豐田開放專利 影響幾何?

豐田宣布為了應(yīng)對越來越嚴(yán)苛的排放法規(guī)限制，促進(jìn)車輛電氣化技術(shù)的普及，將采取兩項重要措施：首先無償開放其關(guān)于汽車電氣化技術(shù)的將近24000件專利的使用權(quán)；其次對于使用豐田電氣化技術(shù)的廠商，豐田將在研發(fā)和銷售方面提供有償?shù)募夹g(shù)服務(wù)。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(shù)的角度，來看看豐田在汽車電氣化技術(shù)上有何獨到之處，豐田的這個決定，又會帶來哪些蝴蝶效應(yīng)。

豐田此次開放的專利涉及豐田在車輛電氣化驅(qū)動領(lǐng)域的主要技術(shù)，包括核心的電機、電池和動力控制單元（電控技術(shù)），以及延伸出來的燃料電池、純電和混動技術(shù)。其中最為人所關(guān)注的，非豐田的混合動力技術(shù)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(guān)領(lǐng)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(qū)動）技術(shù)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(jīng)累計生產(chǎn)超過1300萬臺混合動力汽車，憑借著出色的燃油經(jīng)濟性和可靠性，豐田的混合動力技術(shù)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(cè)面印證了豐田在混合動力技術(shù)的地位。

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

內(nèi)燃機自誕生至今150多年來，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)得到了長足進(jìn)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(nèi)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(fā)動機通過變速傳動機構(gòu)同車輪之間耦合，在走走停停、頻繁加速減速的使用環(huán)境下發(fā)動機很難運行在最高熱效率區(qū)間。

因此，豐田HSD混動技術(shù)的基本出發(fā)點就是通過特殊設(shè)計的傳動機構(gòu)將和電驅(qū)動系統(tǒng)將發(fā)動機和車輪“解耦”，即令發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和動力輸出同車輪不存在對應(yīng)關(guān)系，令發(fā)動機盡可能運行在最高效率區(qū)間內(nèi)，同時電傳動系統(tǒng)還可以回收車輛多余的動能，這樣一來，能量轉(zhuǎn)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(tǒng)設(shè)計巧妙，加上高效可靠的性能，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛認(rèn)可。同時豐田也為這套系統(tǒng)申請了超過4500項專利，在專利保護(hù)下，其他廠商想要生產(chǎn)類似的高效混動系統(tǒng)便捉襟見肘。

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

P2結(jié)構(gòu)的混動系統(tǒng)最大的特點是結(jié)構(gòu)簡單，在原有動力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上僅需對變速箱進(jìn)行簡單的改造便可以實現(xiàn)。相比豐田的HSD系統(tǒng)，這套系統(tǒng)同樣可以實現(xiàn)電力單獨驅(qū)動車輛前進(jìn)、動能回收、發(fā)動機發(fā)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(xiàn)插電式混動系統(tǒng)，整體研發(fā)成本并不算高。但是與豐田HSD系統(tǒng)相比，這套系統(tǒng)并沒有將發(fā)動機同車輪“解耦”——發(fā)動機仍然通過變速器同車輪相連，因此在多數(shù)工況下仍然無法運行在最高熱效率區(qū)間內(nèi)，所以整套系統(tǒng)的節(jié)油效果較HSD系統(tǒng)有著顯著的差距。

除了P2系統(tǒng)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(tǒng)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(shè)備，藉此來降低車輛的燃油消耗。48V系統(tǒng)最顯著的變化在于車輛使了一臺大功率的BSG發(fā)電/啟動電機，這臺電機不僅可以實現(xiàn)發(fā)動機啟/停功能，而且可以直接帶動發(fā)動機曲軸來驅(qū)動車輛前進(jìn)，實現(xiàn)混合動力的效果。根據(jù)混動系統(tǒng)命名規(guī)則，這樣的混動結(jié)構(gòu)被稱為P0（即電動機位于發(fā)動機前端）。

相比P2結(jié)構(gòu)，48V系統(tǒng)組成的P0結(jié)構(gòu)由于整體結(jié)構(gòu)更加簡單，并且不需要大容量的電池和復(fù)雜的電控系統(tǒng)，因此整體成本更為低廉。而且在NEDC循環(huán)工況下，可以實現(xiàn)15%左右的節(jié)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(jié)構(gòu)，由于電能介入頻率更低，在實際使用時節(jié)油效果著實有限。

因此，作為混合動力系統(tǒng)的創(chuàng)始者，豐田的這套混合動力結(jié)構(gòu)至今在運行原理和實際節(jié)油效果上，相比如今市面上大部分混合動結(jié)構(gòu)仍然存在著不小的優(yōu)勢。

“咖啡法規(guī)”和WLTP循環(huán)測試標(biāo)準(zhǔn)：狼來了？

在全球節(jié)能減排的大趨勢下，各國對于燃油汽車的“緊箍咒”也愈發(fā)嚴(yán)苛：首先對于車輛的油耗，頒布了CAFC（企業(yè)平均燃料消耗量，俗稱“咖啡法規(guī)”）標(biāo)準(zhǔn)，其中對于各類車輛的油耗值有了詳細(xì)的規(guī)定。其次，對于車輛的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)也隨之提升，例如中國即將實行的國VI排放標(biāo)準(zhǔn)，主要污染物排放量較國V標(biāo)準(zhǔn)需要降低50%左右。

由上表可以看到，在中國的“咖啡法規(guī)”中對于車輛的油耗標(biāo)準(zhǔn)低到了“變態(tài)”的程度，例如目前市場上銷量最高的A級轎車（質(zhì)量在1000kg-1400kg之間）的油耗標(biāo)準(zhǔn)在5.1L/100km之內(nèi)。不僅如此，在未來的油耗測試標(biāo)準(zhǔn)中，主要國家也將放棄使用如今廣泛使用的NEDC，而采用新的油耗測試標(biāo)準(zhǔn)。

目前在歐洲和中國，對于汽車油耗考核的“測試題”采用了1997年由歐盟更新的NEDC（新歐洲駕駛循環(huán)）標(biāo)準(zhǔn)。NEDC測試循環(huán)旨在模擬車輛行駛在歐洲道路環(huán)境下典型的工況，包括在城市路段走走停停以及高速行駛路況，從而測試出車輛的油耗水平。

NEDC自推行以來得到了眾多國家的認(rèn)可，并且在此基礎(chǔ)上不斷提升油耗標(biāo)準(zhǔn)，很大程度上促進(jìn)了節(jié)油減排技術(shù)的發(fā)展。然而，作為一個20年前推出的油耗測試標(biāo)準(zhǔn)，NEDC的局限性也在不斷顯露。

最為顯著的問題是不少車型在NEDC下得出的油耗成績同實際使用時有著較大的差距。這其中的原因首先是NEDC測試過于“實驗室化”：整個測試都在實驗室轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行，通過轉(zhuǎn)鼓來模擬車輛在行駛過程中的阻力，忽視了許多其他變量的影響（例如車內(nèi)空調(diào)、開關(guān)車窗、輪胎胎壓等）；同時，模擬車輛行駛狀態(tài)同實際情況也有較大的差異——尤其在城市工況下，NEDC模擬的是緩慢均勻加速和減速，并且還設(shè)定了較長時間的空擋怠速狀態(tài)，事實上，在我們?nèi)粘Ｊ褂玫倪^程中，車輛會經(jīng)歷更加頻繁的加速/減速過程，并且油門輸入也并非像NEDC模擬的那樣均勻。

其次，越來越多的廠商學(xué)會了“應(yīng)試教育”：即依據(jù)NEDC循環(huán)對車輛特性進(jìn)行針對性的調(diào)校，這樣一來可以用更低的成本來實現(xiàn)“節(jié)能減排”，但是在實際使用過程中卻并非如測試時那樣省油，這顯然違背了NEDC的初衷。

在這樣的背景下，由來自歐盟、日本和印度的專家在2015年推出了一套關(guān)于輕型車輛尾氣排放和能耗的新型測試方法，即WLTP（worldwide harmonized light vehicles test procedure，世界輕型車輛統(tǒng)一測試程序）。

WLTP首先對于車輛測試的環(huán)境及車輛狀態(tài)有了嚴(yán)格的規(guī)定，比如車輛負(fù)載、環(huán)境溫度、行駛阻力以及車輛擋位等，其次，相比NEDC標(biāo)準(zhǔn)，WLTP測試時間延長了10分鐘，并且車輛的加速減速工況更加頻繁，這樣更加接近車輛在實際使用時的情景。因此在WLTP標(biāo)準(zhǔn)下測試出來的車輛能耗，也更具參考意義。

就中國來說，WLTP隨著國VI排放標(biāo)準(zhǔn)的推廣逐漸普及成為排放測試標(biāo)準(zhǔn)，并且預(yù)計在2021年成為車輛能耗測試的標(biāo)準(zhǔn)。

“咖啡法規(guī)”以及WTLP標(biāo)準(zhǔn)的推廣，對于各大主機廠來說可謂壓力重重：若要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限定的能耗水平，采用新能源技術(shù)為必經(jīng)之路。

根據(jù)中國《乘用車燃料消耗量評價方法及指標(biāo)》規(guī)定，采用純電動技術(shù)、燃料電池技術(shù)或插電式混合動力技術(shù)的車型會獲得銷量倍數(shù)Wi的優(yōu)惠，因此生產(chǎn)純電動/插電式混動車型在目前來說是車企快速降低CAFC值的捷徑。但是一方面根據(jù)規(guī)定Wi值會逐年降低，另一方面采用純電動或插電式混合動力技術(shù)的車型如果沒有限購、補貼等政策傾斜，對于消費者來說絕非購車的首選項。

得益于電池技術(shù)的發(fā)展，主流純電動汽車的續(xù)航里程如今已經(jīng)可以媲美燃油車，但是在極端天氣下的續(xù)航衰減以及充電難、價格貴等問題仍然讓眾多消費者望而卻步。

至于插電式混合動力汽車，大容量電池的加入不僅提升了車輛自重，令車輛在虧電狀態(tài)下油耗升高，而且侵蝕車輛乘坐和儲物空間，還提升了車輛價格——這對于主流價格區(qū)間的車型來說，采用插電式混合動力技術(shù)可謂絲毫沒有競爭力。

至于采用P2結(jié)構(gòu)及48V混動系統(tǒng)的混合動力車型，可以預(yù)見的是在WLTP標(biāo)準(zhǔn)下油耗水平并不會十分樂觀——由于新的標(biāo)準(zhǔn)大幅削減了車輛停車怠速的工況，因此自動啟/停系統(tǒng)的優(yōu)勢被急劇削弱，此外在測試標(biāo)準(zhǔn)中高速工況的增加，也令P2結(jié)構(gòu)車型純電行駛工況比例降低，從而導(dǎo)致測試油耗升高。

在這樣的條件下，豐田HSD混合動力技術(shù)的優(yōu)勢凸顯：高效的混動原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計令車輛在全工況下都可以保證高效運轉(zhuǎn)，另外得益于混動系統(tǒng)的高普及率和銷量，整套技術(shù)成本得以降低，從豐田旗下混動車型的熱銷也可以看出，即便沒有政策傾斜和補貼，消費者對于HSD技術(shù)仍有非常高的接受程度。因此在未來當(dāng)“咖啡法規(guī)”和WLTP標(biāo)準(zhǔn)雙重限制下，采用高效省油混動技術(shù)的車型憑借著低油耗、高實用性和高性價比，在市場上將會具備明顯的優(yōu)勢。

豐田開放專利 影響幾何？

之前分析到，在“咖啡法規(guī)”和WLTP標(biāo)準(zhǔn)廣泛普及之后，采用類似豐田HSD這樣高效混動技術(shù)可能是不少主機廠商的必由之路。而豐田在此刻開放專利，并且提供有償技術(shù)援助，對于不少在技術(shù)路線上“跑偏”的車企來說是個非常有誘惑力的選項。

根據(jù)豐田的規(guī)劃，豐田在未來不僅是一家車廠，還是一家電驅(qū)技術(shù)集成系統(tǒng)的供應(yīng)商。其包括混合動力和燃料電池技術(shù)在內(nèi)的電驅(qū)技術(shù)可以在各種交通工具公司進(jìn)行推廣，并且還可以作為高校和研究機構(gòu)的研究樣本。

HSD標(biāo)識對于產(chǎn)品來說是一個很好的背書：采用豐田技術(shù)通常意味著出色的油耗和高可靠性的動力總成。對于新推廣的產(chǎn)品而言懸掛HSD標(biāo)識很大程度上就是銷量的保障。

但與此同時，豐田全球第一大汽車廠商的身份也會令不少車企有所顧忌——倘若對豐田旗下的產(chǎn)品構(gòu)成競爭威脅，豐田是否會一如既往地提供產(chǎn)品和技術(shù)？這就需要雙方拿出契約精神和合作的誠意。

事實上豐田此舉同如今的互聯(lián)網(wǎng)公司類似：通過自己的平臺化技術(shù)打造“生態(tài)閉環(huán)”，例如蘋果的iOS系統(tǒng)，藉此來提升自身的影響力和技術(shù)壟斷。當(dāng)然不可否認(rèn)的是，HSD混動技術(shù)的普及對于全球汽車的節(jié)能減排來說，有著里程碑式的意義:它可以大幅降低車輛的能耗和排放水平，并且是在不犧牲用戶體驗的前提下。但是對于如今其他有著類似技術(shù)的廠商來說，就是一個不小的挑戰(zhàn)。

其中之一就是本田公司。事實上關(guān)于混合動力技術(shù)，本田起步并不比豐田晚：在第一代普銳斯推出的同期，本田就推出了采用IMA混動技術(shù)（采用P2結(jié)構(gòu)）的Insight，憑借著輕量化和低風(fēng)阻的車身，Insight甚至實現(xiàn)了比普銳斯更低的油耗。但是并不實用的車身設(shè)計和IMA系統(tǒng)的可靠性問題，導(dǎo)致Insight并沒有像普銳斯一樣一炮打響。

在2013年，本田推出了i-MMD銳·混動技術(shù)并搭載在第九代雅閣上。這套混動技術(shù)采用了雙電機直連的方式將發(fā)動機同驅(qū)動軸解耦，在低速工況下依靠電機驅(qū)動車輪前進(jìn)，而發(fā)動機沒有任何變速機構(gòu)與其相連，基本可以時刻運行在最高效率區(qū)間內(nèi)。因此，這套創(chuàng)新的技術(shù)在節(jié)油效果上達(dá)到甚至超過了豐田的HSD系統(tǒng)。

不僅如此，由于i-MMD混動系統(tǒng)采用了功率更高的驅(qū)動電機，并且整體結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊，更容易改造成為插電式混合動力系統(tǒng)。面對來勢洶洶的豐田，像本田這樣的公司如何回應(yīng)令人期待。

全文小結(jié)：很多觀點認(rèn)為豐田此舉是為了同發(fā)展迅猛的純電動汽車爭奪市場份額和未來的話語權(quán)，但我認(rèn)為在任何時候，消費者“用腳投票”都是亙古不變的市場規(guī)律：誰的產(chǎn)品用戶體驗更好，性價比更高，更能滿足典型的使用場景需要，誰就能取得成功之鑰。因此，未來的新能源汽車究竟要采用什么樣的技術(shù)路線，目前下結(jié)論還為時尚早，而豐田開放專利之后，最大的受益方，應(yīng)該是消費者。