壟斷還是共贏？解讀豐田開放電動化專利

　　[汽車之家 技術] 4月3日，豐田宣布為了應對越來越嚴苛的排放法規限制，促進車輛電氣化技術的普及，將采取兩項重要措施：首先無償開放其關于汽車電氣化技術的將近24000件專利的使用權；其次對于使用豐田電氣化技術的廠商，豐田將在研發和銷售方面提供有償的技術服務。作為全球最大的汽車制造商，豐田的這項決定意欲何為？下面我們從技術的角度，來看看豐田在汽車電氣化技術上有何獨到之處，豐田的這個決定，又會帶來哪些蝴蝶效應。

　　豐田此次開放的專利涉及豐田在車輛電氣化驅動領域的主要技術，包括核心的電機、電池和動力控制單元（電控技術），以及延伸出來的燃料電池、純電和混動技術。其中最為人所關注的，非豐田的混合動力技術莫屬。

世界上只有兩種混動，一種是豐田混動，另一種是其他混動？

　　憑借著在相關領域20余年的深耕，豐田的HSD（hybrid synergy drive，豐田的混動品牌，直譯即為混合動力驅動）技術取得的成就有目共睹：自1997年推出第一代普銳斯之后，迄今豐田已經累計生產超過1300萬臺混合動力汽車，憑借著出色的燃油經濟性和可靠性，豐田的混合動力技術在用戶之間積累了良好的口碑。因此在坊間也流傳著一句話：世界上有兩種混動，一種是豐田混動，另一種是其他混動。雖然我并不完全贊同，但是這也從側面印證了豐田在混合動力技術的地位。

　　我們知道，混合動力技術的推出，是為了彌補內燃機天然的缺陷，在內燃機的低效工況時用電力來驅動車輛，從而提升動力系統整體效率。

　　內燃機自誕生至今150多年來，相關技術已經得到了長足進步，最高熱效率從最初的10%左右提升到了40%，但是受限于工作原理，內燃機的最高熱效率僅僅存在于部分工況下，而在實際使用過程中，由于發動機通過變速傳動機構同車輪之間耦合，在走走停停、頻繁加速減速的使用環境下發動機很難運行在最高熱效率區間。

　　因此，豐田HSD混動技術的基本出發點就是通過特殊設計的傳動機構將和電驅動系統將發動機和車輪“解耦”，即令發動機的轉速和動力輸出同車輪不存在對應關系，令發動機盡可能運行在最高效率區間內，同時電傳動系統還可以回收車輛多余的動能，這樣一來，能量轉換效率得到極大提升，油耗便顯著降低。

　　豐田的這套混動系統設計巧妙，加上高效可靠的性能，在世界范圍內得到了廣泛認可。同時豐田也為這套系統申請了超過4500項專利，在專利保護下，其他廠商想要生產類似的高效混動系統便捉襟見肘。

　　因此，許多廠商為了繞過豐田的專利保護，便另辟蹊徑開發其他結構的混合動力系統。其中最常見的便是在發動機和變速箱之間集成一臺電動/發電機，配合電池和電控系統組成一套混動系統，即我們常說的P2結構。

　　P2結構的混動系統最大的特點是結構簡單，在原有動力系統的基礎上僅需對變速箱進行簡單的改造便可以實現。相比豐田的HSD系統，這套系統同樣可以實現電力單獨驅動車輛前進、動能回收、發動機發電等功能，并且通過簡單加大電池容量和電機功率，便組成實現插電式混動系統，整體研發成本并不算高。但是與豐田HSD系統相比，這套系統并沒有將發動機同車輪“解耦”——發動機仍然通過變速器同車輪相連，因此在多數工況下仍然無法運行在最高熱效率區間內，所以整套系統的節油效果較HSD系統有著顯著的差距。

　　除了P2系統之外，如今另外一個十分火熱的概念是48V：即將車輛的供電系統電壓由12V提升至48V，這樣一來便可以搭載功率更大的用電設備，藉此來降低車輛的燃油消耗。48V系統最顯著的變化在于車輛使了一臺大功率的BSG發電/啟動電機，這臺電機不僅可以實現發動機啟/停功能，而且可以直接帶動發動機曲軸來驅動車輛前進，實現混合動力的效果。根據混動系統命名規則，這樣的混動結構被稱為P0（即電動機位于發動機前端）。

　　相比P2結構，48V系統組成的P0結構由于整體結構更加簡單，并且不需要大容量的電池和復雜的電控系統，因此整體成本更為低廉。而且在NEDC循環工況下，可以實現15%左右的節油效果，因此最近受到了不少廠商的追捧。但是局限也十分明顯：相比P2結構，由于電能介入頻率更低，在實際使用時節油效果著實有限。

　　因此，作為混合動力系統的創始者，豐田的這套混合動力結構至今在運行原理和實際節油效果上，相比如今市面上大部分混合動結構仍然存在著不小的優勢。