В тази част на поредицата ще продължим с това как се ражда идеята за хибриден автомобил
През 1993 година изпълнителният вицепрезидент, отговорен за развойната дейности и разработките на нови модели в Toyota - Йоширо Кимбара, създава G21, проектен комитет, който трябва да изследва нагласите и да определи философията на автомобила на ХХІ век. Тук се намесва още един интересен факт: през 1993 година администрацията на Клинтън в Щатите поставя началото на инициатива, чиято задача е разработване на автомобил, изразходващ средно 3 литра гориво на 100 км. Въпреки амбициозното име на начинанието „Партньорство за ново поколение автомобили” (PNGV), включващо американските автомобилни производители, резултатът от няколкогодишния труд на инженерите е олекналата с няколко милиарда долара американска хазна и всичко на всичко три хибридни прототипа. Toyota и Honda са изключени от тази инициатива, но това пък още повече ги амбицира да създадат свои технологии за драстично намаляване на разхода на гориво.
И така, още от самото началото Кимбара определя целта като автомобил с голямо интериорно пространство и нисък разход на гориво. По това време компанията разполага с армада от 12 000 инженери, включително 22-ма главни инженери; координацията между отделните звена започва да става все по-трудна, а взимането на решения се превръща в сложен процес. Големият концерн натрупва критична маса, която все по-трудно се контролира. Формирани са четири отделни звена за развойна дейност, съответно за моделите с предно и задно задвижване, за товарни и SUV модели, и за системи за задвижване. Всяко от звената включва групи за планиране, дизайн, разработване и изследване на различни компоненти като ходова част и задвижване. Когато Кимбара споделя с шефа на отдела за проектиране на модели с предно задвижване Фумио Сигура, 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 Кобочи, 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 формулира 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, 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, включващи използването на двигател с директно впръскване на бензин и CVT трансмисии, се прокрадва и идеята за хибридно задвижване. В предлагането на идеи се включват все повече инженери, защото на срещите често присъстват и гости от различни отдели, които имат желание да се включат 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 проекта 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 различни проектни подразделения инженери, ангажирани със създаването на икономичен автомобил. За шеф е избран ръководителят на Техническия административен отдел Такеши Учиамада. По това време начело на подобни отдели вече са високоспециализирани и профилирани експерти в определени области. Учиамада няма опит в областта на продуктовото планиране, но е изключително широко скроен и кипи с работата си. Роден през 1943 година, той от малък се интересува от техниката и чете биографии на изобретатели като Томас Едисон. След като се сдобива с книга за Фердинад Порше и разбира, че именитият конструктор е създал не само спортни автомобили, но и „костенурката” на VW, Учиамада започва да изпитва много повече симпатия и интерес към обикновени автомобили като Ford Model T, отколкото към състезателните. Баща му също работи като главен инженер в Toyota и е ръководител на проекта за легендарното трето поколение на Crown. Фактът обаче, че Учиамада завършва не машинно 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 дебрите 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 ангажименти към съществуващи модели, конвенционални концепции и прочее. Инженерите имат пълната свобода да работят върху изцяло нови технологични решения – подход, напълно различен от правилата в консервативна компания като Toyota по онова време. Той обаче е напълно приемлив, когато 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 вицепрезидент на Toyota и пряко отговорен за проекта става главният управляващ директор Уада. Само с едно изречение той успява да даде 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 автомобилната промишленост прахосва прекалено много средства, за да строи прототипи в ранна фаза на развитието на проектите. „Виждали ли сте някоя строителна фирма да прави толкова прототипи на мост? Дори самолетните компании правят по два. Само ние, от автомобилната промишленост, правим многобройни прототипи. Трябва да се фокусираме върху проектната фаза и да конструираме реални автомобили на по-късен етап.”
След като се съсредоточава върху практичната страна на нещата, екипът скоро започва да формира идеите си. В първите от тях няма нищо революционно – автомобилът трябва да е с размер на Corolla, но с увеличено вътрешно пространство, да изглежда модерно, а електрическото кормилно управление да намали разхода 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 останалите технологични решения. За да се ускори 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 фирма и от доставчик. Тази философия е помагала на Toyota да продължи да работи дори при сериозни природни катаклизми. Новият 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 началото на Фаза III от развойната дейност по новия проект, който вече е назован с името Prius. На този етап все още никой не приема насериозно технологичното решение за използване на хибридна система за задвижване. Учиамада я отхвърля като реално неприложима, тъй като по това време още никой не е създал сериен модел, задвижван от подобно устройство, капацитетът и издръжливостта на батериите са плачевни, цената би била висока, а и въпреки отделните експерименти с подобни технически решения, Toyota все още не разполага със знания и опит в тази област. Преди да вземе решение за създаване на хибридна 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-нисък разход на гориво. В крайна сметка обаче става ясно, че единствено съчетаването на електрически агрегати 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 трябва да бъде разпусната. Както всеки японец, Учиамада е човек на честта и не би допуснал подобно нещо.
На отдела по инженеринг е възложена задачата да определи значимостта на вече съществуващи технологични решения, независимо дали са дело на компанията или не, и да изчисли себестойността на евентуалните проекти, включваща продуктово планиране и предпроизводствени фази. Именно този отдел получава директива да избере за максимално кратко време най-практичните системи; възложено му е да действа съвместно с отдела за 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 режими на работа и задоволителен въртящ момент и съответно мощност, двигателят с вътрешно горене трябва да премине през работа в неефективни режими. Електрическият двигател пък постига въртящ момент още при нулеви обороти. Това означава, че съчетаването на тези качества може да доведе до взаимни ползи. При последователния тип хибрид двигателят с вътрешно горене задвижва генератор, който произвежда електричество за електромотора, задвижващ автомобила. Тази конверсия има своите негативни страни и води до загуби на енергия, но пък непряката връзка с колелата дава възможност двигателят да работи постоянно 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 установяват, че през 70-те години множество компании са реализирали подобни проекти. Производители като General Motors например са ги проучвали на ниво развойна дейност, констатирайки обаче винаги едно и също – че хибридните системи определено не са приложими в масово произвеждани автомобили. Членовете на екипа в Toyota, ангажиран със задачата да открие адекватна система, изнамират над 80 различни проекта, повечето от които са от паралелен тип. След поредица изследвания изборът е сведени до четири. Два от тях са от смесен тип и съчетават две електрически машини и ДВГ, всичките обединени с планетарен механизъм, като разликите между тях са, че агрегатите 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, съчетаващо ДВГ с електромотор и CVT трансмисия. Екипите започват изследвания на ефективността, като използват базите данни от отделите по механични компоненти, съчетавайки ги с базите на отдела по електрически машини и батерии. Скоро установяват, че това е много трудно, тъй като за целта не е създаден подходящ софтуер. Специалистите са почти отчаяни, когато един от инженерите си спомня, че колегата му Акира Охбатаке разполага с готов програмен продукт, който използва за тестване на електрически системи с горивни клетки.
Програмата е създадена от американската компания Mathlab и позволява различни симулации, тъй като повечето режими на работа на агрегатите са включени в предварителното задание. За купуването на софтуера и работната станция са отделени моментално 30 милиона йени. За анализите на разхода на гориво и контрола на режимите обаче се налага японците да напишат допълнителен, изцяло нов алгоритъм. Така за изключително кратко време са проучени виртуално и четирите споменати системи 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 създават проектни чертежи за интегриране на системата в компактния моторен отсек на автомобила, който още по предварително задание е по-малък от стандартните заради изискването да бъде увеличен интериорът.
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 отделът за разработване на силови трактове; отделът за електрически автомобили поема 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 преименувана на група Zi.
Междувременно в цял свят се усилват и дебатите за вредните емисии, към които започват да причисляват и въглеродния двуокис. Всички се насочват към намаляване на разхода на гориво и проектът придобива нов смисъл за Toyota. Хибридната система обещава значителни икономии.
(следва)
Текст: Георги Колев