福特和通用（GM）正在致力于开发双马达式混合动力系统。这种利用行星齿轮机构的“丰田流”混合动力方式有望席卷美国。另一方面采用单马达方式的汽车厂商则凭借该方式的简单构造来大力扩充产品线。同时还通过采用锂离子充电池，以及在发动机与马达之间配备离合器等手段来设法提高能量利用效率。
“双马达式”混合动力系统使用两个马达与发动机相组合。这是丰田在混合动力车（HEV）及插电混合动力车（PHEV）上采用的方式。该方式也将在美国汽车厂商推进的HEV及PHEV中成为主流，有望席卷美国市场。
在2011年1月10～23日举行的“底特律车展（2011North American nternational AutoShow）”上，美国福特和美国通用均突出宣传了双马达方式的HEV及PHEV（图1）。两公司均采用通过行星齿轮*向发动机和两个马达分配动力的“丰田流”串并联方式，分别自主开发出了混合动力系统。
*行星齿轮机构＝具有在多个行星齿轮（Planetary Gear）自转的同时以恒星齿轮（Sun Gear）为中心公转这一构造的减速（或增速）机构。普锐斯将恒星齿轮与发电用马达连接，将行星齿轮与发动机连接，将外齿轮与驱动兼再生用马达连接。
图1：双马达式混合动力系统纷纷亮相
在电动车辆中颇为突出的是使用两个马达与发动机组合的双马达式HEV及PHEV。丰田、福特及通用等展出了相关车型。而本田和奥迪则致力于单马达方式。在EV中，配备40kWh以上大容量电池的车辆接连出展。
福特早在2004年起就与丰田签订了HEV相关专利的交叉授权合同，开始开发利用行星齿轮的HEV。当时使用的机构是爱信AW制造的产品，而此次发布的HEV和PHEV将其换成了福特自己制造的产品。在进行内部制造时，福特“也曾探讨过采用独创方式，但最终结论是还是丰田方式最佳”（福特电气化工程总监Sherif Marakby）注1）。
注1）对于使用行星齿轮的方式，福特指出其优点尤其在于无需机械式变速箱。使用行星齿轮，可凭借各齿轮的转速差实现与变速箱相同的作用。
通用也公开表示，从2010年底开始投产的PHEV“Chevrolet Volt”的混合动力系统采用的是丰田方式的改进版。同样是用行星齿轮机构将两个马达与发动机连接起来，不过Volt通过增加三个离合器提高了控制性能。
在北美汽车市场上，福特与通用的新车销量份额在2010年合计达到约36％。如果再加上丰田的话，三家公司合计便超过了50％。所以“丰田色彩”很可能成为今后美国HEV及PHEV的主色调。
采用双马达方式意在PHEV
福特和通用为何要选择双马达方式呢？该方式在构造及控制上颇为复杂，开发起来既费时又耗成本（图2）。从全球来看，汽车厂商大多在致力于开发一个马达与发动机组合的较简单的“单马达式”HEV。在日本，日产、本田及欧洲厂商基本都是如此。
图2：双马达方式在美国将成为主流
双马达方式在构成及控制上较为复杂，但却适于提高燃效。单马达方式较为简单，但在燃效的提高上存在极限。由于福特和通用发力双马达方式，所以美国的HEV和PHEV将以双马达方式为主普及。图中方形标注框内的项目显示了本次车展的技术动向。
在这种情况下，福特与通用这两家美国的代表性车企开始自主开发双马达式系统是因为将目光瞄准在了HEV之后的PHEV上。其背景在于2012年以后将迅速严格化的美国加利福尼亚州的ZEV条例*。在ZEV条例中，PHEV及电动汽车（EV）会受到优遇。因此，对于重视在该州销售汽车的厂商而言，这实际上是在强制投放PHEV及EV，而双马达方式正好适于开发PHEV。
*ZEV条例：规定汽车厂商拥有投放一定比例的燃料电池车、EV、PHEV、HEV义务的条例。ZEV是Zero Mmission Vehicle（零排放车）的简称。
PHEV虽然在电池充电状态（SOC）下降时启动发动机，但基本上重视的是仅靠马达的EV行驶。原因是希望尽量使用家庭廉价电力作为能量源。因此这就需要加大电池的容量，但是电池不仅昂贵而且较重，能够配备的量有限。所以，为了凭借有限的容量来延长EV行驶距离，就需要用发动机发电为电池充电来行驶的功能。但问题是利用一个马达无法同时进行发电和驱动，所以需要靠双马达来实现。
与之相比，单马达方式以发动机行驶为主。在EV行驶时发动机因无法用于发电而变成无用之物。因此该方式不能只进行EV行驶，所以说单马达方式不适于PHEV。
务实的福特与追求理想的通用
虽然福特和通用均瞄准PHEV而选择双马达方式，但两公司系统的目标却大为不同，可以说福特追求实际利益，而通用则追求理想。
福特在此次车展上发表了中型车“C-MAX”的HEV车型“C-MAX Hybrid”和PHEV车型“C-MAX Energi”（图3）。两款车型配备相同的混合动力系统注2）。对于市场正在扩大的HEV和对应环保规定的PHEV，福特采取了以同一系统来实现的手段。
注2）采用锂离子充电电池。HEV款的容量为1.4kWh。PHEV相关细节未公布。马达由东芝制造。
图3：福特开发普锐斯式PHEV
福特展出了双马达式HEV和PHEV。采用类似于普锐斯的的构造，在发动机和两个马达的动力分配上使用了行星齿轮。行星齿轮机构由福特自制。照片为PHEV“C-MAX Energi”。系统结构图由《日经电子》推测绘制。
福特的做法具体而言，就是将已经完成的丰田混合动力系统作为参考，不做大的改动，由此降低开发风险，并把增加内制产品开发出来的系统马上应用到多种车型上。福特计划从2011年下半年开始在美国密歇根州的旗下工厂生产HEV和PHEV，并于2012年在美国、2013年于欧洲开始销售。
与此相比，通用则将Volt的系统打造成了可谓比福特及丰田的系统更具“EV性”的进化版（图4）。
图4：Volt的系统在展会上公开
通用展出了最近投产的PHEV“Chevrolet Volt”（a）。同时还公布了混合动力系统的概要（b）。行星齿轮与马达的连接、发动机与马达的连接分别经由离合器进行。系统结构图为《日经电子》推测绘制。（图（b）的左侧图片由通用提供）
Volt有4种行驶模式，其驱动力基本由两个马达来承担注注3）。第一和第二种模式为EV行驶，第一种模式仅靠输出功率为111kW的大功率马达来驱动。EV行驶时当车速提高后转为第二种模式。由于大功率马达的转速过高的话电力利用效率会降低，因此通过并用55kW的小功率马达来降低大功率马达的转速。
注3）通用主张Volt既是PHEV也是“带增程器EV”的背景就在于这一系统。锂离子充电电池的容量为16kWh。
第三和第四种模式虽然会启动发动机，但第三种模式下的行驶仍仅靠马达来进行。一边通过发动机转动小功率马达来为电池充电，一边利用大功率马达来行驶。第四种模式仅将部分发动机输出功率用于驱动力，通过结合发动机与大功率马达的驱动力来行驶。而剩余的发动机输出功率则转给小功率马达用于发电。
另外，通用同时还公开了将Volt的技术应用到微型面包车等车型上，在1～2年内增加销售派生车型的计划。
丰田朝着推广普锐斯的方向迈进
面对双马达方式在美国的逐步推广，作为“原创者”的丰田开始强化体制。作为普锐斯的派生车型，丰田发表了微型面包车“Prius v”和小型概念车“Prius c Concept”（图5）。该公司将充分利用“普锐斯”品牌来扩充HEV产品线。这两款车型估计均沿用了普锐斯的基于镍氢充电电池的混合动力系统，目标是通过量产效果来实现低成本化。
Prius v是一款车内空间和行李舱比普锐斯更大的HEV，预定于2011年夏季前后在北美市场上市。车身尺寸为长4615mm×宽1775mm×高1575mm，与普锐斯相比，全长增加155mm，全宽增加30mm，全高增加85mm，行李舱也加大了50％以上。
而Prius c则设想以城市用户为对象，定位于HEV入门级车型。预定2012年上半年上市。对丰田2010年发表的小型HEV概念车“FT-CH”“进行改进后更加接近商品化”（丰田）。FT-CH的车身尺寸为长3895mm×宽1695mm×高1400mm，与小型车“Vitz”接近，因此估计Prius c采用的是Vitz级别的尺寸。
面对双马达方式的飞跃发展，采用单马达方式的各汽车厂商开始充分利用单马达方式的优势展开对抗。单马达方式的优点是无需对汽油车进行大的改动即可将混合动力系统配备在车辆上。因此，各厂商都将重点放在了如何使用单马达方式来提高燃效，通过在汽车车中增加HEV车型来扩充产品线。
比如，本田发表了小型车“思域（Civic）”的HEV概念车，并表示将配备锂离子充电电池注4）。预定2011年春季在美国上市。这是本田首次在量产车上采用锂离子充电电池。通过采用锂离子充电电池，与原来相比“燃效得到大幅提高”（本田）。采用锂离子充电电池，与以往配备的镍氢充电电池相比可更快速地充放电。由此更容易有效地回收由制动产生的电力。
注4）电池由本田与GS汤浅的合资公司Blue Energy提供。此次在展会上本田展出了2门酷派和4门轿车两种车型。
混合动力系统的构成估计与“Insight”及“飞度（Fit）”等使用的“IMA”大体相同。由发动机和驱动兼再生用马达组成，采用将这两者直接连起来的设计（图（a ））。电池容量未予公布，不过“延长了EV行驶距离”（本田），因此估计比现有“思域混合动力车（Civic Hybrid）”的869Wh更大。
单马达式车型与汽油车构成的产品线中的一部分
本田发表了“思域（Civic）”的HEV车型（a）。采用马达与发动机直接连接的系统构造，配备锂离子充电电池。奥迪展出了“A6”的HEV车型（b）。在发动机与马达之间设置有离合器。产品线中均含有汽油车型。系统结构图由《日经电子》推测绘制。
通过追加离合器延长EV行驶距离
在单马达方式方面，除了采用锂离子充电池之外，通过在发动机与马达间配备离合器来提高燃效的做法也颇为活跃。最近，日产汽车、奥迪（Audi AG）、宝马（BMW AG）、戴姆勒（Daimler AG）等均开始采用离合器。
本田采用的将发动机与马达直接连接起来的方式在仅靠马达行驶时发动机也转动。在这一负荷下，效率势必会下降。发动机阻力矩公认一般在50N·m左右。假如将马达转矩设定为200N·m，在直接连接式的EV行驶时，就会有1/4左右的驱动力会被发动机所消耗。
这时离合器便可派上用场。如果在EV行驶时用离合器将发动机与马达断开，发动机的阻力矩就会消失，从而使效率得到提高。
在此次车展上，奥迪发表了带离合器的单马达方式。该公司将该方式的系统配备在了轿车“A6”的HEV车型“A6 Hybrid”上（图6（b））。系统由输出功率为155kW的发动机与输出功率为33kW、转矩为211N·m的马达、离合器以及8速自动变速箱（AT）构成。锂离子充电电池的容量为1.3kWh，EV行驶距离为3km，EV行驶时的最高时速达到100km/h。
变更较少的混合动力系统
向奥迪供应HEV用马达及变速箱的是德国ZF Friedrichshafen AG。ZF在此次车展上展出了除奥迪外据说还被宝马“7系ActiveHybrid”及戴姆勒“S400 HYBRID Sedan”所采用的HEV用马达“DynaStart Electric Motor”和8速AT（图）。
ZF公司的混合动力系统将席卷欧洲
ZF公司展出了HEV使用的马达和8速AT。已被奥迪、宝马、戴姆勒采用。展出的8速AT虽然面向的是汽油车，但只要从中去掉扭矩转换器部分和离合器，换成HEV使用的马达和离合器，即可变成混合动力系统。
这些开发产品的特点在于几乎无需改变部件构成即可将汽油车变成HEV。从汽油车用8速AT中去除扭矩转换器部分和离合器之后，在腾出的空间内放入HEV使用的马达和离合器便可。
而且从重量来看，汽油车用产品和HEV用产品并无多大差异。据奥迪介绍，配备输出功率为33kW的ZF制马达的混合动力系统与面向汽油车配备扭矩转换器的AT的重量大体相同，均为约120kg。“可在汽油车车型与HEV车型之间实现多数部件的通用化，以最小限度的开发费用实现HEV车型”（ZF公司）。另外，ZF公司表示，虽然此次展出的马达其输出功率为15kW，不过可在4kW～100kW的输出功率范围内提供产品。
为怠速停止功能增加新设计
伴随着各厂商在HEV开发中就多种方式展开的比拼，以提高汽油车燃效为目的的电动技术也取得了进步，这一点在此次车展上便可见一斑。其中，备受关注的是电装开发的面向怠速停止功能的启动器（电池马达）。这是一种“为提高燃效使怠速停止迅速‘奏效’”（某汽车大厂商的技术人员）的功能，极有望在汽油车中得到广泛采用。
电装此次展出的是发动机在燃料供给停止后靠惯性运转时也可重新启动的启动器（图）。可缩短怠速停止功能中发动机从燃料供给停止后的状态重新启动的时间，消除“缓慢感”。实现了与该公司原来为缩短这一时间而开发的“永久啮合式启动器”相同的功能，从而可以省去对发动机的措施。此次的开发产品称为“Tandem Solenoid Starter（TS启动器）”，计划2011年内实现实用化。（记者：清水 直茂）
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