新能源与安全技术 丰田日本研发中心揭秘

[摘要] 作为丰田汽车研发设计的核心，丰田在日本的几处研发基地一直都是全球关注的焦点，丰田研究院首次公开对媒体开放。

作为丰田汽车研发设计的核心，丰田在日本的几处研发基地一直都是全球关注的焦点，丰田EPT设计院、PEVE电池工场以及东富士研究所的参观都给记者留下了极其深刻的印象。本次活动参观的几处丰田研究院为全球首次公开对媒体开放(由于涉及到保密信息，本次活动所有图片全部由丰田官方提供)。

EPT设计院

作为全球最大的混合动力汽车生产企业，截止2013年3月份，丰田已经累计销售出500万台混合动力车型，几乎现在我们所熟知的丰田系列混合动力车型，都出自这所EPT设计院。而作为丰田开发电动车的核心机构，EPT大楼(Electric Power Train)位于日本爱知县丰田市丰田总部工厂内，于2003年7月份正式完工，主要工作是进行电动机、逆变器、电池、PCU等混合动力系统以及燃料电池相关技术的开发和评测。

坐落于丰田总部工厂内的EPT大楼共8层，总面积73000平方米，如此规模的研发中心也显示出丰田混合动力以及新能源车型的研发实力。作为本次参观的第一站，EPT大楼的参观主要集中在一、三、七层的整车恒温实验室、混合动力电机控制实验室、动力控制单元(PCU)实验室、混合动力车用电池测试以及混动车辆噪音实验室。

整车恒温实验室

作为混合动力车型评价体系中的重要一环，整车质量和可靠性的好坏是消费者最为关心的项目，丰田的混合动力车型在研发过程中，除了在全球各个角落进行实际路况测试之外，还会花大量时间进行室内模拟路况测试，用以保证全球各地不同环境条件下的可靠性和耐用性，眼前这座整车恒温实验室正是为了此目的而建造的实验设施。EPT大楼内的整车恒温实验室可以分别模拟前驱、后驱以及四驱车辆在行驶状况中所遇到的各种路况条件，并能准确还原各种自然光、风力、温度、湿度等自然天气变化，用以模拟全球各地不同气候条件下的整车测试。

混合动力电机控制实验室

作为混合动力车型的重要动力单元，电机运转时发出的噪声是不可避免的，丰田一直都在为减少电机的噪声、提高电机运转的平顺性而努力，而眼前的混合动力电机控制实验室，正是为此而诞生的。

此实验室主要是为了测试电机运转时所产生的振动和噪音，从而获取足够的信息来持续改进电机的性能和品质。实验室中的工作台还原模拟车辆行驶状态，工作台上两侧设有两个马达，左边马达用来还原发动机运转，右边马达用来还原路面回馈，将电机两端分别连接两个马达，即可还原实际行驶中电机的运转情况。在实际评测过程中，运转的电机四周会放置60个麦克风用以收集电机运转时产生的噪音，获取数据后工作人员会根据实验的结果来对电机进行相应的改进。对于电机的噪声问题，最主要使用的降噪方法有两种：1 加厚电机外壳 2 改变噪声传递路径，对于各类不同用途不同档次的车型，丰田会有A、B、C、D四个等级作为噪声评价的标准，能达到相应的标准，电机控制实验室起到了巨大的作用。

动力控制单元(PCU)实验室

混合动力车型特殊的动力系统需要一套极其复杂的控制系统进行，发电机输出的电力通过逆变器传递给电动机，通过逆变器和升压转换器给电池进行充放电，丰田把逆变器和升压回路电力转换器一体化的单元叫做PCU(Power Control Unit动力控制单元)。PCU在混合动力车型中充当着重要的角色，所以对于PCU的研发与测试就显得极其重要。

位于EPT大楼三层的PCU实验室主要负责PCU的研发评测工作，这里一共有7台PCU评测设备常年进行对PCU的评测工作。丰田给自己的PCU系统定下了极为苛刻的质量标准，所有型号的PCU必须通过这里的PCU实验室评测才能够投入生产。在实验环境下，PCU必须经受各种极端环境下的质量测试才算合格，比如温度测试，丰田的PCU可以经受最低小于40度最高大于100度的温度测试。正是由于经受住了如此考验，让换来丰田混合动力车型在全球各地的极高的可靠性。

作为混动车型的重要组成部分，丰田PCU的研发正朝着小型化和轻量化的方向发展，在PCU实验室中展示着目前正在三代逆变器也很能说明问题，可以清晰的看到，第三代逆变器体积仅有第二代逆变器的1/2大小，据丰田工作人员介绍，目前正在研发中的第四代逆变器体积将进一步缩小，目标是做成第三代的1/2大小。

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混合动力车用电池测试　　

EPT大楼的7-8层主要是电池评测区，我们在7层可以看到共有150台左右的评测设备，主要进行从市场上回收的混动电池测试以及还未大量投放市场的锂电池进行各项特性评测。测试中主要通过将电池放入恒温恒湿槽来模拟使用环境，通过充放电装置来模拟行驶模式中的电流情况，模拟全球范围内存在的各种使用环境和行驶状态，确认在市场上不会发生问题。通过7层不同的评测设备，EPT大楼可以对单个电池单元以及整个电池组进行详尽的寿命评测，并根据反馈结果开发电池管理系统，通过这套管理系统，可以极为细腻的控制电池的充放电量和温度，有效抑制电池衰减，保证在整个使用寿命中电池的可靠性。 [!--empirenews.page--]

对于混合动力车型，好多消费者都存在这样一个问题，就是电池寿命问题，混合动力车型的电池寿命能坚持多久?会不会电池电力越来越弱?会不会没两三年就要更换新电池?关于这个问题，丰田的工程师很有自信的告诉我们，丰田混合动力车型用的电池，在行驶超过50万公里之后，并无明显衰减，目前全球各地仍然有大部分第一代丰田普锐斯(1997年问世)在正常行驶中，所以大家可以放心了。

混动车辆噪音实验室

相信开过丰田混合动力车型的人，都会对丰田混合动力车型在行驶中对噪声的控制赞不绝口。在EPT大楼中，我们见到了丰田对整车进行噪音、振动测试的混动车辆噪音实验室的真面目。打开噪音实验室厚重的大门，我们能够看到整个实验室内部都由特殊降噪材料包裹，已达到绝对隔音的效果。大门关闭后，在实验室内发出的任何声响都会被设备捕捉到，丰田混合动力车型的整体降噪设计研究工作就在这里进行，诸如切断电源发出的噪声、冷却剂的流动声、电池冷却风扇噪声、逆变器切换噪声、交/直流电转换噪声以及电池启动噪声等平时消费者根本都不会注意到的小细节都会在噪音实验室内被逐一记录、分析,以达到整车降噪的最终目的。

作为丰田混合动力车型的研发中心，EPT大楼对于丰田有着重要的战略意义，由于时间有限，我们对EPT大楼的参观内容仅仅是丰田混合动力车型研发实验中的极小部分，一上午的时间对于整个参观团队来说都有些意犹未尽的意思，不过仅从这些参观内容中我们就能深切感受到丰田对于混合动力车型研发重视程度以及对量产混动车型的高品质追求。

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PEVE电池工厂

作为混合动力以及纯电动车型的核心部件，电池是重要程度不言而喻。作为世界上最大的混合动力车型制造厂商，丰田汽车拥有强大的电池研发以及制造能力，而丰田混合动力车型的电池，就来自于PEVE电池工厂。

PEVE电池工厂全名是Primearth EV Energy株式会社，现共有四大生产基地，分别是位于静冈县湖西市的大森工厂以及境宿工厂、位于宫城县大和町的宫城工厂和位于爱知县丰田市丰田总部工厂内的贞宝工厂，其中最早投入生产的是境宿工厂，于1996年12月正式投产。PEVE电池工厂由丰田和具有丰富电池研发生产经验的松下共同出资建立，出资比例为丰田80.5%松下19.5%，主要业务是混合动力车用/电动车用镍氢电池、锂电池生产以及电池管理系统的开发、制造和销售。截止今年8月份共有员工约3100人，年销售额约1600亿日元，2012年电池实际产量超过127万，是汽车电池企业中不折不扣的航空母舰。

电池生产线

我们参观的电池工厂是位于静冈县湖西市的大森工厂，总面积168900平方米，年产能达到40万。作为混动车辆的核心部件，影响电池品质的最大问题是混入电池内部的灰尘等异物所引起的内部短路，为了彻底解决这个问题，PEVE电池工厂采取无尘化操作流程，并在工厂内部根据制造工序对无尘化要求进行分区管理。

我们参观的大森工厂生产制造部分在一座四层的工厂中进行，其中一层的极板制造和极板组装要求全无尘化操作，二层的电池模块组装要求准无尘化操作，即使是我们参观的四层外壳组装生产线，也要求完成标准除尘程序后才获许进入。正是有这样严格的管理规程，才有PEVE工厂自1997年成立以来从未发生因电池出现问题而导致的车辆召回事件发生的神话。

出于对无尘的极端要求，我们仅仅参观了大森工厂四层的电池外壳组装生产线。生产线高度的自动化以及训练有素的工人给我留下了极为深刻的印象。在丰田看来，只有高素质的员工才能生产出高品质的产品，为了实现员工的高技术水平，丰田引入技能认证测试和制造工序技能水平认证制度等，不断提高每位工作人员的产品知识，通过自行完结工序，落实产品质量保证。

　　实验楼

PEVE大森工厂目前共有三个实验楼，1号楼主要进行电池单体安全性评测，2号楼主要进行电池组安全性评测，3号楼主要进行电池组功能性评测，其中1、2号楼目前已全部投入使用当中，3号楼计划于2014年4月正式投入使用。

我们参观的1号楼共有7个实验室，分别可进行电池的过冲/放电测试、高温性能测试、外部短路测试、钉刺测试、内部短路测试、跌落测试以及挤压测试，其中我们参观了跌落实验室以及钉刺/挤压实验室。 [!--empirenews.page--]

跌落实验室

在1号楼中的跌落实验室中的实验设备可以在1米-10米的范围内以厘米为单位任意调整高度，对电池单体进行跌落实验，可以真实还原在极端环境下电池的坚固程度，用以改进电池单元的抗震性能。

钉刺实验室

钉刺实验室中的设备可以模拟真实环境中电池受到外力穿刺后而发生的短路、升温甚至爆炸的场景，实验中将电池单体固定在基座上，垂直于电池表面的撞针以20厘米/秒的速度刺入电池，通过现场观测以及录像设备观测电池在被刺穿的状态下所产生的反应。

作为一个设施完备的实验场所，大森工厂电池实验室配备了完整的安全装备，可以迅速排放因实验过程中电池产生氢从而导致的爆炸气体和毒性气体，对整个实验过程也都有着极为严格的流程控制，很遗憾只是参观了两个实验室的设备而没有亲眼看到实验过程。不过从实验楼的实验项目和配备来看，丰田PEVE电池工厂生产的电池足以满足全球最严格的品质要求。

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　　东富士研究所

当人们越来越多的享受汽车带给我们的便利的同时，逐年升高的车祸死亡人数也让人们不得不正视交通的安全。据丰田的统计数据，到2020年，全球因车祸死亡的人数将突破190万，这也使得各大厂家对安全技术的研发更加重视。丰田一直主张人、汽车和交通环境三位一体的安全措施，而在东富士研究所的碰撞试验场、驾驶模拟装置以及ITS试验场的参观，则让我们直观的感受到丰田对安全技术的理念和实力。

碰撞试验场

丰田位于东富士研究所的碰撞试验场长280米，宽190米，占地面积约38740平方米，俯瞰整个试验场，是一个方形与扇形组合而成的巨型试验场地，可以进行障碍物碰撞试验、车与车对撞以及各种翻滚试验，以满足全世界各种最严格的碰撞法规。全年可进行大约1600次碰撞测试，也就是说平均每天这里会有至少四次的碰撞试验。

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　　假人

除了碰撞试验场，丰田还向我们展示了作为碰撞试验中获取驾乘人员重要数据的假人，假人室内密密麻麻摆放着各种测试用的假人，各种体型各种年龄性别的假人整体摆放在假人室中间。

除了常规的假人，东富士研究所假人室里面不乏假人中的精品，丰田独有的孕妇模拟假人可以准确还原碰撞中孕妇和腹中胎儿所受伤害，从而更加有针对性的开发安全装备。BioRID脊椎模拟假人可以极为精确的模拟真实脊椎生理结构，从而帮助丰田研发人员获取更加准确的碰撞数据。而图片中这台WorldSID假人，据说整个丰田公司只有一台，价值不菲。

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

虽然在碰撞试验中使用假人可以获取很多的数据，丰田依然开发出一套虚拟人体模型软件系统，用于了解通过现有假人所无法了解的造成损伤的原理。THUMS集医学知识和工学知识于一体，丰田于1997年起开始研发THMUS，起初由丰田汽车联合丰田中央研究所以及密歇根大学6名研究人员共同开发。THMUS系统对人体的模拟达到了极高的水准，整套系统包含180万个要素，可以评估骨折、韧带断裂、脑部损伤、内脏损伤。在人体还原方面可以做到与CT扫描数据完全一致的高拟真程度，并且所有的特性均参考最新文献研究成果。

值得一提的是，丰田并没有独享THUMS所带来的成果，自2000年起，丰田就开始向全球多家汽车生产商、科研机构及高等院校提供THUMS。截至2013年，约50个团体机构在使用，其中包括我们所熟知的奔驰、宝马、大众、清华大学以及大名鼎鼎的NASA(美国国家航空航天局)。

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驾驶模拟装置

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为了能够真实有效的掌握驾驶者在实际路况驾车情况下的真实数据，尤其是存在危险的驾驶行为的安全重现，丰田专门研发了一套驾驶模拟装置，这套设备半球状的外形像极了一只巨大的蘑菇。这台直径达7.1米高4.5米的圆顶试验室内可以轻松容纳一台全尺寸SUV，内壁的球面屏幕360°投影显示全息影像。最让丰田人自豪的是这台模拟装置拥有世界上最大的活动范围，可以在长35米宽20米的范围内自由移动，模拟器本身配置6轴摇摆装置和360°自转台，可以真实还原速度感、加减速感和乘坐感，就连最难模拟的转弯状态下的感受，都能做到几乎与实际驾驶一样的效果。加上360°全息影像和行驶音效，可以让驾驶员充分体验最接近实际行驶中的驾驶感。

这套模拟装置最大的好处是在模拟存在危险的驾驶状态时，永远不会对人体造成伤害，丰田用这套系统来模拟存在碰撞危险的实验，特别是在驾驶意识降低(瞌睡、迷糊)、对危险的疏忽(注意力不集中，未确认安全)、不适合驾驶(饮酒，劳恩，生病)等状态下，分析驾驶员的驾驶特性，从而开发有效减少事故的主动安全技术。

预碰撞安全系统

作为丰田主动安全系统的一部分，丰田特意为我们展示了丰田的预碰撞安全系统。这套系统的工作原理是车辆在正常驾驶情况下如果车载系统分析与前车存在碰撞的可能性，会通过警报和画面来提示驾驶员进行制动，当系统判断碰撞无法避免的情况下，预碰撞制动开始工作，以减轻碰撞损害。

值得一提的是，丰田预碰撞系统的研发改进，就由那台”大蘑菇”形状的驾驶模拟装置提供了很多宝贵的数据。丰田邀请各个年龄段各种状态的普通人来进行驾驶模拟测试，在碰撞发生前通过在向驾驶员发出警报的状态下分析驾驶员的驾驶行为，通过大量的模拟测试，丰田得出的结论是，在听到预碰撞安全系统警报后踩刹车的驾驶员占87%，不踩刹车的占13%。通过这一结论结论，丰田进一步优化改进了预碰撞系统的性能，很大程度上减轻了追尾事故发生的几率。

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ITS试验场

智能交通系统 (Intelligent Transport System,简称ITS)，智能交通系统将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运输和管理系统。

众所周知，日本是世界上智能交通系统应用最为广泛的国家，丰田作为日本本土最大的车辆制造商，丰田专门在东富士研究所中开辟出一块占地面积3.5公顷的ITS专用测试场，这也是目前规模最大的ITS专用测试场地。

日本政府对于各大厂家开发ITS产品也给予了很有力度的支持，日本在模拟电视信号结束后专门辟出760MHz的频段用作ITS设施专用频段，在丰田ITS试验场内，我们看到通过丰田设置了各种交叉路口等用以模拟市区交通环境，通过光学式车辆感知器以及760MHz通信装置，对驾驶者进行有效提示，来实现预防交通事故的目的。此次在ITS测试场进行了四项体验，每一项都很有实际意义，能在很大程度上提高行车的安全性。

防漏看信号灯系统

不知道各位有没有遇到过这种情况，在通过路口的时候前方是台体型庞大的公交车或者商用车，这种情况下极有可能会阻挡你的视线，很容易就跟着前方车辆闯了红灯。有了防漏看信号灯系统，这种情况就很难发生了。丰田的防漏看信号灯系统实现原理是在红灯状态下车辆接近信号灯路口而并没有减速的状态下，位于信号灯上方的760MHz通信装置会自动向装备有760MHz接受设备的车辆发出信号，车辆会通过声音和屏幕显示的方式来提醒驾驶者，以避免因闯红灯造成的事故。

右转弯防碰撞辅助系统

由于日本实行左侧通行的交通法规，所以当在路口右转待转的情况下容易出现盲区(中国在左转时会出现类似情况)，在这种情况下，当设置在路口的车辆感知器探测到对向有直行车辆接近路口时，就会向待转车辆发送信号提醒驾驶员对向有直行车辆注意避让，有效避免了此类情况下事故的发生。

行人探测辅助系统

有时在车辆转弯时驾驶员会忽略路口正在通过马路的行人，在丰田ITS试验场中，所有的路口均配备行人探测辅助系统，当车辆接近路口时如果有行人通行，设置在低位的感应系统就会通过760MHz通信装置向转向车辆发出警报，避免车辆冲撞行人的事故发生。[!--empirenews.page--]

车辆周边识别辅助系统

除了路口设置的760MHz通信装置可以对车辆进行通信以外，装备有760MHz通信设备的车辆间也可以进行互相通信，这样以来，在几乎任何情况下，都可以将事故发生的可能性降到最低。车载760MHz设备可以实现最大400米的通信半径，这样以来装备760MHz通信装置的车辆理论上可以在800米的超远距离即可实现互相通信，大大降低了事故发生的可能性。

关于丰田的ITS试验，已经不光局限于这块试验场地，据悉在东京市和丰田市的部分路段，以及美国犹他州的部分路段，已经开始进行实际路况试验，我们也希望早日能看到这套系统的实际应用。