上去,就能把它开走。

非承载式车身结构应用了很多年。如今,除了货车和越野车(真正的越野车,不是SUV),已经很难再见它的踪影。

从20世纪70年代开始,为了降低成本、降低车重、提高燃油经济性,乘用车开始大范围改用承载式车身结构,这种结构没有独立的底盘,原本底盘的职责由车身兼任,车身与底盘合二为一。比如下图中的这辆卡罗拉。

在承载式车身结构当中,车轮通过悬架,直接装在车身上,发动机和变速器也是如此。

同样是在20世纪70年代,丰田又逐步应用了前驱技术、三元催化技术和电喷技术。

20世纪80年代,丰田开始使用电子技术防止碰撞,以提高汽车的安全性。

20世纪90年代,丰田推出世界上第一款量产的混合动力乘用车——普锐斯。

普锐斯的燃油部分是1.5升发动机,靠行星齿轮将2台电动机与发动机相连,每当减速、下坡和刹车时,通过电机发电,把电存在镍氢电池里,等到起步和加速时,再将电提供给电机,再加上电动变频空调、轻量化设计以及动气动力性能等原因,百公里最低油耗3.57升。比同期燃油车低2倍,且在电机助力下,起步更敏捷,加速过程更流畅。

由于理念先进,技术先进,第一代普锐斯在1997-2003年,全球销售12.3万台。

到了2003年,第二代普锐斯上市,它在电控单元方面有所提升,电压升高,驱动电机的功率提升1.5倍。第二代普锐斯从2003生产到2009年,曾于2006年进入我国,国产后因为20多万元的价格以及理念超前等原因,销量不佳。

第二代普锐斯的内燃机还是第一代上的1NZ-FXE发动机,电机输出功率提高至50千瓦,百公里最低油耗降低至2.8升。

2009年,第三代普锐斯上市,丰田在研发过程中,创造出100多项专利技术,比如电子水泵,使之成为第一款无皮带传动的量产车。第三代普锐斯生产到2015年,期间还出现了插混版,全球销售168.8万辆。

它的燃油部分变为新开发的1.8升内燃机,型号2ZR-FXE,最大功率73千瓦,电机最大功率60千瓦,增加可以放大电机扭矩的齿轮组,变速器依旧是前两代应用过的CVT,动力电池也依然是镍氢电池,但功率升高,百公里最低油耗2.63升。

第四代普锐斯的生产周期是2015-2023年,它的发动机热效率为40%,这是当时的全球最高纪录,百公里最低油耗2.45升,1升油最多能跑40.8公里。

第四代普锐斯的的动力电池,分为镍氢电池和锂离子电池,前者由168个电池单元组成,后者是56个,容量8.8千瓦时。

在2023年,第五代普锐斯上市,分为2.0插混、2.0混动和1.8混动。其中,2.0插混系统功率164千瓦,电池容量13.6千瓦时,纯电续航94公里,百公里加速6.7秒,最高时速177公里,百公里综合油耗2.0-2.2升,在欧洲起步价4.5万欧元,高配车型接近5.3万欧元(折合人民币34万元和40万元)。

2.0混动最大功率144千瓦,百公里综合油耗3.8升;1.8混动最大功率103千瓦,百公里综合油耗4.1升。至于时下流行的语音控制、驾驶辅助,它同样一应俱全。

自1997年至今,5代普锐斯的全球销量已达500多万。这个成绩或许可以说明,丰田的技术思路是对的。

仅从环保角度,降低排放对于内燃机来说,终究会有个上限,要想从根本上解决,唯有放弃内燃机,改用其它动力。虽然在实验室里,各种创造层出不穷,但能商品化、且具备实用价值的,几乎一个都没有。

所以,在真正的新能源诞生之前,人类需要一个过渡,混合动力,是目前已知的最佳过渡方案。它一方面能够继续保持内燃机的便利与便捷,另一方面,又能降低排放。

毕竟,环保虽重要,人类需求更重要,为环保而放弃需求,几乎不可能。许多事儿只能是相对而言,不能搞绝对。

那么,电动车呢?

靠电机驱动的话,优点最多,比如结构简单、维护简单、技术门槛低、平顺性好、效率高、易拓展,等等。这些优点是人们在100多年前就知道的,由于电池技术的制约,在百年前的自由竞争中,输给燃油车。

丰田汽车刚刚建立后不久,就在1939年成立了蓄电池研究所,试图让电池能够满足汽车所需。如今,丰田已经宣布,将在2026年开始生产固态电池,2030年进入大规模量产。据说,这种电池的安全性,远超眼下的液态锂电池,且充电只需10分钟左右,续航可能是1000公里。

固态电池就是新能源吗?未必。

半个世纪前的科幻小说,所描述的景象,有些已经出现,比如人工智能,有些则依旧在探索中,比如新能源汽车。人类虽然早就知道未来世界的交通工具要靠电,但电从哪来,至今还没有明确答案。

虽然现在街上有许多电动车,续航里程也有了大幅提升,但距离完全满足需求,还差的很远,所以,人们仍然处于探索阶段。

2014年,丰田推出世界上第一款燃料电池车,2022年又推出第二代。

它由燃料电池、动力电池、电动机、控制单元和储气罐等组成。使用时,氢气在燃料电池里,与氧反应,生成电和水,水排出车外,电用来驱动。减速与刹车时的能量,被存储到动力电池里。目前的性能是充气约3分钟,NEDC续航781公里。

虽然看上去很棒,可在制氢、储运、安全、原材料等方面,面临一大堆难题,能否成为未来世界的新能源,眼下还不好说。

截止2024年,汽车问世仅仅138年,造车大厂的人们,对技术的追求,几乎一刻也没停。

正是由于他们以务实的心态钻研技术,才让咱们家里的汽车,变得越来越好开,越来越舒服。


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