از Lohner-Porsche تا Prius، سفر صد ساله خودروی هیبریدی

در اوایل دهه 1900، خودروی هیبریدی لور-پورشه که توسط فرديناند پورشه طراحی شد، سراسق مستقیم هیبریدهای امروزی به شمار می‌آید.
در اوایل دهه 1900، خودروی هیبریدی لور-پورشه که توسط فرديناند پورشه طراحی شد، سراسق مستقیم هیبریدهای امروزی به شمار می‌آید.

این صفحه را به اشتراک بگذارید

نخستین خودروی هیبریدی جهان، Lohner-Porsche است که فرديناند پورشه در سال‌های 1900 تا 1901 در وین طراحی کرد: این خودرو که بر اساس اصل هیبرید سری و تولید برق از بنزین کار می‌کرد، جد مستقیم هیبریدهای امروزی است. نخستین هیبریدِ تولید انبوه نیز تویوتا پریوس در سال 1997 بود؛ فاصله میان نمایش نخستین هیبرید در پاریس تا عرضه نخستین هیبرید تولید انبوه دقیقاً 97 سال است، یعنی تقریباً یک قرن.

نکات برجسته

  • 1900: فرديناند پورشه نخستین هیبرید کاربردی جهان با نام Semper Vivus را طراحی کرد.
  • 1901: نخستین هیبرید آماده تولید انبوه یعنی Lohner-Porsche Mixte به بازار عرضه شد؛ قیمت آن 14,400 تا 34,028 کرون اتریش بود.
  • 1997: تویوتا پریوس به عنوان نخستین خودروی هیبریدی تولید انبوه جهان در ژاپن به خیابان‌ها آمد.
  • 1999: هوندا اینسایت نخستین هیبرید تولید انبوهی بود که در آمریکا فروخته شد.
  • 2012: با پریوس پلاگ-این هیبرید، دوران هیبرید قابل شارژ رسماً آغاز شد.

از شاگرد برق‌کار تا نخستین هیبرید: Lohner-Porsche فرديناند پورشه

داستان در سال 1893 آغاز می‌شود، زمانی که مهندس جوانی 18 ساله به شرکت برق Béla Egger & Co. در وین پیوست. فرديناند پورشه در آنجا نخستین موتو بازوی توپر (هاب موتور) برقی را بر اساس مفهوم Wellington Adams توسعه داد - راه‌حلی رادیکال برای آن روزگار که با جای‌دادن موتور درون چرخ، نیاز به گیربکس و اجزای انتقال قدرت را کاملاً از بین می‌برد. پورشه در سال 1897 این موتور را با مسابقه آزمایش کرد و یک سال بعد، در 23 سالگی در کارخانه Jacob Lohner استخدام شد.

نخستین محصولات کاملاً برقی بودند: خودروهای باتری‌دار با دو هاب موتور در چرخ‌های جلو. هر موتور 2.5 تا 3.5 اسب بخار تولید می‌کرد و به‌طور لحظه‌ای می‌توانست به 7 اسب بخار برسد. در سال 1898، "System Lohner–Porsche" در مطبوعات اروپا استقبال گسترده‌ای دریافت کرد؛ در همان سال Egger-Lohner C.2 Phaeton طراحی‌شده توسط پورشه با توان 3 تا 5 اسب بخار و سرعت بیشینه 25 کیلومتر بر ساعت به جاده آمد. Lohner-Porsche Electromobile که در اکسپوی پاریس 1900 معرفی شد، با دو موتور 2.5 اسب بخاری می‌توانست به سرعت 37 کیلومتر بر ساعت برسد.

Semper Vivus و Mixte: تولد اصل هیبرید سری

انقلاب واقعی در سال 1900 رخ داد. پورشه نخستین هیبرید کاربردی جهان را طراحی کرد: Semper Vivus. منطق پشت این ایده حتی امروز نیز آموزنده است - چون بزرگ‌ترین مشکل خودروی برقی، چگالی انرژی محدود باتری بود، پورشه به جای حمل باتری، تصمیم گرفت برق را درون خود خودرو تولید کند. دو موتور بنزینی 3.5 اسب بخاری DeDion Bouton خنک‌شونده با آب، دو ژنراتور را می‌گرداندند؛ هر ژنراتور 20 آمپر و 90 ولت تولید می‌کرد. یعنی موتور بنزینی هیچ قدرتی به چرخ‌ها نمی‌فرستاد و تنها برق تولید می‌کرد. به این معماری امروز هیبرید سری می‌گوییم و بخش بزرگی از لوکوموتیوهای مدرن ریلی هنوز با همین اصل کار می‌کنند. نمونه اولیه با وزن 1,200 کیلوگرم حتی با استانداردهای زمان خودش سنگین بود.

در سال 1901 این مفهوم در قالبی آماده تولید انبوه با نام Lohner-Porsche Mixte با این نام به فروش عرضه شد. موتور ژنراتور چهارسیلندر 25 اسب بخاری 5.5 لیتری که از Daimler اتریش گرفته شده بود، ژنراتور را به کار می‌انداخت. از سری اول پنج خودرو فروخته شد؛ نخستین آن‌ها به امیل یلینک رسید، نامی که علاقه‌مندان خودرو آن را می‌شناسند. سمت مهندسی کار جلو می‌رفت؛ سمت اقتصادی کار جلو نمی‌رفت: قیمت Mixte بسته به تجهیزات به 14400 تا 34028 کرون می‌رسید و تقریباً دو برابر قیمت خودروهای معمولی مشابه فروخته می‌شد. در فاصله سال‌های 1900 تا 1905 تنها 11 خودروی هیبریدی خریدار پیدا کرد؛ در همان دوره حدود 65 دستگاه Lohner-Porsche تمام‌برقی فروخته شد.

با این حال پروژه زنده بود: پورشه رالی Exelberg سال 1902 را با Mixte برد، همان سال بابت هندسه محورها پتنت گرفت، در سال 1905 جایزه Potting Prize را دریافت کرد و در 1906 طراح ارشد Austro-Daimler شد. یک نکته جالب دیگر: معماری موتور توپُر چرخ Lohner-Porsche، رویکردی بود که برای خودروی ماهانه Apollo نیز روی آن کار می‌شد. در فاصله سال‌های 2007 تا 2011، موزه پورشه سه سال با Karosseriebau Drescher همکاری کرد و یک نسخه بازسازی‌شده کارکرده از Semper Vivus ساخت و در نمایشگاه خودروی نیویورک 2011 به نمایش گذاشت - به‌عنوان مدرکی بر اینکه نخستین خودروی هیبریدی می‌تواند دوباره با موتور خودش کار کند.

مدلسالمنبع قدرتداده برجسته
Semper Vivus1900ژنراتور بنزینی 2 x 3.5 PS + باتری1200 کیلوگرم؛ هر ژنراتور 20 آمپر / 90 ولت
Lohner-Porsche Mixte1901موتور Daimler 5.5 لیتری 25 اسب بخار + ژنراتورقیمت 14400 تا 34028 کرون
Electromobile1900موتور چرخ 2 x 2.5 PS + باتریحداکثر سرعت 37 کیلومتر بر ساعت
La Toujours Contente1900چهارچرخ محرک، بنزینی-برقیباتری 1.8 تنی، 56 اسب بخار، بیش از 4 تن

نمونه‌های اولیه دوره آغازین و حدود 80 سال سکوت

پس از پورشه این ایده نمرده بود، اما گسترش هم نیافته بود. در سال 1905 مفهوم هیبریدی H. Piper مطرح شد؛ در 1916 شرکت Woods Motor Vehicle Company مستقر در شیکاگو Dual Power را معرفی کرد - خودرویی که برق را با یک موتور درون‌سوز چهارسیلندر ترکیب می‌کرد؛ تلاشی درخشان اما در نهایت محکوم به شکست تجاری. از تلاش Woods می‌توان تصویر کلی را خواند: هیبریدها تا دهه 1910 تولید می‌شدند، اما به دلیل قیمت بالا و قدرت کم فروش خوبی نداشتند.

سپس هیبرید به مدت حدود 80 سال در کتاب‌های مهندسی بیشتر از یک پانویس نبود. چندین علت قابل اندازه‌گیری برای این موضوع وجود دارد: با بهبود جاده‌ها در آمریکا نگرانی برد کاهش یافت، نفت تگزاس قیمت بنزین را به سطحی به‌تاریخی پایین کشاند و قابلیت اطمینان موتور درون‌سوز افزایش یافت. خودروهای برقی در تقاطع این سه عامل تا سال 1935 تقریباً به‌کلی ناپدید شدند؛ هیبریدها نیز با هزینه بالا و سرعت پایینی که نمی‌توانست مزیت برد کوتاه را جبران کند، بخشی از این عقب‌نشینی بودند. ایده فنی درست باید منتظر شرایط اقتصادی درست می‌ماند.

تویوتا پریوس 1997: تولید انبوه هیبرید چگونه محقق شد؟

سفر هیبریدی تویوتا در واقع از سال 1968 با مدیر ارشد پروژه، کنیا ناکامورا آغاز شد - اما رسیدن به نتیجه‌ای عملگرایانه سی سال زمان برد. در سال 1997، تویوتا آماده عرضه پریوس، اولین خودروی هیبریدی تولید انبوه جهان، بود. ماه عرضه در سوابق شرکت میان اکتبر تا دسامبر متغیر است؛ اما مسلم این است که این خودرو در سال 1997 در ژاپن به جاده‌ها راه یافت و در سال عرضه، جایزه "Car of the Year" ژاپن را کسب کرد.

تأثیر پریوس را می‌توان به صورت عددی نیز دنبال کرد. وقتی نسل اول در سال 2000 وارد بازار آمریکا شد توان ترکیبی 97 اسب بخار ارائه می‌داد - توان یک سدان خانوادگی معمولی، اما جدول مصرف بنزین داستانی کاملاً متفاوت بود. پریوس 1997 به عنوان اولین خودروی تولید انبوهی که بنزین و برق را در یک بسته واحد ترکیب می‌کرد، مسیر صنعت خودروسازی را تغییر داد؛ منطق هیبریدی سری که پورشه یک قرن پیش پایه‌گذاری کرده بود، اکنون در میلیون‌ها خودرو در حال کار بود. پژوهش‌هایی که تبار پریوس را مستقیماً به همان نمونه اولیه وین دهه 1900 پیوند می‌دهند، همچنان موضوع تاریخ‌نگاری مبتنی بر آرشیو هستند.

هوندا اینسایت: اولین هیبرید در آمریکا

در موج اول، در کنار تویوتا یک پیشگام دوم نیز وجود دارد: هوندا. هوندا اولین هیبرید تولید انبوه آمریکای شمالی را در سال 1999 معرفی کرد: اینسایت. نسل اول (1999–2006) در قالب کوپه لیف‌بک سه‌در، دو‌نفره، در دسامبر 1999 یعنی پیش از ورود پریوس به آمریکا وارد بازار ایالات متحده شد و اولین هیبرید بنزینی-برقی بود که در آمریکا فروخته شد. زمان توسعه خودرو حدود سه سال بود. نتایج کوتاه‌مدت ماجراجویی هیبریدی هوندا نیز چشمگیر است: این برند بیست‌وپنجمین سال فروش هیبرید-برقی خود را جشن گرفت و امروز مدل‌های هیبریدی بیش از 25 درصد فروش آن را تشکیل می‌دهند.

بلوغ فناوری باتری: از NiMH تا لیتیوم-یون

Toyota'nın hibrit modellerinde lityum-iyon bataryalara geçişi, daha yüksek enerji yoğunluğu sunan yeni nesil batarya teknolojisini gündeme taşıdı.

در سفر صدساله هیبرید، حیاتی‌ترین قطعه سخت‌افزاری باتری است. پریوس اول از باتری‌های نیکل-متال-هیدرید (NiMH) استفاده کرد؛ اولین باتری‌ای که یک هیبرید تولید انبوه را روی جاده‌ها به حرکت درآورد. پروفایل مهندسی NiMH با مأموریتش سازگار بود: چگالی انرژی به‌وضوح بالاتر از سرب-اسید و پایین‌تر از لیتیوم-یون. برای هیبرید کلاسیک کافی بود، زیرا باتری در چرخه دائم شارژ-دشارژ نقش یک بافر کوچک را ایفا می‌کرد - به خودرو شارژ داده نمی‌شد.

با آمدن هیبریدهای پلاگین‌دار و خودروهای تمام‌برقی، معادله تغییر کرد: برد برقی بیشتر یعنی چگالی انرژی بالاتر. در دهه گذشته، NiMH عمدتاً با باتری‌های لیتیوم-یونی قوی‌تر، جمع‌وجورتر و بادوام‌تر جایگزین شد؛ امروزه بیشتر هیبریدهای پلاگین‌دار و خودروهای تمام‌برقی از لیتیوم-یون استفاده می‌کنند. معلوم است که تویوتا نیز در هیبریدهای محبوب خود از NiMH به لیتیوم-یون مهاجرت کرده است. جدول خلاصه ساده است: در هیبرید کلاسیک NiMH، و در هر چیز قابل اتصال به پریز، لیتیوم-یون.

دوران هیبرید پلاگین‌دار: ظهور هیبریدهای شارژی

مرحله جدید هیبرید، شارژ باتری از پریز خانگی نیز بود. پریوس پلاگین هیبرید نخستین نسل آن بین سال‌های 2012 تا 2016 تولید شد؛ نسل اول به طور کلی ناکافی ارزیابی شد - در حالی که برد الکتریکی آن حدود 15 مایل بود، شورولت ولت در همان دوره 35 مایل ارائه می‌کرد. نسل دوم در سال 2016 آمد و نسل سوم به عنوان مدل Prius Prime 2023 معرفی شد.

در سمت آلمان نیز پیشرفتی در همین جهت وجود دارد: پورشه در سال 2010 با Cayenne S Hybrid به سمت هیبرید رفت و Panamera S Hybrid سال 2011 با مصرف 6.8 لیتر در 100 کیلومتر در چرخه NEDC، 380 اسب بخار ارائه می‌کرد. Panamera S E-Hybrid سال 2015 به عنوان نخستین هیبرید پلاگین‌دار در بخش خود معرفی شد؛ 918 Spyder اما با باتری لیتیوم-یونی 6.8 کیلووات‌ساعتی و برد الکتریکی 31 کیلومتری، مرز عملکرد هیبرید پلاگین‌دار را ترسیم کرد و با دور 6:57 دقیقه‌ای در نور اشلایفه رکورد زد. ایده‌ای که در سال 1900 با دو ژنراتور آغاز شد، اکنون میزبان یک سیستم انتقال قدرت رکوردشکن در پیست است.

درس یکصدساله: چرا مهندسی خوب مجبور شد 80 سال منتظر بماند؟

جنبه آموزنده خطی که از Lohner-Porsche تا Prius امتداد دارد، فنی نیست، بلکه اقتصادی است. راه‌حل پورشه در سال 1900 از نظر مهندسی سازگار بود - چندان سازگار که اصل هیبرید سری امروز از لوکوموتیوها تا سوپراسپرت‌ها همه‌جا حضور دارد. آنچه غایب بود، آمادگی بازار بود: هزینه باتری‌ها، قیمت بنزین، جاده‌ها و انتظارات زیست‌محیطی شهرها تا سال 1997 همسو نشده بودند. Prius دقیقاً در لحظه‌ای متولد شد که این چهار پارامتر همزمان به موقعیت درست رسیدند؛ Honda Insight بلافاصله پس از آن، با رویکردی فنی متفاوت، راهش را ادامه داد.

امروز که به عقب نگاه می‌کنیم، تصویر روشن است: هیبرید یک اختراع منفرد نیست، بلکه دستاوردی نزدیک به یک سده است. مفهوم Semper Vivus در سال 1900، جسارت Woods Dual Power در سال 1916، تصمیم تولید انبوه Prius در سال 1997 و معماری‌های پلاگین‌داری که از سال 2012 رایج شدند، حلقه‌های یک زنجیره منطقی واحد هستند. حلقه بعدی این زنجیره، با گذار به لیتیوم-یون در شیمی باتری‌ها همین حالا در حال شکل‌گیری است.

منابع