G21 Project: the secret development story that gave birth to the 1997 Prius

Dietro la Prius del 1997 c'è un progetto di sviluppo partito nell'estate del 1993 da una sola domanda di Eiji Toyoda: 21. Come dovrebbe essere l'automobile del XXI secolo? Questo progetto, con nome in codice G21 - abbreviazione di Globe, ovvero mondo, e 21. secolo - trasformò in meno di due anni una tecnologia non dimostrata nella prima benzina-elettrica ibrida di serie al mondo. La NHW10, lanciata sul mercato in Giappone il 10 dicembre 1997, non fu un semplice esperimento osservato dall'industria automobilistica; fu il punto di partenza dell'era ibrida.

Come nacque il progetto G21: La prima visione del 1993

Il punto di partenza del progetto non era una necessità tecnica, ma una richiesta di visione aziendale. Nell'estate del 1993 il Presidente Onorario Eiji Toyoda chiese una nuova visione automobilistica a medio e lungo termine per preparare Toyota al 21. secolo, desiderando una nuova visione automobilistica a medio e lungo termine. Il primo lavoro, ufficialmente avviato a settembre 1993 con il nome in codice G21, è stato condotto da un piccolo team composto solo da 10 ingegneri e progettisti; anche il Presidente Shoichiro Toyoda sostenne il piano.

Il primo rapporto, preparato alla fine del 1993, delineava a distanza di oggi un concetto modesto ma coerente: dimensioni esterne compatte, abitacolo spazioso, passo lungo ed efficienza del carburante di 20 chilometri per litro. Le parole chiave del progetto erano "risorse" e "ambiente"; le discussioni si svolgevano attorno agli assi ambiente, energia e sicurezza. Il 1 febbraio 1994 il G21 si trasformò in una struttura a tempo pieno che coinvolgeva gli ingegneri di telaio, carrozzeria, motore, trasmissione e produzione, e la leadership passò a Takeshi Uchiyamada.

L'idea ibrida non c'era dal primo giorno

Il punto critico è nascosto qui: la prima scelta del team non era l'ibrido. Il sistema ibrido, pur essendo un tema interessante, non era considerato attuabile perché una tecnologia non dimostrata. Invece il piano era basato su un motore a iniezione diretta in grado di offrire 1,5 volte l'efficienza di un'automobile della sua categoria e su un cambio automatico efficiente. Cioè il G21, all'inizio, era concepito come un progetto che spingeva ai limiti l'efficienza con metodi tradizionali.

E nemmeno era il primo tentativo ibrido di Toyota. Secondo la storia 75-enne dell'azienda, il primo tentativo risale al 1968: Sotto la guida di Kenya Nakamura era stato avviato un lavoro su un motore a turbina a gas, ma il progetto era stato interrotto all'inizio degli anni '80 a causa della mancanza di batterie ricaricabili adeguate. Arrivati agli anni '90, il pezzo mancante dell'equazione - una tecnologia delle batterie sufficiente - era finalmente disponibile; a mancare era la determinazione a usarla.

Come fu presa la decisione ibrida: Il doppio dell'efficienza o la cancellazione

Il punto di svolta arrivò a novembre 1994. Il Vice Presidente responsabile della tecnologia Akihiro Wada diede a Uchiyamada un'istruzione chiara: rendete l'auto ibrida; se non lo farete, il progetto verrà annullato. L'obiettivo era raddoppiare l'efficienza del carburante - e secondo la valutazione del team questo era impossibile con i metodi tradizionali. L'unica risposta era la tecnologia ibrida. Viene descritta come una tipica decisione "dall'alto verso il basso": sopra l'obiettivo di 1,5 volte fissato dal team, la dirigenza impose un obiettivo doppio.

Anche la valutazione iniziale di Uchiyamada era una sincera constatazione di ingegneria: 21. Non credeva che prima dell'inizio del XXI secolo si potesse sviluppare un'ibrida di produzione. Tuttavia la decisione fu attuata; dall'autunno 1994 l'atmosfera all'interno dell'azienda cambiò e si decise che il veicolo di produzione sarebbe stato ibrido. L'approvazione ufficiale del veicolo di produzione arrivò invece in una riunione del giugno 1995.

Dietro la decisione c'era anche un cambiamento organizzativo: nell'agosto 1995 Hiroshi Okuda divenne presidente di Toyota e questo sviluppo viene ricordato come una svolta per lo sviluppo ibrido. Una tecnologia non dimostrata non poteva essere portata alla produzione di serie a questa velocità senza il sostegno della dirigenza.

Come funziona il Toyota Hybrid System: Due motori, un ingranaggio planetario

La scelta del sistema fu il risultato di un'indagine di sei mesi. Nella valutazione completata alla fine del 1994, fu scelto il tipo bimotore per il suo potenziale di alta efficienza. Dietro la decisione c'era una previsione: l'elettronica di potenza - i semiconduttori e i circuiti elettronici - avrebbe fatto un grande balzo nel prossimo futuro e così il cambio convenzionale avrebbe potuto essere completamente eliminato.

Il sistema adottato prese poi il nome di Toyota Hybrid System (THS). I componenti dell'architettura possono essere seguiti con una catena logica:

• Un motore di trazione che muove la ruota e funziona come generatore durante la decelerazione
• Un secondo motore che genera elettricità, controlla il cambio e svolge anche la funzione di motorino di avviamento
• Un gruppo differenziale con ingranaggio planetario che unisce i due motori elettrici al motore a benzina
• Un inverter che lavora tra la batteria e i motori

Gli alberi di ingresso e di uscita erano sullo stesso piano e il regime del motore era controllato in modo continuamente variabile. Il THS fu completato e annunciato nel marzo 1997; le tecnologie chiave come il motore e l'inverter furono prodotte con sviluppo interno. Sul fronte delle batterie, il lavoro fu condotto con Matsushita Battery Industrial, con cui si era già collaborato alla ricerca sui veicoli elettrici; il pacchetto batteria NiMH fu trasferito alla joint venture Panasonic EV Energy, fondata nel dicembre 1996.

Il concetto e la strada verso la produzione a Tokyo

Un dettaglio interessante: il veicolo concept esposto al Tokyo Motor Show del 1995 era diverso dall'ibrida di produzione. Aveva un solo motore, iniezione diretta, CVT e al posto della batteria un condensatore; il suo obiettivo era di 30 chilometri per litro e il sistema era stato denominato "Toyota Energy Management System". "Prius" - nome che in latino significa "primo, pioniere, superiore" - cominciò a essere usato da questa fase in poi. Il veicolo di produzione invece è andato oltre il concept, evolvendosi in un'architettura full hybrid.

Il calendario era impressionante: circa due anni dall'avvio ufficiale dello sviluppo alla produzione di serie. Dietro la velocità c'erano metodi ingegneristici: la tecnologia di montaggio virtuale 3D e l'uso della linea di saldatura delle carrozzerie per la produzione di piccoli volumi. Inoltre, nel 1996 i dipartimenti dei sistemi di controllo e dei componenti della trasmissione elettrica furono integrati sotto la struttura di "business reform", e nel gennaio 1997 si unirono alla divisione di sviluppo di veicoli elettrici dando vita alla Electric & Hybrid Vehicle Engineering Division.

I numeri della Prima Generazione della Prius: NHW10 e NHW11

La prima generazione, la NHW10, fu messa in vendita in Giappone il 10 dicembre 1997 e divenne la prima automobile ibrida benzina-elettrica prodotta in serie al mondo. La produzione proseguì nello stabilimento di Takaoka dal dicembre 1997 al febbraio 2000 e rimase limitata a un totale di 37.425 unità. Una nota di design interessante: Il design della NHW10 proveniva da progettisti californiani, scelti contro le proposte degli altri studi Toyota. Al lancio il veicolo vinse il premio "Auto dell'Anno in Giappone" e nel 1998 anche il premio RJC Auto dell'Anno.

La seconda fase fu il passo che aprì il modello al mondo. La NHW11, immessa sul mercato nel 2000 - seconda generazione - fu la prima Prius venduta in numero limitato in Asia, America, Europa e Australia; il prezzo negli USA era di 19.995 dollari USA. Fu prodotta nello stabilimento di Motomachi tra maggio 2000 e giugno 2003, per un totale di 33.411 unità. Fu il secondo ibrido di produzione in serie sul mercato statunitense, dopo la Honda Insight.

La prima generazione ha venduto in totale circa 123.000 unità. Il quadro commerciale però rivela una realtà chiara: Toyota dichiarò che con la NHW10 andava in perdita su ogni veicolo e con la NHW11 raggiungeva appena il punto di pareggio. In altre parole, il valore del lancio non risiedeva nelle cifre di vendita, ma nella dimostrazione della tecnologia.

Quanto Consumo di Carburante Reale ed è Affidabile Oggi?

L'efficienza della prima generazione della Prius varia a seconda del veicolo di cui si parla e di come viene misurata. Per la NHW11 del mercato USA, i proprietari riportano 50-60 mpg (circa 3,9-4,7 L/100 km) con una guida corretta, e circa 35 mpg con un utilizzo più aggressivo; i valori medi complessivi vengono riportati come 46-50 mpg oppure circa 41 mpg combinati. Basta ricordare che i numeri si basano sui dati dei proprietari e che nella maggior parte dei casi si riferiscono alla NHW11; l'obiettivo della NHW10 nel proprio ciclo era comunque di circa 20 km per litro.

Sul fronte dell'affidabilità, il quadro è maturato dopo oltre 25 anni di utilizzo. I proprietari riferiscono, per la prima generazione, esperienze di funzionamento senza guasti e batterie solide; nelle confronti sull'affidabilità di cinque generazioni, la prima generazione viene valutata con i dati di Consumer Reports e NHTSA. Le questioni di manutenzione a cui prestare attenzione sono specifiche: ad esempio i componenti che possono intasarsi a causa dell'accumulo di carbone. In sintesi, questa è la storia non di una tecnologia difettosa, ma di una trasmissione longeva con la giusta manutenzione.

Le Radici della Prius Risalgono al 1900?

Sì - l'albero genealogico è sorprendentemente antico. Ferdinand Porsche progettò come prototipo la prima automobile ibrida nel 1900: la Lohner-Porsche Semper Vivus. La versione ibrida fu messa in vendita nel 1901 come Lohner-Porsche Mixte. Le cronache che collegano l'origine della Prius moderna a questo veicolo di circa cento anni prima non sono un caso: il problema di gestire il flusso di potenza serie-parallelo non è cambiato dal 1900; quello che è cambiato è la maturazione dei componenti che lo risolvono - le batterie e l'elettronica di potenza.

In mezzo a quel secolo ci sono tentativi indipendenti l'uno dall'altro: nel 1973 l'ingegnere elettrotecnico Victor Wouk costruì un prototipo ibrido basato su una Buick Skylark del 1972. L'Owen Magnetic, con il suo design di serie in cui il motore ricaricava le batterie e alimentava il motore elettrico, fu uno dei primi ibridi. Anche la GM XP 512 del 1969 e il tentativo a sei ruote di Briggs & Stratton del 1980 appartengono alla stessa lunga e ininterrotta tradizione di sperimentazione. Il secondo pioniere dell'onda moderna fu la Honda Insight, messa sul mercato alla fine del 1999 come liftback a due posti.

L'Impatto a Lungo Termine del Lancio

Uno dei risultati misurabili del lancio del 1997 lo abbiamo oggi tra le mani: la famiglia Prius ha raggiunto complessivamente le 6,1 milioni di unità a gennaio 2017, rappresentando il 61% dei 10 milioni di ibride vendute da Toyota dal 1997; il modello è venduto in più di 90 mercati. Una prova più recente è di natura tecnologica: nel luglio 2023 una Prius LE 2024 ha stabilito un record Guinness con 2,52 litri ogni 100 km nel viaggio di 5.150 km tra Los Angeles e New York, con tecniche di ipermisurazione; con la guida normale la generazione più recente offre un'efficienza fino a 4,06 litri ogni 100 km.

Anche la difficoltà dello sviluppo iniziale è passata alla storia: gli ingegneri Toyota avevano notato che, durante i collaudi, l'efficienza del carburante dei prototipi era peggiore persino di quella di una Corolla standard. Da lì fino alla produzione di serie e ai valori attuali, il percorso è opera propria della disciplina ingegneristica. Il progetto è stato onorato con un IEEE Milestone il 30 ottobre 2024 con una cerimonia a Toyota City; il testo della targa sottolinea che il veicolo utilizza un motore a combustione interna e due motori elettrici, recuperando l'energia persa durante la guida. Anche Uchiyamada tenne un breve discorso alla cerimonia.

Conclusione: Due Anni, Una Decisione e la Trasformazione di un'Industria

La lettura ingegneristica della storia del G21 è questa: la tecnologia giusta non è sempre l'opzione più comoda. La prima risposta del team era sicura - un motore a iniezione diretta e un cambio efficiente. La condizione imposta dall'alta dirigenza, "il doppio dell'efficienza o la cancellazione", spinse il team verso un'architettura non provata; le previsioni sull'elettronica di potenza e sulle batterie hanno reso plausibile questo rischio. Trasferire una tecnologia non dimostrata dall'approvazione ufficiale alla produzione di serie in circa due anni è una riuscita gestionale e produttiva che va oltre la rivendicazione di efficienza. Quel primo veicolo uscito in Giappone a dicembre 1997 iniziò come un prodotto in perdita, ma è passato alla storia come il punto di riferimento dell'era ibrida.

Fonti

• The Story Behind the Birth of the Prius, Part 1 | Sito web globale ufficiale di Toyota Motor Corporation
• Item 1. Development of Prius and Hybrid Strategy - Toyota 75 Years History
• The Story Behind the Birth of the Prius, Part 2 | Toyota
• The Toyota Prius Transformed the Auto Industry - IEEE Spectrum
• Milestones: Toyota Prius, the World's First Mass-Produced Hybrid Vehicle, 1997 - ETHW
• Toyota Prius - Wikipedia
• Gamechanger: how Ferdinand Porsche designed the first hybrid car - Porsche Newsroom
• Lohner–Porsche - Wikipedia
• What Is the History of Hybrid Cars? - HowStuffWorks
• Honda Insight - Wikipedia
• Every Toyota Prius Generation, Ranked By Reliability - Jalopnik
• Considering a First Gen Prius - PriusChat