10月28日-29日，由嘉定政府支持，國家特聘專家汽車組及蓋世汽車聯(lián)合主辦的“2020第十二屆全球汽車產(chǎn)業(yè)峰會暨第八屆汽車與環(huán)境創(chuàng)新論壇”隆重召開。此次論壇以“思辨謀局，創(chuàng)新落地”為主題邀請百名權(quán)威嘉賓，共同探討中國汽車產(chǎn)業(yè)在新形勢、新格局和常態(tài)化疫情防控下，有序發(fā)展的思路舉措。會議期間，豐田汽車研發(fā)中心（中國）有限公司北京創(chuàng)新中心主任坂井光人發(fā)表了題為“豐田公司混動化技術(shù)路線”的主旨演講。

以下為演講實(shí)錄：

徐老師，非常感謝您的介紹，各位專家、各位老師大家好！我是豐田汽車研發(fā)中心的坂井光人，今天非常高興能夠在論壇做一個(gè)演講。今天我將向各位老師介紹一下豐田公司的混動化技術(shù)路線。

這是今天我要講的內(nèi)容，首先是汽車產(chǎn)業(yè)面臨的環(huán)境變化，然后是豐田混動系統(tǒng)的改進(jìn)，以及將來的擴(kuò)展，再就是下一代發(fā)動機(jī)技術(shù)的開發(fā)，最后做一個(gè)簡單的總結(jié)。

首先是汽車產(chǎn)業(yè)面臨的環(huán)境變化，以及豐田公司將來應(yīng)對方式的一些想法。進(jìn)入20世紀(jì)以來全球交通的發(fā)展給社會帶來巨大利好，同時(shí)也給我們帶來很多需要解決的全球性的社會問題。所以我想大家應(yīng)該也都比較清楚，汽車行業(yè)也面臨能源安全，由于二氧化碳排放造成的全球變暖以及由于臭氧和氮氧化物導(dǎo)致的大氣污染等問題。

豐田公司在2015年提出了環(huán)境挑戰(zhàn)2050計(jì)劃，目標(biāo)就是人、車和自然實(shí)現(xiàn)一個(gè)和諧共生的社會，一共有6個(gè)方面的環(huán)境挑戰(zhàn)，其中新車二氧化碳減排的挑戰(zhàn)是到2050年新車碳排放比2010年降低90%。我們要降低車輛行駛時(shí)的二氧化碳排放的話，電動化車輛的普及是不可或缺的，豐田公司2017年提出來在2030年時(shí)銷售的新車?yán)锩婊靹雍筒咫娀爝_(dá)到450萬輛，純電動和FCV達(dá)到1百萬輛，也就是說電動化的車輛在當(dāng)年新車銷售要達(dá)到550萬輛，但是隨著之后的一些環(huán)境、政策變化，豐田公司又提出來要提前5年實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

剛才提到電動化車輛的普及，豐田公司在混動技術(shù)的開發(fā)中對于電機(jī)、電池和控制器方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，把這些混動開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)可以擴(kuò)展應(yīng)用到將來的插電混、BEV和FCEV上面去。我們在混動的基礎(chǔ)上，如果增加充電功能的話就可以變成插電混，如果在插電混基礎(chǔ)上把發(fā)動機(jī)去掉的話就可以變成BEV，如果把燃料電池堆和氫瓶再加上去的話就可以變成FCV。我們把混動作為核心技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，對于將來的能源的多樣化以及動力總成的多元化可以達(dá)到柔性的迅速對應(yīng)。

豐田公司從1997年開始銷售混合動力車輛，到今年在全球范圍內(nèi)一共銷售了1600萬臺，累計(jì)二氧化碳減排達(dá)到了1.2億噸，這張圖是想通過全生命周期的二氧化碳評價(jià)這個(gè)觀點(diǎn)來看一看不同的動力總成的二氧化碳減排效果，灰色柱子表示的是車輛使用過程當(dāng)中的碳排放，BEV是0，PHEV也比較低，顯示出了優(yōu)越性。

藍(lán)色柱子表示的是燃料生產(chǎn)過程當(dāng)中的碳排放，這是根據(jù)豐田公司一些內(nèi)部數(shù)據(jù)自己測算的，可以看到，BEV和PHEV在這個(gè)方面將來還有很大的減排潛力。

黃色柱子表示的是車輛生產(chǎn)和報(bào)廢過程當(dāng)中的碳排放，這三塊柱子加起來的話可以看到BEV、PHEV比混動還是要有優(yōu)勢的。但是如果混動的發(fā)動機(jī)熱效率提高到50%，同時(shí)在燃料方面結(jié)合一部分可再生的生物質(zhì)燃料的摻混的話，下一代的混動可以達(dá)到比BEV和PHEV更低的全生命周期的碳排放。所以如果從全生命周期的碳排放這個(gè)角度來看，我們覺得混動技術(shù)還是非常有潛力的一項(xiàng)技術(shù)。

下面我將向大家介紹一下豐田公司核心技術(shù)的混動系統(tǒng)的改進(jìn)。豐田公司的混動系統(tǒng)目前已經(jīng)到了第四代，導(dǎo)入國內(nèi)的是從第二代開始的，第四代跟第二代相比增加了一個(gè)可以調(diào)節(jié)電壓的升壓系統(tǒng)，通過這個(gè)升壓系統(tǒng)可以靈活地調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)和電池系統(tǒng)的小型化、高效化和低成本。增加了這一套升壓系統(tǒng)的基本架構(gòu)，就是目前豐田公司混合動力系統(tǒng)的核心架構(gòu)，公司內(nèi)部叫THS2。

對于電池、電機(jī)、控制器這些電器部件，通過這4代的進(jìn)化也做了很多改進(jìn)工作，首先是電池，我們剛開始是用鎳氫電器，現(xiàn)在也同時(shí)在用一部分鋰離子電池，電池包的體積比一代大概減小了70%，輸入輸出功率也比第一代提升了很多。

上市20多年以來，電機(jī)也一直在做改進(jìn)，通過對磁石以及繞組方式的變化，電機(jī)的體積也比初代減小了接近60%，同時(shí)稀土的使用量也降低了大概96%?？刂破鞯捏w積也大概是第一代的一半左右，所以功率密度比以前達(dá)到了翻倍，同時(shí)對于內(nèi)部電子元器件的性能也做了提高，所以通過這些改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了小型化，降低損失、降低成本。

剛才向大家介紹的就是作為豐田公司環(huán)保車輛核心技術(shù)的混動系統(tǒng)技術(shù)。出于加快電動化車輛推廣的想法，在19年豐田公司提出來可以對電機(jī)、電池還有控制系統(tǒng)等相關(guān)混動技術(shù)專利進(jìn)行無償開放，包括中國國內(nèi)，在全球范圍內(nèi)大概有2萬3千件的專利權(quán)都可以免費(fèi)開放。

接下來將向大家介紹一下豐田混合動力系統(tǒng)的擴(kuò)展，我們從2016年開始推出第四代混動系統(tǒng)，內(nèi)部叫小容量、中容量，這次向大家介紹的是大容量的混動系統(tǒng)。第四代混動系統(tǒng)采用了通用化的設(shè)計(jì)方法，其結(jié)果就是可以用更短的時(shí)間、更低的成本來完成整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)。這是面向全球市場第四代混動系統(tǒng)推出的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，16年最早推出的是普銳斯的1.8L，17年是凱美瑞2.5L，18、19前后推出了RAV4的電動四驅(qū)混動，還有雷克薩斯UX2.0L，以及接下來會向大家詳細(xì)介紹的漢蘭達(dá)2.5L電動四驅(qū)混動以及RAV4的2.5L插電混動系統(tǒng)，通過快速開發(fā)可以向全球市場快速推出混動系統(tǒng)。

這是第四代的大容量混動系統(tǒng)，通過對各個(gè)部件的技術(shù)改進(jìn)，提高了性能。

首先是混動用的驅(qū)動橋，通過縮小電機(jī)的體積，它的功率從123千瓦提高到了134千瓦，輸出的功率密度提高了25%，同時(shí)通過采用高轉(zhuǎn)速化的電機(jī)，它的輸出軸扭矩比舊款大概提高了10%，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的全長縮短了9%，重量降低了6%，實(shí)現(xiàn)了25%的機(jī)械效率提高，所以對于油耗的降低也做了貢獻(xiàn)。

這是全新設(shè)計(jì)的電池包，這個(gè)電池包安裝在第二排座椅的下面，同時(shí)由原來三部分的構(gòu)造變成了一個(gè)整體式的，所以在整車布置方面沒有變化，冷卻風(fēng)扇從3個(gè)減少到2個(gè)，所以總重量降低了12%，同時(shí)對于電芯也做了一些改良，提高了冷卻性能，電池的輸入輸出能力也得到了提高。

這是在其他的部件上做的一些工作，發(fā)動機(jī)延用了TNGA2.5L的發(fā)動機(jī)，只是把最高轉(zhuǎn)速提高到了6000轉(zhuǎn)，控制器也是與RAV4混動通用的，并實(shí)現(xiàn)了21%的輕量化以及15%的電氣損失的降低，同時(shí)后軸也是用跟RAV4混動相同的后軸，最大扭矩比原來提高了30%，后軸的扭矩分配可以達(dá)到80%。漢蘭達(dá)的混動系統(tǒng)因?yàn)橹皼]有導(dǎo)入國內(nèi)，所以我們把北美市場的三代漢蘭達(dá)的混動系統(tǒng)跟四代混動系統(tǒng)做了一個(gè)參數(shù)比較，雖然由于發(fā)動機(jī)排量降低導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的輸出功率降低了一些，但是由于采用了新的電機(jī)，轉(zhuǎn)速比原來提高，所以在輸出端的扭矩其實(shí)比舊款提高了18%。

這是RAV4的插電混系統(tǒng)，也采用了大容量的混動系統(tǒng)。RAV4榮放的插電混是在混合動力版本的基礎(chǔ)上，新開發(fā)了一個(gè)大容量的鋰離子電池，安裝在車身的下部，同時(shí)提高了前置電機(jī)和控制器的輸出功率，通過電機(jī)提高了行駛能力，結(jié)合發(fā)動機(jī)跟強(qiáng)化之后的電機(jī)，系統(tǒng)最大的輸出功率達(dá)到了225千瓦，目前為止這應(yīng)該是行駛性能最強(qiáng)大的一款豐田公司的SUV了。

這是起步加速性能和超車加速性能，越往左下角表示加速性能越好，可以看到RAV4榮放的插電版，比2.0T的增壓發(fā)動機(jī)車型加速性能還要好。

這是跟混合動力版本的起步加速和減速特性做了一個(gè)比較，可以看到插電混版本比混動版本在這兩方面的性能都提高了很多，同時(shí)我們對油門踏板的操作也做了一些調(diào)控，結(jié)合運(yùn)動模式可以體會到非常愉悅的駕駛感受。

這是RAV4榮放的插電混和混動版本的一些參數(shù)對比，在這里需要向大家強(qiáng)調(diào)一下表里的WLTC工況跟國內(nèi)的有點(diǎn)不太一樣，沒有最后的超高速段。系統(tǒng)最大功率提高到225千瓦以后行駛性能比原來有了很大的提高，同時(shí)混動模式的油耗性能也提高了10%，在這兩個(gè)方面都得到了非常好的效果。

接下來向大家介紹一下發(fā)動機(jī)的開發(fā)。這是豐田公司對于提高發(fā)動機(jī)熱效率方面在以前做的一些工作，以及將來開發(fā)的方向性。目前TNGA發(fā)動機(jī)的最高熱效率是41%，我們覺得可能在不久的將來需要達(dá)到50%，所以為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)還是有很多工作需要做的。

這是我們對提高熱效率做的一些開發(fā)工作。提高熱效率方面來說的話，增壓稀燃以及增壓EGR是非常重要的技術(shù)，應(yīng)該有達(dá)到45%以上熱效率的潛力。右邊的圖顯示的有效熱效率跟NOx排放的關(guān)系，我們都比較清楚稀燃情況下NOx是一個(gè)比較大的問題，左邊的圖顯示的是豐田公司對于NOx和空氣過量系數(shù)的研究，跟右圖相比我們可以看到綠色表示的點(diǎn)，它的NOx排放比左邊的圖大概降低到了30分之1，這個(gè)時(shí)候空氣過量系數(shù)是2.5。隨著排放法規(guī)的加嚴(yán)，NOx的排放持續(xù)降低，豐田公司對于擴(kuò)大稀燃界限一直在持續(xù)做開發(fā)工作。

這是豐田公司在燃料改性方面做的一些工作，這是跟日本的能源公司JXTG做的共同研究項(xiàng)目，通過燃料里面添加一些乙醇或者呋喃等含氧燃料，我們看看能夠達(dá)到什么樣的效果。這張圖具體顯示的是通過對于燃料成分進(jìn)行改性，對于稀燃界限擴(kuò)大和熱效率提高達(dá)到的效果，隨著燃料成分的變化，稀燃的界限在不斷擴(kuò)大，熱效率也在提高，尤其是添加了呋喃的燃料，燃燒期間可以大幅度縮短，在λ=1.8的情況下也可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒。

我們還做了對于燃燒的促進(jìn)效果非常好的硝基甲烷的實(shí)驗(yàn)，它的稀燃界限可以進(jìn)一步提高，但是因?yàn)樘砑游锸呛?，所以會生成NOx，所以排放的惡化跟熱效率的提高是一個(gè)相反的效果，豐田公司接下來在對于下一代的燃料還會繼續(xù)跟能源公司進(jìn)行研究，結(jié)合后處理技術(shù)的提高和整體改善力爭實(shí)現(xiàn)近零排放。

剛才其他的演講專家也提到了二氧化碳減排是全世界接下來要面臨的一個(gè)共同的問題，面對這個(gè)問題豐田公司覺得除了發(fā)動機(jī)技術(shù)之外，從燃燒科學(xué)的觀點(diǎn)來看，石油精煉過程的二氧化碳減排也是有非常大潛力的，所以燃料技術(shù)的研究也非常重要。豐田公司下一步對于發(fā)動機(jī)技術(shù)的開發(fā)和燃料技術(shù)的開發(fā)兩個(gè)方面都要繼續(xù)進(jìn)行。

最后做一個(gè)簡單的總結(jié)，為了實(shí)現(xiàn)碳中和、近零排放的社會，需要結(jié)合燃料的制造，基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建以及下一代動力總成的開發(fā)等，全方位的技術(shù)開發(fā)對于各個(gè)公司來說都是接下來要面臨的挑戰(zhàn)。

作為豐田公司來說還是希望繼續(xù)發(fā)揮混合動力技術(shù)作為核心技術(shù)，進(jìn)一步提高各方面的性能，跟其他一些周邊技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到最好的效果。同時(shí)我們認(rèn)為，不只是豐田公司會持續(xù)進(jìn)行開發(fā)，其他的公司應(yīng)該也會繼續(xù)做這方面的工作，所以為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性的社會以及為了用戶的笑臉，希望能夠跟大家共同努力，實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能減排的效果。

非常感謝！

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