混合动力技术在汽车运动中的前世今生

混合动力技术，简而言之就是既用电能，又用化学燃料的一种技术。听起来很简单，但做起来却十分困难，这也导致这种技术有一段既漫长，又短暂的历史。

为什么说它漫长呢？因为这种技术早在120年前就有了。

那为什么短暂呢？原因是，真正进行系统性的研究，也只不过是三十来年的事情，在汽车运动中的应用，更是只有二十来年的时间。

要想把混合动力技术的历史搞清楚，我们就要把时间拨回到120年前。

在1900年，费迪南-保时捷发明了世界上第一台具有使用意义的混合动力汽车，这款车的工作原理与现在的增程式电动车类似，利用一个汽油发动机所产生的电能驱动车辆的前进。当时保时捷管这叫Lohner-Porsche系统。

然而好景不长，由于当时电池技术还不太成熟，车重接近两吨，导致原本在1901年进行的量产计划遭到了取消，自此以后很长一段时间，混动技术好像销声匿迹一样，为什么呢？

这得多亏莱特兄弟的飞机。

自从飞机发明后，人们为了不断追求飞机性能的提升，想尽办法提升飞机的气动效率以及内燃机的功率。在往后的几十年里，内燃机的功率与效率得到了指数级的增长。最明显就是，从1903年飞行者1号的直列4缸12匹马力发动机，进化到1937年梅塞施密特Bf109 V型12缸1475匹马力的发动机。

这样的进步貌似让人们忘记保时捷博士当年的那款杰作了。

即便是70年代的石油危机时代，也没有让汽车巨头们有研发混合动力技术的意愿。

在这个年代，日本的家用小汽车正在“入侵”全世界，混动技术虽然省油，但由于成本高昂以及固有的重量问题，难以形成规模。因此欧美的厂商也学习日本厂商那样，把研发经费投入到一些小而精车型的研发当中，并进一步提高发动机效率。

混动技术再一次“无人问津”。

到了90年代，气候问题渐渐得到人们的重视。首先响应的就是通用汽车的EV1，这是世界上第一台大规模量产的电动车，虽然销量很小，但确实汽车产业所迈出的重要一步。

在大洋彼岸的日本，经过1985年广场协议后，进入了“Lost Decade”（失落的十年），经济下行压力十分大。

但人们不知道，丰田正在放大招。在1995年东京车展上，丰田推出了全球第一台大规模量产的混合动力轿车--普锐斯！

第一代普锐斯，仅在日本国内销售，从第二代开始，就在世界范围内销售。这个势头一发不可收拾，到了2017年，普锐斯在全球的销量已超过1000万台！毫无疑问，混动技术能够走进千家万户，普锐斯功不可没。

有了前面部分关于民用车混动技术简史作为铺垫，我们要回到汽车运动上了。

汽车运动作为汽车产业的重要衍生物，在混动技术上跟民用车行业有十分紧密的联系，而且常常是全新混动技术的试验田，因此一些高精尖的前沿技术时常能够出现在赛场上。

混动技术在汽车运动上的发展历程，可分为三段：萌芽阶段，成长阶段以及普及阶段。

  萌芽阶段

无独有偶，第一台出现在赛场上的混动赛车，仅仅比普锐斯的发布晚了3年，那是在1998年勒芒24小时耐力赛。

这就是著名的Panoz Esperante GTR-1 Q9 Hybrid（简称Q9 Hybrid）。

这是一款由大亨Don Panoz的公司Panoz，联合著名赛车公司Zytek以及著名底盘制造商Reynard，基于原本已经相当成功的Panoz Esperante GTR-1的创新性赛车。

那当时Don Panoz为什么会想到造一台这样的车呢？

原因很简单，就是因为原版的Esperante GTR-1在赛场上面对如丰田，奔驰以及日产这样的大厂商时，赛车的战斗力是不太够的，于是Don就想到了一个捷径，那就是为赛车加多一个电机。

在性能上，一个150匹马力的电机加上一个600匹马力的V8福特发动机，750匹马力的综合功率，看起来相当可观。而且当时Zytek还弄了一个能量回收系统，理论上来说，能够省下更多的油，从而减少赛车进站的次数。

然而现实却是另一回事，大家可以透过车窗，看到副驾驶位上的大电池。这套系统让整车质量比普通版赛车足足重了200kg。在经过预排位赛后，经过考虑，Panoz决定让Q9 Hybrid退出比赛，因为实在太慢了。

在欧洲失利后，Panoz把Q9 Hybrid拉回到美国，参加了第一届小勒芒。出人意料的是，在31辆车中，Q9 Hybrid排到了第12！

小勒芒过后，Q9 Hybrid再也没有参加比赛了。虽然赛车的战绩不是太好看，但毫无疑问，这是一次伟大的尝试。

8年后的2006年，作为混动技术领先者的丰田，第一次把这项技术投入到比赛当中。这一次，他们用一台雷克萨斯GS450h家用轿车改装成赛车，参加著名的十胜24小时耐力赛。比赛的结果也是十分鼓舞人心的，他们不仅完赛了，还获得全场第17名。

丰田的目标当然不在于此，在2007年，他们推出了更加强大的Supra HV-R。

动力方面，使用了Supra GT500所使用的4.5L 3UZ-FE V8发动机，搭配了3个电机。前轴有两个分别为10千瓦的电机，后轴的则为150千瓦，这使得总功率超过了700匹马力。

为了能够适应在比赛过程中能量快速释放，快速回收的特点，丰田使用了超级电容。

同样地，Supra HV-R参加了十胜24小时耐力赛，赛车在这条5.9公里的赛道上，一共跑了616圈，以领先第二名19圈的成绩，获得了全场胜利，这是在世界范围内，混合动力赛车第一次取得比赛的胜利。

在2008年，法国巨头标致，决定在他们那台快到无影的908 HDi FAP勒芒赛车上安装混合动力系统。

该系统拥有10个电池组，搭配一个80匹马力的电机。在比赛过程中，车手可以通过手动调节或者电脑控制，把能量释放到后轴上，最长释放时间为20-30秒。整套系统的总质量仅为45kg。

可惜该车停留在测试阶段，并没有真正投入到比赛。

发展阶段

与萌芽阶段零零星星的几辆车不同，在发展阶段，混合动力赛车达到了规模化，高端化的程度。这背后的原因主要是规则的改变以及经济形势所逼。

2008年全球性金融危机席卷全球，F1也面临严重打击。于是FIA决定在2009年的F1新规将会使用预算帽以降低成本，同时引进动能回收系统（KERS）提升性能。

这套系统很轻，也就30-40kg，以锂电池的形式储能，每圈最大储能为400KJ，最大释放功率为60千瓦，持续释放时间为6.67秒。

由于当时不是强制性，因此只有法拉利，迈凯伦，雷诺跟宝马使用。在赛季后半段，因为雷诺跟宝马觉得KERS并不能带来预期的效果，他们选择了放弃使用。

在2009赛季，Lewis Hamilton为迈凯伦在匈牙利站夺得了混合动力F1赛车的第一场胜利，在瓦伦西亚站，他为迈凯伦夺得了混合动力F1赛车的第一个杆位，这些记录，毫无疑问是鼓舞人心的。

在2010赛季，大家都没用KERS。但在2011赛季，FIA宣布把赛车的最低重量由620kg提升至640kg，如果不好好利用这20kg，岂不是浪费了？就这样，大家在2011年都用上了KERS。

而在运动车领域，FIA与西方汽车俱乐部（ACO）在规则中声明，在2012年世界耐力锦标赛（WEC）将会引进混合动力系统，每圈最大储能为500KJ。

当时已经阔别勒芒原型车（LMP）组别已经10年的丰田，得益于新规，决定重回最高组别。

值得一提的是，新的丰田LMP赛车，TS030上使用的技术，大多可以在局长之前提到Supra HV-R上可以找到，比如那个超级电容。

能量回收到超级电容后，会全部释放于后轴上。

而作为常胜将军的奥迪，则采取了另一种储能方式，他们把来自Williams的飞轮装置，安装在了R18赛车上。

释放时，会把所有能量都用在前轴上。

在2012跟2013年赛季的比赛中，得益于混合动力技术，丰田与奥迪所在的LMP1 HY（Hybrid）组别，与其它私人车队的LMP1拉开了不可逾越的差距。厂商在混合动力技术上的庞大开销，以及极度依赖厂商参与的特点，让整个锦标赛渐渐走向一个不可持续的方向发展。

在2014年，F1跟世界耐力锦标赛的规则再一次进行大改。

F1方面，采用新的涡轮增压发动机，KERS被MGU-K所取代，最大功率提升到了120千瓦，电池组每圈储能增加至4MJ，释放时间增加至33.3秒。

最重要的一项技术毫无疑问是热能回收系统（MGU-H）。原理很简单，就是利用连接涡轮叶轮与泵轮的那根轴，来驱动热能回收电机。这些回收后的能量流回到电池，用来驱动MGU-K或者涡轮增压器。

然而要真正把它给做好，却是极端困难。因为涡轮的工作环境温度很高，如果MGU-H或那根轴做不好，很容易导致发动机故障。MGU-H也是各厂商动力单元性能差距如此之大的重要原因之一。

新规从2014年到现在，经过多年的升级，目前整套动力单元的热效率已经超过50%。

也正是由于不断的升级，动力单元的开销已经到达了一个不可持续的地步了。单单是升级研发，动力单元的运作，每年开销轻轻松松就能超过1亿美元。因此动力单元冻结规则，已经被FIA提上议程。

来到WEC这里，可以用一个词形容这套规则，“激进”。在新规之下，电能的输出占到了综合功率输出的一半，单圈最大回收能量达到了8MJ。这也意味着赛车要有更高效的电池，更加高效的电机。

在2014年赛季，保时捷加入到了奥迪与丰田的竞争行列中。同样地，三家厂商采用不同的储能方式。丰田使用超级电容，奥迪使用飞轮，保时捷使用锂电池。

奥迪由于飞轮储能的限制，仅能储存2MJ能量，而丰田跟保时捷是6MJ。

得益于强大的电机加持，刹车盘制动的要求变低了，所以我们看到奥迪在前刹车盘仅仅采用了两道缝，作为刹车通风（下图2和3）。

随着时间的推移，大家在储能方式上逐渐趋同。

到了2016年，三家厂商的储能方式都使用了锂电池，奥迪用6MJ级别，保时捷跟丰田则用8MJ级别，在效率上也有了巨大提升。以丰田在勒芒24小时为例，在2019年的TS050赛车比2013年的TS030赛车少用了300kg燃油，多跑了500km。

但对于WEC的噩耗来了，由于“排放门”的影响，大众集团决定不再以厂商的身份参与WEC，于是在2017与2018年，奥迪与保时捷相继退出。由于混合动力技术的高昂价格，大厂商不愿意投资，私人车队也没有能力使用，就这样经过2018，2019以及2020三年丰田的完全统治，曾经辉煌一时的LMP1组别，在2021年将会被Le Mans Hypercar（LMH）组别替代。

新的LMH组别一个主要目的是能够把成本降下来，吸引更多的车企参赛。

于是规则把最大综合马力限制为500千瓦，电机最大输出为200千瓦，几乎是LMP1时代的一半。那到底实施效果如何呢？明年可见分晓。

                                              普及阶段

在发展阶段部分，大家可以看到，局长并没有说到其它的锦标赛。因为现实就是，由于混合动力技术在汽车运动领域的高昂成本，除了F1跟WEC两项顶级赛事，其他人根本就用不起。

随着时间的推移，技术的进步，规则的变化，这一局面正在方式改变。

这些年来，我们经常听到“统一部件”这一名词。这个词的意思跟字面意思一样，大家用一样的部件。这种措施所带来的直接效果，就是车队不必参与这个部件的研发，从而节省了大量的成本，同时也为规则制定者在管理上带来便利。

既然如此，那混合动力系统不也可以作为统一部件进行采购吗？是的，现在很多主流锦标赛，都打算这样做的。

小伙伴们又要问了，那为什么以前不这样做呢？因为当时的底盘难以容纳一整套混合动力系统，比如Indycar，他们原有的DW12底盘（2012年）根本就放不下电池电机这种东西，因为底盘最初的设计就没考虑到这点。

但是现在不一样了，首先是技术的进步，带来混动系统的小型化。再者就是很多主流锦标赛现有规则的生命周期已经到尽头了，未来一两年将会进行对规则的大改。到时底盘在设计初期就考虑到混动系统的安装，车队在供应商那里购买整套系统之后，买回来直接装就行了，这样就极大地降低了使用的成本。而这也正是为混动的普及铺平了道路。

当然，正所谓一分钱一分货，与当时LMP1的那些动辄300千瓦的高功率密度系统不同，这些统一规格混动系统的功率大多在30-100千瓦。比如BTCC（英国房车锦标赛）上的那套50V的微混系统，仅产生30千瓦的功率，但对于这种级别的赛事已经足够了。

                                        BTCC赛车电池组

当然，统一规格不一定意味着车队没有发挥的余地。比如，车队可以通过计算，得出电能部署的具体时机，从而达到性能最优化。

但就目前而言，FIA还是把持着电能部署的权限，而没有下放到车队手中。比如在面对WRC（世界耐力锦标赛）2022年的混合动力技术时，丰田拉力车队的（TGR WRT）技术总监Tom Fowler表示：“我们所能做的只不过是把这套系统装在车上，其它的一概不能动。”但以后会不会把权限逐渐下放呢？这个就等待时间的验证了。

局长点评：

汽车运动目前的状况可谓是内外交困。在外，有经济下行的压力以及日趋强烈的环保呼声。在内，成本高攀使参赛队伍数量不断缩水。即使是处于金字塔尖端的F1，也避免不了这个困局。最明显的就是，本田在2022年将会退出F1。

混动系统在赛车运动中的发展过程，其实也是整个赛车行业发展的缩影。由车队之间的大规模研发战，逐渐向统一化部件转变。当然，很多车迷对此是感到伤感的，曾经那些令人叹为观止创新科技，在新规之下都逐渐消失了。但为了能够生存下去，这样的妥协也是不得不做的。