Giấc mơ hybrid bị từ chối của Victor Wouk trong thập niên 1970

Victor Wouk đã chế tạo một nguyên mẫu hoạt động được, mang toàn bộ những nguyên lý cơ bản của ô tô hybrid hiện đại, cho một gói thầu mà chính phủ Mỹ mở ra trong khuôn khổ Đạo luật Không khí Sạch (Clean Air Act) đầu những năm 1970. Chiếc xe dựa trên Buick Skylark 1972 này đã giảm tới 91% lượng khí thải và giảm đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu trong đô thị; tuy vậy, EPA đã không hoàn thành chương trình và ý tưởng hybrid bị gác lại hàng thập kỷ ở Mỹ. Câu chuyện của Wouk là một trong những ví dụ được ghi chép đầy đủ nhất về việc cơ chế ra quyết định - chứ không phải công nghệ - có thể làm chậm một công nghệ như thế nào.

Victor Wouk là ai và ông đã chuyển hướng sang xe điện như thế nào?

Victor Wouk sinh ngày 27 tháng 4 năm 1919 tại quận Bronx, New York. Gia đình ông là những người nhập cư Do Thái đến từ Belarus ngày nay; anh trai ông, Herman Wouk, là một tiểu thuyết gia nổi tiếng. Victor nhận bằng cử nhân tại Columbia năm 1939 và bằng tiến sĩ tại Caltech năm 1942; luận án của ông về hiện tượng điện tĩnh phát sinh trong quá trình phân phối xăng. II. Trong những năm Chiến tranh Thế giới thứ hai, ông làm nghiên cứu liên quan đến Dự án Manhattan tại Westinghouse.

Sự nghiệp của ông được xây dựng trên nền tảng điện tử công suất. Năm 1956, ông thành lập Beta Electric, một trong những nhà cung cấp thiết bị điện áp cao hàng đầu của Mỹ; Năm 1960, ông thành lập Electronic Energy Conversion Corporation, công ty phát triển các bộ chuyển đổi AC/DC hiệu suất cao. Bước ngoặt đến vào năm 1962: Theo yêu cầu của Russell Feldmann, một trong những người sáng lập Motorola, ông chuyển hướng sang xe điện và thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ xe điện bằng chất rắn đầu tiên cho Henney Kilowatt - một phiên bản điện hóa của Renault Dauphine. Sau khi bán công ty cho Gulton Industries năm 1963, ông hoàn toàn dấn thân vào thế giới pin và động cơ.

Sự hợp tác AMC-Gulton giữa những năm 1960 đã mang lại cho ông một kinh nghiệm then chốt. Concept Amitron 1967 được giới thiệu với bộ pin kép NiCad và liti-nikel-florua cùng phanh tái sinh; Năm 1969, một chiếc Rambler American được chuyển đổi thành xe điện với tên gọi "Voltswagen", sử dụng 160 pin NiCad của Gulton. Những dự án này đã đưa Wouk đến một kết luận kỹ thuật dứt khoát: mật độ năng lượng của pin chì-axit và NiCad năm đó là không đủ cho một chiếc xe thuần điện. Từ năm 1970, ông chuyển toàn bộ sự chú ý sang giải pháp hybrid.

Nguyên mẫu hybrid Buick Skylark 1972 như thế nào?

FCCIP và điều kiện nguyên mẫu bán giá một đô la

Đạo luật Không khí Sạch 1970 kêu gọi giảm 95% khí thải xe cộ. Để hỗ trợ mục tiêu này, Chương trình Khuyến khích Ô tô Sạch Liên bang (FCCIP) được thành lập; 25 triệu đô la mỗi năm được dành để mua xe phát thải thấp. Wouk cùng với Charles Rosen, một nhà hóa học ki chuyên gia nhiệt động lực học, đã thành lập Petro-Electric Motors - chính người em trai Herman là người đặt tên công ty. Hợp đồng được ký năm 1971 và các điều khoản của nó nhìn theo góc nhìn hôm nay có vẻ khó tin: nguyên mẫu sẽ được chế tạo bằng nguồn lực của chính họ, và chỉ được thanh toán 1 đô la khi bàn giao cho EPA. Nếu chiếc xe vượt qua các bài kiểm tra, họ sẽ nhận 37.351 đô la, sau đó là một đội xe hàng năm gồm 10 xe, và tiếp theo là đơn hàng 350 xe.

Buick Skylark được chọn làm thân xe, vì khoang động cơ đủ thuận lợi để chứa cả động cơ đốt trong lẫn bộ phận điện. Petro-Electric đã trả khoảng 2.700 đô la cho chiếc xe - thấp hơn khoảng 500 đô la so với giá MSRP. Wouk và các đối tác đã bỏ ra tổng cộng khoảng 300.000 đô la tiền túi của mình.

Phân tích kỹ thuật: đồ lai song song hoàn toàn, năm 1972

Hệ thống truyền động là một sự kết hợp bất thường nhưng hợp lý trong thế giới ô tô thời bấy giờ. Mazda đã gửi miễn phí hai động cơ quay Wankel 12A hai rô-to 1,1 lít - đơn vị được sử dụng trên RX-2, sản xuất 110 mã lực tịnh. Bên cạnh đó là một mô-tơ điện DC công suất 15-20 kW và 20 ắc quy chì-axit sâu 6 volt kiểu xe golf. Hệ thống hoạt động như một hệ đồ lai song song hoàn toàn.

Điều đáng chú ý nhất chính là tầng phần mềm và điều khiển của xe. Một bộ điều khiển vi xử lý dựa trên Intel 8008 quản lý những chức năng ngày nay được coi là tiêu chuẩn trên mọi xe đồ lai: khởi động-dừng (start/stop), phanh tái sinh và di chuyển chỉ bằng mô-tơ điện khi xuất phát. Nói dưới góc nhìn của một kỹ sư, bản phác thảo đầu tiên theo từng cấu phần của kiến trúc Prius 1997 đã lăn bánh trên con đường Ann Arbor vào năm 1972.

Các con số hiệu suất thay đổi tùy phương pháp đo lường: mức tiêu thụ trong nội thành được ghi nhận là 55-60 mpg, trong khi một số tài liệu đưa ra con số khoảng 30 mpg trong khuôn khổ "hiệu quả hơn gấp đôi so với bản gốc". Sự khác biệt nằm ở các định nghĩa như chu kỳ kiểm tra và chế độ nào được lấy làm căn cứ; cả hai con số đều cho thấy xe sạch hơn và tiết kiệm hơn rõ rệt so với chiếc Skylark xăng tiêu chuẩn cùng thời. Về mặt phát thải, bức tranh rõ ràng: xe đạt mức phát thải chỉ khoảng 9% so với chiếc ô tô xăng cùng thời.

Tại sao EPA chấm dứt chương trình đồ lai?

Skylark là đồ lai duy nhất và là đề án duy nhất trong khuôn khổ FCCIP tạo ra nguyên mẫu hoạt động được. Xe được kiểm tra tại phòng thí nghiệm Ann Arbor của EPA năm 1974; EPA đã thanh toán giai đoạn I theo hợp đồng và trả cho Wouk cùng Rosen 33.000 đô la. Nhưng dự án không được tiếp tục.

Đằng sau quyết định là một sự kháng cự mang tính cá nhân chứ không phải mang tính tổ chức. Phó chủ tịch điều khiển ô nhiễm nguồn di động EPA, Eric Stork, ngay từ đầu đã phản đối ý tưởng xe hybrid và đe dọa chấm dứt hoàn toàn chương trình bằng câu "Hybrid sẽ không bao giờ được chấp nhận dưới bất kỳ điều kiện nào". Để buổi thử nghiệm có thể diễn ra, Wouk đã nộp đơn lên Quỹ Khoa học Quốc gia; trước ủy ban đặc biệt được thành lập, Stork đã nhượng bộ, thử nghiệm được tiến hành và Wouk bảo vệ thành công việc vượt qua mọi điều kiện. Sau đó, EPA gửi một báo cáo 75 điểm như lý do để không tiếp tục - trong báo cáo, Stork thừa nhận xe tạo ra hiệu suất nhiên liệu tốt hơn và khí thải thấp hơn, nhưng viết rõ ràng rằng sự phản đối của ông với xe hybrid mang tính "triết lý" và ông không thoải mái với việc Wouk kiếm lợi nhuận từ công việc này.

Nó được cài đặt trên đài thử chỉ chạy bằng pin... Không phải là công nghệ thực tế lắm cho ô tô. Ngay cả hôm nay vẫn còn mang tính biên.

Stork duy trì thái độ hoài nghi của mình cho đến khi qua đời năm 2014. Còn Wouk sau này tóm tắt bằng một câu duy nhất rằng phía đối thủ đã va vào bức tường: "Tôi giận dữ và mất năng lượng đến mức đã từ bỏ vào năm 1976." Khía cạnh bi kịch-nhưng-có-ích của quá trình này: năm 1993, khi Wouk hỏi, các quan chức chương trình Partnership for a New Generation of Vehicles của chính quyền Clinton thậm chí còn không hay biết về sự tồn tại của FCCIP những năm 1970 - trí nhớ tổ chức đã bị xóa nhòa đến vậy.

Cây phả hệ trăm năm đứng sau nguyên mẫu

Chiếc Skylark của Wouk không ra đời trong khoảng trống. Bản thân ý tưởng xe hybrid có từ thuở sơ khai của ô tô: Ferdinand Porsche thiết kế Semper Vivus, chiếc ô tô hybrid chức năng đầu tiên trên thế giới, năm 1900 - khi ấy ông khoảng 23-25 tuổi. Phiên bản thương mại Lohner-Porsche Mixte là phương tiện thương mại đầu tiên sử dụng motor đặt ở moay-ơ bánh xe. Một thế kỷ sau, New York Times đã truy nguồn gốc của Prius chính xác đến chiếc xe mang năm 1900 này.

Gốc rễ của hệ dẫn động điện còn xa hơn nữa: Ányos Jedlik chế tạo motor điện đầu tiên năm 1827, Robert Anderson phát triển phương tiện động cơ của riêng mình trong giai đoạn 1832-39. General Electric sản xuất xe điện trong giai đoạn 1898-99 và năm 1899 thử nghiệm hybrid với một động cơ xăng bốn xy-lanh. Nói cách khác, ý tưởng mà EPA gạt bỏ năm 1972 có cả lịch sử 70 năm lẫn một ứng dụng đã trưởng thành về mặt kỹ thuật. Ngay cả công việc phát triển hybrid của Toyota cũng có thể truy về năm 1968, với quản lý dự án Kenya Nakamura.

Việc hủy bỏ đã làm trì hoãn ô tô hybrid bao nhiêu năm?

Các đánh giá thường đề cập đến độ trễ hai thập kỷ, và cách xác định này có thể đo lường được: công nghệ đã sẵn sàng ở mức nguyên mẫu trong những năm 1970, còn chiếc xe hybrid tiêu dùng đầu tiên chỉ đến vào năm 1997 với Toyota Prius. Trên thị trường Mỹ, chiếc hybrid đầu tiên là Honda Insight - vào tháng 12/1999, với khoảng 53 mpg, dưới dạng "mild hybrid" sử dụng hệ thống song song; Prius vượt đại dương với mẫu năm 2000/2001. HTV-1 điều khiển bằng máy tính do GE Research Lab phát triển năm 1982 được coi là nguyên mẫu của các hệ thống Toyota và Honda ngày nay; Audi thực hiện thử nghiệm của riêng mình vào năm 1989. Nói cách khác, cánh cửa bị đóng lại ở Mỹ vào năm 1974 đã được các nhóm kỹ sư của các quốc gia khác mở ra lần nữa sau hai thập kỷ.

Sau sự chậm trễ đó, thị trường đã tăng tốc. Năm 2010, Chevy Volt trở thành xe hybrid cắm điện đầu tiên được bán thương mại; doanh số PHEV toàn cầu vượt 300 chiếc năm 2010, đạt 222.000 năm 2015 và 7,2 triệu vào năm 2025. Sự trưởng thành của công nghệ pin từ chì-axit sang NiMH rồi đến lithium-ion là động lực chính nằm dưới đường cong này - nhưng việc đường cong bắt đầu vào năm 1997 chứ không phải thập niên 1970 có một quyết định rất cụ thể: cuộc thử nghiệm tại Ann Arbor và báo cáo 75 điểm đến sau đó.

Wouk đã quay trở lại với lịch sử như thế nào?

Sau khi dự án kết thúc, Wouk vẫn chưa im lặng: ông công bố hơn 100 bài báo kỹ thuật, làm tư vấn bao gồm cả xe buýt thành phố hybrid và sở hữu hơn 10 bằng sáng chế, phần lớn liên quan đến truyền động hybrid hoặc điện. Người ta nhấn mạnh rằng chiếc hybrid đầu tiên của Toyota sử dụng cùng những nguyên lý cơ bản với Skylark. Khi chiếc hybrid đầu tiên đến Mỹ, Wouk đã thuê một chiếc Prius màu trắng năm 2001, và vào năm 2004, khi những người đồng nghiệp vốn ban đầu phản đối đã xin lỗi ông, ông cuối cùng cảm thấy mình đã đúng.

Sau khi ông qua đời - ngày 19 tháng 5 năm 2005, tại nhà ở Manhattan, thọ 86 tuổi, vì ung thư - ông được gọi là "cha đỡ đầu của xe hybrid" và "ông tổ của các phương tiện điện và hybrid tại Mỹ". Giải thưởng Tiến bộ trong Giao thông vận tải Elmer A. Sperry Award được trao cho ông sau khi mất; một chuỗi bài giảng hàng năm mang tên ông tại Caltech vẫn tiếp tục. Còn nguyên mẫu ngày nay ở đâu thì vẫn chưa rõ; không có hồ sơ nào về số phận của Skylark trong các nguồn công khai.

Kết luận: công nghệ hay quyết định đã gây ra sự chậm trễ?

Bài học từ vụ Wouk nằm ở khía cạnh quy trình, chứ không phải khía cạnh kỹ thuật. Một công nghệ như Skylark 1972, với kinh phí, phòng thí nghiệm thử nghiệm và kết quả đo lường được (giảm 91% khí thải, hiệu suất gần gấp đôi, bộ điều khiển hoạt động), đã bị đặt lên kệ hàng chục năm chỉ vì sự phản đối "triết học" của một cá nhân ra quyết định duy nhất. Việc xe hybrid có thể lưu thông trên đường vào thập niên 1970 thay vì năm 1997 hay không là điều không thể khẳng định chắc chắn từ ngày hôm nay - những câu hỏi về khả năng mở rộng quy mô, chi phí và sản xuất pin vẫn còn bỏ ngỏ. Nhưng việc biết rằng công nghệ đã được chứng minh là khả thi, và thậm chí sau khi được chứng minh vẫn không được chấp nhận, đã ghi lại một trong những ví dụ tốn kém nhất về phát minh lại trong lịch sử ô tô. Di sản của Wouk được ghi nhớ qua mỗi lần phanh tái hồi sức và mỗi chu kỳ dừng-chạy mà những chiếc hybrid ngày nay trải qua.

Nguồn tham khảo

• Victor Wouk: The Godfather of the Hybrid Car
• The "Godfather of the Hybrid" | Columbia College Today
• Victor Wouk
• Oral-History: Victor Wouk
• Victor Wouk, 86; Developed Hybrid Car in '70s
• Timeline of major accomplishments in transportation air pollution - US EPA
• How Ferdinand Porsche designed the first hybrid car
• The History of the Electric Car - US Department of Energy
• Development of Prius and Hybrid Strategy - Toyota Global
• Những cột mốc quan trọng: Toyota Prius, chiếc xe hybrid sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới, 1997
• Lịch sử của xe hybrid sạc điện