Projekt G21: Tajna historia rozwoju, która urodziła Priusa z 1997 roku

Za 1997 Priusem stoi projekt rozwojowy, który rozpoczął się latem 1993 roku od jednego pytania Eijiego Toyody: 21. Jak powinien wyglądać samochód XXI wieku? Ten projekt o nazwie kodowej G21 - skrót od słów Globe, czyli świat, i 21. wiek - w nieco ponad dwa lata przekształcił niesprawdzoną technologię w pierwszy na świecie seryjnie produkowany benzynowo-elektryczny hybrydę. NHW10, wprowadzony do sprzedaży w Japonii 10 grudnia 1997 roku, nie był eksperymentem, za którym podążała branża motoryzacyjna; stał się punktem wyjścia ery hybryd.

Jak narodził się projekt G21: Pierwsza wizja z 1993 roku

Punktem wyjścia projektu nie była konieczność techniczna, lecz żądanie korporacyjnej wizji. Honorowy prezes Eiji Toyoda latem 1993 roku zażądał nowej, średnio- i długoterminowej wizji samochodu, która przygotuje Toyotę na przygotowania Toyoty na nowy wiek. Pierwsze prace, oficjalnie rozpoczęte we wrześniu 1993 roku pod kryptonimem G21, prowadził niewielki zespół składający się wyłącznie z 10 inżynierów i projektantów; prezes Shoichiro Toyoda również wspierał ten plan.

Pierwszy raport, przygotowany pod koniec 1993 roku, z dzisiejszej perspektywy przedstawiał skromną, ale spójną koncepcję: kompaktowe wymiary zewnętrzne, przestronne wnętrze, długi rozstaw osi oraz spalanie 20 kilometrów na litr. Słowami kluczowymi projektu były "zasoby" i "środowisko"; dyskusje toczyły się wokół środowiska, energii i bezpieczeństwa. 1 lutego 1994 roku G21 przekształcił się w strukturę pełnoetatową, do której włączono inżynierów podwozia, nadwozia, silnika, układu napędowego i produkcji, a kierownictwo objął Takeshi Uchiyamada.

Pomysł hybrydy nie istniał od pierwszego dnia

Kluczowa kwestia kryje się gdzie indziej: pierwszym wyborem zespołu nie była hybryda. Układ hybrydowy, choć uważany za ciekawy temat, uznano za nieklientowalny, ponieważ był technologią niesprawdzoną. Zamiast tego plan opierał się na silniku z wtryskiem bezpośrednim i wydajnej automatycznej skrzyni biegów, które miały zapewnić 1,5-krotną efektywność względem samochodów w swojej klasie. Czyli G21 miał początkowo być projektem, który tradycyjnymi metodami wykracza poza granice efektywności.

To również nie była pierwsza próba budowy hybrydy. Według 75-letniej historii pierwsze próby sięgają 1968 roku: Pod kierownictwem Kenya Nakamury prowadzono prace nad silnikiem turbiną gazową, jednak z powodu braku odpowiednich akumulatorów wielokrotnego ładowania projekt został wstrzymany na początku lat 80. W latach 90. brakujący element równania - wystarczająco rozwinięta technologia baterii - był już dostępny; brakowało jedynie determinacji, aby z niej skorzystać.

Jak podjęto decyzję o hybrydzie: Dwukrotna efektywność albo odwołanie

Punkt zwrotny nastąpił w listopadzie 1994 roku. Wiceprezes ds. technologii Akihiro Wada przekazał Uchiyamadzie jasny rozkaz: zróbcie z tego samochodu hybrydę; jeśli nie - projekt zostanie anulowany. Celem było dwukrotne zwiększenie efektywności paliwowej - i według oceny zespołu było to niemożliwe tradycyjnymi metodami. Jedyną odpowiedzią była technologia hybrydowa. Zostaje to określane jako typowa decyzja "z góry na dół": do celu zespołu wynoszącego 1,5 krotność, kierownictwo dołożyło podwójny cel.

Początkowa ocena Uchiyamady była również szczerym spostrzeżeniem inżynierskim: nie wierzył, że przed początkiem XXI wieku da się opracować seryjną hybrydę. Mimo to decyzja została wprowadzona w życie; od jesieni 1994 roku atmosfera w firmie się zmieniła i zdecydowano, że pojazd produkcyjny będzie hybrydą. Oficjalna zgoda na pojazd produkcyjny została natomiast uzyskana na spotkaniu w czerwcu 1995 roku.

Za decyzją stała także zmiana organizacyjna: w sierpniu 1995 roku Hiroshi Okuda został prezesem Toyoty i to wydarzenie uznaje się za punkt zwrotny w rozwoju hybrydy. Nieweryfikowalnej technologii nie można byłoby tak szybko przenieść do produkcji seryjnej bez wsparcia kierownictwa.

Jak działa Toyota Hybrid System: Dwa silniki, jedno koło planetarne

Wybór systemu był wynikiem sześciomiesięcznego przeglądu. W ocenie zakończonej pod koniec 1994 roku wybrano układ dwusilnikowy ze względu na potencjał wysokiej wydajności. Za decyzją stała pewna przewidywa:

Przyjęty system otrzymał później nazwę Toyota Hybrid System (THS). Komponenty architektury można prześledzić w łańcuchu logiki:

• Silnik napędowy napędzający koło i działający jako generator podczas hamowania
• Drugi silnik wytwarzający energię elektryczną, sterujący skrzynią biegów i pełniący również funkcję rozrusznika
• Koło planetarne dzielące moc, łączące dwa silniki elektryczne z silnikiem benzynowym
• Falownik działający między akumulatorem a silnikami

Wały wejściowy i wyjściowy były w jednej płaszczyźnie, a obroty silnika były sterowane w sposób płynnie zmienny. THS został ukończony i ogłoszony w marcu 1997 roku; kluczowe technologie, takie jak silnik i falownik, zostały opracowane wewnętrznie. Po stronie baterii prowadzono prace wspólnie z Matsushita Battery, z którym współpracowano w badaniach nad pojazdami elektrycznymi; pakiet baterii NiMH przekazano spółce joint venture Panasonic EV Energy, założonej w grudniu 1996 roku.

Koncepcja i droga produkcyjna w Tokio

Ciekawy szczegół: pojazd koncepcyjny zaprezentowany na Tokyo Motor Show 1995 różnił się od hybrydy produkcyjnej. Miał jeden silnik z wtryskiem bezpośrednim, przekładnię CVT i zamiast baterii kondensatory; jego celem było 30 kilometrów na litr, a system nazwano "Toyota Energy Management System". "Prius" - nazwa pochodząca z łaciny, oznaczająca "pierwszy, pionierski, doskonały" - zaczęto używać od tego etapu. Pojazd produkcyjny wykraczał poza ten koncept i ewoluował w pełnowartościową architekturę hybrydową.

Harmonogram był imponujący: od oficjalnego rozpoczęcia prac rozwojowych do produkcji seryjnej około dwa lata. Za tą szybkością stały metody inżynieryjne: technologia trójwymiarowego wirtualnego montażu oraz wykorzystanie linii spawania nadwozi do produkcji w małych ilościach. Ponadto w 1996 roku działy systemów sterowania i komponentów napędu elektrycznego zostały zintegrowane w ramach struktury "reformy biznesowej", a w styczniu 1997 połączyły się z działem rozwoju pojazdów elektrycznych, tworząc Electric & Hybrid Vehicle Engineering Division.

Liczby pierwszej generacji Priusa: NHW10 i NHW11

Pierwsza generacja NHW10 trafiła do sprzedaży w Japonii 10 grudnia 1997 roku i stała się pierwszym seryjnie produkowanym hybrydowym samochodem benzynowo-elektrycznym na świecie. Produkcja trwała w fabryce Takaoka od grudnia 1997 do lutego 2000 roku i została ograniczona do łącznie 37 425 egzemplarzy. Godna uwagi ciekawostka projektowa: Design NHW10 pochodził od kalifornijskich projektantów, wybranych w konkurencji z propozycjami innych studiów Toyoty. Na premierze pojazd zdobył nagrodę "Samochód Roku w Japonii", a w 1998 roku nagrodę RJC Samochód Roku.

Drugi etap był krokiem, który otworzył model na świat. NHW11 wprowadzony na rynek w 2000 roku - druga generacja - był pierwszym Priusem sprzedawanym w ograniczonych ilościach w Azji, Ameryce, Europie i Australii; cena w USA wynosiła 19 995 dolarów amerykańskich. Produkowany był w fabryce Motomachi od maja 2000 do czerwca 2003 roku, a łączna liczba egzemplarzy wyniosła 33 411. Po Hondzie Insight był to drugi seryjnie produkowany hybrydowy samochód na rynku amerykańskim.

Pierwsza generacja sprzedała łącznie około 123 000 egzemplarzy. Obraz komercyjny natomiast ujawnia gorzką prawdę: Toyota przyznała, że przy NHW10 traciła na każdym pojeździe, a przy NHW11 co najwyżej wychodziła na zero. Innymi słowy, wartość premiery tkwiła nie w wynikach sprzedaży, lecz w udowodnieniu technologii.

Jakie Jest Rzeczywiste Zużycie Paliwa i Czy Dziś Można Mu Ufać?

Efektywność pierwszej generacji Priusa zależy od tego, o który egzemplarz chodzi i jak dokonywany jest pomiar. Właściciele NHW11 na rynku amerykańskim przy spokojnej jeździe zgłaszają 50-60 mpg (około 3,9-4,7 l/100 km), a przy bardziej agresywnej jeździe około 35 mpg; ogólne wartości średnie podawane są jako 46-50 mpg lub łącznie około 41 mpg. Warto pamiętać, że liczby te opierają się na danych właścicieli i najczęściej dotyczą modelu NHW11; cel NHW10 w jego własnym cyklu wynosił około 20 km na litr.

Jeśli chodzi o niezawodność, obraz dojrzał w wyniku ponad 25 lat eksploatacji. Właściciele pierwszej generacji przekazują doświadczenia bezawaryjnej pracy i solidnego akumulatora; porównania niezawodności pięciu generacji ocenia się na podstawie danych pierwszej generacji Consumer Reports i NHTSA. Kwestie serwisowe, na które należy zwrócić uwagę, są dość specyficzne: na przykład podzespoły, które mogą się zatkać nagarem węglowym. Krótko mówiąc, to historia nie o awaryjnej technologii, lecz o napędzie, który przy właściwej konserwacji służy latami.

Czy korzenie Priusa sięgają roku 1900?

Tak - drzewo genealogiczne jest zaskakująco stare. Ferdinand Porsche zaprojektował w 1900 roku prototyp pierwszego samochodu hybrydowego: Lohner-Porsche Semper Vivus. Wersja hybrydowa została wprowadzona na rynek w 1901 roku jako Lohner-Porsche Mixte. Kroniki łączące pochodzenie współczesnego Priusa z tym pojazdem sprzed około stu lat nie są przypadkiem: problem zarządzania szeregowo-równoległym przepływem mocy nie zmienił się od 1900 roku; zmieniło się to, że podzespoły go rozwiązujące - akumulatory i energoelektronika - dojrzały.

W międzyczasie istniały niezależne od siebie próby: w 1973 roku inżynier elektryk Victor Wouk zbudował prototyp hybrydowy na bazie Buicka Skylarka z 1972 roku. Owen Magnetic o konstrukcji szeregowej, w której silnik ładował akumulatory i zasilał silnik elektryczny, należał do wczesnych hybryd. GM XP 512 z 1969 roku oraz sześciokołowa próba Briggs & Stratton z 1980 roku należą do tej samej długiej i nieprzerwanej tradycji eksperymentów. Drugim zwiastunem współczesnej fali był Honda Insight, wprowadzony na rynek pod koniec 1999 roku jako dwuosobowy liftback.

Długofalowy wpływ premiery

Jeden z mierzalnych efektów premiery z 1997 roku mamy dziś w rękach: Łączna sprzedaż rodziny Prius osiągnęła w styczniu 2017 roku 6,1 miliona egzemplarzy, co stanowiło 61% z 10 milionów hybryd sprzedanych przez Toyotę od 1997 roku; model jest sprzedawany na ponad 90 rynkach. Nowszy dowód ma charakter technologiczny: w lipcu 2023 roku Prius LE z rocznika 2024 ustanowił rekord Guinnessa na trasie Los Angeles–Nowy Jork o długości 5150 km, stosując techniki hipromilegu i osiągając 2,52 litra na 100 km; w normalnej jeździe najnowsza generacja oferuje spalanie do 4,06 litra na 100 km.

Trudności wczesnego rozwoju również zapisały się w historii: inżynierowie Toyoty zauważyli podczas jazd testowych, że zużycie paliwa prototypów jest gorsze niż nawet standardowej Corolli. Droga stamtąd do produkcji seryjnej i dzisiejszych wartości to w pełni zasługa dyscypliny inżynierskiej. Projekt został uhonorowany 30 października 2024 roku uroczystą ceremonią przyznania tytułu IEEE Milestone; treść tablicy podkreśla, że pojazd wykorzystywał silnik spalinowy i dwa silniki elektryczne oraz odzyskiwał energię traconą podczas jazdy. Uchiyamada wygłosił też krótkie przemówienie na ceremonii.

Wniosek: Dwa lata, jedna decyzja i przemiana całej branży

Inżynierska lektura historii G21 brzmi tak: właściwa technologia nie zawsze jest najwygodniejszą opcją. Pierwszą odpowiedzią zespołu było bezpieczeństwo - silnik z bezpośrednim wtryskiem i wydajna skrzynia biegów. Warunek narzucony przez kierownictwo - „dwukrotna wydajność albo anulowanie projektu" - popchnął zespół w stronę niesprawdzonej architektury; prognozy dotyczące energoelektroniki i baterii mogły nieść to ryzyko. Przeniesienie nieudowodnionej technologii od oficjalnego zatwierdzenia do produkcji seryjnej w około dwa lata to, poza twierdzeniem o efektywności, sukces w zarządzaniu i produkcji. Tamten pierwszy pojazd, wprowadzony na rynek w Japonii w grudniu 1997 roku, zaczynał jako produkt przynoszący straty, ale przeszedł do historii jako punkt odniesienia ery hybryd.

Źródła

• The Story Behind the Birth of the Prius, Part 1 | Toyota Motor Corporation Official Global Website
• 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
• Historia samochodów hybrydowych - HowStuffWorks
• Honda Insight - Wikipedia
• Every Toyota Prius Generation, Ranked By Reliability - Jalopnik
• Considering a First Gen Prius - PriusChat