毫无用处的汽车知识 篇三十五:汽车节能漫谈:混动历史
最近比较巧,一个朋友提了一台model3,另一个朋友提了一个理想one,群里天天就是各种混动大战,无论是混动车,电动车,归根结底还是为了省钱,所以关于汽车如何降低“能耗”我来写3篇文章简单介绍一下。这篇主要讲一下混动的历史。
世界上第一台“混动”汽车,丰田一直鼓吹是自己的普锐斯,保时捷拿出了100多年前的旧作说自己是第一个混动,然而有史可考的第一台混动车辆可以追述到1889年
1889年William H. Patton专利了一种混合动力车辆,同年他还专利了一种混动船,并只做了混动车的原型,不过这是一种轨道牵引车,采用了发动机发电,电动机牵引的串联结构,铅酸电池驱动,非常抱歉我并没有找到它的图片,因为该车辆只在1897年实验性的卖给了爱荷华州 Cedar Falls市的轨道公司几辆。
那么有人说了,轨道车不算,这下该轮到保时捷了吧?抱歉,真正意义上的第一个混动公路车辆,应该是由Armstrong Phaeton公司的Harry E. Dey为康涅狄格州的Roger Mechanical Carriage Company设计制造的。
这车看起来非常的。。。。古老,但是在当时却是“极其”先进的设计,由6.5L双缸汽油机驱动发电机发电。
电力储存在铅酸电池中,再由电动机驱动汽车。
甚至Dey还为这个车配备了3速变速器,因为当时汽车速度都不怎么快的缘故,这变速器甚至不需要壳子。
更加难能可贵的是,这车现在还有存货,且可以驾驶。
而且用的还是原装的动力系统,运行非常正常。至于价格吗。我查了一下,拍卖行价高达30万英镑。
2年后,历史的车轮终于转到了费迪南德保时捷这。我们抛开他为纳粹服务的事不谈,单论他从祖传铁匠铺到夜校毕业到一路成为机械设计大师,这段传奇经历还是值得肯定的,可惜的是他生在了德国,,这部分咱就不讨论了。
简单接说,13岁时爱好鼓捣东西的保时捷就搞出了动力电池组给自己和隔壁的商店供电,在Staatsgewerbeschule上夜校时成功的鼓捣出了轮毂电机改装到自己的自行车上上下学,这些努力引起了奥地利企业家Ludwig Lohner的注意,轮毂电机消除了当时孱弱的传动系统带来的动力损失,也不需要差速器,保时捷在Lohner的资助下开发出了代号为Semper Vivus的混合动力车,由两个单杠汽油机发电,推动2个轮毂电机驱动汽车。
1900年保时捷和Lohner带着他们的混动车参加了巴黎世博会,并开始正式销售。虽然他们的混动车辆一直销售到1915年,但是目前应该没有可以运行的原装车辆了。
所以保时捷在2011年复制了一辆Semper Vivus(拉丁语永生的意思),用于对抗普锐斯的碰瓷宣传。虽然保时捷也不能算是第一辆混动车,不过第一辆大规模量产混动车倒是可以。。。算是吧?
保时捷和Lohner的合作还制造过4轮轮毂电机版本的车型,那时汽车型号并没有分的特别具体,该款了还是用的老名字,保时捷也活跃在各种爬坡赛中,毕竟电机的低扭特性比内燃机要强很多。
得益于轮毂电机的优势,奥匈帝国在一战中的牵引火炮方面获得了巨大的成功,虽然保时捷的汽车事业因为高昂的售价暂时失败了,不过在军工领域保时捷开始展露锋芒。直到二战期间的各种坦克都有保时捷参与的设计,甚至190吨的鼠式坦克,都是电驱动的。
这没什么好奇怪的,电力驱动在低速运动方面确实有着巨大的优势,大如矿山卡车,甚至更大航母等等,都是电驱动的。
好了我们再回到混动这边,保时捷的成功打开了混动汽车的新世界,不过无论从汽车角度来说还是混动技术来说,Semper Vivus除了轮毂电机以外都是很落后的。1905年Henri Pieper设计的这款混动车,是首次搭载了动能回收装置,并且可以巡航充电。
不过Henri Pieper的车厂很快就倒闭了,下一个技术创新出现在1915年的伍兹汽车,这台名字非常直白的叫做dual power的汽车由4缸发动机和电动机同时驱动。
这是首次出现并联驱动的混动汽车,15英里以下时汽车由电动机驱动,15英里以上时由发动机驱动,不过因为当时低下的控制水平和制造水平,dual power只销售了600台就宣告停止。
1916年到1922年还有一个昙花一现的汽车品牌Owen Magnetic,生产了一些外观时髦的混动车辆
其混动技术依然是串联式混动,搭载动能回收和发电机/电机间离合器,这种集成式动力系统也是首次在混动车上出现。
随着变速箱技术的发展和发动机技术的发展,以及战争的影响,混动车辆进入了大约四五十年的沉默期。二战以后强烈的经济复苏和大量的军工剩余产能也导致汽车往越来越大,越来越猛的方向发展,混动方面的研究一直处于比较边缘的地位,比如通用的xp-512
这台实验性的混动车定位城市短途通勤,应该是收到了isetta之类的启发,其实也可以说是smart之类的微型车的鼻祖了。
xp-512还推出过xp512E纯电动实验版本,在25英里的时速下续航里程可达50英里。算上沉重的铅酸电池车重才只有500多公斤,其实嘛,就是个老头乐。
69年的通用XP-883试验车,采用了一个不到0.6L的航空引擎以规避各种排放法案,采用了先进的并联布局,低速用电机,加速油电配合,高速巡航使用汽油机,不过零百加速要尴尬的28秒。。。可以说是设计错了方向。
那时通用动力的首席科学家Victor Wouk可以说是混合动力先驱,或者教父级的人物了,1972年通用还改装了一辆配有21千瓦电机的skylark参加美国的联邦清洁能源刺激计划。不过可惜的是这个计划的负责人Eric Stork在1976年因为“偏见( prejudicial,法学大佬请告诉我这个怎么翻译)",被下马了。其实我查了查,大概就是eric和通用有内部的沟通,导致通用的混动试验车在这个计划里大赚特赚。
1973年石油危机,1975年咖啡法案,epa对美国汽车的统治时代拉开序幕,不过和排放比起来,日渐干瘪的钱包才是引导群众增强对小排量和低能耗汽车消费的利器。
混动汽车在沉寂数十年后,终于迎来了曙光,各大厂商纷纷加大力度投入混动汽车的研发中,比如1978年丰田的基于sport 800的燃气轮机混动汽车。这应该算是泰克鲁斯腾风的祖宗。
我猜丰田是不想用燃气轮机的,可是受限于当时内燃机的功率密度,想要追上主流车辆的性能也只能如此了。
欧洲这边,菲亚特属于混动研发比较早的厂家,1979年他们拿出了一台奇怪的原型车菲亚特131,这车直接取消了变速箱,发动机和电动机直接输入到一个液力变矩器里。当然,这只是实验性质。
1980年电气工程师David Arthurs首次在欧宝gt上实现了再生制动功能,将油耗做到了3.1l/100km的恐怖成绩,再生制动系统由Fritz Karl Preikschat于1982年专利,虽然这个专利并没有成品,不过后续混动汽车的120项以上的专利都有引用Fritz的专利。
1988年,首个无限接近于实用的混动原型车,阿尔法罗密欧33 Ibrida制造了3辆原型车,这台车可以以纯电跑到60公里每小时的时速,并且有5公里的续航,对于当时的混动车来说已经是非常厉害了。得益于三相异步电机的应用,甚至混动部分只增加了150kg的重量,其中110kg是电池。
1989年,奥迪发布了A100 avant duo,基于A100旅行版增加了混动功能,配有镍铬电池组和9.4千瓦的电机,2.3L5缸发动机驱动前轴,电机驱动后轴。不过原型车只制造了10辆。
1991年奥迪发布了duo2代,同样是基于a100旅行版,不过这次配备了21千瓦电机,并且使用了一个托森差速器联通前后轴。
1992年,宝马拿出了一台518iev prototype,这台车基于E34平台5系制造,采用了cvt混动,这与97年的”世界首台(注意引号)"混动车普锐斯的设计思路非常一致。
可惜这车并没有走向量产,不过这项技术催生了宝马的ActiveHybrid。
1992年沃尔沃拿出了他们最早的混动技术沃尔沃ecc,虽然现在沃尔沃的混动做的非常有特色,不过那时的沃尔沃采用了14年前丰田的路子,燃气轮机发电。
所以说这个应该算是腾风的爷爷辈儿,滕峰的父辈儿可以说是捷豹的c-x75,这应该是最接近量产的燃气轮机汽车了,可惜直到现在,燃气轮机汽车依然是谜一样的存在。
1997年,奥迪终于拿出了他们的第三代duo,基于b5的a4打造,这次终于算是正式量产了,这几乎也是欧洲唯一一个能量产的混动车辆,而对于奥迪来说,直到2008年的q7 hybrid为止,这都是奥迪唯一的一款混动车。
第三代duo发布的同年,初代普锐斯却已经开始了销售,普锐斯对市场的投放几乎如同炸弹一样,尤其是美国市场,在大家都还为如何将油耗降到10个而挠头时,一台百公里4.2(普锐斯有多种工况和计算方法的不同的油耗计算数值,普遍在4.2-5.4之间,宣传时肯定选最低的宣传咯)带来的反响可想而知。
虽然对于新技术的怀疑态度导致1997年普锐斯在美国只卖了300辆,不过良好的口碑,和非常真实的油耗,迅速引发了抢购热潮,2000年时普锐斯的年销量已经能有2万辆,2008年普锐斯全球销量破百万。2000年进入初代insight采用了一些极致减耗的设计,甚至油耗低至3.5L,更加丰富了混动车型的选择。
后知后觉的美国汽车品牌无奈只能采用专利互换的方式找回混动车的面子,比如05年福特用柴油发动机技术和丰田换来了混动技术,投产了自己的第一个混动车型escape。
欧洲的自研混动车辆起步就更晚了,奔驰和宝马共同研发的轻混在2009年才能拿得出手,奔驰装载了s400 hybrid上,宝马推出了activehybrid7.
而奥迪这边,05年发布了q7混动概念车,却因为各种原因没有量产,09年发布了q5 hybrid车型,本来首发时就准备一起发布,却因为电池碰撞测试问题一直拖到了2011年才得以上市。
后面的故事就简单了,混动技术白菜化,电池技术也白菜化,再加上政策引导,新能源车百花齐放,我们关于混动汽车的考古也就结束了。
下一期我们聊聊汽油机为了节能做出过哪写改进。
巴芒演义
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