G21 projekt: A Priusz 1997-es megszületésének titkos fejlesztési története

Az Eiji Toyoda által 1993-ban feltett egyetlen kérdés kevesebb mint két év alatt világszerte az első sorozatgyártású hibrid autó megszületéséhez vezetett.
Az Eiji Toyoda által 1993-ban feltett egyetlen kérdés kevesebb mint két év alatt világszerte az első sorozatgyártású hibrid autó megszületéséhez vezetett.

Az oldal megosztása

A 1997-es Prius mögött egy fejlesztési projekt áll, amely 1993 nyarán kezdődött Eiji Toyoda egyetlen kérdésével: hogyan kell kinéznie a 21. század autójának? G21 kódnévvel indult ez a projekt - a Globe, azaz világ és a 21. század szavainak rövidítése - kevesebb mint két év alatt bebizonyítatlan technológiából a világ első sorozatgyártású benzin-elektromos hibridjévé vált. 1997. december 10-én Japánban piacra lépett NHW10 nem az autóipar által figyelt kísérlet volt; a hibrid korszak kezdőpontja lett.

Kiemelt momentumok

  • A G21 projekt 1993 szeptemberében indult 10 mérnökkel és tervezővel.
  • Az első generációs Prius 1997. december 10-én kizárólag Japánban került piacra; összesen 37 425 darab készült belőle.
  • Az elsődleges cél literenként 20 km volt, a hibrid döntéssel a célt megkétszerezték .
  • A Toyota minden NHW10 eladáson veszteségetBOOK írta; a NHW11-nél apenas érte el a fedezeti pontot.
  • A projektet 2024-ben IEEE Milestone táblával tüntették ki.

Hogyan született meg a G21 projekt: az 1993-as első vízió

A projekt kiindulópontja nem műszaki szükséglet, hanem vállalati vízió iránti igény volt. Eiji Toyoda tiszteletbeli elnök 1993 nyarán új, közép- és hosszú távú autóvíziót kért ahhoz, hogy a Toyota felkészüljön a 21. századra. A G21 kódnéven 1993 szeptemberében hivatalosan elindult első munkát mindössze 10 mérnökből és tervezőből álló kis csapat végezte; Shoichiro Toyoda elnök is támogatta a tervet.

Az 1993 végén elkészített első jelentés mai szemmel nézve szerény, de következetes koncepciót vázolt fel: kompakt külső méretek, tágas belső tér, hosszú tengelytáv és literenkénti 20 kilométer üzemanyag-hatékonyság. A projekt kulcsszavai a "források" és a "környezet" voltak; a viták a környezet, az energia és a biztonság tengelyén folytak. 1994. február 1-jén a G21 olyan teljes munkaidős struktúrává alakult, amelybe a futómű, a karosszéria, a motor, a hajtáslánc és a gyártástervezés mérnökei is bekapcsolódtak, a vezetést pedig Takeshi Uchiyamada vette át.

A hibrid ötlet az első naptól fogva nem létezett

A kritikus pont itt rejlik: a csapat első választása nem a hibrid volt. Bár a hibrid rendszert érdekes témának tekintették, bebizonyítatlan technológiaként megvalósíthatatlannak ítélték. Ehelyett a terv egy olyan motorra és egy hatékony automata sebességváltóra épült, amely az osztályához tartozó autónál 1,5-szörös hatékonyságot tudott volna biztosítani. Vagyis a G21-et eredetileg olyan projektként tervezték, amely hagyományos módszerekkel feszegeti a hatékonyság határait.

Ez nem volt a Toyota első hibridkísérlete sem. A cég 75 éves története szerint az első kezdeményezés 1968-ig nyúlik vissza: Kenya Nakamura vezetésével gázturbinás motorral kapcsolatos munka folyt, azonban a megfelelő újratölthető akkumulátorok hiánya miatt a projektet a 80-as évek elején leállították. A 90-es évekre az egyenlet hiányzó eleme - a megfelelő akkumulátortechnológia - már rendelkezésre állt; ami hiányzott, az a felhasználására vonatkozó elszántság volt.

Hogyan született meg a hibrid döntés: kétszeres hatékonyság vagy lemondás

A fordulópont 1994 novemberében érkezett. A technológiáért felelős alelnök, Akihiro Wada egyértelmű utasítást adott Uchiyamadának: tegyék hibriddé az autót, különben a projektet törlik. A cél a fogyasztás megduplázása volt - és a csapat értékelése szerint ez hagyományos módszerekkel lehetetlen volt. Az egyetlen válasz a hibrid technológia volt. Ezt tipikus "felülről lefelé" irányuló döntésként tartják számon: a csapat 1,5-szörös célja fölé a felső vezetés egy kétszeres célt szabott.

Uchiyamada kezdeti értékelése is őszinte mérnöki megállapítás volt: nem hitt, hogy a 21. század eleje előtt fejleszthető lenne egy sorozatgyártásra alkalmas hibrid. A döntést mégis végrehajtották; 1994 őszétől megváltozott a vállalaton belüli légkör, és eldőlt, hogy a sorozatgyártású jármű hibrid lesz. A sorozatgyártású jármű hivatalos jóváhagyására az 1995 júniusi értekezleten került sor.

A döntés mögött szervezeti változás is állt: 1995 augusztusában Hiroshi Okuda lett a Toyota elnöke, és ezt a fejleményt a hibridfejlesztés fordulópontjaként említik. Egy be nem bizonyított technológiát a felső vezetés támogatása nélkül nem lehetett volna ilyen gyorsan sorozatgyártásra vinni.

Hogyan működik a Toyota Hybrid System: Két motor, egy bolygókerekes fogaskerék

Prius'un kalbinde şanzıman yoktu; iki motor ve tek bir planet dişli, benzinle elektriği aynı tekerlekte buluşturdu.

A rendszer kiválasztása egy hat hónapos vizsgálat eredménye volt. Az 1994 végén befejezett értékelésben a kétmotoros típust választották a magas hatékonysági potenciálja miatt. A döntés mögött egy előrelátás állt: a teljesítményelektronika - a félvezetők és az elektronikus áramkörök - a közeljövőben nagy ugrást fog tenni, és ennek köszönhetően a hagyományos sebességváltó teljesen eltüntethető lesz.

Az elfogadott rendszer később a Toyota Hybrid System (THS) nevet kapta. Az architektúra elemei logikai lánc mentén követhetők:

  • Egy hajtómotor, amely a kereket hajtja, és lassuláskor generátorként működik
  • Egy második motor, amely áramot termel, vezérli a sebességváltót, és az indítómotor feladatát is ellátja
  • Egy bolygókerekes fogaskerekes teljesítménymegosztó, amely a két elektromotort a benzinmotorral egyesíti
  • Egy inverter, amely az akkumulátor és a motorok között működik

A bemeneti és kimeneti tengelyek ugyanazon síkban helyezkedtek el, és a motorfordulatszám folyamatosan változó módon volt vezérelve. A THS-t 1997 márciusában fejezték be és jelentették be; a motor és az inverter gibi magtechnológiákat belső fejlesztéssel állították elő. Az akkumulátorok terén a munkát a Matsushita Battery Industrial céggel végezték, amelyvel korábban már együtt dolgoztak elektromos járművek kutatásában; a NiMH akkumulátorcsomagot az 1996 decemberében alapított közös vállalatnak, a Panasonic EV Energynek adták át.

A tokiói koncepció és a gyártási út

Érdekes részlet: az 1995-ös Tokyo Motor Show-n kiállított koncepciójármű eltért a sorozatgyártású hibridtől. Egymotoros, közvetlen befecskendezéses, CVT-sebességváltós volt, és akkumulátor helyett kondenzátort használt; a célja literenként 30 kilométervolt, és a rendszer a "Toyota Energy Management System" nevet kapta. A "Prius" - a latin "első, úttörő, kiemelkedő" jelentésű név - ettől a szakasztól kezdve használatba került. A sorozatgyártású jármű viszont túllépett ezen a koncepción, és teljes hibrid architektúrává fejlődött.

A naptár lenyűgöző volt: a hivatalos fejlesztés kezdetétől a sorozatgyártásig nagyjából két év. A gyorsaság mögött mérnöki módszerek álltak: a 3D-s virtuális összeszerelési technológia, valamint a kis volumenű gyártáshoz a karosszéria-hegesztő sor alkalmazása. Emellett 1996-ban a vezérlőrendszerek és az elektromos hajtású alkatrészek részlegei integrálódtak a "business reform" struktúra alá, 1997 januárjában pedig egyesültek az elektromos járműfejlesztési osztállyal, létrehozva az Electric & Hybrid Vehicle Engineering Division-t.

Az első generációs Prius számai: NHW10 és NHW11

Az első generáció NHW10 1997. december 10-én került piacra Japánban, és a világ első sorozatgyártású benzin-elektromos hibrid autója lett. A gyártás a Takaoka üzemben folyt 1997 decembere és 2000 februárja között, összesen 37 425 darab készült. Figyelemre méltó tervezési részlet: az NHW10 dizájnját kaliforniai tervezőktől származott, akiket a többi Toyota stúdió ajánlataival szemben választottak ki. A jármű a bemutatójakor elnyerte a "Japán Az Év Autója" díjat, 1998-ban pedig az RJC Az Év Autója díjat.

A második lépés a modell világpiacra való kivezetése volt. A 2000-ben piacra került NHW11 - második generáció - volt az első Prius, amelyet Ázsiában, Amerikában, Európában és Ausztráliában korlátozott számban értékesítettek; az USA-beli ára 19 995 amerikai dollárvolt. A Motomachi üzemben gyártották 2000 májusa és 2003 júniusa között, és 33 411 darab készült el. A Honda Insight után ez volt a második sorozatgyártású hibrid az amerikai piacon.

TulajdonságNHW10NHW11
Piacra lépés1997. december2000
PiacCsak JapánÁzsia, Amerika, Európa, Ausztrália
Gyártó üzemTakaokaMotomachi
Gyártási időszak1997. december - 2000. február2000. május - 2003. június
Gyártott darabszám37 42533 411

Az első generáció összesen körülbelül 123 000 darabot adott el. Az üzleti kép pedig egy tényre világít rá: a Toyota elismerte, hogy az NHW10 esetében járművenként veszteséget termelt, az NHW11-nél pedig csak a fedezeti pontot érte el. Másként fogalmazva a bemutató értéke nem az értékesítési számokban, hanem a technológia bizonyításában rejlett.

Mennyi a valós fogyasztás, és ma is megbízható-e?

Az első generációs Prius hatékonysága attól függően változik, melyik járműről beszélünk és hogyan mérték. Az amerikai piacra szánt NHW11 esetében a tulajdonosok megfelelő vezetési stílus mellett 50-60 mpg (kb. 3,9-4,7 L/100 km), agresszívebb használat mellett pedig kb. 35 mpg-t jelentenek; az általános átlagértékek 46-50 mpg, illetve vegyesen kb. 41 mpg-ként szerepelnek. Elég annyit szem előtt tartani, hogy a számok tulajdonosi adatokon alapulnak, és többnyire az NHW11-re vonatkoznak; az NHW10 saját cikluson belüli célja amúgy is literenként 20 km körül volt.

Megbízhatóság terén a kép több mint 25 évnyi használat során érett be. A tulajdonosok az első generáció hibamentes működéséről és megbízható akkumulátor-élményeiről számolnak be; öt generáció megbízhatósági összehasonlításában az első generációt a Consumer Reports és az NHTSA adataival értékelik. A figyelmet igénylő karbantartási kérdések specifikusak: például a szénlerakódás miatt eltömődhetnek bizonyos alkatrészek. Röviden: ez nem egy hibás technológia, hanem a helyes karbantartással hosszú élettartamú hajtáslánc története.

A Prius gyökerei 1900-ig nyúlnak vissza?

Igen - a családfa meglepően régi. Ferdinand Porsche az első hibrid autót 1900-ban tervezte prototípusként: a Lohner-Porsche Semper Vivus-t. A hibrid verzió 1901-ben került piacra Lohner-Porsche Mixte néven. Azok a történetírók, akik a modern Prius eredetét nagyjából száz évvel korábban ehhez a járműhöz kötik, nem tévednek: a soros-párhuzamos teljesítményáramlás kezelésének problémája 1900 óta nem változott; ami változott, az az azt megoldó alkatrészek - az akkumulátorok és a teljesítményelektronika - beérése volt.

A köztes évszázadban egymástól független kísérletek születtek: 1973-ban Victor Wouk villamosmérnök egy 1972-es Buick Skylarkon alapuló hibrid prototípust épített. Az Owen Magnetic soros kialakítású, ahol a motor töltötte az akkumulátorokat és táplálta az elektromotort, a korai hibridek egyike volt. Az 1969-es GM XP 512 és az 1980-as, hatkerekű Briggs & Stratton kísérlet is ugyanahhoz a hosszú és megszakítás nélküli kísérletezési hagyományhoz tartozik. A modern hullám második előfutára a Honda Insight lett, amely 1999 végén került piacra kétszemélyes liftbackként.

A bemutató hosszú távú hatása

Az 1997-es bemutató egyik mérhető eredménye ma is a kezünkben van: a Prius család összesen 2017 januárjában elérte az 6,1 millió darabot , és a Toyota 1997 óta eladott 10 millió hibridjének 61 százalékát tette ki; a modell több mint 90 piacon kapható. Frissebb bizonyíték technológiai jellegű: 2023 júliusában egy 2024-es Prius LE Guinness-rekordot döntött a Los Angeles-New York közötti 5150 km-es úton hiperfogyasztási technikákkal, 100 kilométeren 2,52 literes fogyasztással; normál vezetésben a legújabb generáció akár 4,06 liter/100 km-es hatékonyságot is kínál.

A korai fejlesztés nehézsége is feljegyzésre került: a Toyota mérnökei úgy találták, hogy a tesztvezetéseken a prototípusok üzemanyag-hatékonysága egy közönséges Corolláénál is rosszabb volt. Az onnan a sorozatgyártásig és a mai értékekig vezető út pontosan a mérnöki fegyelem műve. A projektet 2024. október 30-án egy Toyota City-ben tartott ceremónián IEEE Milestone-dal tüntették ki; az emléktábla szövege hangsúlyozza, hogy a jármű belső égésű motort és két elektromotorot használt, valamint a vezetés során elveszett energiát visszanyerte. Uchiyamada is rövid beszédet mondott a ceremónián.

Eredmény: Két év, egy döntés és egy iparág átalakulása

A G21-történet mérnöki olvasata a következő: a helyes technológia nem mindig a legkényelmesebb választás. A csapat első válasza a biztonságos volt - közvetlen befecskendezésű motor és hatékony sebességváltó. A felső vezetés által kikényszerített "duplára emelt hatékonyság vagy törlés" feltétel a csapatot be nem bizonyított architektúra felé terelte; a teljesítményelektronika és az akkumulátor oldali előrejelzések lehetővé tették ennek a kockázatnak a vállalását. Egy be nem bizonyított technológia hivatalos jóváhagyástól a sorozatgyártásig történő körülbelül két évre való átvitele, a hatékonysági állításon túl egy menedzsment- és gyártási teljesítmény. Az a első jármű, amely 1997 decemberében jelent meg Japánban, veszteséges termékként indult, de a hibrid korszak referenciapontjaként került a történelembe.

Források