壟斷還是共贏？解讀豐田開(kāi)放電動(dòng)化專利

豐田HSD結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

4月3日，豐田宣布，為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，推動(dòng)汽車電氣化技術(shù)普及，將采取兩項(xiàng)重要措施:一是免費(fèi)開(kāi)放近2.4萬(wàn)項(xiàng)汽車電氣化技術(shù)專利的使用權(quán)；其次，對(duì)于使用豐田電氣化技術(shù)的廠商，豐田將在R&D提供有償技術(shù)服務(wù)和銷售。作為全球最大的汽車制造商，豐田做出這一決定的意圖是什么？從技術(shù)角度，我們來(lái)看看豐田在汽車電氣化技術(shù)上的獨(dú)特之處，以及豐田的決定會(huì)帶來(lái)哪些蝴蝶效應(yīng)。

豐田此次公開(kāi)的專利涉及豐田在車輛電氣化驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的主要技術(shù)，包括核心電機(jī)、電池和動(dòng)力控制單元，以及擴(kuò)展燃料電池、純電和混合動(dòng)力技術(shù)。其中，非豐田混動(dòng)技術(shù)最受關(guān)注。

世界上只有兩種混動(dòng)，一種是豐田混動(dòng)，一種是其他混動(dòng)？

憑借20多年在相關(guān)領(lǐng)域的深耕，豐田HSD技術(shù)的成就有目共睹:自1997年推出第一代普銳斯（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）以來(lái)，豐田迄今為止已經(jīng)生產(chǎn)了1300多萬(wàn)輛混合動(dòng)力汽車，憑借出色的燃油經(jīng)濟(jì)性和可靠性，豐田的混合動(dòng)力技術(shù)在用戶中積累了良好的口碑。所以市場(chǎng)上也流傳著一種說(shuō)法:世界上有兩種混動(dòng)，一種是豐田混動(dòng)，一種是其他混動(dòng)。雖然我不完全贊同，但也從側(cè)面印證了豐田在混動(dòng)技術(shù)上的地位。

眾所周知，混合動(dòng)力技術(shù)的引入是為了彌補(bǔ)內(nèi)燃機(jī)的天然缺陷，在內(nèi)燃機(jī)效率較低的時(shí)候用電力驅(qū)動(dòng)車輛，從而提高動(dòng)力系統(tǒng)的整體效率。

內(nèi)燃機(jī)誕生150多年來(lái)，相關(guān)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，最高熱效率從10%左右提高到40%。然而，由于工作原理的限制，內(nèi)燃機(jī)的最大熱效率只存在于某些工況下。但在實(shí)際使用中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)與車輪之間通過(guò)變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)耦合，在走走停停、頻繁加減速的使用環(huán)境下，發(fā)動(dòng)機(jī)很難在最大熱效率范圍內(nèi)運(yùn)行。

因此，豐田HSD混動(dòng)技術(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)專門設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)“解耦”，即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和動(dòng)力輸出與車輪無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能在最高效率范圍內(nèi)運(yùn)行，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也能回收車輛多余動(dòng)能，從而大大提高能量轉(zhuǎn)換效率，顯著降低油耗。

豐田的混合動(dòng)力系統(tǒng)以其巧妙的設(shè)計(jì)和高效可靠的性能得到了全世界的廣泛認(rèn)可。與此同時(shí)，豐田已經(jīng)為該系統(tǒng)申請(qǐng)了4500多項(xiàng)專利。在專利的保護(hù)下，其他制造商正在努力生產(chǎn)類似的高效混合動(dòng)力系統(tǒng)。

因此，為了繞過(guò)豐田的專利保護(hù)，許多制造商找到了另一種方法來(lái)開(kāi)發(fā)具有其他結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力系統(tǒng)。最常見(jiàn)的一種是在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間集成一個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，并與電池和電子控制系統(tǒng)配合形成一個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)，稱為P2結(jié)構(gòu)。

P2混合動(dòng)力系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需在原有動(dòng)力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)變速箱進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造即可實(shí)現(xiàn)。與豐田的HSD系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)電力單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)、動(dòng)能回收、發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電等功能。只需增加電池容量和電機(jī)功率，就可以形成插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)，整體研發(fā)成本不高。但與豐田HSD系統(tǒng)相比，這種系統(tǒng)并沒(méi)有將發(fā)動(dòng)機(jī)與車輪“解耦”——發(fā)動(dòng)機(jī)仍然通過(guò)變速器與車輪連接，因此在大多數(shù)工況下仍無(wú)法在最高熱效率范圍內(nèi)運(yùn)行，因此整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)油效果明顯低于HSD系統(tǒng)。

除了P2系統(tǒng)之外，現(xiàn)在還有一個(gè)非常熱門的概念就是48V:就是把車輛的供電系統(tǒng)的電壓從12V提高到48V，這樣可以安裝更強(qiáng)大的電氣設(shè)備，降低車輛的油耗。48V系統(tǒng)最顯著的變化是車輛采用了大功率BSG發(fā)電機(jī)/起動(dòng)機(jī)電機(jī)，不僅可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)啟停功能，還可以直接驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)，從而達(dá)到混合動(dòng)力的效果。按照混動(dòng)系統(tǒng)的命名規(guī)則，這樣的混動(dòng)結(jié)構(gòu)稱為P0。

與P2結(jié)構(gòu)相比，48V系統(tǒng)組成的P0結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，不需要大容量電池和復(fù)雜的電控系統(tǒng)，因此整體成本更低。而且在NEDC循環(huán)條件下，可以達(dá)到15%左右的節(jié)油效果，所以最近受到了很多廠商的追捧。但局限性也很明顯:與P2結(jié)構(gòu)相比，由于電能介入頻率較低，實(shí)際使用中的節(jié)油效果確實(shí)有限。

因此，作為混動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)創(chuàng)者，豐田的混動(dòng)結(jié)構(gòu)與當(dāng)今市場(chǎng)上大多數(shù)混動(dòng)結(jié)構(gòu)相比，在工作原理和實(shí)際節(jié)油效果上仍有很大優(yōu)勢(shì)。

咖啡法規(guī)：混動(dòng)是唯一出路？

《咖啡法規(guī)》與WLTP循環(huán)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn):狼來(lái)了？

在全球節(jié)能減排的大趨勢(shì)下，各國(guó)燃油車的“收緊魔咒”越來(lái)越嚴(yán):首先，對(duì)于車輛的油耗，頒布了CAFC標(biāo)準(zhǔn)，其中詳細(xì)規(guī)定了各類車型的油耗值。其次，對(duì)車輛的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)也將有所提高，比如，中國(guó)即將出臺(tái)的國(guó)VI排放標(biāo)準(zhǔn)，主要污染物排放量需要比國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)降低50%左右。

從上表可以看出，我國(guó)“咖啡法規(guī)”對(duì)車輛的油耗標(biāo)準(zhǔn)低至“不正常”。比如目前市場(chǎng)銷量最高的A級(jí)車油耗標(biāo)準(zhǔn)在5.1L/100km以內(nèi)不僅如此，在未來(lái)的油耗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中，主要國(guó)家也會(huì)放棄廣泛使用的NEDC，采用新的油耗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

目前，在歐洲和中國(guó)，汽車油耗評(píng)估的“試題”均采用歐盟1997年更新的NEDC標(biāo)準(zhǔn)。NEDC測(cè)試循環(huán)旨在模擬車輛在歐洲道路環(huán)境中行駛的典型工況，包括在城市道路上的走走停停和高速行駛，從而測(cè)試車輛的油耗水平。

NEDC自實(shí)施以來(lái)得到了許多國(guó)家的認(rèn)可，并在此基礎(chǔ)上不斷提高油耗標(biāo)準(zhǔn)，極大地推動(dòng)了節(jié)油減排技術(shù)的發(fā)展。然而，作為20年前推出的油耗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，NEDC的局限性也在不斷被揭示。

最明顯的問(wèn)題是，NEDC旗下很多車型的油耗與實(shí)際使用存在較大差距。第一個(gè)原因是NEDC測(cè)試太“實(shí)驗(yàn)室”了:整個(gè)測(cè)試都是在實(shí)驗(yàn)室的轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行的，模擬車輛在行駛過(guò)程中的阻力，忽略了很多其他變量的影響。);同時(shí)，車輛的模擬行駛狀態(tài)與實(shí)際情況存在較大差異——尤其是在城市條件下，NEDC模擬緩慢均勻的加減速，還設(shè)置了空擋位的長(zhǎng)怠速狀態(tài)。事實(shí)上，在我們的日常使用中，車輛會(huì)經(jīng)歷更頻繁的加速/減速過(guò)程，油門輸入也沒(méi)有NEDC模擬的那么均勻。

其次，越來(lái)越多的廠商學(xué)會(huì)了“應(yīng)試教育”:即按照NEDC循環(huán)調(diào)整車輛特性，以更低的成本實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”，但實(shí)際使用中卻不如測(cè)試中省油，這顯然違背了NEDC的初衷。

在此背景下，歐盟、日本和印度的專家于2021年推出了新的輕型車尾氣排放和能耗測(cè)試方法，即WLTP。

首先，WLTP對(duì)車輛測(cè)試環(huán)境和車輛狀態(tài)有嚴(yán)格的規(guī)定，如車輛載荷、環(huán)境溫度、行駛阻力和車輛檔位等。其次，與NEDC標(biāo)準(zhǔn)相比，WLTP測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)了10分鐘，車輛加減速工況更加頻繁，更接近車輛實(shí)際情況。因此，WLTP標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)試的車輛能耗也更具有參考意義。

就我國(guó)而言，隨著國(guó)VI排放標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)，WLTP逐漸成為排放測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，有望在2021年成為車輛能耗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

“咖啡法規(guī)”和WTLP標(biāo)準(zhǔn)的推廣對(duì)主要原始設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)壓力很大:要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的能耗水平，采用新能源技術(shù)是必由之路。

根據(jù)我國(guó)《乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》，采用純電動(dòng)技術(shù)、燃料電池技術(shù)或插電式混合動(dòng)力技術(shù)的車輛將獲得銷售倍數(shù)Wi的折扣，因此生產(chǎn)純電動(dòng)/插電式混合動(dòng)力汽車是目前車企快速降低CAFC值的捷徑。但是，一方面，按照規(guī)定，Wi值會(huì)逐年下降；另一方面，如果對(duì)采用純電動(dòng)或插電式混合動(dòng)力技術(shù)的車型沒(méi)有限購(gòu)、補(bǔ)貼等優(yōu)惠政策，也絕不是消費(fèi)者購(gòu)車的首選。

得益于電池技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在主流純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程已經(jīng)堪比燃油車。然而，在極端天氣下，電池壽命衰減、充電困難和價(jià)格高昂仍然讓許多消費(fèi)者望而卻步。

至于插電式混合動(dòng)力汽車，大容量電池的加入不僅提高了車輛在斷電狀態(tài)下的自重和油耗，還侵蝕了車輛的乘坐和儲(chǔ)物空間空，同時(shí)也提高了車輛價(jià)格——對(duì)于主流價(jià)格區(qū)間的車輛來(lái)說(shuō)，插電式混合動(dòng)力技術(shù)完全沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。

至于P2結(jié)構(gòu)、48V混動(dòng)系統(tǒng)的混動(dòng)車型，可以預(yù)見(jiàn)，WLTP標(biāo)準(zhǔn)下的油耗水平并不是很樂(lè)觀——由于新標(biāo)準(zhǔn)大幅降低了車輛的怠速工況，自動(dòng)啟停系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)被急劇削弱，而測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中高速工況的增加也降低了P2結(jié)構(gòu)車型純電行駛工況的比例，導(dǎo)致測(cè)試油耗增加。

在這樣的條件下，豐田HSD混動(dòng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)凸顯出來(lái):高效的混動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以保證車輛在所有工況下的高效運(yùn)行；此外，由于混合動(dòng)力系統(tǒng)的高滲透率和銷量，整套技術(shù)的成本可以降低。從豐田混動(dòng)汽車的熱銷可以看出，即使沒(méi)有政策傾斜和補(bǔ)貼，消費(fèi)者對(duì)HSD技術(shù)的接受度仍然非常高。因此，未來(lái)在“咖啡法規(guī)”和WLTP標(biāo)準(zhǔn)的雙重限制下，采用高效節(jié)油混合動(dòng)力技術(shù)的車型，以低油耗、高實(shí)用性、高性價(jià)比在市場(chǎng)上將具有明顯優(yōu)勢(shì)。

豐田公開(kāi)專利影響幾何？

此前有人分析，“咖啡法規(guī)”和WLTP標(biāo)準(zhǔn)廣泛普及后，可能是很多主機(jī)廠商采用豐田HSD這樣高效混動(dòng)技術(shù)的必由之路。此時(shí)此刻，豐田開(kāi)放專利，提供有償技術(shù)援助，對(duì)于很多“偏離”技術(shù)路線的車企來(lái)說(shuō)，是一個(gè)非常有吸引力的選擇。

按照豐田的規(guī)劃，未來(lái)豐田不僅是一家汽車工廠，也是電驅(qū)動(dòng)技術(shù)集成系統(tǒng)的供應(yīng)商。電驅(qū)動(dòng)技術(shù)，包括混合動(dòng)力和燃料電池技術(shù)，可以在各種運(yùn)輸公司推廣，也可以在大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)作為研究樣本。

HSD標(biāo)志是對(duì)產(chǎn)品的一個(gè)很好的背書(shū):采用豐田技術(shù)通常意味著出色的油耗和動(dòng)力總成的高可靠性。對(duì)于新推廣的產(chǎn)品，懸掛HSD標(biāo)識(shí)很大程度上是銷量的保證。

但與此同時(shí)，豐田作為全球最大汽車制造商的地位也會(huì)讓很多汽車公司有所顧忌——如果對(duì)豐田的產(chǎn)品構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)威脅，豐田會(huì)繼續(xù)提供產(chǎn)品和技術(shù)嗎？這就需要雙方表現(xiàn)出契約精神和合作誠(chéng)意。

事實(shí)上，豐田此舉與如今互聯(lián)網(wǎng)公司的做法類似:通過(guò)自身的平臺(tái)技術(shù)，比如蘋果的iOS系統(tǒng)，打造“生態(tài)閉環(huán)”，提升影響力和技術(shù)壟斷。當(dāng)然，不可否認(rèn)的是，HSD混動(dòng)技術(shù)的普及對(duì)于全球汽車節(jié)能減排具有里程碑式的意義:它可以大幅降低車輛的能耗和排放水平，而且是在不犧牲用戶體驗(yàn)的前提下。但是對(duì)于今天擁有類似技術(shù)的其他制造商來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

其中之一就是本田。其實(shí)關(guān)于混動(dòng)技術(shù)，本田起步并不比豐田晚:在第一代普銳斯推出的同時(shí)，本田推出了搭載IMA混動(dòng)技術(shù)的Insight。憑借其輕巧和低風(fēng)阻的車身，Insight甚至實(shí)現(xiàn)了比普銳斯更低的油耗。然而，不切實(shí)際的車身設(shè)計(jì)和IMA系統(tǒng)的可靠性導(dǎo)致Insight不如普銳斯成功。

2021年，本田推出了i-MMD銳混合動(dòng)力技術(shù)，并將其搭載在第九代雅閣（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）上。這種混合動(dòng)力技術(shù)使用兩個(gè)電機(jī)的直接連接來(lái)將發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)軸分離。低速工況下，電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)，但發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有任何傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與之連接，所以基本上可以一直在最高效率范圍內(nèi)運(yùn)行。因此，這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)在節(jié)油效果上達(dá)到甚至超過(guò)了豐田的HSD系統(tǒng)。

不僅如此，i-MMD混動(dòng)系統(tǒng)采用了功率更高的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，整體結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單緊湊，更容易改造成插電式混動(dòng)系統(tǒng)。面對(duì)咄咄逼人的豐田，像本田這樣的公司如何應(yīng)對(duì)是意料之中的。

總結(jié):

很多人認(rèn)為豐田此舉是為了與快速發(fā)展的純電動(dòng)汽車爭(zhēng)奪市場(chǎng)份額和未來(lái)話語(yǔ)權(quán)，但我認(rèn)為，在任何時(shí)候，消費(fèi)者“用腳投票”都是不可改變的市場(chǎng)規(guī)律:誰(shuí)的產(chǎn)品用戶體驗(yàn)更好，性價(jià)比更高，能更好地滿足典型使用場(chǎng)景的需求，誰(shuí)就將是成功的關(guān)鍵。因此，現(xiàn)在下結(jié)論新能源汽車未來(lái)會(huì)采用什么樣的技術(shù)路線還為時(shí)過(guò)早。豐田開(kāi)放專利后，最大的受益者應(yīng)該是消費(fèi)者。