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充斥匠味文化 丰田大本营研究院探秘

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EPT设计院

  [汽车之家 技术]  在我的印象中,大和民族是一个十分较真,或者说对于细节有着近乎自虐般执着的民族。善于学习,精于改进是他们引以为豪的性格特点。不过这些都是“道听途说”而来,事实究竟是否如此,只有通过自己的眼睛去验证,所以真正切身走进丰田位于日本本土的多个研究院是个再好不过的机会。

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  注:由于本次活动参观的所有丰田研究院为全球首次开放,所以涉及保密原因,文章全部图片为丰田官方提供,部分图片质量欠佳,请您见谅。


  根据丰田官方的统计,目前在日本本土,丰田销量的近16%都来自混动身份的普锐斯。在感慨环保理念深入日本国民内心的同时,丰田基于日本国民用车习惯的考量,对普锐斯进行不断改进也功不可没。虽然此前我们总说根据当地用车实际情况进行设计,但从未零距离的接触过,所以这次的旅程让我们先从丰田的EPT设计院开始吧。

■ EPT设计院

  坐落于名古屋的EPT设计院全称是Electric Power Train,它是混动车辆、电动车,或者说是新能源车型诞生的摇篮。提及作用,除了可以比作摇篮,这里还像是混动车辆、电动车辆这条“大马哈鱼”的故乡(自然界的大马哈鱼每年都会进行洄游繁殖活动),这是因为EPT楼内包含有对已经行驶过一定里程的混动车辆、电动车辆进行回购测试。虽然二者目的不同,但您看这是不是有些类似大马哈鱼的洄游呢?

  占地73000㎡一共8层的EPT楼中隐藏着众多的秘密,全新开发的车型、无数的实验数据无不吸引着我们的注意力,不过丰田显然不想泄密,所以我们到来时伪装车都去打酱油了,我们参观的内容也被限制在了电机噪声实验室、整车高温实验室、电机控制实验室、运动车辆电池测试以及混动车辆噪音实验室中。

● 电机噪声实验室

  对于混动车辆来说,电机的噪声以及平顺性对于驾驶感受来说都是相当重要的一部分,评测这部分的重担就压在了电机噪声实验室。这里的测试从寻找电机发出噪声以及振动的源头做起。经过反复实验,丰田发现外壳的厚度以及腔体的造型是电机运行时影响放射音扩散的主要因素。

  知道了问题的源头,解决方法也就应运而生。在正式检测时,会在被测电机的四周设置60个麦克风收集电机运行时产生的噪音,最终丰田发现改变外壳的厚度与提高声音传递路径的强度是有效的降低噪音及改善平顺性的解决方法之一。当然,并不是所有声音人耳都能感知到,所以改变音频也是解决方法之一。对于噪音的评价,并不是打分,而是使用共分为A、B、C、D四个等级的评价方法,这里提个问题,您认为普锐斯的评级会是什么呢?

● 整车高温实验室

  除了电机噪声实验室,在EPT设计院中我们还见到了整车高温实验室,它可以对前驱、后驱以及四驱车型进行高温模拟实验。此外,日本国土面积虽小,不过其全国横跨纬度达25°,南北气温差异十分显著。北海道与本州的东北地区、高原地带属温带,本土大部地区及冲绳等南方诸岛则为亚热带。加之本土所处位置令她受到季候风及洋流交汇的影响,因此四季分明、降水充沛。在这里销售的车辆也会经受不同湿度的考验,所以整车高温实验室具有湿度控制功能就不难理解了。

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  与我们参观过的上汽集团高温实验室类似,丰田EPT设计院的高温实验室顶部也设立有可以快速提升温度的照明灯,被测车辆车头设置有给实验车辆提供新鲜空气与散热作用的鼓风机。被测车辆会在到达设定温度、湿度的情况下在转鼓实验台上进行多种测试,一种是常见的耐久性测试,即要求测试车辆在其中行驶一定里程。另一种测试属于极端测试,即检查被测车辆在极端温度下的表现。

  这里还有一个有趣的小细节,当我们提及被测车辆颜色如何选择时,丰田的研发人员一脸郑重的表示,他们会选择所有颜色的车辆,并不存在进行极限测试时,“避重就轻”地选择浅颜色车漆的车辆进行测试,耍小聪明的达到测试条件的目的。相反,在高温、高湿的实验中,他们还会有意挑选深色车漆的车辆进行测试,以观察更容易吸收热量,升温更快的颜色对车辆性能的影响。喜欢深色漆面颜色的小伙伴们,你们可以放心了。

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PEVE电池工厂

  我们常说汽车的购买并不是一锤子买卖,后期使用、维护产生的费用和给您带来的欢乐、烦恼并不会比选车时的少。EPT楼内同样有这么一群人,他们喜新不厌旧。或者说他们对使用过一段时间的混动车型更感兴趣,他们便是混动车辆电池测试实验室的研发人员。

● 混动车辆电池测试

  我们总是用白驹过隙来形容时间的快速流逝,于1997年底问世的第一代普锐斯至今已经快过去了16个年头,一切都还好像是昨天的故事。这16年中销售的第一代、第二代普锐斯它们的电池“生活”的如何、它们还能正常工作吗,衰减如何?这些都是混动车辆电池测试实验室的研发人员一直关心的事儿。

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  于是,在这个实验室内我们可以看到150多台实验测试仪在对回收到的电池进行测试。这里的回收没有黑幕,进行测试的回收电池会经过一系列严格的筛选,行驶里程、状态都在参考之列。这些经过筛选的电池组会在保证安全的前提下,进行过充和过放实验,以检验其性能极限。并且,这一切会在-40℃至80℃的任意极端温度下进行。

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  除了极端情况实验,这里还担负着耐久性实验,以及未来电池电动势、容量、比能量,甚至是电池材料都在它们的研究范围内。

  上面讲述的内容仅仅是8层的EPT设计院中的很小一部分,还有研发逆变器控制、测试混动电机控制,以及混动车辆噪音等等实验,在这里能亲身感受到丰田对于混动车辆的“爱”。正像他们一直讲求的“匠”文化一样,执着于每个细节是他们共同的性格特征。

  如果说上面的EPT研究院是混动车辆的摇篮,那下面的PEVE工厂就相当于混动车辆电池组的生母。目前丰田旗下大部分混动车型使用的电池正是这里制造,有趣的是,PEVE工厂还是个“混血儿”,它是两家日本企业的掌上明珠,下面的部分您将再次感受到精工细致的日式“匠”文化。

■ PEVE电池工厂

  PEVE工厂全名是Primearth EV Energy株式会社。“出生”于1996年12月的它,父母分别是丰田汽车株式会社与松下株式会社,双方出资比例为80.5%与19.5%。截止到今年8月,共有员工3100人,共设4个工厂,分别是位于静冈县湖西市的总公司/大森・境宿工厂、位于宫城县大和町的宫城工厂和位于爱知县丰田市的贞宝工厂。我们的目的地是位于静冈县湖西市的大森・境宿工厂。

PEVE下属日本本土4工厂负责生产电池列表
工厂名称及概况生产电池匹配车型年产能
大森工厂Ni-MH(镍氢电池)
投产时间:2007年2月
总面积:168900㎡

丰田:雅力士、普锐斯、
AQUA、凯美瑞、Auris、
皇冠等。

雷克萨斯:CT200h、GS、
HS、IS等。

40万辆/年
境宿工厂Ni-MH(镍氢电池)
投产时间:1996年12月
总面积:37800㎡

丰田:HARRIER 、
ESTIMA 、 埃尔法、
VELLFIRE等。

雷克萨斯:LS600h、RX等。

40万辆/年
宫城工厂Ni-MH(镍氢电池)
投产时间:2010年1月
总面积:248300㎡

丰田:AQUA 、雅力士、
普锐斯、凯美瑞

30万辆/年
贞宝工厂Li-ion(锂电池)
投产时间:2009年8月
总面积:100000㎡
丰田:普锐斯α3.6万辆/年

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  大森・境宿工厂中电池制造部分是一栋4层的楼房,电池的制造对环境要求极为严苛,进入最下层的电池单元制造工序需要身着防护服并经过反复除尘处理,出于种种原因,我们只参观了顶层的电池组装配。不过,即使是整条生产线中对环境要求最松的工序,我们在进去前仍被要求佩带了鞋套,并进入到了除尘间进行处理。

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  PEVE工厂细节之处仍旧体现着日本人独有的严谨,无论是物料还是工具都以近乎“妖孽”般整齐的摆放在规定的区域,虽然无法拍摄照片,不过有两个小细节我想与您分享。第一个细节是对装备精度的控制,我们此前总是用尺寸公差来描述,在PEVE工厂我们听到的介绍却别具一格。为了保证装配质量,在生产线旁设置了专门的吸收池,洗手池内使用特质的洗手液并配合水流按摩功能为一线操作员进行手部按摩,放松过后会降低操作员手部的疲劳程度。丰田认为,只有在员工最放松、最舒适时,才可以制造出最好的产品。要知道这样的洗手池在日本也不多见,据称只有日本的国家级运动员在训练时才可享受这样的待遇,由此可见丰田对于装配精度的重视程度。

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  另一个细节之处是我们参观PEVE工厂组装车间时,我留意到在一些玻璃以及一些地点标注了消防突入点,在发生火情时这些标记的地方就是消防员突入、救火的最佳地点,从而提高效率,减少损失。在丰田人的眼中,上面的小细节才是他们眼中保证效率、确保产品精度的方法,是他们引以为豪的部分。

  除了电池的制造,电池组的设计、研发以及测试同样是PEVE工厂关注的项目之一,我们此次参观的实验室是丰田首次对全球公开,跌落与穿刺实验就是在这里进行的。

● 实验楼

  丰田目前一共设置了6个实验楼,我们参观第一实验楼除了可以进行上面提到的跌落、穿刺实验外,还可以进行高温情况下的电池过度充放电实验、电池外部/内部短路等实验。

★ 跌落实验室

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  跌落实验可以将电池单元或者是电池模块以1cm为单位举升至1-10m的任意高度进行跌落实验,室内的地面采用橡胶除电技术,与电池接触的区域为普通的水泥地面,用以模拟电池组与地面撞击时的真实情况,是否变形、起火都可以活生生的展现在面前。正因为实验的严苛,所以为了防止意外的发生,实验室的全部灯泡都经过防爆处理,消防喷淋系统也进过特殊设计。

★ 穿刺实验

  穿刺实验室的测试仪可以以20厘米/秒的速度匀速推进,以此物理模拟电池被穿刺的情况。真实世界中电池虽然一般处于车辆中后部,但这并不意味着它可以高枕无忧。我们日常行车过程中难免会遇到碰撞和道路杂乱的情况,后车追尾、行车拖底、杂物飞溅都会对电池造成很大的威胁。穿刺会使电池短路,产生大量热,导致电解液燃烧,温度升高促使正极材料分解或与电解液反应生成大量气体,导致爆炸。

相关视频:

  下面的视频为您展示的就是穿刺实验,此视频第3秒开始,试验针头刺入电池,随后电池内部大量发热,内部发生反应生成大量气体。虽然不是本次参观的丰田穿刺试验室,但同样便于理解,推荐您观看。


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模拟驾驶实验室、碰撞实验室、THUMS软件

■ 安全技术开发

  丰田根据自己收集到的数据,到2030年时,全球每年因交通事故死亡的人数将超过艾滋病、疟疾等疾病致死的人数,所以除了新能源技术,安全技术的研发必然是未来车辆发展的趋势。此次的参观过程中,丰田就展示了模拟驾驶实验室、碰撞中心、ITS实验场等研发院。

● 模拟驾驶实验室

  虚拟驾驶系统并不鲜见,可以说我们在玩的赛车游戏都是虚拟驾驶体验,但丰田的这套虚拟驾驶系统长处在于更为真实、模拟项目更多、收集内容更为丰富。

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● 碰撞实验室

  碰撞实验一直是车辆开发环节的重中之重,在丰田位于东富士的研究所中便设立有车辆碰撞实验室,这座占地面积约为38740.53㎡的实验室除了可以进行车辆与壁障、台车碰撞,还可以进行车与车带角度的对撞,以及翻滚实验等多种测试。

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● THUMS(Total HUman Model for Safety)虚拟人体模型软件系统

  针对假人的碰撞模拟系统是这次参观的又一亮点,除了可以模拟出撞击导致假人受伤的部位外,THUMS依托于医学系统、汽车生产商、零部件供应商、科研机构、高等院校(我国的清华大学也参与了开发工作)共同开发的背景,可以更准确地分析假人收集到的数据,模拟测算出假人更为精准的受伤情况。

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ITS实验场

● ITS实验场

  现在城市的交通环境越来越复杂,每个十字路口甚至于每个转弯处的交通状况,可以说不亚于繁忙的机场飞机起降。如何调度或者说如何保证在复杂的情况下驾车人和非驾车人的安全,是关系每个人的事情。在这种复杂的路面情况下,仅仅是靠我们自己睁大双眼、竖起耳朵似乎已经不能满足安全需要了。如果此时有比我们看的更远、听的更清、盲区更小的电子系统辅助我们,相信安全性会大大提高,ITS实验场正时模拟这种情况设立的。

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  ITS是Intelligent Transport System的英文缩写,中文直译智能交通系统。它通过地面设备、车辆对其他车辆和行人的探测和信号通信,对驾驶者进行有效提示,从而实现预防碰撞,提升交通安全性的目的,此次我们我们体验了众多模拟实验中的4个实验。

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  相信看到这里,您一定会和我一样,对未来这些技术研发成功后,安装在每个路口时产生的设备安装费表示担忧。对此丰田的开发人员解释道,这些设备目前还处于实验论证阶段,如果项目测试完成,设备的购买、安装将由政府出资完成,所以说钱并不是阻碍这项技术普及的障碍。

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  众所周知,日本是一个靠左行驶的国家,如果此项技术研发成功,那像我国这样靠右行驶的国家难道就无法普及了吗?开发人员表示,对于不同行驶方向的国家,他们早有考虑,做出改变不是一个技术难题,可以说是分分钟的事儿。另外,他们已经开始在一些气候较为恶劣的地方进行测试,不过受制于目前设备的硬件因素限制,在部分恶劣天气下,感知器的感知范围还是会受到一定影响的。

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  测试进行到这里,我们不禁产生了一些疑惑,这一切提示均是以滴滴的提示音进行提示,并没有过多区分,现实世界中,驾驶员很可能无法判别是何种提示,而视觉提醒仅仅显示在仪表台上,似乎不够明显。开发人员表示,应用到量产时肯定会考虑应用不同提示音,不过短期不会加入语音提示,理由是类似日语这样敬语比较多的语种,语音提示较慢,而且过长,不利于实现。对于视觉提醒功能,编者提出在平视显示上提示,他们笑着表示这是个好意见。

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相关视频:

  光看文字与图片还体会不到ITS实验场内设计的项目,下面这段视频比较演示了其测试的部分实验项目,推荐您观看。


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全文总结:

  无论是在研究院,还是在电池的生产厂PEVE,可以看到精工细致这样的词语没有出现在墙上,而是表现在每个人的心中。另一方面,对于混动车型、电动车型的开发制造、以及安全技术的开发设计仍旧超越我们自主品牌不少,此外,在日本人对于遵守交通规则,或者说对于遵守规矩的自觉、自律性也不容忽视。(文/汽车之家 唐朝)

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