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新能源汽车领域的致敬对手,成强大自己

速电快保汽车蓄电池   2017-02-09 07:00:03

  本文是驾仕派的原创文章,来自撰稿人Jasmine Lee。

  虽然我们常把新能源挂在嘴边,但新能源其实一点都不新。如果你把新能源归结为纯电动汽车,那么它的起源甚至比传统内燃机车都要早,如果你把新能源归结为混合动力,那也至少可以追溯至六十年前。

  不过,说起近现代新能源的发展,那真像是一部百转千回的小说。两大汽车巨头——通用和丰田,数十年来在新能源领域的比拼,可谓是汽车江湖里一场酣畅淋漓的“林李大战”。

  你是纯电动,我是混动

  时间进入20世纪末期后,美国人民率先意识到周边环境在慢慢变差,富庶的加州地区竟先后爆发了多次光化学污染事件。于是,人们把枪口对准了汽车尾气。加州空气资源委员会(CARB)更是受到了来自联邦环境保护局(EPA)的压力,决定在下一个十年计划中,尾气零排放车型要占总汽车销量的10%。

  遇此情形,通用率先于1990年在洛杉矶车展上发布了一款名为“冲击”的电动概念车,一举轰动了全球。通用认为纯电动汽车可以有效解决目前汽车尾气污染问题,而“冲击”也因此成为现代汽车工业史上辆纯电动汽车,瞬间成为了全行业的旗帜。“冲击”净重998公斤,完全依靠电池从静止加速到96公里/小时只需7.9秒,续航超过200公里。这让当时负责环保工作的官老爷们十分高兴。

  1996年,通用量产了这款纯电动概念车。量产后的车型命名为EV1,该车保持了子弹的形状,风阻系数达到了空前0.19。为了控制重量,通用在EV1上使用了大量铝合金车身、采用了更高级的黏贴工艺,甚至用了很多复合材料。为了增加巡航里程,通用也十分先见性的在EV1上使用了可再生刹车系统,这样一来,EV1在原有基础上又可以增加16公里的续航里程。EV1用实力奠定了它在历史上的地位。

  不过,对于EV1解决环保的思路,丰田可不这么认为。丰田认为纯电动汽车需要解决的问题还很多,人们也更需要传统驾驶风格的汽车,加上日本本身没有严重的环境问题,反而是他们的资源匮乏问题更加明显,于是丰田决定制造一款省油的混合动力车型。

  在通用发布纯电动EV1之后一年,这款丰田打造的款混合动力车型普锐斯上市了。普锐斯在传统发动机的基础上增加了两台电机和一套行星齿轮结构。两台电机中的一台可以在充电和驱动之间来回切换,另一台主要用于驱动车辆,发动机依然是驱动车辆的主动力,行星齿轮则取代了传统变速箱。如此一来,一台电机会在车辆制动、减速时回收能量,并传输至电池。当车辆需要能量时再从电池中释放出来,终也起到了提升燃油经济性的目的。

  美国政府出卖了通用

  通用发布的EV1一经面世,受到了美国人民的广泛好评。炫酷出色的驾驶体验,悄无声息的加速表现,一尘不染的排放指标,EV1成为了那个时代的明星。《阿甘正传》主演汤姆?汉克斯曾在电视访谈里提到“拯救美国?我只需轻轻踩下EV1的油门,已经是在拯救了”。

  随着EV1纯电动汽车走进千家万户,美国的石油巨头们开始不乐意了。如果任由通用推动纯电动的计划,那么美国石油巨头的未来将如何保证。为了石油能源绞尽脑汁的美国政府又该如何向支持他们的石油财阀们交代?于是,受石油财阀控制的美国政府开始向加州政府施压,“零排放汽车占比”的政策竟然出现了松动。

  政策松动对通用可以说是灭顶之灾。没有政府的支持,配备大容量电池的EV1无法享受政府补贴,通用无法降低销售价格。没有政府支持,单靠通用一己之力无法推动纯电动汽车配套设施的建设。纯电动EV1像是走进了一条死胡同,求生不得,求死不能,更可气的是美国人民还如此热爱着这部表现优异的纯电动汽车。

  企业终归是要生存的,EV1在加州补贴的取消让通用蒙受了巨大损失,终通用不得不在2003年停产了这部革命性的纯电动汽车。然而,正是这一停产决定把通用推向了美国人民的对立面,他们认为是通用自私地和石油企业勾结,置环境问题于不顾,损害了人民的利益。克里斯?佩恩是位EV1的粉丝,在EV1被通用回收之后,克里斯?佩恩拍摄了一部非常著名的纪录片《谁杀死了EV1》,向通用发出了抗议。

  这种情况下,2000年方才进入美国的丰田普锐斯轻松成了美国人民的新宠儿,人们开始“痛恨”通用公司,而丰田公司也乐得如此,宁愿忍受前期小规模亏损也要树立环保节油的品牌形象。于是,丰田在2003年在美国赢得了“环保卫士”的称号,而通用则成了那个不受待见的“资本家”。

  通用大佬们很恼火

  空有一身武功,却无处发泄,因为政府的软弱,通用被逼停产纯电动EV1,消费者的不理解反而让通用成为了“罪人”,丰田平白无故在美帝捡了一个“环保卫士”的称号,通用是受了一脸的委屈。是可忍孰不可忍,通用的大佬们一个个开始愤怒了,恼火的当属通用副总鲍勃?卢茨。

  鲍勃?卢茨内心比谁都明白,如果比技术实力,这个世界上还没有通用的对手。通用对混合动力的研究比丰田不知道要早多少,1969年通用推出了世界上款混合动力车型。他在董事会上不止一次的提出“通用一定要拿出的混合动力技术,重新赢回消费者的认可”。

  2003年,是通用停产EV1的年份,也是丰田混动赢得美国人们芳心的年份。这一年,通用联合宝马、克莱斯勒、戴姆勒等企业,提出将两个或三个行星齿轮集成在一起形成传动系统的设想。两套行星齿轮分别配合高低速,甚至可以多增加一组行星齿轮,兼顾发动机和电机负载,让动力输出更平顺,而且也更灵活、更开放。这种思路后来被命名为“双模混动系统”,通用准备以此抗衡丰田混动,这一技术在2007年获得Automobile Magazine年度汽车科技大奖,也成为通用汽车Power Split(动力分流式)混动技术区别于其他任何一家企业的关键因素,后来推出的凯雷德双模混合动力车型即为这一技术的衍生产品。

  与此同时,通用在原来“双模混动系统”上更进一步,提出了“E-F l e x概念”。E-F l e x概念被誉为“真正改变了汽车的DNA,是驱动汽车行业进入电气时代的先驱”,“E”代表电力驱动,“F l e x”代表不同的电力来源,可以是汽油、乙醇、生物柴油也可以是氢气。E-F l e x是非常灵活的二次能源转化方案,这种想法给了通用更大的想象空间。在这种思路的影响下,通用结合早期“双模混动系统”,在双行星排双电机和三行星排双电机上进行了更深入的研究,在动力分流上不断优化,终形成了通用汽车新能源电驱驱动平台。

  有了设计思路和方法,鲍勃卢茨迫不及待的说服董事会支持这一决议。取得董事会的认可之后,鲍勃?卢茨要求这辆车必须在两年内完成概念车和量产,于是2007年推出了搭载E-F l e x系统的概念车沃蓝达,但人算不如天算,2008年通用经历了公司创办以来的严重一次危机——破产,也因此导致了沃蓝达直到2011年才正式上市。通用在混合动力上完全是在和时间赛跑。E-F l e x系统也逐步发展成为了Voltec混动系统,由一个小排量发动机为电动机提供电能驱动车辆前进。

  丰田混动迎来瓶颈

  在通用如火如荼将一代混动车型推向市场时,丰田却正享受着市场的红利。通过三到四年的时间,丰田完全夯实了其在混合动力领域的标杆形象。可是,丰田混动在美国也并没有在销量上取得质的提升,原因和多年前通用如出一辙,以一己之力艰难推动混动的发展。

  在这段时间里,丰田的混动系统遭遇了它的瓶颈期。美国公信力的《消费者报告》在一次测试普锐斯电池性能衰减的实验时,将一款2000年生产的代普锐斯和第三代普锐斯对比进行了油耗测试,终发现代普锐斯的油耗水平仍能达到第三代普锐斯的水平。这个实验虽然证明了普锐斯历经十年电池没有出现衰减外,也侧面反映了经过十年的发展,丰田混动在经济性上并没有太多的提升。

  其实说起来,第四代普锐斯诞生后,丰田混动在油耗上的提升也十分有限。这是因为丰田“双擎”系统主要还是依靠发动机,尤其在高速情况下,也仅由发动机工作,本质上还是传统内燃机车,只是丰田尽量让发动机维持高效罢了。丰田精妙的地方还是那套行星齿轮,这套行星齿轮可以平滑的实现动力分流,也因该系统的局限性导致后面推出的混动系统无法有大的突破。原因在于丰田的这种单排行星齿轮的设计方法,让它的电动机无法更加充分的调节发动机转速。

  这给了通用“可乘之机”,因为通用正努力研发新一代双排行星齿轮的混动结构。2015年,通用Voltec混动系统迎来第二代。通用在代Voltec的基础上增加了一台电动机,发动机和两台电动机之间通过双行星排搭配,实现了四种模式:插电式混动、纯电动、混合动力和增程式。于是,沉寂八年之后,丰田混动的竞争对手来了。

  丰田混动的竞争对手

  通用第二代Voltec系统采用两台大小功率不一的电动机,与双行星齿轮结合。低速时通过小功率电动机调节发动机转速,另一台电机根据工况在驱动和能量回收之间不断切换,反之亦然。这样的优势在于,两台电机通过相互配合调节发动机转速的范围更大,适应工况更多,更加高效,经济性也更好。

  这种理念让通用混动和丰田混动完全呈现了两条道路。丰田混动趋向于以发动机为主,不断优化燃烧效率,而通用混动则完全继承了E-F l e x理念,以驱动电机为主,发动机在混动系统里只是驱动电机的辅助。

  这给了通用未来动力总成一些启示。2016年,通用正式将汽车动力总成部更名为通用汽车全球驱动系统部,这意味着通用不再依靠单一传统内燃机,而是把重点放在了所有的驱动系统上,大大扩充了动力类型,使生物能、光能未来在汽车上都可以有用武之地。

  难道丰田混动没有优势了吗?并不是。丰田的优势主要在普通混动上,丰田THS系统已经相当成熟,成本也被大大降低,逐渐国产化并搭载在卡罗拉和雷凌上。总体上来看这套混动系统并不需要大容量电池,车辆制动能量并不高,因此在发展插电式混合动力上,丰田出现了一些不适应。以量产的普锐斯PHEV为例,丰田只是增加了电池容量带来更长的纯电续航里程,额外加装了充电口。我们几乎可以认为丰田THS系统更注重HEV的使用,而对于PHEV,丰田其实也才刚起步。

  通用一代模块化电驱系统采用双驱动电机配合双行星排或三行星排之后,优势完全不一样了。即将上市的君越HEV和迈锐宝HEV全混动是第二代Voltec电驱系统前驱平台下的产品,两者系统几乎一致。依靠一台1.8L缸内中置直喷发动机,两台驱动电机和双行星排可以根据高低速出现不同的搭配。

  至于凯迪拉克CT6 PHEV,这是一款第二代Voltec电驱系统后驱平台的产品,拥有18.4kWh大容量电池,三组行星齿轮、两台电动机以及一台2.0T SIDI涡轮增压发动机。这台车实现了四种EV模式四种EVT模式以及三种固定速比模式,还因为通用第二代大容量锂离子电池技术的加入,可以在纯电模式下行驶80Km。

  凯迪拉克CT6 PHEV与两款HEV不同之处在于它是后驱,驱动结构中多一排行星齿轮造 Performance Hybrid选择。这套行星齿轮其实是为大容量电池设置的。电驱系统可以通过行星齿轮组设置固定齿比,在不同工况下组合出更多高效输出模式,兼顾发动机和电动机,让动力分流更加平顺如水。当然这也正是Voltec系统可拓展性更强比THS系统更适合PHEV的原因,它在设计之初已经考虑到了发展HEV/PHEV/EREV多种形式的新能源车型。

  总结:

  通用和丰田作为世界上的两个车企巨头,为世界消费者贡献了很多优秀的新能源车型和新能源概念,汽车工业也正是在这样不断的相互竞争中朝着“节能环保”的方向发展。虽然两者在混动领域拥有的专利是旗鼓相当,但通用和丰田在新能源哲学理念上的不同终仍然会形成差异。通用Voltec系统更强的拓展性和对更多种类新能源的接纳能力,让通用电气化驱系统的未来更加被看好。未来,我们希望看到更加出色的新能源解决方案,在新能源汽车“林李之争”中,致敬对手的方式是超越对手。

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