Những thử nghiệm hybrid Mỹ thời kỳ đầu mà Detroit đã lãng quên

Khi kể về câu chuyện của chiếc ô tô hybrid, hầu như ai cũng bắt đầu từ cùng một nơi: Những nghiên cứu Lohner-Porsche của Ferdinand Porsche vào khoảng 1900-1901 và tiếp theo đó là Toyota Prius ra đời năm 1997. Phần lớn các giai đoạn ở giữa, trong câu chuyện kinh điển, chỉ là một khung trống. Nhưng bên trong khung trống đó, ở Chicago và Detroit những năm 1910, đã có những nỗ lực nghiêm túc của người Mỹ đưa xăng và điện vào cùng một thân xe; trong đó hiện thực nhất là Woods Dual Power. Trên trang này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết kỹ thuật về những nỗ lực hybrid Mỹ thời kỳ đầu đã bị lãng quên ấy, lý do chúng được thực hiện và lý do chúng không tồn tại bền vững.

Tại sao Hybrid trở thành chủ đề được quan tâm ở Mỹ những năm 1910?

Nhìn lại từ hôm nay, những nỗ lực hybrid thời kỳ đầu có thể giống như một sự phức tạp không cần thiết. Bức tranh giữa những năm 1910 thì kém rõ ràng hơn. Xe hơi hơi nước cần thời gian làm nóng trước khi sử dụng, còn xe điện vật lộn với quãng đường và thời gian sạc. Xe xăng cũng gặp nhiều vấn đề: chúng là những cỗ máy ồn ào, bẩn, cần bảo trì và thường phải khởi động bằng tay quay.

Chỉ một phép so sánh là đủ để cho thấy sự chênh lệch về quy mô. Detroit Electric, nhà sản xuất ô tô điện thành công nhất thời kỳ đó, chỉ bán dưới 5.000 xe trong năm đỉnh cao 1914. Cùng năm đó, Henry Ford bán hơn 200.000 chiếc Model T và con số này đã tăng gấp đôi vào năm 1916. Các nhà sản xuất xe điện đang tìm kiếm một con đường để đảo ngược đường cong này; hybrid chính là câu trả lời kỹ thuật hợp lý nhất cho con đường đó. Việc kết hợp những điểm mạnh của hai công nghệ vào cùng một thân xe chính là chuỗi logic được lập trong các cuộc thảo luận về plug-in hybrid những năm 2010.

Woods Dual Power hoạt động như thế nào?

Woods Motor Vehicle Company, được thành lập tại Chicago năm 1899, là một công ty sản xuất ô tô điện và xe thương mại. Người sáng lập Clifton Edgar Woods là một trong những người tiên phong trong lĩnh vực xe điện; ông đã viết một trong những cuốn sách đầu tiên về ô tô điện vào năm 1900. Dual Power mà công ty giới thiệu năm 1916 là một hệ thống hybrid xăng-điện được xây dựng trên nền tảng kinh nghiệm đó và được sản xuất từ 1917 đến 1918.

Kiến trúc của hệ thống đến ngày nay vẫn mang tính bài học. Ở trung tâm là động cơ xăng L-head bốn xy-lanh thẳng hàng, nguồn gốc Continental, công suất 14 hp, dung tích 68,7 inch khối (khoảng 1.125 cc). Đồng hành cùng nó là một "dynamotor" nguồn gốc General Electric - tức là một máy DC compound có thể hoạt động vừa là động cơ vừa là máy phát, công suất 5-6 hp, 48 volt / 60 ampe. Hai bộ phận được kết nối với nhau thông qua một ly hợp điện từ do Cutler-Hammer sản xuất. Còn phía pin là gói pin sản xuất đặc biệt của Exide, 24 tế bào, có dung lượng 115 ampe-giờ; một chi tiết thú vị là gói pin này có kích thước và trọng lượng chỉ bằng khoảng một nửa so với các gói pin của những chiếc ô tô thuần điện đương thời.

Quyết định đáng chú ý nhất: xe không có hộp số. Dưới 15 mph và khi lùi, chỉ có động cơ điện hoạt động. Trên tốc độ này, động cơ xăng tham gia qua ly hợp điện từ và truyền mô-men xoắn của nó qua phần ứng của động cơ điện. Nói cách khác, động cơ xăng được kết nối trực tiếp vào một đường truyền tỷ số duy nhất, không có bất kỳ loại chọn tốc độ nào. Việc khai thác toàn bộ mô-men xoắn của động cơ điện ở dải tốc độ thấp chính là lý do vật lý mà các kiến trúc hybrid ngày nay vẫn đang sử dụng.

Những Chi Tiết Ấn Tượng Đối Với Thời Đó: Sạc Khi Chạy Và Phanh Hồi Chế

Một trong những tính năng được catalog Dual Power năm 1916 ca ngợi là khả năng khởi động. Trong khi các động cơ khởi động điện chưa phổ biến, việc dynamotor có thể đề động cơ xăng bằng điện là một lợi thế thực sự; ban đầu xe thậm chí còn được trang bị tay quay khởi động cố định dưới két làm mát, giải pháp này được bổ sung sau đó.

Hệ thống bao gồm cả hai khái niệm mà độc giả hiện đại sẽ nhận ra. Sạc khi di chuyển: dynamotor chuyển sang chế độ máy phát có thể nạp các ắc quy khi xe đang chạy; vì vậy xe được tiếp thị là "tự sạc". Phanh hồi chế: với thuật ngữ thời đó là "dynamic braking", được kích hoạt ở tốc độ trên 6 mph. Thậm chí còn có một tư duy quản lý ắc quy sơ khai; các kỹ sư thập niên 1910 biết rằng sạc quá mức và xả cạn sẽ gây ra hiện tượng "gassing" và "sulphating" trên các bản cực pin, và Woods khuyến khích sử dụng trong dải 10-30 mph.

Một Kiến Trúc Đối Thủ: Truyền Động Điện Từ Của Owen Magnetic

Woods không phải là trường hợp duy nhất. Owen Magnetic là một chiếc ô tô xa xỉ được sản xuất từ 1915 đến 1922 - đầu tiên ở New York, sau đó ở Cleveland, và trong giai đoạn cuối ở Wilkes-Barre. Nhà phát minh Justus B. Entz, trên chiếc xe này động cơ xăng quay một máy phát, và điện năng dẫn động các bánh sau. Nói cách khác, về mặt kỹ thuật đây là một khám phá sơ khai của kiến trúc hybrid nối tiếp ngày nay. Anh em nhà Owen là Raymond và Ralph, với sự hỗ trợ của Baker Electric và Rausch & Lang, đã bắt đầu sản xuất vào năm 1915; dải giá năm 1916 là 3.000-6.000 đô la, tức là cao hơn nhiều so với ngay cả Dual Power. Vì vậy Owen Magnetic đôi khi được nhắc đến với mô tả "Prius trước đó khoảng 80 năm" - và mô tả này làm nổi bật khoảng trống giữa năm 1917 và 1997.

Tại sao Woods Dual Power Thất bại?

Về mặt kỹ thuật, hệ thống khá tinh vi và được công nhận là hoạt động như đã quảng cáo. Nhưng về mặt thương mại, không một yếu tố nào thành công. Những nguyên nhân thất bại có thể đo lường là rõ ràng:

• Giá: 2.650 đô la, tương đương khoảng bốn chiếc Model T hay hai chiếc Buick. Năm 1918, khi khung xe được kéo dài lên 124 inch và động cơ tăng lên 95 CID, giá tăng lên 2.950 đô la, nhưng doanh số không tăng.
• Hiệu suất: Tốc độ tối đa 35 mph không đủ hấp dẫn khách hàng xa xỉ trong một thị trường nơi Model T có thể đạt 40-45 mph.
• Sự trưởng thành: Hệ thống không mượt mà và đáng tin cậy như đã hứa; năm 1917 cần phải thực hiện những thay đổi.
• Thị trường: Thị phần của xe điện đang giảm nhanh chóng; xe hybrid xuất hiện như một sản phẩm cố gắng cứu một phân khúc đang chìm.

Bản án tóm tắt ngắn gọn một cách tàn nhẫn: xe hybrid không đạt được thành công thương mại vì đắt, chậm và khó bảo dưỡng. Công ty Woods phá sản năm 1918; tổng cộng chỉ bán được một số ít xe Dual Power và chưa đến 14.000 xe mang thương hiệu Woods. Cách tiếp cận tiếp thị cũng phản ánh những thông lệ của thời kỳ đó: nhấn mạnh vào "dễ sử dụng", giống như các xe thuần điện, chủ yếu nhắm đến các nữ tài xế.

Còn lại bao nhiêu mẫu và có thể xem ở đâu?

Số lượng được biết đến ngày nay là bốn, có thể là năm. Mẫu quan trọng nhất là chiếc xe trong bảo tàng The Henry Ford ở Dearborn: nguyên bản, được bảo tồn và có 11.085 dặm trên đồng hồ; mẫu năm 1917 có thể được xem trong triển lãm "Driving America" của bảo tàng. Một chiếc nằm trong bộ sưu tập của một bảo tàng ở khu vực Los Angeles; công việc bảo tồn đã được thực hiện bởi Howard Auto Preservation. Mẫu duy nhất còn hoạt động được biết đến nằm ở Louwman Museum ở Hà Lan. Người ta cho biết một thân xe được gắn lên khung Stanley Steamer, và một chiếc khác được đóng lại thân xe theo kiểu roadster Hispano-Suiza; một mẫu năm 1917 trong tình trạng hư hỏng từng được rao bán với giá khoảng 48.000 đô la.

Những chiếc xe này có thực sự là "hybrid đầu tiên" không?

Không - và cuộc tranh luận về sự ưu tiên vẫn còn trong giới sử học. Hầu hết các nguồn đều chỉ ra nghiên cứu Lohner-Porsche của Ferdinand Porsche là chiếc hybrid đầu tiên: phiên bản nguyên mẫu ra mắt năm 1900, mô hình Mixte năm 1901 sử dụng động cơ đốt trong để quay máy phát, năm 1902 Porsche đã thắng Cuộc đua Exelberg với chiếc xe này. Một số nguồn thì xác định nguyên mẫu Semper Vivus vào Triển lãm Thế giới Paris năm 1900 và việc sản xuất vào năm 1901. Tuy nhiên, một phần của câu chuyện lịch sử đại chúng trình bày Woods Dual Power năm 1917 một cách trực tiếp là "chiếc ô tô hybrid đầu tiên"; có sự không nhất quán như vậy về việc xác định niên đại và sự ưu tiên. Khung đúng là như sau: nếu Lohner-Porsche là chiếc hybrid đầu tiên, thì Dual Power là nỗ lực nghiêm túc đầu tiên hướng đến sản xuất hàng loạt ở Mỹ.

Ngoài ra, cũng cần một ghi chú cho câu chuyện về "80 năm bị lãng quên". Việc Owen Magnetic 1916 có niên đại trước Prius gần tám mươi năm củng cố câu chuyện này; nhưng thứ biến mất không phải là ý tưởng, mà là tính khả thi về kinh tế. Thiết kế của Viktor Wouk năm 1974 dựa trên Buick Skylark, được coi là xe hybrid hiện đại đầu tiên, tiếp theo là Prius bán được 18.000 chiếc tại Nhật Bản năm 1997 và Honda Insight hai chỗ ngồi ra mắt cuối năm 1999, cho thấy cùng một ý tưởng kiến trúc chỉ thực sự hoạt động khi pin và điện tử công suất cuối cùng đã trưởng thành. Dinamotor của Woods chính là sơ đồ đầu tiên của gói công nghệ đó, được lắp đặt sớm tám mươi năm.

Kết luận: Một Ý tưởng Kỹ thuật và Một Thực tế Thị trường

Câu chuyện về Woods Dual Power chứng minh rằng xe hybrid với tư cách là một ý tưởng cũng đã sống động tại Mỹ vào thập niên 1910 và đã trở thành sản phẩm cụ thể tại đây. Hệ thống có sạc khi đang chạy, phanh tái sinh, khởi động bằng điện và thậm chí cả ý thức bảo vệ tuổi thọ pin. Thứ còn thiếu là hai biến số mà không kỹ sư nào có thể sửa được: công suất và chi phí. Để bán được một chiếc xe cùng phân khúc với Model T, tốc độ 35 mph với giá gấp bốn lần, điều cần thiết không phải là vật lý mà là kinh tế - và nền kinh tế đó chỉ hình thành tám mươi năm sau, vào những năm khi tên của chiếc hybrid là Prius.

Tài liệu tham khảo

• Nó không phải là xe hybrid đầu tiên, nhưng Woods Dual Power 1917 là một kỳ quan được hỗ trợ bằng điện
• Tiên phong Hybrid: Woods Dual Power 1916
• Woods Motor Vehicle Company
• Bảo tồn Xe | Wood Dual Powered Coupe
• Owen Magnetic
• Lohner–Porsche
• Lịch sử của Porsche bắt đầu bằng điện
• Chiếc ô tô Hybrid đầu tiên | The Engines of Our Ingenuity
• Cột mốc: Toyota Prius, xe hybrid sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới, 1997