1

В ПРЕСЛЕДВАНЕ НА СЪВЪРШЕНСТВОТО

ИЛИ КАК TOYOTA ПРЕВЪРНА ХИБРИДИТЕ В ЧАСТ ОТ НАШАТА РЕАЛНОСТ

ИСТОРИЯ,ТЕХНИКА,ДИЗАЙН, ЛИЧНОСТИ

2

3

В края на 1995 година, шест месеца след като отговорните фактори в Toyota правят революционна стъп-

ка, давайки зелена светлина на проекта за хибриден автомобил, и две години преди планираното начало на неговото серий-но производство, работещите по проекта специалисти попадат в задънена улица. Прототипът просто не желае да потегли, а реалността се разминава категорично с виртуалните компютърни симулации, съгласно които системата би трябвало да функционира безпроблемно.

Екипът на Такеши Учиамада, вложил в това начинание неоценим човешки, техноло-гичен и финансов ресурс, е принуден да се върне в изходната точка и да преразгледа ця-лата си стратегия. Инженерите запретват ръ-кави и се впускат в денонощни изчисления, конструктивни промени, прекалибриране, писане на нов управляващ софтуер и прочее неблагодарни занимания в продължение на цял месец. В крайна сметка усилията им са възнаградени, но радостта трае кратко – ав-томобилът изминава няколко десетки метра, след което отново излиза от строя.

ЕКИПЕН ДУХВъпреки своите несъвършенства двигателят с вътрешно

горене продължава да играе главна роля в автомобила. Засега електрозадвижването не намира значимо място под слънцето

като солов играч, но работата в екип за пореден път дава отлични резултати. Един разказ за високия дух, упоритостта,

преследването на мечтите и целите, за хибридите и потенциала, който се крие в това съчетание.

4

По това време Toyota отдавна е ав-томобилен гигант с утвърден имидж на производител на висококачествени автомобили и провалът в едно толкова амбициозно ново начинание е просто не-мислим сценарий за компанията. Нещо повече – демонстрацията на технологи-чен потенциал и финансова мощ е основ-на част от замисъла на хибридния про-ект и маркетинговите стратези не могат да си позволят отстъпление пред заложе-ното от самите тях предизвикателство.

По принцип цялата идея за хибридната разработка е нетипична за духа на Toyota, която по това време е известна повече със своя консерватизъм, отколкото със стре-меж към новаторство. Стилът на компани-ята от десетилетия е подчинен на уникална философия, включваща внедряването на доказали ефикасността си производстве-ни и маркетингови модели, тяхното адап-тиране, развиване и усъвършенстване. Комбинацията от тези методи, съчетана с традиционния японски дух, дисциплина и мотивация, довеждат до съвършенство про-изводствените методи на островния гигант и го превръщат в еталон за ефективност. В последните години обаче сред ръко-

водството на Toyota се е формирала нова визия за бъдещето, съобразена с новото самочувствие на глобален играч, устремен към върха на автомобилната индустрия, а създаването на хибриден модел следва да изиграе ролята на първата голяма крач-ка в амбициозната задача за изграждане на авангарден и по-разкрепостен имидж. Желанието за промяна форсира процеса, което на свой ред натоварва развойния ка-пацитет на фирмата до краен предел. Пър-вият Prius се ражда в танталови мъки, а екипът на неговите създатели се сблъсква с неподозирани препятствия, изненадва-щи трудности и мъчителни технологични загадки. Разработката и проектният етап са скъпоструващи експерименти, съпро-водени от множество грешни стъпки и недостатъчно прецизни инженерни реше-ния, довели до огромен разход на време, усилия и капитал.

В крайна сметка обаче целта е постиг-ната – авангардният хибриден Prius изи-грава очакваната роля на маркетингов ка-тапулт, който успява да превърне Toyota в технологичен пионер и да разбие консерва-тивния имидж на компанията, създавайки около нея изцяло нова високотехнологична

5

аура с подчертан „зелен“ акцент. Разработ-ката на първото поколение струва на Toyota колосалната сума от един милиард долара, поглъща огромен инженерен потенциал и подлага на изпитание упоритостта, трудо-любието, духа и таланта на всички, пряко и индиректно свързани с проекта.

Въпреки че стартира като „изстрел в тъмното“, Prius се превръща в революция за Toyota не само от технологична глед-на точка. Процесът на неговото създава-не напълно променя целия управленски модел на компанията, чийто менидж-мънт никога не е вземал такова високо-рисково решение. Без твърдата позиция на ръководители като Хироши Окуда и Фуджио Чо хибридът може би нямаше да се пръкне в люлката на японския гигант. Грозното, изстрадано пате се превръща в начало на всички начала, очертавайки един възможен път към бъдещето на ав-томобила, а второто поколение започва да носи директни финансови дивиденти,

попадайки на благодатната почва на ви-соките петролни цени. Естествено и след-ващият след споменатите двама, кормчия на компанията Кацуаки Уатанабе умело използва положените от предшествени-ците си основи, поставяйки хибридните технологии в приоритетна позиция за развитие и през следващите години. Тре-тият Prius вече е неизменна част от новата философия на Toyota, безспорно значим технологичен и пазарен фактор в автомо-билната индустрия. В момента основните инвестиции са насочени към изграждане-то на технологии и производствени мето-ди, които да направят новото поколение хибриди много по-достъпни и ефектив-ни, а основен приоритет в развойната дейност са новите акумулаторни техно-логии, модерната управляваща електро-ника и силовите електроагрегати. Тук ще се опитаме да разкажем за действителния героизъм, проявен от създателите на уни-калното творение.

Каросерията не блести с впечатляваща външност,

но под нея се крие уникална техника, която поставя ново начало

в автомобилостроенето.

6

Той потегля тихо и някак странно за лек автомобил. Плъзга се в мъглата от изгорели въглеводороди и с мъл-

чалива надменност преминава край бобо-тещите мотори на събратята си. Леко ус-корение и тишината внезапно се нарушава от дискретното, но характерно бръмчене на бензиновия мотор. Сякаш за да демон-стрира зависимостта на човечеството от петролните горива, класическият двигател с вътрешно горене декларира скромно, но недвусмислено своето присъствие в мо-дерната хибридна система. Звукът на мал-ката високотехнологична бутална машина е съвсем ненатрапчив, но самата му поява свидетелства, че удостоеният с престижни награди хибриден пионер Prius все пак не е електромобил и си остава дълбоко привър-зан към бензиновия резервоар...

Това решение е съвсем закономерно. Може би след десетилетия електрически-ят автомобил ще е изместил събрата си, задвижван от мотор с вътрешно горене,

но на този етап хибридната технология е най-добрата възможна алтернатива на кла-сическите автомобили с бензинови и дизе-лови двигатели, когато става дума за ниски емисии. Алтернатива, която реално работи, произвежда се в големи количества и вече има приемливи цени.

В същото време ролята на бензиновия двигател при японския модел е значително намалена, а електрическата система взе-ма активно участие в задвижването както пряко, така и косвено, спомагайки за оп-тимизирането на работата на ДВГ. През последните години инженерите на Toyota и Lexus развиха първоначалната си идея за съчетаване на качествата на паралелния и последователния хибрид, като добавиха ня-кои допълнителни елементи и увеличиха ефективността на електромоторите, сило-вата електроника и батериите. Те обаче ос-танаха верни на два технически принципа – използване на планетарен механизъм за комбиниране на мощностите на две елек-

ПРЕДИСЛОВИЕ

7

трически машини и ДВГ, и eлектротран-сформация на част от енергията на ДВГ, преди тя да бъде насочена към колелата. За мнозина хибридната идея на японските инженери и днес продължава да изглежда фантастична, но корените й могат да бъдат открити доста назад във времето. Същин-ският принос на Toyota е в смелостта на решението за създаване на хибриден авто-мобил във времена, в които той не е нужен на никого, в практическото прилагане на модерни технологии, позволили адекват-но управление на процесите с помощта на интелигентен алгоритъм и бързодействаща електроника. Зад тази лесна формулировка обаче стои огромната и всеотдайна работа на стотици висококвалифицирани инжене-ри и изразходването на огромен финансов и технологичен ресурс. Благодарение на далновидно изградената научна и развой-на база, на творческото интерпретиране на съществуващи успешни идеи и на вече

доста продължителния опит в областта на хибридните разработки, японският гигант продължава да бъде доайен в тази област независимо от амбициите на новосъздаде-ните хибридни консорциуми.

Днес е ясно, че най-важното качество на Prius е хармонията между съставните компоненти на силовия тракт, постигната в преследване на максимална ефективност. Отделните агрегати са свързани в концеп-туално обща синергетична схема, отразена и в името на задвижващата система – HSD (Hybrid Synergy Drive). Още при констру-ирането на Prius I инженерите на Toyota са получили възможност да мислят широко-мащабно, прекрачвайки границите на ре-ализираните до този момент комбинации между ДВГ и електромотори и осъзнавай-ки предимствата, които би донесло по-гъв-кавото използване на електроенергията в една напълно интегрирана система. С това те изпреварват концептуално колегите си,

На пръв поглед единствено силнотоковите кабели в силовия тракт показват, че задвижването на Prius е различно от конвенционалните. Всъщност под корпуса на трансмисията могат да се открият цели две електрически машини.

8

използващи паралелни хибридни решения с коаксиално свързани електродвигател и бензинов мотор. Японците създават маши-на, при която електроенергията не изминава елементарния път „акумулатор – електромо-тор – трансмисия – колела“ и обратно, а се включва в сложен кръговрат с участието на ДВГ, чиято механична енергия се използва за генериране на ток за задвижване в реално време. Схемата на Тоyota дава възможност за избягване на необходимостта от класическа предавателна кутия, за избиране на високо-ефективни режими на работа на ДВГ пора-ди непряката му връзка със задвижващите колела, както и за режим на регенерация на енергията при спиране и за изключване на двигателя при престой като част от общата идея за максимални икономии.

Както казахме, след успеха на Тоyota множество компании се обединиха в целе-ви консорциуми, за да наваксат загубеното време. Не може да се отрече обаче, че почти всички проекти се свеждат до паралелното конструктивно решение, което не може да достигне ефективността, а с това и смисъла на технологичната философия на Toyota.

И днес компанията спазва принцип-ната архитектура на първоначално разра-ботената система, но в името на истината трябва да споменем, че конструирането на версиите на по-големите модели на Lexus изисква развойна дейност, съпоставима с тази при създаването на първия Prius. Той самият значително еволюира при второто и третото си поколение, а скоро на пазара ще се появи и plug-in версията с литиево-йонни батерии като поредна революцион-на крачка в развитието на тази технология. Междувременно напрежението на система-та значително нарасна, електрическите мо-тори увеличиха ефективността и намалиха обема си, което позволи елиминирането на някои детайли в конструкцията за задвиж-ване на планетарния механизъм и намаля-ване броя на задвижваните елементи. Раз-войната дейност също никога не е спирала, а новите модели са все по-ефективни...

Не на последно място значителното

предимство на модела на Toyota няма само технически аспект – силата на Prius е и в посланието, което излъчват неговата слож-на концепция и дизайн. Клиентите на хи-бридите търсят нещо изцяло ново и се стре-мят не само да пестят гориво и емисии, но и да го правят публично като изява на еко-логичния си мироглед. „Prius се превърна в синоним на хибрид, в своеобразна есенция на тази технология“, отбеляза самият вице-президент на Honda Джон Мендел. Разбира се, в Toyota продължават напред – големият успех на Prius накара компанията да вземе фундаментално и доста смело маркетин-гово решение за създаване на цяла модел-на линия с това име, която по подобие на Lexus и Scion ще се превърне в отделна дъщерна марка. В момента се работи вър-ху минимодел и компактен ван, които ско-ро ще се предлагат на пазара, където вече може да се открие и Auris Hybrid.

Засега няма реални изгледи някой да оспори лидерската

позиция на Тoyota и Lexus в хибридната област

въпреки нарастващата конкуренция. Съ-ществена част от пазарните успехи на ком-панията днес се дължат именно на Prius – както веднъж сподели президентът на Toyota USA Джим Прес: „Преди години хо-рата купуваха Prius, защото е Тоyota, днес много хора купуват Toyota, защото тя про-извежда модел като Prius.“ Това само по себе си е изключителен пробив. При появата на първите хибриди на пазара през 2000 годи-на повечето хора гледаха на тях просто със скептично любопитство, но с увеличаването на цената на горивата набралата скорост и солидна преднина Toyota бързо се адаптира към променящата се обстановка.

Когато започва създаването на модела Prius обаче, никой не очаква всичко това да се случи – пред инициаторите на проекта и ан-гажираните с реализацията инженери няма нищо друго освен бели листове хартия...

9

На 28 септември 1998 година на Па-рижкия автосалон група ръководни кадри от Toyota начело с председате-

ля на борда на директорите Шоичиро Тойо-да трябва да представят Yaris, новия малък модел на компанията. Появата му на пазара на Стария континент е насрочена за 1999 г., а през 2001 г. трябва да бъде дадено начало-то на неговото производство в нов завод в Южна Франция.

След края на презентацията, когато шефовете обичайно отговарят на въпроси, се случва нещо странно. По принцип цен-търът на вниманието трябва да бъде Yaris, но със своите въпроси журналистите бързо изместват фокуса върху новия хибриден модел на Toyota, наречен Prius. Всички се интересуват от представянето му в Европа, което трябва да стане през 2000 г. Моде-лът е показан за първи път през декември 1997 г. в Япония и със своята невероятна технология и нисък разход на гориво бързо

грабва вниманието на автомобилните про-изводители и журналистите по света. През юли 1998 г. тогавашният президент на кон-церна Хироши Окуда обявява, че от 2000 г. Toyota ще започне да експортира около 20 000 автомобила в Северна Америка и Ев-ропа. От този момент благодарение на Prius думите Toyota и хибрид вече се произнасят като синоними, въпреки че по това време все още никой не знае за какво точно става дума. Малцина са наясно, че компанията е успяла не само да проектира този техно-логичен шедьовър, но и – поради липсата на техническа база и развоен потенциал от страна на доставчиците – сама да констру-ира и произвежда множество от уникални-те системи и елементи. Трудно е да бъде пресъздаден пълноценно на няколко стра-ници истинският героизъм, който проявя-ват отговорните фактори и конструкторите в Toyota, съумели да превърнат една идея в годен за серийно производство модел.

РАЖДАНЕТО НА ЕДНА НОВА ФИЛОСОФИЯ

10

През 1990 г. комунизмът вече рухва, а икономиките на индустриални-те демокрации се развиват бурно.

Точно тогава председателят на борда на директорите на Toyota Ейджи Тойода предизвиква горещ дебат в компанията. „Трябва ли да продължим да произвеж-даме автомобили по начина, по който го правим сега? Ще оцелеем ли през ХХІ век, ако развойната ни дейност продължи да се движи по същите релси?“

По това време стремежът на произ-водителите е да увеличават размерите на автомобилите и да ги правят все по-луксоз-ни и Toyota не се отличава по нищо, пре-следвайки същите цели. Тойода, човекът, който заедно със своя съратник Соичиро Хонда е бил водещо начало в следвоенна-та автомобилизация на Япония, обаче е загрижен. „Това едва ли ще продължава дълго. Някой ден нещата ще се обърнат и ако ние не насочим нашата развойна дейност по нови пътища, след години ще търпим последствията от това.“ Във вре-ме, когато краткосрочните перспективи за създаване на по-мощни и луксозни модели са приоритетни, подобни тези звучат като ерес. Тойода обаче продължава упорито да

проповядва своята философия, докато из-пълнителният вицепрезидент, отговорен за развойната дейности и разработките на нови модели – Йоширо Кимбара, не пре-гръща тази идея. През септември 1993 г. той създава G21, проектен комитет, който трябва да изследва нагласите и да опреде-ли философията на автомобила на ХХІ век. Още от самото началото Кимбара определя целта като автомобил с голямо интериорно пространство и нисък разход на гориво. По това време компанията разполага с армия от 12 000 инженери, включително 22-ма главни инженери; координацията между отделните звена започва да става все по-трудна, а взимането на решения се превръ-ща в сложен процес. Големият концерн на-трупва критична маса, която все по-трудно се контролира. За да се постигне по-висока ефективност, са формирани четири отдел-ни звена за развойна дейност, съответно за моделите с предно и задно предаване, за товарни и SUV модели и за системи за задвижване. Всяко от звената включва гру-пи за планиране, дизайн, разработване и изследване на различни компоненти като ходова част и силов тракт. Когато Кимбара споделя с шефа на отдела за проектиране на модели с предно задвижване Фумио Си-гура, че смята да му възложи задачата да разработи изцяло новия автомобил на ХХІ век, последният не е особено очарован, тъй като и без това има премного работа. Тогава инициативата е поета от главния инженер на отдела по общ инженеринг Рисуоке Ко-бочи, който формира един „дрийм тийм“ – група от 10 талантливи конструктори от всички отдели, които трябва да започнат работа по проекта. Така се ражда нов екип, наречен G21 Working Group.

Първата задача на този екип е да форму-лира идеи за нови начини за конструиране и производство на автомобили през ХХІ век и да създаде концепция за нов автомобил. Още в началото на работата си групата си поставя за цел да конструира автомобил,

ПРОЕКТЪТ G21

Основният мотор в проекта за създаването на Prius е тогавашният шеф на техническия отдел и сегашен изпълнителен вицепрезидент на Toyota Такеши Учиамада.

11

който при компактните размери на Corolla да може да изминава по 20 км с всеки литър, тоест да има среден разход от едва 5 литра на 100 км. След множество обсъждания, включ-ващи използването на двигател с директно впръскване на бензин и CVT трансмисии, се прокрадва и идеята за хибридно задвиж-ване. В предлагането на идеи се включват все повече инженери, защото на срещите често присъстват и гости от различни отде-ли, които имат желание да вземат участие в проекта. В началото на 1994 г. целта все още изглежда далечна, тъй като всички смятат, че след като става дума за автомобил на ХХІ век, производственият му старт трябва да бъде най-рано през 1999 година.

Първият състав, работещ по проек-та G21, е разпуснат през януари 1994 г. и е формирана нова група, която трябва да развие идеите на предишната. Тя вече няма статут на комитет, а на постоянен проектен екип и също включва привлечени от раз-лични проектни подразделения инженери, ангажирани със създаването на икономи-чен автомобил. За шеф е избран ръково-дителят на Техническия административен отдел Такеши Учиамада. По това време начело на подобни отдели вече са високо-специализирани и профилирани експерти в определени области. Учиамада няма опит в областта на продуктовото планиране, но е изключително широко скроен и кипи с ра-ботата си. Роден през 1943 година, той от малък се интересува от техника-та и чете биографии на изобретатели като Томас Едисон. След като се сдо-бива с книга за Ферди-над Порше и разбира, че именитият конструктор е създал не само спортни автомобили, но и „кос-тенурката“ на VW, Учиа-мада започва да изпитва много повече симпатия и интерес към обикно-вени автомобили като

Ford Model T, отколкото към състезателни-те. Баща му също работи като главен ин-женер в Toyota и е ръководител на проекта за легендарното трето поколение на Crown. Фактът обаче, че Учиамада завършва не ма-шинно инженерство, а приложна физика в университета в Нагоя, му дава възможност да мисли по-широкомащабно и да оглави новия проект, след което да се впусне в деб-рите на непознатото с удивителен устрем. Като начало, заедно със своя помощник Ичида, в продължение на един месец той изучава базовата структура на автомобила.

Новият екип няма никакви ангажимен-ти към съществуващи модели, конвенци-онални концепции и прочее. Инженерите имат пълната свобода да работят върху изцяло нови технологични решения – под-ход, напълно различен от правилата в кон-сервативна компания като Toyota по онова време. Той обаче е напълно приемлив, кога-то става дума за революционен автомобил, чието проектиране трябва да започне от бял лист хартия.

Въпреки амбициите на участниците в проекта, работата им витае в сферата на фундаменталните науки, а конструкциите им са по-скоро с имагинерен характер – до момента, в който изпълнителен вицепрези-дент на Toyota и пряко отговорен за проекта става главният управляващ директор Уада. Само с едно изречение той успява да даде

12

нова посока и тласък в дейността на екипа: „Докога ще продължавате с дискусиите? Преди да приключите, светът ще е съвсем различен.“ Уада има интересен подход към развойната дейност – той смята, че автомо-билната промишленост прахосва прекалено много средства, за да строи прототипи в ран-на фаза на развитието на проектите. „Вижда-ли ли сте някоя строителна фирма да прави толкова прототипи на мост? Дори самолет-ните компании правят по два. Само ние, от автомобилната промишленост, правим мно-гобройни прототипи. Трябва да се фокусира-ме върху проектната фаза и да конструираме реални автомобили на по-късен етап.“

След като се съсредоточава върху прак-тичната страна на нещата, екипът скоро започва да формира идеите си. В първите от тях няма нищо революционно – авто-мобилът трябва да е с размер на Corolla, но с увеличено вътрешно пространство,

да изглежда модерно, а електрическото кормилно управление да намали разхо-да на гориво с около три процента. След много дискусии и участие на останалите развойни екипи е решено окачването да бъде Макферсън отпред и торсионна греда отзад. Впоследствие тази компановка ще се окаже подходяща за адаптирането на оста-налите технологични решения. За да се ус-кори процесът на разработване, Учиамада прави нещо революционно за представите на Toyota. Той изоставя обичайната по това време за компанията концепция с резервен план, съгласно която много компоненти се разработват едновременно от самата фир-ма и от доставчик. Тази философия е пома-гала на Toyota да продължи да работи дори при сериозни природни катаклизми. Нови-ят проект обаче е твърде неконвенционален и все още неясен, което прави съставянето на резервен план трудно осъществимо.

В ТЪРСЕНЕ НА ХИБРИДНА СИСТЕМА

На 1 август 1994 година е дадено на-чалото на Фаза III от развойната дей-ност по новия проект, който вече е

назован с името Prius. На този етап все още никой не приема насериозно технологич-ното решение за използване на хибридна система за задвижване. Учиамада я отхвър-ля като реално неприложима, тъй като по това време още никой не е създал сериен модел, задвижван от подобно устройство, капацитетът и издръжливостта на батери-ите са плачевни, цената би била висока, а и въпреки отделните експерименти с подоб-ни технически решения, Toyota все още не разполага със знания и опит в тази област. Преди да вземе решение за създаване на хи-бридна система, екипът дълго умува върху възможността за конструиране на бензинов двигател, работещ с бедни смеси, който в съчетание със CVT трансмисия (която по това време също се разработва) би имал

значително по-малък разход на гориво. В крайна сметка обаче става ясно, че един-ствено съчетаването на електрически агре-гати с двигател с вътрешно горене може да помогне за постигане на поставените пред екипа цели. Уада предупреждава Учиамада, че ако не се стреми към тях, групата тряб-ва да бъде разпусната. Както всеки японец, Учиамада е човек на честта и не би допус-нал подобно нещо.

На отдела по инженеринг е възложена задачата да определи значимостта на вече съществуващи технологични решения, не-зависимо дали са дело на компанията или не, и да изчисли себестойността на евен-туалните проекти, включваща продуктово планиране и предпроизводствени фази. Именно този отдел получава директива да избере за максимално кратко време най-практичните хибридни системи; възложе-но му е да действа съвместно с отдела за

13

електрически автомобили, който по това време усилено проектира електрическия RAV 4 EV и работи интензивно в областта на електромоторите и батериите.

Последователен или паралелен хибрид. За да достигне сравнително ефективни ре-жими на работа и задоволителен въртящ момент и съответно мощност, двигателят с вътрешно горене трябва да премине през работа в неефективни режими. Електриче-ският двигател пък постига въртящ момент още при нулеви обороти. Това означава, че съчетаването на тези качества може да дове-де до взаимни ползи. При последователния тип хибрид двигателят с вътрешно горене задвижва генератор, който произвежда елек-тричество за електромотора, задвижващ ав-томобила. Тази конверсия има своите нега-тивни страни и води до загуби на енергия, но пък непряката връзка с колелата дава възможност двигателят да работи постоян-но в ефективни режими. При паралелния тип двата агрегата са включени в паралел, обикновено са разположени коаксиално и работят заедно или поотделно в зависимост от конкретните ползи по отношение на ефективността. Изследванията на екипа ус-тановяват, че през 70-те години множество компании са реализирали подобни проек-ти. Производители като General Motors на-пример са ги проучвали на ниво развойна дейност, констатирайки обаче винаги едно и също – че хибридните системи определе-но не са приложими в масово произвеждани автомобили. Членовете на екипа в Toyota, ангажиран със задачата да открие адекватна система, изнамират над 80 различни проек-та, повечето от които са от паралелен тип. След поредица изследвания изборът е све-ден до четири. Два от тях са от смесен тип и съчетават две електрически машини и ДВГ, всичките обединени с планетарен механи-зъм, като разликите между тях са, че агре-гатите са включени към различни елементи. Третият е с подобна конструкция, при която обаче планетарният механизъм е заменен с друга механична система, а четвъртият е далеч по-просто паралелно решение, съче-

таващо ДВГ с електромотор и CVT трансми-сия. Екипите започват изследвания на ефек-тивността, като използват базите данни от отделите по механични компоненти, съче-

Генератор

A

B

C

Батерия

Силова електро-ника

Ел. мотор

Задвижване

Двигател с вътрешно горене

Трансмисия

Батерия

Мотор-генератор

Задвижване

Двигател с вътрешно горене

Силова електро-ника

Задвижване

Двигател с вътрешно горене

Генератор

Батерия

Moтoр

PowerSplitter

Силова електро-ника

Основните видове хибридни концепции са от последователен (A) или паралелен (B) тип. Специалистите от Toyota обаче избират смесен тип (C) като най-ефективна конструкция.

14

тавайки ги с базите на отдела по електриче-ски машини и батерии. Скоро установяват, че това е много трудно, тъй като за целта не е създаден подходящ софтуер. Специали-стите са почти отчаяни, когато един от ин-женерите си спомня, че колегата му Акира Охбатаке разполага с готов програмен про-дукт, който използва за тестване на електри-чески системи с горивни клетки. Програма-та е създадена от американската компания Mathlab и позволява различни симулации, тъй като повечето режими на работа на аг-регатите са включени в предварителното задание. За купуването на софтуера и ра-ботната станция са отделени моментално 30 милиона йени. За анализите на разхода на гориво и контрола на режимите обаче се налага японците да напишат допъл-нителен, изцяло нов алгоритъм. Така за изключително кратко време са проучени виртуално и четирите споменати систе-ми и са направени хиляди симулации на различни режими на работа. В края на краищата като най-ефективна е избрана системата с планетарен механизъм и две електрически машини, макар че тя далеч

не е най-евтината. Конструкторите създа-ват проектни чертежи за интегриране на системата в компактния моторен отсек на автомобила, който още по предварително задание е по-малък от стандартните зара-ди изискването да бъде увеличен интери-орът. Избрано е и име на системата – тя вече се нарича Toyota Hybrid System или THS. От този момент насетне работата на екипите приема ясна и строго определена форма – с хибридната система се заема от-делът за разработване на силови трактове; отделът за електрически автомобили пое-ма батериите и електрическите агрегати, а отделът по двигатели – ДВГ. Естествено в пряка връзка с всички тях е IT отделът, а от януари 1996 година групата G21 е пре-именувана на група Zi.

Междувременно в цял свят се усил-ват и дебатите за вредните емисии, към които започват да причисляват и въгле-родния двуокис. Всички се насочват към намаляване на разхода на гориво и про-ектът придобива нов смисъл за Toyota. Хибридната система обещава значител-ни икономии.

Конструкторите на Toyota могат да разчитат на огромна компютърна мощ за анализите си в своя R&D център. За проектирането на сложна система като хибрида това е от особена важност.

15

Идеята за обединяването на енергийните потоци точно по този способ принадлежи

на трима доктори на техническите науки – Барух Берман, Джордж Гелб и Нийл Ричардсън, които в края на 60-те години на ХХ век работят в отдела за разработване на задвиж-ващи системи на американската инженерингова компания TRW.

„Още тогава“, разказва Джордж Гелб в спомените си, „се замислях-ме колко много нефт изразходва чо-вечеството. Вярвахме, че в близко бъдеще хората ще използват много различни задвижващи системи и че ще има период на преход към тях. Приехме, че ролята на подходящо междинно звено в процеса на раз-витие биха могли да изиграят хи-бридните системи.“ Екипът насочва усилията си в това направление и в хода на работата се ражда идеята за създаване на устройство, използ-ващо принципа на така наречения Power Split Device (PSD) – планета-рен механизъм, чрез който се обеди-няват въртящият момент на електромото-ра и на работещия в оптимален режим на натоварване ДВГ. Пионерите решават като трети елемент на планетарния механизъм да използват втора електрическа машина в ролята на балансьор и кръщават разработ-ката си „eлектромеханична трансмисия“ (EMT). Схемата на работа предвижда част от въртящия момент на ДВГ да се предава към колелата по механичен път, а остана-лата да се трансформира в електрическа енергия, впоследствие отново в механична и на финала също да се отправи към коле-лата. Главното предаване е в пряка връзка с тяговия електродвигател, който съчетава функциите на мотор и генератор за оползо-творяване на енергията при спиране. Към третия елемент на планетарния механизъм

също е включен генератор, а в разработка-та се предвиждат оловни и никел-кадмиеви акумулатори. За съжаление първите опити за патентоване на системата удрят на ка-мък, тъй като практиката на американското патентно ведомство изисква изработването на действащ прототип преди утвърждаване на какъвто и да е проект на хартия.

Идва време теорията да бъде претво-рена в практика. За основа на разработ-ката е използван 1,6-литров двигател от VW „костенурка“, към който са добавени 10-киловатов синхронен високообротен ге-нератор (способен да постигне 10 000 об./мин) на Westinghouse и постояннотоков електромотор с 27 к. с. на General Electric. Самият планетарен механизъм е заимстван от автоматична трансмисия Torqueflite на

ПРОЕКТЪТ НА TRW

16

Chrysler, а за връзка между всички елемен-ти е използвана малка скоростна кутия.

При конструирането на системата ин-женерите експериментират с различни ком-бинации с напрежения от около 300 волта и съответните доста сериозни токове. По онова време възможностите на електронния кон-трол са повече от скромни и инженерите се задоволяват с обикновени мощни тиристори за пренасочване на големите електрически потоци. Въпреки примитивните си инстру-менти, конструкторите успяват да пресъз-дадат различни пътни ситуации, при което основните функции на акумулаторите, ви-сокооборотния генератор и мотора се проме-нят посредством смяна на посоката на енер-гийните потоци от и към тях с помощта на проста, но ефикасна контролна система.

Проектирането на функциониращия ста-ционарен прототип трае почти две години, но патентното ведомство не се задоволява с него и изисква изработването на годен за екс-плоатация автомобил. За целта конструкто-рите вграждат цялата система в един Pontiac Tempest от 1962 година, като двигателната установка е поставена отпред, а батериите отзад. Машината доказва на практика, че е в състояние да изпълнява функциите, за които претендира, патентното ведомство признава и регистрира изобретението, а инженерите про-дължават работата си по усъвършенстването на системата на лабораторните стендове.

Междувременно в Америка все повече се усилват гласовете за намаляване на ни-вото на емисиите в отработилите газове и

конструкторите от TRW скоро са посетени от експерти на новосъздадената агенция за защита на околната среда ЕРА. Резултатът от визитата е крайно положителен и скоро в касата на проекта се вливат свежи средства, предназначени най-вече за усъвършенстване на акумулаторните технологии.

Въпреки че практическата полза от хи-бридната идея е повече от очевидна (дори при тогавашното елементарно ниво на упра-вляващите технологии оборудваният с усъ-вършенствана ЕМТ Dodge Dart постига 30% икономия на гориво в условията на градско движение), сложността и високата цена на проекта отблъскват автомобилните компа-нии. Петролната криза бързо отшумява, а проектът на TRW е изоставен и постепенно потъва в забвение поради липсата на адек-ватно финансиране.

И така – докато находчивите японци от Toyota не го изравят от прахта и не оползо-творяват пълния му потенциал с помощта на стигналите далеч напред в развитието си електронни технологии. Давността на патен-тите на TRW отдавна е изтекла, но никой не може да отрече, че именно разработката на Бергман, Гелб и Ричардсън стои в основа-та на днешния Power Split Device на Toyota. В същото време самият Гелб признава изклю-чителния принос на японците в довеждането на разработката до нивото на едросерийното автомобилно производство и забележител-ните им успехи в създаването и прилагането на множество нововъведения като сложното електронно управление.

При реализацията на проекта на TRW за хибриден модел през шейсетте години се използва двигател, проектиран от Фердинанд Порше преди войната. Впрочем знаменитият конструктор е създал хибриден автомобил още през 1902 година.

17

През август 1995 година президент на Toyota е по-младият брат на Шоичи-ро Тойода – Тацуро. По това време

той е сериозно болен, но точно тогава Китай прави сериозни постъпки за създаване на съвместна компания с Toyota. Преди много години Сакичи Тойода е построил завод за производство на автоматични тъкачни ста-нове в Шанхай, а преди Втората световна война Киичиро Тойода е създал в Китай, компания, която произвежда камиони. В Toyota изпитват огромен респект към Ки-тай и смятат, че правенето на бизнес в тази страна е не само важна цел, но и въпрос на чест. Същевременно в икономическите от-ношения между Япония и САЩ се появяват пробойни. Щатите обвиняват японците, че огромна част от търговския дисбаланс от 60 милиарда долара между двете държави се дължи на големия износ на японски авто-мобили. Разбира се, впоследствие страните ще се споразумеят по много от въпросите, а Toyota ще построи още един завод отвъд океана и ще започне да купува американски части. В този напрегнат момент обаче раз-клатеното здраве на Тацуро го принуждава да прехвърли работата си на нов директор. С встъпването си в длъжност новият шеф Хироши Окуда прави бързи и значителни

промени в компанията и в нейната корпо-ративна организация, а освен това прокар-ва решения за започване на производство в Индия и Франция. Четири месеца след като е поел поста си, Окуда превръща про-екта за създаване на Prius в приоритетен и измества планирания срок за започване на серийно производство от 1998 на 1997 го-дина. Това на практика означава, че екипът на Учиамада трябва да приключи успешно развойната фаза в рамките на 24 месеца, което е с около една трета по-кратък срок от средния за компанията период на раз-работване на конвенционален автомобил с подобни размери.

НОВ ШЕФ И СЪКРАТЕНИ СРОКОВЕ

ДИЗАЙНЪТ: НЕЩО КОРЕННО РАЗЛИЧНО

В средата на деветдесетте години Toyota разполага с четири основни дизайнер-ските студиа, разположени на четири

места в света – в щабквартирата в Тойота Сити, дизайнерският център в Токио, сту-диото CALTY в Калифорния и Европейския офис в Брюксел. Компанията има установе-на политика по отношение на стилистиката на автомобилите си, съгласно която създава

формите им сама и не ползва услугите на външни студиа. По това време дизайнерите рисуват на ръка, а CAD програмите едва про-хождат. След като отхвърля няколко предло-жения за дизайнерски решения на екипа от Токио като прекалено консервативни или прекалено футуристични, Учиамада решава да постъпи по изцяло нов начин, като органи-зира конкурс между всички центрове, вклю-

Хироши Окуда ускорява процеса по разра-ботването на първия сериен хибриден модел.

18

чително дизайнерите на някои доставчици и дори стилистичното подразделение на отдела за автоматични тъкачни станове. Той е готов да предложи участие и на някои европейски дизайнерски къщи – идеален начин да про-вери нагласите за създаване на подобен ре-волюционен автомобил и да получи визии за стилистиката му, но идеята е отхвърлена от шефовете заради опасност от изтичане на ин-формация. В края на краищата Учиамада ос-тава изненадан от разнопосочността на идеите на дизайнерите за бъдещия модел. Стилисти-те от Белгия например смятат, че настояване-то на техническия екип за триобемен дизайн е в противоречие с модните тенденции. Според тях в Европа клиентите предпочитат ком-пактните хечбек каросерии и дори в средния клас се насочват към автомобили с пет врати, които не са класически седани. Впоследствие тази идея ще бъде реализирана при Prius II, но както ще видим, победителят в конкурса за първия Prius всъщност представя едно на-истина оригинално решение. Каросерията, която предлага CALTY, сякаш е създадена от яйце, в краищата на което е приложена сила и веднага след като се е счупило, формата е фиксирана. По този начин шефът на отдела Лиуй успява да създаде усещане за триобемна форма на базата на еднообемен профил.

Според заданието първият Prius е трябвало да бъде триобемен модел с увеличен интериор. Дизайнерът Лиуй спазва изискването, но умело придава на каросерията излъчване на двуобемна, при това със силно скосена предна част. Напълно новаторско е и арматурното табло.

19

Първоначалната идея за използване на бензинов мотор с директно впръск-ване, която дори е реализирана

при един от прототипите, впоследствие е отхвърлена. Хибридната система дава въз-можност да се избегнат определени неефек-тивни режими на работа с ниски обороти, което позволява конструкторите да насочат вниманието си към процеса на Аткинсън. Принципно архитектурата на двигателя, ра-ботещ по този начин, не се отличава от кла-сическия мотор на Ото. Със създаването на такава машина се заемат Тошифуми Такао-ка от отдела по проектиране на двигатели и Хироши Тада от отдела по силови трактове.

Двигателят на Аткинсън позволява раз-лични степени на сгъстяване и разшире-ние (като втората е значително по-голяма, например 10:1 срещу 13:1). По този начин се усвоява по-пълноценно енергията на от-работилите газове, а за да се получи този ефект, всмукателният клапан се оставя отворен по-дълго от обикновеното. След множество симулации екипът G21 решава да поръча на отдела по двигатели да разра-

боти нова машина с работен обем от 1500 куб. см. По това време компанията разпола-га с мотори от подобен тип – агрегатите 4Е и 5Е, които, въпреки че се произвеждат до 1998 г., не се вписват в изискванията на про-екта за напълно нови решения, тъй като от създаването им са изминали почти 20 годи-ни. Изцяло новият агрегат NZ се проектира под специалното наблюдение на заместник главния инженер на отдела за конструиране на автомобили с предно предаване, който е не кой да е, а Шунеи Тойода – трети син на почетния председател Ейджи Тойода. Мото-рът, предназначен да се използва и за други модели, е с модифициран разпределителен механизъм, който му позволява да работи по цикъла на Аткинсън, и притежава елек-тронна дроселова клапа, защото управлени-ето на работата му е далеч по-различно от това на конвенционалните мотори, които не са включени в хибридна архитектура. Така агрегатът за хибридния модел получава абревиатурата 1NZFXE.

На пръв поглед всичко изглежда ясно и лесно, но на практика се оказва, че изисква-

НОВ ДВИГАТЕЛ С ВЪТРЕШНО ГОРЕНЕ

20

нията към версията за хибрида значително се усложняват. Това е така, защото инжене-рите ограничават оборотните диапазони на агрегата в името на намаляването на еми-сиите и избягването на неблагоприятните режими на работа, но оптимизацията на останалата работна област е много труден процес с оглед необходимостта от прециз-на работа на газоразпределителния меха-низъм и запазване на достатъчно висок въртящ момент при ниски обороти. Пред-вид постоянното спиране и стартиране на двигателя е особено важно процесите да протичат по-меко и гладко, отколкото при конвенционалните машини. С тази задача се заема един от инженерите, Канеи, кой-то започва да търси начини да оптимизира стартирането. След множество опити той установява, че това се постига най-добре,

като се ограничи количеството въздух в цилиндрите, което после трябва да се сгъс-ти при стартиране. Решението идва с из-ползването на създадената наскоро система за променливо газоразпределение VVT-i. Канеи я модифицира така, че при спира-не да затваря всмукателния клапан още по-късно. По този начин се освобождава обратно част от количеството въздух, като обемът му се регулира прецизно, така че той и респективно компресията да не нама-леят до положение, при което стартирането става невъзможно. Типичното за днешните хибридни автомобили на Toyota неусетно преминаване от един към друг работен режим до голяма степен се дължи на упо-ритата работа на Канеи и изключително прецизната настройка на управлението на разпределителния механизъм.

ЕЛЕКТРОМОТОРИТЕ – ЧАСТ ОТ ПРОИЗВОДСТВЕНИЯ ЦИКЪЛ

Както и в другите фирми, повечето от инженерите на Toyota мечтаят да ра-ботят в отдела за технологично про-

ектиране, а не в отдела за производствено проектиране, занимаващ се с технологиите

за производство на автомобилните компо-ненти. Всички искат да създават автомоби-ли и най-вече – двигатели. Ако обаче в ав-томобилните компании изпълняваха това желание, те щяха да са едни проектни бази,

21

но не и производители. Цикълът е ясен – с проектираните от

първия отдел автомобили се заема втори-ят, който трябва да създаде процесите за производство. Колкото и да звучи странно обаче, когато идва време за конструиране на електрическите машини за Prius, при-оритетен става именно производственият отдел. За първи път двата отдела работят по един проект синхронно, а коопериране-то им се превръща в нещо безпрецедентно до този момент. Причината е, че специа-листите от производствения отдел вече имат уникален опит, натрупан в процеса на работа по електрическия RAV 4 EV. Този опит включва разработването на нови, подходящи за масовото производство ма-шини и дори промени в конструкцията на двигателите.

доставчици, а друга е за собствено произ-водство. Първите смятат, че е най-добре да бъде използван асинхронен индукционен мотор, а вторите – синхронен с постоянни магнити. Чрез множество тестове втората група успява да създаде действащи прото-типи на електромотори с изключително ви-сока ефективност, а версията с 45 кВт е най-мощната от този тип на пазара. На базата на придобитите познания екипът започва да конструира значително по-компактни мотори, подходящи за Prius. Конструктори-те хвърлят огромни усилия, за да създадат достатъчно компактни машини, пригодени за масово производство, тъй като до момен-та всички агрегати са били изработвани в малки серии на ръка. Когато е разработена новата конструкция, която трябва да бъде произвеждана с по-ниска себестойност, се оказва, че един от детайлите обърква арит-метиката. Това е изключително скъпият електромагнитен набор от стоманени ди-скове, върху които се навиват намотките. Toyota го купува от Nippon Steel, който произвежда магнитопроводимата стомана с множество имплантирани микроелемен-ти, които я оскъпяват. Налага се Nippon да направи стотици изчисления и опити, за да намери перфектния баланс между себестойност и ефективност. За навиване на намотките е купена нова машина, но тя също създава проблеми, тъй като не може да навива по предварително проектирания начин и се налага да бъде променена кон-струкцията на целия мотор.

THS използва два електрически мотор-генератора – и двата трифазни, променли-вотокови, с постянни магнити и напреже-ние от 288 волта. Те са създадени от отдела за електрически и хибридни автомобили специално за Prius на базата на агрегатите, използвани от RAV 4 EV. Още при неговото разработване една група от инженерите се обявява за закупуване на готови агрегати от

Електромоторите са съществен компонент в задвижването на хибридните модели. Още в средата на деветдесетте години конструкторите на Toyota избират за целта променливотокови агрегати с постоянни магнити, които нямат колектор и са значително по-ефективни от постояннотоковите – въпреки необходимостта от трансформации на прав в променлив ток и обратно. Това е един от компонентите, които еволюират значително през последните години. Пример за развитието им се вижда на снимките: вляво е комплектът електрически машини на второто поколение Prius, а вдясно – на Prius III. Намаляването на теглото и обема въпреки нарастването на мощността дава възможност да се елиминира задвижващата верига, с което се намаляват загубите от триене. При създаването на Prius от Toyota взимат решение да произвеждат сами тези агрегати, за да си гарантират качеството им.

22

Разположен на 30 минути път от ща-бквартирата на Toyota, заводът Хи-росе е построен от компанията през

1989 година изключително за производство на полупроводникови елементи и микро-процесори. Именно той дава възможност на Toyota, заедно с Aisin и Fujitsu Ten, да се превърне в един от най-големите произво-дители на подобни прибори.

За управлението на големите електри-чески потоци, преминаващи от батерията към двигателите и обратно, както и от гене-ратора към батерията и електромоторите, са нужни изключително бързи контролни устройства, които трябва да управляват то-кове с големина от стотици ампери. Оказва се, че използваните за целта тиристори не са достатъчно бързи, а единственото ус-тройство, което може да върши работа в този случай, е така нареченият биполярен транзистор с изолиран гейт IGBT. Бордът на директорите на Toyota е твърдо убеден, че компанията сама трябва да произвежда въпросния транзистор, тъй като броят на хибридните автомобили ще расте и това ще осигури автономия на фирмата и кон-трол на пазара. Отделът за електрически автомобили обаче смята, че подразделени-ето за производство на полупроводникови прибори няма достатъчно опит за подобно начинание.

Това е самата истина. Към онзи момент единствените по-мощни транзистори от този тип се използват от 1200-волтовите мрежи на свръхскоростните влакове Шин-кансен. Транзисторите, които са нужни на Prius обаче, работят с по-ниско напреже-ние, но трябва да управляват значително по-големи токове. Никой не знае как ще бъдат контролирани токове с големина от 600 ампера и какво ще бъде в този случай поведението на така наречената сандвиче-ва конструкция на транзистора, включва-ща медни и керамични елементи. За да се

ОЩЕ ЕДНО НОВО НАЧАЛО – УПРАВЛЯВАЩИТЕ ТРАНЗИСТОРИ

Още едно важно устройство, което се произвежда от компанията – така нареченият инвертор. Разположена на няколко „етажа”, тази управляваща силова електроника има за задача бързо да преобразува токовете от прави в променливи и обратно, да ги управлява и насочва към различните агрегати. Основен компонент в инвертора е мощен транзистор, наречен IGBT. Проектирането и производството му е огромно предизвикателство за Toyota.

23

намали топлинното разширение, медта е заменена с материал, формиран чрез напо-яване на силициев карбид с алуминий, кой-то обаче поради по-ниската си топлопро-водимост се нагрява значително повече от медта. В крайна сметка само инженерите, които се занимават с проектирането, знаят колко транзистори са се взривили или раз-топили, за да бъде построено адекватното устройство. Миризмата на изпаряващ се алуминий ги съпътства до последния ден на фазата на разработка. Дори след създа-ването на подходящия чип прототипите често спират през лятото, защото темпе-

ратурните датчици в отсека на инвертора сигнализират за прегряване.

Финалният резултат все пак е впечат-ляващ – създаден е уникален IGBT модул, включващ три успоредни керамични слоя, в които чрез ултразвук са положени хиляда 0.3-милиметрови алуминиеви жички. Това е още една област, в която Toyota демон-стрира своя уникален характер. Между-временно за адекватната работа на силно-токовия инвертор е създадена и уникална автономна охладителна система, работеща при температурен режим, различен от този на двигателя.

ГОЛЕМИЯТ ПРОБЛЕМ: БАТЕРИЯТА

Какво значение би имал трудът на тол-кова много хора, ако не бъде създаде-на адекватна за това возило батерия?

Може ли 400-литровата кутия с никел-ме-талхидридни акумулатори, вградена в RAV 4 EV, да бъде от помощ на конструкторите? Много от участниците в проекта Prius си за-

дават този въпрос, но никой не би могъл да отговори. Изискванията, поставени по от-ношение на акумулаторния пакет за Prius, са съответно 288 волта напрежение, 20 кВт мощност и 75 кг тегло при 75 л обем. Тези параметри, разбира се, включват и обема на контролната система и охлаждането на

24

батериите. В този сегмент Toyota вече няма амбициите да създава изцяло свои собстве-ни конструкции. Такъв е случаят при раз-работването на RAV 4 EV, като за целта се използва опитът на концерна Matsushita. През 1995 година той създава батерия, но каква е изненадата на хората от Toyota, ко-гато се оказва, че прагът на възможностите й далеч не отговаря на изискванията – при два пъти по-голям от зададения обем, тя разполага с едва 10 кВт мощност. За да не бъдат ограничавани тестовете на другите отдели, в багажника на прототипите са по-ставени по два пакета никел-кадмиеви ба-терии, които на практика запълват цялото място за багаж. Наистина предизвикател-ството пред Matsushita e огромно предвид факта, че никой дотогава не е създавал по-добни батерии за леки автомобили, а при хибридния модел затрудненията идват и от това, че при нужда мощността на батерия-та трябва да бъде на разположение веднага. В Matsushita започват интензивна работа върху нови технологични решения за из-работване на електродите, но един от най-големите проблеми се оказва температур-ният контрол. През това време останалите екипи, работещи по хибридната система, двигателя и електромоторите, макар че преминават през трудния процес на проби и грешки, все пак вървят упорито напред. Конструирането на батерията обаче значи-телно изостава от останалите компоненти.

Постепенно нещата влизат в релси. Всички проблеми с прегряването са реше-ни, след като батерията е преместена от пода в багажника. Тъй като акумулаторни-те клетки са свързани последователно, де-фектирането дори само на една клетка би означавало отказ на цялата батерия. Това от своя страна предизвиква необходимост от безпрецедентен контрол на качеството по методи, които по това време са непо-знати за Matsushita. Поради тази причина през декември 1996 година е създадена съвместната компания Panasonic EV Energy, чиито собственици са Matsushita Electric Corporation (24%), Matsushita Battery (36%)

и Toyota (40%). От този момент вече нищо не може да скрие намеренията на ком-панията и целият свят вперва поглед към производителя, който се носи вихрено към ХХІ век. При производството на батери-ите е наложена концепцията за контрол на качеството на Toyota, което превръща новата компания в най-добрия производи-тел на батерии към момента. Интересно е да се отбележи, че в този период хората от Toyota често споделят, че колегите им от Matsushita работят прекалено „лежерно“. Макар че и двете компании са японски, в тях цари доста различен корпоративен дух, което става особено видно при обединява-нето на двата екипа. В края на краищата нужните батерии са създадени, а за качест-вото им говори фактът, че Honda също избира фирмата като доставчик за своите хибридни системи.

25

С това авантюрата приближава към своя успешен край. Край, който пре-дизвестява едно ново начало. След

многобройни тестове и множество безсън-ни нощи на хиляди хора Toyota е успяла да създаде един уникален автомобил. Много от компонентите му са изцяло нови, а за да бъда контролът приоритетен фактор, са разработени и нови производствени мето-ди. Много части са уникални за хибридния модел; с някои доставчици Toyota работи за първи път и на тях тепърва им се налага да осъзнават корпоративната култура на марка като Toyota. Една такава компания е от Ир-ландия. Тя осигурява устройство, което из-вършва специфична преработка на аналого-ви сигнали в цифрови. Това е единствената фирма в света, предлагаща подобно нещо, и

са необходими много усилия, за да бъде убе-дена да преработи детайлите си така, че да са пригодни за по-суровите условия. Дори Matsushita Electric научава болезнено кол-ко различно е качеството, необходимо при автомобилите, в сравнение с домакинските електроуреди. Специално за Prius отделът по сервизиране започва обучение на екипи една година преди пускането на модела в производство. За място, където ще се изпъл-няват сложните производствени процедури, е избран японският завод Такока. Месеци преди края на пусковия срок, определен от компанията, фабриката произвежда по 6-7 автомобила седмично и те се тестват до разпадане. През ноември 1997 година информацията за Prius достига медиите, а автомобилните списания разказват за тес-

СТЪПКИ В МРАКА

За създаването на Prius Toyota изразходва огромен финансов, технологичен и конструкторски

ресурс. Всеки детайл, елемент и система се проектират от нулата и се тестват безкрайно

много пъти както поотделно, така и като цялостна конструкция. Резултатът е не само уникален като

технология. Въпреки множеството неизвестни, Prius се оказва изключително качествен и издръжлив

благодарение на производствените методи на Toyota.

26

товете в детайли; много въпроси се задават на дилърствата. Автомобилът се превръща в сензация, в социален феномен. В края на краищата проблемите са отстранени един по един, прототипът покрива критериите на Toyota за надеждност и два месеца преди крайния срок е напълно завършен, пости-гайки среден разход на гориво от 3,5 л/100 км! Официалното представяне на Prius е отбелязано през октомври 1997 година, а през декември първите серийни модели могат да се пипнат и поръчат в представи-телствата на Toyota в Япония. Скоро месеч-ните продажби достигат впечатляващите 2000 броя – независимо от доста високата цена и въпреки липсата на опит и ясна мар-кетингова стратегия в продажбите на подо-бен тип возило.

Ефектът от лансирането на Prius се оказва значително по-мащабен от очак-

ваното – в очите на общественото мнение Toyota внезапно се превръща от производи-тел на надеждни, но скучни автомобили в отчетлив „зелен“ символ и високотехноло-гична компания с ярко изразено положи-телно отношение към околната среда. През 2000 година дилърите в САЩ се съгласяват да продават автомобила с намален марж на печалбата, а тъй като средствата за рекла-ма са ограничени, маркетингът на Toyota пуска в действие специална продажбена система по интернет. Последната има стра-хотен успех, тъй като е нещо свежо, ново и съпроводено с предимства като данъчни от-стъпки при покупка. Важна роля за успеха има и отличният имидж на новия продукт, предполагащ ниско обезценяване и изгодна препродажба. Идеята на автомобила се ха-ресва на мнозина, а интересът се повишава скокообразно, когато на страната на Prius са привлечени холивудски звезди от маща-ба на Леонардо ди Каприо и Камерън Диас. Дори PR компанията, обслужваща церемо-нията по връчването на наградите „Оскар“ за 2003 година, поръчва пет хибридни ав-томобила за VIP гостите на събитието, а ефектът от появата на Калиста Флокхард и Харисън Форд в Prius със сигурност се из-мерва в милиони.

Големият бум, поставил началото на трайна тенденция към покачване на търсе-нето на хибридни автомобили, обаче идва едва през 2003 година с появата на новото поколение, при което японците не само усъвършенстват технологията чрез увели-чаване на мощността и ефективността на агрегатите, но добавят над 530 нови патен-та. С него Prius вече се превръща в символ, в модерна легенда, изразяваща нов дух и разбиране за живота. Дизайнът е съвреме-нен, привлекателен и оригинален, с ясно послание за екологичност. Тези фактори заедно със стремително растящите цени на горивата превръщат модела в бестселър, а високата оценка на журналистите се мате-риализира от двете последователни награ-ди за автомобил на годината – през 2004 г. в САЩ и през 2005 г. в Европа.

Фактът, че звезди като Харисън Форд, Калиста Флокхард, Камерън Диас и Леонардо ди Каприо прегръщат идеята на опазващия околната среда автомобил, се превръща в огромен маркетингов катапулт.

27

Хибридната схема на Toyota и Lexus, изградена върху идеята за синерги-ята, е конгломерат от множество от-

делни механизми, работещи в сложен син-хрон, и на практика е комбинация от двете хибридни концепции. Ако сведем нещата до основни принципи, формулата на успеха на хибридните автомобили по отношение на разхода на гориво се гради на два пункта – възможността за изключване на двигателя по време на престой и способността им да оползотворяват и съхраняват част от иначе прахосваната енергия в режим на спиране. Тези два фактора обаче далеч не са един-ствените причини за икономичността на Prius. Отделените агрегати са свързани в, както казахме, концептуално обща синер-

гетична схема, отразена и в името на зад-вижващата система – HSD (Hybrid Synergy Drive), при която има по-гъвкавото използ-ване на електроенергията. Още по-сложна е системата Lexus Hybrid Drive, която е сво-еобразно надграждане на HSD, включващо допълнителни механизми, целящи оптими-зация на работата на системата в някои не-благоприятни режими като циркулацията на енергия. С това специалистите от Toyota изпреварват концептуално колегите си от Honda с техния „паралелен хибрид“, създа-вайки машина, при която електроенергията не изминава елементарния път „акумулатор – електромотор“ и обратно, а се включва в сложен кръговрат, приобщавайки ДВГ, чия-то механична енергия се използва за генери-

КАК РАБОТИ HYBRID SYNERGY DRIVE

Вгражданата в големите модели на Lexus система Lexus Hybrid Drive използва по-дълги цилиндрични мотори и допълнителни планетарни механизми за повишаване на ефективността. В основата й обаче е същият принцип на работа като този в Prius.

28

ране на ток за задвижване в реално време. В Prius ДВГ не работи на празен ход (излишен режим), в ниски оборотни режими под 1000 об./мин (поради лошото смесообразуване), както и с твърде високи обороти (липса на достатъчно време за качествено осъщест-вяване на процесите на газообмен и горене и увеличено триене), и потегля само с по-мощта на електродвигателя. В голяма част от времето ДВГ работи в близък до макси-

малното натоварване режим – т. е. когато дроселовата клапа е широко отворена, а бензиновият агрегат функционира с висока ефективност. Това е възможно, тъй като при тази хибридна схема скоростта на движение на автомобила не се определя в пряка функ-ция от оборотния режим на двигателя.

Способността на електрическите маши-ни да създават достатъчно голям въртящ момент при нулеви и ниски обороти по

електрически мотор-генератор

електрически мотор-генератор

планетарна предавка

ДВГ

POWER SPLIT DEVICE

маслена помпа

мотор-генератор 2

слънчево колело водило корона

мотор-генератор 1

свързаващ буфер ДВГ

верига с ниско ниво на шум

зъбна предавка

зъбна предавка

главно предаване

диференциал

Сложният силов тракт на Prius съчетава един двигател с вътрешно горене и две електрически машини, които в зависимост от уславията работят като мотори или като генератори. Всички тези агрегати обединяват своята мощност в компактен планетарен механизъм. Управлението на механизмите в зависимост от различните режими обаче е изключително сложно както по отношение на контролната електроника, така и по отношение на силовата електросистема.

29

принцип прави класическата предавателна кутия излишна, а инженерите на Toyota са използвали в Prius интересна схема за тран-сформиране на енергията. Както казахме, HSD е смесен тип хибридна система, при която в зависимост от конкретната ситуа-ция Prius работи или като „чист“ електро-мобил, или като последователен и парале-лен хибрид едновременно – гъвкава схема, която се нуждае от подходящ предавателен механизъм. Най-ефективен се оказва пла-нетарният тип, който се използва често при необходимост от обединяване на задвижва-не от два източника или от разпределяне на задвижващата сила на един източник в две посоки. Внедряването му в сложната хибридна схема на взаимодействие обаче не е лесна задача. Нови неща в принципна-та схема на работа на хибрида са добавени едва при Lexus RX 400h и второто му поко-ление RX 450h (допълнителен електродви-гател на задния мост и едностепенен плане-тарен редуктор), Lexus GS 450h и Lexus LS 600h (допълнителен двустепенен редуктор на оборотите на електродвигателя).

Но да се върнем на планетарния меха-низъм, който в Toyota предпочитат да на-ричат PSD (Power Split Device) и може би имат право, защото в Prius и хибридите на Lexus няма същинска предавателна кутия в класическия смисъл на понятието. Пла-нетарният механизъм е изграден от три основни части – назъбена от вътрешната

страна пръстеновидна „корона“ (вж. схе-мата), „слънчево“ концентрично вътрешно зъбно колело и разположени между тях „сателитни“ зъбни колела с оси, свързани с общо „водило“. При движение на механи-зма сателитите обхождат вътрешно корона-та и външно слънчевото колело. При спи-ране на един от елементите, между другите два може да се предава движение. Когато и трите звена са свободни, те са обвързани помежду си в преки и точно определени математически взаимовръзки, като при движението на два от компонентите един спрямо друг, движението на третия може винаги да се определи с формула.

Инженерите на Toyota просто са „зака-чили“ водилото с планетните колела към изходящия вал на ДВГ. Когато той работи, произвежданият от него въртящ момент се предава от водилото към сателитните колела, които на свой ред го разпределят в две посоки. Първата води към короната, свързана с електрическия мотор-генератор MG2, който от своя страна предава движе-нието към предните колела. Втората посока е към свързаното с другия мотор-генератор MG1 слънчево колело. Стойностите на си-лите, предавани от водилото и сателитите към слънчевото зъбно колело и короната са еднакви, но поради различния диаметър на двата зъбни елемента всеки от тях всъщност се сдобива с различен дял от въртящия мо-мент. При Prius 72% от въртящия момент се насочва към МG2, респ. към колелата, а 28% отиват към слънчевото колело и МG1.

На практика всичко това означава след-ното. Поради пряката връзка между коле-лата и MG2, оборотите на МG2 са строго фиксирани за всяка определена скорост на движение на автомобила. В съответствие с оборотите на ДВГ (които компютърът зада-ва въз основа на натискането на „електрон-ния“ педал на газта и условията на движе-ние), управляващият блок на системата решава едно просто уравнение и определя динамично скоростта на въртене на МG1. В зависимост от ситуацията всяка от електри-ческите машини може да работи като гене-

мотор-генератор 2 MG2

мотор-генератор 1 MG1

слънчево колело (MG1)

водило (свързано с ДВГ)

сателитикорона (свързана с MG2 и трансмисията)

ДВГ

30

ратор или мотор, като при бавно движение MG1 действа като генератор. В този случай електрониката настройва консумацията на генерираната от MG1 електрическа енергия, увеличавайки или намалявайки оборотите на ДВГ до постигане на желаната динамика, а генерираният от МG1 електрически ток се насочва към МG2. В същото време по закона на планетарния механизъм 72% от въртя-щия момент на ДВГ отиват към МG2, респ. към колелата, а 28% към МG1 и в крайна сметка колелата се задвижват от механична енергия, обединена след пристигането й по два пътя – чрез директна механична връзка и по електрически път след електронно уп-равлявани трансформации. Действието на системата може би звучи безсмислено слож-но, но именно благодарение на нея е изгра-ден гъвкав и ефективен подход в разпреде-лението на енергийните потоци в Prius.

Логичният въпрос как автомобилът потегля при липса на усилваща въртящия момент предавателна кутия има прост от-говор – в повечето случаи това става при изключен ДВГ и благодарение на мощния МG2, черпещ електричество от батерии-те. При ниско ниво на батериите систе-мата автоматично стартира ДВГ, който задвижва генератора МG1 и произвежда необходимото на тяговия MG2 електри-чество. Просто и ясно – основната задача на сложната електроника се заключава в това, да определи нуждите и съобразно с тях да балансира ролите на MG1, MG2 и ДВГ. При движение с ниска скорост се използва само електроенергия от батери-ите, при ускоряване се включват и двата енегоизточника, като MG1 за кратко също преминава в режим на мотор, за да уве-личи оборотите на ДВГ и да симулира преминаване на по-ниска предавка, а при шофиране с постоянна скорост основна-та роля се изпълнява от предаващия тя-гата си по два пътя двигател с вътрешно горене... Тук е мястото да споменем, че електрическите машини са променливо-токови и трифазни и поради тази при-чина постоянният ток от батериите и об-

ратният поток преминават през сложни електронни преобразуватели.

Решението каква ще бъде ролята на МG1 и МG2 се взема от електрониката в зависи-мост от ситуацията с отчитане на определени дадености. Оборотите на ДВГ и MG2 винаги са „положителни“ (изключение при MG2 е движението на заден ход), докато оборотите на МG1 могат да бъдат както „положител-ни“ така и „отрицателни“ и на него е пове-рена ролята на главен балансиращ елемент в системата. В случай, че Prius се движи на електричество, завъртането на MG1 в поло-жителна посока води до стартиране на ДВГ – абсолютно неусетен и безшумен процес, тъй като електромоторът е с голяма мощност и веднага извежда ДВГ в зоната над 1000 об./мин. Интересно е да се отбележи също, че при определена скорост (около 100 км/ч при 3000 об./мин на ДВГ за Prius) MG1 отново за-почва да се върти в обратна на MG2 посока, но този път електрониката го вкарва в мото-рен режим. MG2 от своя страна преминава в режим на генератор, при което се получава режим на т.нар. „циркулация на мощност“, водеща до загуби. В този случай кръговратът на енергия причинява намаляване на КПД на системата, което обяснява по-ниската ефек-тивност при движение с високи скорости.

Мотор-генератор 2 Мотор-генератор 1 Motor-Generator 3

Преден задвижващ мостпри RX 450h

Rear Transaxle(with 4WD System)

Статор

Ротор

Rotor

Stator

31

Номограма на трите силови елемента. Електрониката решава какви да са оборотите на всеки от елементите. Всяка права изразява определен режим и е математическо следствие.

обор

оти/

мин

.

обор

оти/

мин

. (ск

орос

т на

движ

ение

)

Режимите на работа на енергийната и силова уредбаСтартиране на двигателя при спрял автомобил. Към МG1 се подава напрежение, което би задвижило автомобила в обратна посока, но това се предотвратява от подаване на достатъчно голямо блокира-що напрежение на МG2, който задържа автомобила неподви-жен, а силата на МG1 се преда-ва към ДВГ, който се стартира неусетно поради голямата мощност на електрическите агрегати. Симулация на ниски предав-ки. При ускоряване от място оборотите на ДВГ са значител-но по-високи от тези на MG2, но към него и съответно към колелата не се предава доста-тъчно голям въртящ момент. В такъв случай МG1 работи като генератор, токът от който системата насочва към МG2. В схемата при нужда могат да се включат и акумулаторите. Симулация на високи пре-давки. При висока скорост на движение ДВГ може да работи и с по-ниски обороти от МG2, но се управлява така, че да ра-боти в максимално ефективен режим с висок въртящ момент. При „най-високи предавки“ управляващият компютър пре-връща МG2 в генератор, който натоварва ДВГ, а генерираното от него електричество изпраща към МG1, който от своя стра-на става задвижващ мотор. Именно тази схема позволява на ДВГ да работи с по-ниски обороти при сравнително ви-сока скорост на движение, а системата може да симулира множество предавки между ниски и високи, променяйки ролите на МG1 и МG2 между мотор и генератор. В част от режимите едната електрическа машина зарежда и батериите (напрежението в тях никога не пада под определена граница

с цел запазване на по-дългия им експлоатационен живот), но в повечето режими генерирана от едната електрическа машина енергия се насочва изцяло към другата. Принципно зареждането отнема енергия от ДВГ, но в тези случаи той работи с по-високо КПД, а акумулираната в батери-ята енергия се използва в случаи на много ниска ефективност, което „капитализира“ с ползи изразходената преди това. Задна предавка. Батериите подават обратно напрежение към МG2 и автомобилът потегля назад. Ако в този момент акуму-латорите нямат достатъчен ка-пацитет, се включва ДВГ, който задвижва изпълняващия ролята на генератор МG1 и осигурява необходимия ток. „Тих“ режим. МG2 се захранва единствено от батериите, ДВГ и водилото са неподвижни, а МG1 се върти свободно в обратна по-сока, без да произвежда електри-чество и да натоварва системата.Неутрална предавка. В този слу-чай HSD просто прекъсва елек-трическата верига на МG1 и МG2. Никакъв въртящ момент не може да бъде пренесен към колелата.Регенерация. В режим на нама-ляване на скоростта системата насочва генерираната от МG2 електрическа енергия към акуму-латорите. При нужда (в случай, че акумулаторите са препълнени и в положение В на „скоростния“ лост) Prius може да прибегне и до използване на реалната спирачна сила на ДВГ. В такава ситуация MG2 започва да генерира енергия и да я отправя към МG1, а нато-варването идва от спирачния мо-мент на ДВГ. И в двата случая хи-бридът на Toyota/Lexus успява да оползотвори сериозен дял от из-лишната енергия на движещия се автомобил, а конструкторите са си позволили лукса да оразмерят спирачната система по-скромно

от типичното за автомобил от този клас и тегло. Допълнителен електроускори-тел. Акумулираната в батериите енергия е важен резерв, който дава възможност на компютъра да държи ДВГ в оптимален ре-жим на натоварване без оглед на режима на движение на ав-томобила. Зареждане на акумулаторите. Използвайки МG1 като генера-тор, хибридната система може да зарежда акумулаторните батерии и без автомобилът да се движи. Спрял автомобил. ДВГ работи само при нужда от зареждане на батериите – поради изклю-чително ефективната охлади-телна система достигането на оптималната му работна темпе-ратура става много бързо.

32

Компоненти на хибридната системаГлавната цел на хибридната схема на Toyota/Lexus е да осигури максимална енергий-на ефективност на системата като цяло, но конструкторите на Toyota са се постарали все-ки един от нейните компоненти да бъде изключително ефекти-вен сам по себе си. Захранващата мрежа с висо-ко напрежение (High Voltage Power Curcuit). С цел да се намали големината на преми-наващия през проводниците ток, а оттам и тяхното тегло и енергийните загуби, постоян-ното напрежение на акумула-торните батерии от 202 волта се увеличава с помощта на трансвертер (DC/AC) до про-менливо от 500 волта при Prius II и 640 волта при Prius III. Това става възможно благодарение на технологията, наречена би-полярен транзистор с изолиран гейт. Акумулаторните батерии на Toyota Prius и хибридите на Lexus са никел-металхидрид-ни, а при Prius Plug-in – лити-ево-йонни.Електрическият мотор. Висо-коефективният променливото-ков асинхронен агрегат MG2 е с постоянни магнити. Генераторът. Втората електри-ческа машина е от същия тип, но е изключително издръж-лива на големи натоварва-ния – може да достига 10 000 об./мин. и притежава много висока ефективност в най-из-ползваните средни оборотни режими. Двигателят с вътрешно го-рене е бензинов и работи по т. нар. „цикъл на Аткинсън“ с удължена фаза на разширение и скъсена фаза на сгъстява-не – всмукателният клапан се затваря по-късно и остава отворен при почти една трета от обратния ход на буталото. Този тип двигатели са неефек-

High Voltage Power Circuit е сложна управляваща система, имаща за цел не само да разпредели електрическите потоци, но и да трансформира високото променливо напрежение в по-ниско постоянно и обратното.

тивни при много ниски оборотни диапазони (поради разширената фаза на пълнене), но при хибри-дите на Toyota и Lexus ДВГ прос-то не работи в такива режими. Управлението на процесите в бензиновия агрегат е поверено на 32-битов процесор, а към сис-темата за охлаждане е добавен специален високотехнологичен съд, който съхранява топлината в течността до няколко дни след изключване на двигателя. Адаптивната електрическа кор-милна уредба. Тази управлява-

на от бърз 32-битов процесор система също пести енергия, защото сервоусилвателят се включва само при необходи-мост. Агрегатите на оптимизира-ната климатична инсталация също се задвижват изцяло с електричество. Поради необ-ходимостта от бърз пренос на голямо количество информа-ция между отделните управля-ващи и изпълнителни модули на системата се използва ви-сокоскоростна мрежа САN.

33

Пропорцията между мощността, пре-минаваща по директен механичен път и тази по електрически път в

Prius е постоянна и зависи от конструкци-ята на планетарния механизъм, а това оз-начава, че колкото по-голяма е скоростта на автомобила и/или натоварването, тол-кова по-голяма мощност се предава чрез електротрансформация. Когато се добави и факторът циркулация на мощност, ста-ва ясно защо Toyota Prius в голяма степен загубва предимствата си при постоянно движение с много висока скорост, и един-ствено регенеративният режим и отлична-та аеродинамика в известна степен компен-сират тези загуби. Само в така наречената „механична точка“, в която MG1 достига нулеви обороти, се реализира чисто меха-нично предаване, което обикновено в тези системи се използва като симулация на ви-сока предавка. Изброените характерни за Prius проблеми се решават в голяма степен при моделите на Lexus с добавянето на до-пълнителни механизми, променящи пре-давателното отношение именно на връзка-та тягов електромотор – колела. При Lexus RX 450h механизмът е едностепенен, а при Lexus GS 450h и LS 600 h – с две допълни-телни степени, реализирани чрез двоен

планетарен механизъм и управлявани чрез целенасоченото спиране на отделните него-ви елементи с помощта на фрикциони. По този начин изходящият електроагрегат вече не е свързан постоянно в съотношение 1:1 с главното предаване, а връзката се променя, при което при увеличаване на скоростта може чрез „превключване на предавките“ да се намалят оборотите на електродвига-теля (както е при конвенционалните ав-томатични трансмисии) и не само да се измести точката на размяна на ролите на двете електрически машини и настъпване-то на циркулация на мощност, но също да се намали размерът им поради гъвкавото управление на режимите на работа. Тази интервенция на практика променя оборот-ните режими и респективно въртящия мо-мент на тяговия мотор, но принципно вза-имовръзката между трите агрегата – ДВГ и двете електрически машини, се запазва.

Междувременно обаче много неща се промениха в самите агрегати на Prius и неговите производни Auris HSD, Lexus CT-200h. Новостите ще бъдат вложени и в бъ-дещите Yaris HSD, Prius V и Prius C. Напре-жението в системата нараства, увеличава се ефективността и се намалява обемът на електромоторите.

ЕВОЛЮЦИЯТА

34

При третото поколение на модела японските инженери са се концен-трирали главно в областта на окач-

ването и силовото предаване. Работният обем на бензиновия двигател е нараснал от 1,5 на 1,8 литра, съпроводен от съответния скок в мощността, която вече е 98 к.с. Сери-озни модификации е претърпяла и систе-мата за управление на енергийните потоци в хибридния силов тракт, а част от пери-ферните звена са оптимизирани – водната помпа например вече е електрическа и кон-сумира енергия само при необходимост. За по-добро усвояване на енергията спомага и водният кожух на изпускателната система, благодарение на който продължителността на работа на двигателя в по-нисък от опти-малния температурен режим се съкращава с всички произтичащи от това положител-ни последствия върху разхода на гориво и нивото на вредните емисии. Подобрени са и характеристиките на електрическия дял от силовия тракт – вместо 50 кВт без редук-тор, тяговият електромотор вече развива 59 кВт с редуктора и значително по-високи показатели на въртящия момент.

PRIUS ТРЕТИПодобно на своя предшественик, Prius

III използва никел-металхидридни акуму-латорни елементи, но капацитетът им е увеличен, а нарастването на напрежението на инвертора на 650 волта вече позволява движение изцяло на електрическа тяга със скорост 55 км/ч на разстояние до два кило-метра. Новост е и гаранцията за надеждно стартиране при температури до –30о С, но качественият скок по отношение на акуму-латорите тепърва предстои – скоро на паза-ра ще се появи и plug-in версия с литиево-йонни батерии.

Като цяло външният дизайн и при тре-тото поколение запазва подчертано сдър-жания си характер с леки футуристични акценти. Впечатление правят преди всич-ко предните светлини със зигзагообраз-на чупка в типично японски стил, докато промените в предната престилка, колоните на челното стъкло и задницата, предназ-начени за намаляване на коефициента на въздушно съпротивление (от 0,27 при Prius II на 0,25) трудно могат да се забележат от неспециалист. Същото може да се каже и за промените в дължината и широчината,

35

увеличени съответно с 15 и 20 милиметра в сравнение с тези на предходния модел. Meждуосието е останало непроменено.

Много по-забележимо е развитието на стилистиката в интериора. Погледът веднага се привлича от „плаващата“ в пространството централна конзола с джойстик за управление на трансми-сията по изцяло електронен път, а въз-можността за контрол на по-голямата част от функциите с бутони на волана придава на общата атмосфера нотка на

научна фантастика, допълнена от изцяло цифровите дисплеи на приборите върху арматурното табло.

Нарасналите показатели на мощността и въртящия момент дават осезаемо отра-жение върху динамиката. Наред с чувстви-телното нарастване на предната и задната следа (съответно с четири и два сантиме-тра), Prius III показва стегната, стабилна настройка, която би допаднала дори на разглезените в това отношение европейски потребители.

Пътят към електрическата мобилност се оказа трънлив и труден за изминаване – акумулатор-ните батерии все още са твърде скъпи и тежки, времето за зареждането им е прекалено дълго, а постижимият пробег на ток си остава срав-нително скромен. Усилията на автомобилния бранш обаче не спират, а Prius Plug-in-Hybrid е поредна решителна крачка към едно по-еколо-гично електрическо бъдеще.Докато при познатата версия на пионера сред серийните модели с хибридно задвижване Toyota Prius шофирането само на ток е въз-можно само при определени условия и за доста кратки разстояния, Plug-in-Hybrid позволява изминаването на около двайсет километра, без да се използва стандартният бензинов мотор. От една страна, това звучи малко, но съвсем обективно погледнато, в нормални градски условия въпросният пробег най-често е дос-татъчен, за да отиде човек на работа – поне в едната посока. Друг е въпросът, че ако работите по-далеч от вкъщи, а паркингът на работното ви място не предоставя възможност да включите автомобила си да се зарежда в електрическата мрежа, ще се наложи да се върнете по добрия стар начин, а не само с помощта на електрое-нергия. Обективно погледнато обаче, тези фак-тори съвсем не са по вина на Prius.Сам по себе си автомобилът върши работата си изключително добре – в зависимост от стила на каране и трафика, той с лекота изминава между 10 и 20 км само на ток. Максималната скорост в електрически режим на работа е около 100 км/ч, в теста бяха отчетени дори 112 км/ч. Ако дневният ви пробег се вписва във възможност-ите на електрическия модус на задвижване, 1,8-литровият двигател с вътрешно горене се

PRIUS PlUG-IN-HYBRID

стартира съвсем за кратко, колкото да поддър-жа добрата си форма. В такива случаи на арма-турното табло може да видите гордия надпис: „Разход 0,0 литра за 15 км.“Реалната консумация на Plug-in е изключително зависима от куп фактори, така че официално обещаният разход от 2,6 л/ 100 км (което съ-ответства на 59 г CO2/км) си остава постижим само в лабораторни условия. На дългия 288 километра нормиран цикъл за измерване на минимален разход, който използваме, автомо-билът отчете 4,2 л/100 км. При същите условия нормалният Prius даде стойност 3,9 л/100 км. Това е лесно обяснимо, тъй като Plug-in работи на ток по доста малка част от цялата отсечка, след което почва да работи в същия цикъл, как-то стандартния модел, а разликата в теглото на двата автомобила е цели 70 килограма.При средния разход в теста ситуацията вече е коренно различна – Plug-in изразходва 4,8 л/100 км, което е със сензационните 15 про-цента по-малко в сравнение с нормалния Prius и е най-ниската стойност, която ние от auto motor und sport някога сме отчитали за бензинов автомобил. Реалните емисии на CO2 също са радващо ниски.

36

Един ден вероятно ще стартираме двигателя на автомобила си с едно кликване и после с едва забележими

движения на пръстите като по мишка на лаптоп ще водим безшумната машина по улици и пътища. Конструкторите на Lexus RX 450h засега ни спестяват този шоки-ращ преход към бъдещето, но са направи-ли много, за да ни подготвят за него. При толкова много футуристична техника дори изглежда учудващо, че за да потегли, тихи-ят 2,2-тонен колос се нуждае от обичайното натискане на десния педал – също като съв-сем обикновен автомобил.

В духа на днешния ден обаче япон-ският всъдеход фокусира вниманието на публиката с едно-единствено число. Не, не става дума за общата мощност на сис-темата, възлизаща на 299 к.с. Наистина и с нея Lexus изпреварва конкурентите си, но в случая решаващ е отделяният CO2 – 148 грама на километър. За да постигнат това, инженерите са бръкнали дълбоко в торба-та с фокусите – новоразработеният V6-мо-тор с 249 к.с. работи по т.нар. принцип на Аткинсън. В допълнение към това сложна

система за рециркулация и охлаждане на отработилите газове понижава температу-рата им от 880 на 150 градуса. Отдадената от газовете топлина се оползотворява, като с нейна помощ двигателят достига по-бързо работна температура – така, особено в сту-дени дни, той работи значително по-ефек-тивно и управляващата електроника може да превключи по-бързо в електрически режим. Както и в предишния модел, в RX 450h се използват никел-металхидридни акумулатори, но сега те са разположени по нов начин за по-добро охлаждане и са мал-ко по-компактни от преди. При нужда един електромотор на задния мост осигурява по-вече сцепление и още тяга.

Въпреки целия високотехнологичен пакет, за да се движи автомобилът, десни-ят крак и занапред ще трябва да извършва обичайното движение по посока на пода. Ако това стане по-енергично, оборотите се устремяват нагоре, 3,5-литровият бензинов мотор започва да издава малко по-силен, но постоянен звук, а RX дръпва мощно напред. Необикновената акустика е характерна за работата на специфичната за този тип хи-

RX: ШИФЪРЪТ НА ПРЕВЪЗХОДСТВОТО

37

бриди трансмисия с електрическо управле-ние. Динамичните показатели са подобрени допълнително и благодарение на разшире-ния диапазон на висок въртящ момент при електромоторите, както и на новата система за управление, осигуряваща по-ефективна работа на бензиновия двигател.

SUV моделът не само преодолява ком-фортно дълги разстояния, но се държи на пътя и особено в завои много по-чевръсто от своя предшественик. За това му помагат специално настроената за европейския па-зар ходова част и конструираният наново заден мост с двойни напречни носачи.

След кратка секунда на замисляне, дъл-жаща се на трансмисията, автомобилът се впуска в яростна атака напред и позволява да бъде воден по тесни планински пътища много по-прецизно, отколкото това бе въз-можно с предишния модел. От друга страна, удобните широки седалки и предлаганото по желание пневматично окачване с регу-лиране на просвета правят RX, подобно на всеки друг Lexus, почти идеално пригоден за спокойно и продължително шофиране по шосета и магистрали.

Спокойното и релаксиращо поглъщане на километър след километър в RX 450h носи двойно удоволствие – от шофирането и от пестенето на гориво.

Водачът вече може да участва по-актив-но в опазването на околната среда, като в зависимост от ситуацията избере някой от предлаганите режими на движение – ECO, EV (изцяло електрическо задвижване) и SNOW (за хлъзгав терен). Така може да се постигне оптимално управление на си-ловия тракт, което води до още по-малък разход на гориво. Всички електрически вериги се управляват от общ блок, обеди-няващ функции като например трансфор-мирането на постоянния ток с напрежение 288 волта от акумулатора на хибридната система в 650-волтов променлив ток за задвижване на електромоторите, както и в постоянен ток с напрежение 12 волта за обичайните консуматори и зареждане на обикновената бордова акумулаторна бате-рия. Управляващият блок, който освен това регулира мощността и взаимодействието на електромоторите и бензиновия двига-тел, в новия RX е станал още по-компактен, като обемът му е намален на 18,2 вместо 30 литра, а теглото му – на 22 вместо 30 кило-грама. Двустранното охлаждане позволява увеличаване на енергийната плътност с 40 процента и същевременно 10-процентно намаляване на електрическите загуби, кое-то в крайна сметка се отразява добре върху разхода на гориво.

RX 450h е един от най-екологичните SUV модели и ярка еволюция на първоначалната хибридна идея на Toyota.

38

Ако дизайнът на първото поколение Prius не се различаваше по нищо от този на средностатистическата

Corolla, пробивът на хибридната вълна със сигурност щеше да дойде значително по-късно. Независимо от екологичните и технологични предимства на новата систе-ма, без оглед на изгодите за потребителя и въпреки обема на инвестираните от Toyota средства. Този наглед парадоксален факт е отдавна известен, оценен по достойнство и многократно интерпретиран в дела от па-зарните стратези не само в автомобилните компании.

Зеленото трябва да е яркозелено. Хи-бридът следва да изглежда различно от останалите. Наред с безспорната си леги-тимност, изразена ярко и до днес върху физиономията на третото поколение на пионера Prius, този постулат претърпя и значително развитие през последните годи-ни, белязани от нарастваща популярност и покачващи се производствени тиражи. На пазара отдавна са хибридните RX, GS и LS, чиято принадлежност към екофракцията доби ефирни, разпознаваеми само с наби-то око и обучено ухо очертания, а Auris Hybrid нанесе отчетлива демократична

корекция на привилегията да притежаваш автомобил с хибридно задвижване.

Къде е мястото на новия CT 200h в така очерталия се пейзаж? Ако приемем, че размерът има значение, то габаритите на хечбека го поставят в ясна позиция в йе-рархията на Lexus. Свободното място под IS дава отлична възможност за разширява-не на потенциалния кръг потребители на престижната дивизия на японския гигант, осигурявайки едновременно с това почетна дистанция от хибридите на Toyota. Резул-татът е сполучлива, типична за Lexus смес, придружена от солидна доза динамика, изразена еднакво добре в пропорциите на ниската и широка каросерия, в агресивно-то оформление на предницата и в 17-цоло-вите колела на тестовия автомобил.

Нищо очевидно обаче няма във външ-ния израз на хибридната идентичност на CT 200h. Ако не сте запознати с намерени-ето на Lexus да предлага този модел само с хибридно задвижване (поне за момента) и сте пропуснали да забележите и разшиф-ровате значението на малкия индекс „h” върху капака на багажника, шансовете ви да разконспирирате хибридната система в новия модел се свеждат до минимум.

ЗЕЛЕН СПОРТСМЕН

39

Разбира се, винаги можете да разкъ-сате брутално опаковката на изненадата, отваряйки предния капак. Или пък да за-ложите на късмета, очаквайки погледът ви да попадне върху надписите в задната част на праговете. Но правилният подход в случая е да заемете мястото зад волана, защото контактът с тандема от ДВГ и елек-тромотор е безспорно най-директен и не-посредствен на мястото на водача. Именно там, заобиколен от атмосфера в спортен стил, модерна електроника и изискани материали, насочени към придирчивия европеец, от полегатата централна конзо-ла скромно се подава върхът на японския технологичен айсберг – странен по фор-ма джойстик, който донякъде прилича на прибора за управление на трансмисията на Prius. Прилича. Но само донякъде. И на нищо друго. Във всеки случай не и на скоростен лост.

На никой друг автомобил с динамична външност и съответстващи й амбиции не прилича и CT 200h. Двойствената природа на новия модел се подчертава от възмож-ността за преминаване към спортен режим на движение, при което контролните при-бори зад волана променят не само цвета, а

и съдържанието си, а изграденият от позна-тите от Prius компоненти силов тракт де-монстрира доста различна страна от своята природа. Успоредно с преминаването на ос-ветлението на арматурното табло от хладно синьо към огненочервено и замяната на из-ображението на енергийните потоци върху дисплея с класически оборотомер, хибри-дът безапелационно пришпорва впряга от 1,8-литров високоефективен бензинов агрегат и две синхронни електрически ма-шини, черпейки щедро от съхранената в никел-металхидридните клетки енергия и изстисквайки 16-клапановият мотор с про-менилива система за газоразпределение до над 5000 об./мин. При това стават ясни две неща – първо, че декларираните от Lexus динамични характеристики (10,3 секун-ди от 0 до 100 км/ч, 180 км/ч максимална скорост) са напълно реалистични и второ, че шумоизолацията при CT 200h е значи-телно по-добра от тази на Prius. Разбира се, едновременното постигане на екстремни стойности по отношение на динамиката и на разхода е невъзможно като пълното щас-тие, но може би някой ден... Нима преди де-сет години някой би дръзнал да изрече на един дъх „спортен” и „хибрид”?

40