G21项目:孕育1997年普锐斯的秘密开发故事

混合动力汽车的历史
作者: Deniz Erkan
创建: 14 十月 2026

丰田英二在1993年提出的一个简单问题,在不到两年的时间内催生了世界上第一款量产混合动力汽车.

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1997款Prius的背后,是一个始于1993年夏天的开发项目,当时Eiji Toyoda提出了一个问题:21世纪的汽车应该是什么样子? G21 是这个项目的代号——Globe(世界)和21世纪两个词的缩写——在不到两年的时间里,它把一项未经证实的技术变成了世界上第一款量产的汽油-电动混合动力汽车.1997年12月10日在日本上市的 NHW10不仅仅是汽车行业的一次试验,更是混合动力时代的起点.

重点回顾

G21项目 1993年9月以10名工程师和设计师起步.
第一代Prius 1997年12月10日仅在日本上市;总共生产了 37,425辆 .
最初的目标是每升燃油行驶20公里,而随着混合动力方案的确定,目标 翻了一倍 .
Toyota在每一辆 NHW10 的销售上都亏损; NHW11才勉强达到收支平衡.
2024年,该项目被授予 IEEE Milestone plaque荣誉纪念牌.

G21项目如何诞生:1993年的最初愿景

项目的出发点并非技术需求,而是一项企业愿景要求.名誉会长Eiji Toyoda于1993年夏天要求为Toyota制定面向21世纪的中长期全新汽车愿景.1993年9月以G21代号正式启动的初期工作,仅由 10名工程师和设计师 组成的小团队负责,会长Shoichiro Toyoda也对这一计划给予了支持.

1993年底完成的首份报告,以今天的眼光来看描绘了一个低调但连贯的概念:紧凑的车身尺寸、宽敞的内部空间、长轴距,以及 每升20公里 的燃油效率.项目的关键词是"资源"与"环境";讨论围绕环境、能源和安全三个轴心展开.1994年2月1日,G21转变为一个有底盘、车身、发动机、传动系统和制造工程师参与的专职架构,领导权交给了Takeshi Uchiyamada.

混合动力的想法并非一开始就有

关键之处在于:团队最初的选择并不是混合动力.混合动力系统虽然被视为一个引人注目的话题,但由于是一项未经证实的技术,当时被认为不具可行性.相反,原计划是基于一台直喷发动机和一套高效自动变速箱,使车辆能够实现同级别车型 1.5倍 的效率.也就是说,G21最初被设计为一个通过传统方式挑战效率极限的项目.

这也不是Toyota的第一次混合动力尝试.根据该公司75年的历史,最早的探索可以追溯到 1968年:Kenya Nakamura曾领导一项燃气轮机发动机的研究,但由于缺乏合适的可充电电池,该项目在20世纪80年代初被中止.到了20世纪90年代,方程式中缺失的一环——足够的电池技术——已经具备;缺的只是使用它的决心.

混合动力决策如何做出:效率翻倍,否则取消

转折点出现在1994年11月.负责技术的副总裁和田昭弘向内山田下达了明确的指令:把汽车做成混动,否则项目将被取消.目标是将燃油效率翻倍——而根据团队的评估,用传统方法这是不可能的.唯一的答案是混合动力技术.这被称为典型的"自上而下"的决策:管理高层在团队1.5倍目标之上强加了一个加倍的目标.

内山田最初的评估也是一次坦诚的工程判断:他不相信在21世纪初之前能够开发出量产混合动力车.然而决定仍然被执行了;从1994年秋天开始,公司内部的气氛发生了变化,量产车型采用混动已被定案.而量产车型的正式批准则在1995年6月的一次会议上获得.

这一决定的背后还有一次组织变革:1995年8月,奥田硕成为丰田社长,这一进展被称为混合动力开发的转折点.一项未经证实的技术,如果没有最高管理层的支持,不可能以这样的速度推向量产.

Toyota Hybrid System如何工作:两台电机,一个行星齿轮

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

系统选择是长达六个月研究的结果.在1994年底完成的评估中,双电机方案因具有更高的效率潜力而被选中.这一决定背后有一项预判:电力电子——半导体和电子电路——将在不久的将来实现巨大飞跃,从而可以完全取消传统变速箱.

所采用的系统后来 Toyota Hybrid System (THS)得名.该架构的组件可以按逻辑链条来理解:

一台驱动车轮并在减速时充当发电机的驱动电机
第二台电机,负责发电、控制变速箱,并兼具起动机的功能
带有行星齿轮、将两台电机与汽油发动机结合的动力分配装置
在电池与电机之间工作的逆变器

输入轴和输出轴位于同一平面,电机转速以连续可变的方式得到控制.THS于1997年3月完成并发布;电机和逆变器等核心技术在公司内部自主开发.在电池方面,工作则与此前在电动汽车研究中合作过的松下电池工业(Matsushita Battery Industrial)共同开展;NiMH电池包被移交给了1996年12月成立的合资公司Panasonic EV Energy.

东京:概念车与量产之路

一个有趣的细节:在1995年东京车展上展出的概念车与量产混动版有所不同.它是单电机、直喷、配备CVT并以电容器替代电池;目标是每升燃油行驶 30公里,该系统被命名为"Toyota Energy Management System"."Prius"——这个在拉丁语中意为"最初、先驱、卓越"的名字——从这一阶段开始被使用.而量产车型则超越了这一概念,演变为完整的混合动力架构.

时间表令人印象深刻:从正式开发启动到量产约两年.速度的背后是工程方法:3D虚拟装配技术,以及小批量生产中对车身焊装线的利用.此外,1996年控制系统和电驱动部件部门在"business reform"架构下进行了整合,并于1997年1月与电动汽车开发部门合并,成立了Electric & Hybrid Vehicle Engineering Division.

第一代普锐斯的数据:NHW10和NHW11

第一代 NHW10于1997年12月10日在日本上市,成为世界上首款量产的汽油-电动混合动力汽车.生产于1997年12月至2000年2月在高冈工厂进行,总量 37,425辆 为止.一个值得注意的设计细节:NHW10的设计来自加利福尼亚的设计师,在丰田其他工作室的方案中胜出.该车在发布时获得了"日本年度车"大奖,并于1998年获得RJC年度车奖.

第二阶段是让该车型走向世界的一步.2000年推出的 NHW11 - 第二代 - 是首款在亚洲、美洲、欧洲和澳大利亚限量销售的普锐斯;美国售价为 19,995美元.它于2000年5月至2003年6月在元町工厂生产,共完成 33,411辆 .它是继本田Insight之后美国市场上的第二款量产混合动力车.

规格	NHW10	NHW11
上市时间	1997年12月	2000年
市场	仅日本	亚洲、美洲、欧洲、澳大利亚
生产工厂	高冈	元町
生产周期	1997年12月 - 2000年2月	2000年5月 - 2003年6月
生产数量	37,425	33,411

第一代总共销售了约 123,000辆 .商业数据则揭示了一个明确的事实:丰田表示NHW10每辆车都在亏损,NHW11也仅达到盈亏平衡.换句话说,发布项目的价值不在于销量数字,而在于技术的验证.

真实油耗是多少,如今还可靠吗?

第一代普锐斯的效率取决于所谈论的是哪款车以及如何测量.对于美国市场的NHW11,车主报告平稳驾驶时可达到 50-60 mpg (约3.9-4.7 L/100 km),更激进的驾驶方式下约为35 mpg;总体平均值被报告为46-50 mpg或综合约41 mpg.只需记住这些数字基于车主数据,且大多指的是NHW11;NHW10在其自身测试循环中的目标本就是每升约20公里.

可靠性方面经过超过25年的使用已经趋于成熟.车主们反馈第一代车型无故障运行和扎实的电池体验;五代车型的可靠性对比则是结合第一代的Consumer Reports和NHTSA数据进行的评估.需要留意的维护问题则较为具体:例如可能因积碳而堵塞的部件.简而言之,这不是一个故障技术的故事,而是通过正确保养实现长久耐用的传动系统的故事.

Prius的根源可以追溯到1900年吗?

是的 - 它的族谱出奇地久远.Ferdinand Porsche在 1900年设计出第一辆混合动力汽车的原型:Lohner-Porsche Semper Vivus.混动版本于 1901年以Lohner-Porsche Mixte 之名推向市场.将现代Prius的起源与约一个世纪前的这款车联系起来的历史记载并非巧合:管理串并联动力流的问题自1900年以来从未改变;改变的是解决它的组件 - 电池和电力电子技术 - 的成熟.

中间的一个世纪里,还有彼此独立的尝试:1973年,电气工程师Victor Wouk基于1972款Buick Skylark制造了一辆混合动力原型车.采用发动机为电池充电并驱动电机的串联式设计的Owen Magnetic是最早的混动车之一.1969年的GM XP 512和1980年的六轮Briggs & Stratton尝试也属于这一漫长而持续的实验传统.现代浪潮的第二个先驱是1999年底以双座掀背车形式上市的 Honda Insight .

发布的长远影响

1997年发布的一个可量化成果如今摆在眼前:Prius车系总销量于2017年1月达到 610万辆 ,占Toyota自1997年以来售出的1000万辆混动车的61%;该车型在90多个市场销售.更新的证据则是技术层面的:2023年7月,一辆2024款Prius LE在洛杉矶至纽约5150公里的行程中,通过超计量技术创下了百公里 2.52升 的吉尼斯纪录;正常驾驶时最新一代车型的百公里油耗可低至4.06升.

早期开发的艰难也有据可查:丰田的工程师们在试驾中发现,原型车的燃油效率甚至比一辆标准卡罗拉还要差.而从那里走向量产和今天的成就,正是工程纪律的杰作.2024年10月30日,该项目在丰田市举行的一场仪式上被授予IEEE里程碑荣誉;牌匾文字强调,该车使用一台内燃机和两台电动机,并在行驶中回收损失的能量.内山田也在仪式上发表了简短讲话.

结语:两年、一个决定和一个行业的转折

从工程角度解读G21的故事:正确的技术并不总是最轻松的选择.团队的最初答案是稳妥的——直喷发动机和高效变速箱.管理层强加的“效率翻倍,否则取消”的条件,迫使团队转向了一种未经证实的架构;电力电子和电池方面的预判使这个风险变得可以承受.将一项未经证实的技术从正式批准到推向量产仅用约两年时间,这不仅是效率上的成就,更是一场管理和制造的成功.1997年12月在日本上市的那第一款车,起初是一款亏损产品,却在历史上成为混动时代的里程碑.