پروژه G21: داستان پنهان توسعه‌ای که پریوس 1997 را به دنیا آورد

در پس پرایوس 1997، یک پروژه توسعه قرار دارد که تابستان 1993 با یک پرسش ساده از سوی ایشی تویودا آغاز شد: خودروی قرن 21 باید چه شکلی باشد؟ G21 این پروژه با نام کد - مخفف Globe یعنی جهان و قرن 21 - در کمتر از دو سال، یک فناوری اثبات‌نشده را به نخستین خودروی هیبریدی بنزینی-برقی تولید انبوه جهان تبدیل کرد. مدل NHW10 که در 10 دسامبر 1997 در ژاپن عرضه شد، صرفاً یک آزمایش مورد توجه صنعت خودرو نبود؛ نقطه آغاز عصر هیبرید بود.

پروژه G21 چگونه متولد شد: چشم‌انداز اولیه 1993

نقطه شروع پروژه یک ضرورت فنی نبود، بلکه درخواستی برای چشم‌اندازی سازمانی بود. رئیس افتخاری ایشی تویودا در تابستان 1993 چشم‌انداز جدیدی میان‌مدت و بلندمدت برای آماده شدن تویوتا برای قرن 21 خواستار شد. کار اولیه که در سپتامبر 1993 رسماً با نام کد G21 آغاز شد، تنها با تیمی کوچک متشکل از 10 مهندس و طراح پیش رفت؛ رئیس شویچیرو تویودا نیز از این طرح حمایت کرد.

نخستین گزارش که در اواخر 1993 تهیه شد، از دید امروز مفهومی فروتنانه اما منسجم را ترسیم می‌کرد: ابعاد بیرونی جمع‌وجور، فضای داخلی جادار، فاصله محوری طولانی و مصرف سوخت 20 کیلومتر بر لیتر . واژگان کلیدی پروژه «منابع» و «محیط زیست» بودند؛ بحث‌ها حول محور محیط زیست، انرژی و ایمنی پیش می‌رفت. در 1 فوریه 1994، G21 به ساختاری تمام‌وقت با حضور مهندسان شاسی، بدنه، موتور، انتقال قدرت و تولید تبدیل شد و رهبری آن به تاکشی اوچیامادا سپرده شد.

ایده هیبرید از روز اول وجود نداشت

نکته حیاتی اینجاست: انتخاب اول تیم هیبرید نبود. سیستم هیبریدی اگرچه موضوعی جذاب به نظر می‌رسید، اما چون فناوری اثبات‌نشده‌ای بود، قابل اجرا تلقی نمی‌شد. در عوض، طرح بر پایه موتوری با تزریق مستقیم که 1.5 برابر بهره‌وری ممکن می‌کرد و یک گیربکس اتوماتیک کارآمد بنا شده بود. یعنی G21 در ابتدا پروژه‌ای طراحی شده بود که بهره‌وری را با روش‌های سنتی به مرزهای خود می‌رساند.

این همچنین اولین تجربه هیبریدی تویوتا نبود. بر اساس تاریخچه 75 ساله شرکت، نخستین تلاش به سال 1968 برمی‌گردد: تحت رهبری کنیا ناکامورا کارهایی روی موتور توربین گازی انجام شده بود، اما به دلیل نبود باتری‌های قابل شارژ مناسب، پروژه در اوایل دهه 1980 متوقف شد. با رسیدن به دهه 1990، قطعه گمشده معادله - فناوری باتری کافی - دیگر موجود بود؛ آنچه کم بود، اراده برای استفاده از آن بود.

تصمیم هیبریدی چگونه گرفته شد: دو برابر بهره‌وری یا لغو

نقطه عطف در نوامبر 1994 فرا رسید. معاون رئیس بخش فناوری، آکیهیرو وادا، به اوچییامادا دستور روشنی داد: خودرو را هیبریدی بسازید؛ اگر ساخته نشود، پروژه لغو خواهد شد. هدف، دو برابر کردن بازدهی سوخت بود - و بر اساس ارزیابی تیم، این کار با روش‌های سنتی ناممکن بود. تنها پاسخ، فناوری هیبرید بود. این تصمیم به عنوان یک تصمیم نمونه «از بالا به پایین» توصیف می‌شود: تیم هدف 1.5 برابری داشت، اما مدیریت ارشد هدفی دوگانه را تحمیل کرد.

ارزیابی اولیه اوچییامادا نیز یک مشاهده صادقانه مهندسی بود: او باور نداشت که بتوان پیش از ابتدای قرن 21 یک هیبرید تولیدی را توسعه داد. با این حال، تصمیم اجرا شد؛ از پاییز 1994 جو داخل شرکت تغییر کرد و تصمیم گرفته شد که خودروی تولیدی هیبریدی باشد. تأیید رسمی خودروی تولیدی در جلسه‌ای در ژوئن 1995 گرفته شد.

در پشت این تصمیم، یک تغییر سازمانی نیز وجود داشت: در اوت 1995 هیروشی اوکودا رئیس تویوتا شد و این تحول به عنوان نقطه عطفی برای توسعه هیبرید شناخته می‌شود. یک فناوری اثبات‌نشده بدون حمایت مدیریت ارشد نمی‌توانست با این سرعت به تولید انبوه برسد.

سیستم هیبریدی تویوتا چگونه کار می‌کند: دو موتور، یک دنده سیاره‌ای

انتخاب سیستم نتیجه بررسی شش‌ماهه‌ای بود. در ارزیابی‌ای که در پایان 1994 تکمیل شد، به دلیل پتانسیل بازدهی بالا، نوع دوموتوره انتخاب شد. در پشت این تصمیم یک بینش وجود داشت: الکترونیک قدرت - نیمه‌رساناها و مدارهای الکترونیکی - در آینده نزدیک جهش بزرگی می‌کرد و به لطف آن، گیربکس سنتی کاملاً حذف می‌شد.

سیستم اتخاذشده بعداً Toyota Hybrid System (THS) نام گرفت. اجزای معماری را می‌توان با زنجیره منطقی دنبال کرد:

• یک موتور محرکه که چرخ را می‌رانَد و در کاهش سرعت به عنوان ژنراتور عمل می‌کند
• یک موتور دوم که برق تولید می‌کند، گیربکس را کنترل می‌کند و کار استارت را نیز انجام می‌دهد
• تقسیم‌کننده قدرت با دنده سیاره‌ای که دو موتور الکتریکی را با موتور بنزینی ترکیب می‌کند
• اینورتری که بین باتری و موتورها کار می‌کند

محورهای ورودی و خروجی در یک صفحه بودند و دور موتور به‌طور پیوسته و متغیر کنترل می‌شد. THS در مارس 1997 تکمیل و اعلام شد؛ فناوری‌های کلیدی مانند موتور و اینورتر با توسعه داخلی تولید شدند. در بخش باتری، کار با شرکت Matsushita Battery Industrial که قبلاً در تحقیقات خودروهای الکتریکی با آن همکاری شده بود، انجام شد؛ بسته باتری NiMH به شرکت مشترکی که در دسامبر 1996 تأسیس شد، Panasonic EV Energy، منتقل گردید.

مسیر مفهومی و تولیدی در توکیو

یک جزئیات جالب: خودروی مفهومی نمایش‌داده‌شده در نمایشگاه خودرو توکیو 1995 با هیبرید تولیدی متفاوت بود. تک‌موتوره بود، با تزریق مستقیم، CVT و به جای باتری از خازن استفاده می‌کرد؛ هدف آن 30 کیلومتر در لیتر بود و به سیستم نام «Toyota Energy Management System» داده شده بود. نام «Prius» - به معنای «نخستین، پیشگام، برتر» در لاتین - از این مرحله شروع به استفاده شد. خودروی تولیدی اما از این مفهوم فراتر رفت و به معماری تمام‌هیبریدی تکامل یافت.

تقویم تاثیرگذار بود: از شروع رسمی توسعه تا تولید انبوهی حدود دو سال. پشت این سرعت، روش‌های مهندسی قرار داشت: فناوری مونتاژ مجازی سه‌بعدی و استفاده از خط جوشکاری بدنه برای تولید با حجم کم. همچنین در سال 1996 دپارتمان‌های سیستم‌های کنترل و قطعات انتقال قدرت برقی تحت ساختار "business reform" یکپارچه شدند و در ژانویه 1997 با بخش توسعه خودروهای برقی ادغام شدند و Electric & Hybrid Vehicle Engineering Division را تشکیل دادند.

اعداد نسل اول پریوس: NHW10 و NHW11

نسل اول NHW10، در 10 دسامبر 1997 در ژاپن وارد بازار شد و نخستین خودروی هیبریدی بنزینی-برقی تولید انبوه جهان بود. تولید آن از دسامبر 1997 تا فوریه 2000 در کارخانه تاکائوکا ادامه یافت و در مجموع به 37425 دستگاه محدود ماند. نکته طراحی قابل توجه: طراحی NHW10 از طراحان کالیفرنیایی می‌آمد که در برابر پیشنهادهای سایر استودیوهای تویوتا انتخاب شده بودند. این خودرو در زمان عرضه جایزه "خودروی سال ژاپن" را و در سال 1998 نیز جایزه RJC خودروی سال را کسب کرد.

مرحله دوم، گامی بود که این مدل را به جهان معرفی کرد. NHW11 - نسل دوم - که در سال 2000 عرضه شد، نخستین پریوسی بود که به تعداد محدود در آسیا، آمریکا، اروپا و استرالیا به فروش رسید؛ قیمت آن در آمریکا 19995 دلار آمریکا بود. تولید آن از مه 2000 تا ژوئن 2003 در کارخانه موتوماچی انجام شد و 33411 دستگاه تکمیل شد. پس از هوندا اینسایت، دومین هیبرید تولید انبوه در بازار آمریکا بود.

نسل اول در مجموع حدود 123000 دستگاه فروخت. اما تصویر تجاری حقیقت روشنی را نشان می‌دهد: تویوتا اعلام کرد که در NHW10 روی هر خودرو ضرر کرد و در NHW11 تنها به نقطه سربه‌سر رسید. به عبارت دیگر، ارزش عرضه نه در ارقام فروش، بلکه در اثبات فناوری نهفته بود.

مصرف واقعی سوخت چقدر است و امروز قابل اعتماد است؟

بازدهی نسل اول پریوس بسته به اینکه درباره کدام خودرو صحبت می‌شود و چگونه اندازه‌گیری شده، متفاوت است. برای NHW11 بازار آمریکا، مالکان با رانندگی درست 50-60 مایل بر گالن حدود 3.9 تا 4.7 لیتر در 100 کیلومتر - را گزارش می‌کنند و در استفاده تهاجمی‌تر حدود 35 مایل بر گالن؛ میانگین‌های کلی نیز 46 تا 50 مایل بر گالن یا حدود 41 مایل بر گالن ترکیبی نقل می‌شود. کافی است به یاد داشته باشیم که این اعداد بر داده‌های مالکیت استوارند و بیشتر به NHW11 اشاره دارند؛ هدف خود NHW10 در چرخه اختصاصی‌اش از ابتدا حدود 20 کیلومتر بر لیتر بود.

در بخش قابلیت اعتماد، تصویر پس از بیش از 25 سال استفاده بالغ شده است. مالکان تجربه‌هایی از عملکرد بدون نقص در نسل اول و باتری‌های بادوام را بازگو می‌کنند؛ در مقایسه‌های قابلیت اعتماد پنج نسل، نسل اول با داده‌های Consumer Reports و NHTSA ارزیابی می‌شود. نکات نگهداری که باید مورد توجه قرار گیرند مشخص هستند: برای مثال قطعاتی که ممکن است با تجمع کربن مسدود شوند. به‌طور خلاصه، این داستان یک فناوری معیوب نیست، بلکه داستان یک سیستم انتقال قدرت بادوام با نگهداری صحیح است.

آیا ریشه‌های Prius به سال 1900 می‌رسد؟

بله - شجره‌نامه آن به طرز شگفت‌انگیزی قدیمی است. فردیناند پورشه، نخستین خودروی هیبریدی را در سال 1900 به‌عنوان نمونه اولیه طراحی کرد: Lohner-Porsche Semper Vivus. نسخه هیبریدی در سال 1901 به‌عنوان Lohner-Porsche Mixte به بازار عرضه شد. نوشته‌های تاریخی که خاستگاه Prius مدرن را به این خودروی حدوداً صد سال پیش پیوند می‌زنند، تصادفی نیستند: مسئله مدیریت جریان توان سری-موازی از سال 1900 تغییری نکرده است؛ آنچه تغییر کرده، بالغ شدن اجزای حل‌کننده آن - یعنی باتری‌ها و الکترونیک قدرت - بود.

در فاصله بین این دو، تلاش‌های مستقلی وجود دارد: در 1973، ویکتور ووک، مهندس برق، یک نمونه اولیه هیبریدی بر پایه Buick Skylark مدل 1972 ساخت. Owen Magnetic با طراحی سری که موتور، باتری‌ها را شارژ می‌کرد و موتور الکتریکی را تغذیه می‌نمود، از هیبریدهای اولیه بود. GM XP 512 سال 1969 و تلاش شش‌چرخ Briggs & Stratton به سال 1980 نیز به همین سنت طولانی و پیوسته آزمایش تعلق دارند. پیشگام دوم موج مدرن، Honda Insight بود که در اواخر سال 1999 به‌صورت یک لیفت‌بک دونفره وارد بازار شد.

تأثیر بلندمدت عرضه

یکی از نتایج قابل اندازه‌گیری عرضه سال 1997 امروز در دست ماست: مجموع خانواده Prius در ژانویه 2017 به 6.1 میلیون دستگاه رسید و 61 درصد از 10 میلیون هیبریدی که تویوتا از 1997 تاکنون فروخته است را تشکیل داد؛ این مدل در بیش از 90 بازار عرضه می‌شود. شاهد جدیدتر، فناورانه است: در ژوئیه 2023، یک Prius LE مدل 2024 در سفر 5.150 کیلومتری میان لس‌آنجلس و نیویورک با تکنیک‌های فوق‌اندازه‌گیری رکورد گینس را با 2.52 لیتر در 100 کیلومتر شکست؛ در رانندگی عادی، جدیدترین نسل بازدهی تا 4.06 لیتر در 100 کیلومتر ارائه می‌دهد.

دشواری توسعه اولیه هم در سوابق ثبت شد: مهندسان تویوتا متوجه شده بودند که در تست‌درایوها، بازده سوخت نمونه‌های اولیه حتی از یک کرولا استاندارد هم بدتر بود. مسیر از آنجا تا تولید انبوه و ارزش‌های امروزی، دقیقاً حاصل نظم مهندسی است. پروژه در تاریخ 30 اکتبر 2024 در مراسمی در شهر تویوتا با یک IEEE Milestone مورد تقدیر قرار گرفت؛ متن لوح تأکید می‌کند که این خودرو از یک موتور احتراق داخلی و دو موتور الکتریکی استفاده می‌کرد و انرژی از دست‌رفته در حین رانندگی را بازیابی می‌کرد. اوچیامادا نیز در آن مراسم سخنانی کوتاه ایراد کرد.

نتیجه: دو سال، یک تصمیم و دگردیسی یک صنعت

خوانش مهندسی داستان G21 چنین است: فناوری درست همیشه راحت‌ترین گزینه نیست. پاسخ اولیه تیم محافظه‌کارانه بود - موتور با تزریق مستقیم و گیربکس پربازده. شرط «دو برابر بازده یا لغو» که توسط مدیریت ارتحان تحمیل شد، تیم را به سمت یک معماری اثبات‌نشده سوق داد؛ پیش‌بینی‌ها در زمینه الکترونیک قدرت و باتری این ریسک را قابل‌تحمل کردند. انتقال یک فناوری اثبات‌نشده از تأیید رسمی به تولید انبوه در حدود دو سال، فراتر از ادعای بازدهی، یک موفقیت مدیریتی و تولیدی است. آن خودروی اول که در دسامبر 1997 در ژاپن عرضه شد، به‌عنوان محصولی زیان‌ده آغاز کرد اما به‌عنوان نقطه مرجع عصر هیبرید در تاریخ ثبت شد.

منابع

• The Story Behind the Birth of the Prius, Part 1 | وب‌سایت رسمی جهانی تویوتا موتور
• بخش 1. توسعه پریوس و استراتژی هیبرید - تاریخ 75 ساله تویوتا
• The Story Behind the Birth of the Prius, Part 2 | تویوتا
• تویوتا پریوس صنعت خودرو را متحول کرد - IEEE Spectrum
• نقاط عطف: تویوتا پریوس، نخستین خودروی هیبریدی تولید انبوه جهان، 1997 - ETHW
• تویوتا پریوس - ویکی‌پدیا
• Gamechanger: چگونه فردیناند پورشه نخستین خودروی هیبریدی را طراحی کرد - پورشه نیوزروم
• لونر-پورشه - ویکی‌پدیا
• تاریخچه خودروهای هیبریدی چیست؟ - HowStuffWorks
• هوندا اینسایت - ویکی‌پدیا
• هر نسل از تویوتا پریوس، رتبه‌بندی بر اساس قابلیت اطمینان - Jalopnik
• بررسی خرید پریوس نسل اول - PriusChat