费迪南德·保时捷(Ferdinand Porsche)– 混合动力的先驱

重现1900年“Semper Vivus”(“活力无限”)混合动力汽车风采

作为汽车设计师及当今保时捷股份公司创始人,费迪南德·保时捷教授(Ferdinand Porsche,1875 – 1951年)被认为是那个时代的顶尖工程师之一。他凭借Austro Daimler “Sascha”(1922年)、Mercedes-Benz S-Types(1926年)、汽车联盟大奖赛赛车(1933年)以及大众“甲壳虫”(1934年)等经典车型在汽车发展史上写下了属于自己的篇章。

自上世纪初至今,“保时捷”这个名字在汽车工程界就一直是创新先锋的代表。在1900年,费迪南德·保时捷公布了他所设计的“Lohner Porsche”汽车,该车是第一辆装有轮毂驱动装置的电动车,不久之后,此车的四轮驱动及四轮制动版也随之问世。作为一名汽车设计师,他早年最辉煌的设计之一便是111年前所发明的首辆功能齐全的混合动力汽车Lohner-Porsche“Semper Vivus”。

保时捷重新制造的“Semper Vivus”完全忠实于费迪南德·保时捷当年所设计车辆的外观。这辆“Semper Vivus”复制品基于原车的图纸以及详尽的研究制造而成,完全继承了原车的所有功能。这件逼真的复制品是由保时捷工程技术公司(Porsche Engineering)与Hinterzarten的一家名为Karosseriebau Drescher的车体制造公司共同打造而成,其精湛工艺令该车当年的风采得以重现。

Lohner-Porsche“Semper Vivus”的历史

早在1896年,费迪南德·保时捷就开始潜心设计并开发属于他自己的汽车。这份耕耘所结出的第一颗果实就是被称为“Lohner-Porsche”的电动汽车。该车由转向轮毂电机驱动,在1900年的巴黎世界博览会上引起了轰动。在此之后,费迪南德·保时捷很快向世人进一步展现了他的创新能力。他所设计的一辆装有四个轮毂电动马达的赛车成为了全球首辆四轮驱动乘用车,并且该车的四轮制动器同样令世人惊叹不已。而他接下来的创意也非常引人瞩目。同样是在1900年,他将蓄电池动力轮毂驱动装置与汽油发动机组合在一起 — 串联式混合动力理念由此诞生。

凭借着全球首辆功能完善的重混合动力汽车“Semper Vivus”,费迪南德·保时捷进入了一个前人从未涉足的领域。这辆汽车内有两台发电机,与两台汽油发动机分别配套,构成一种独立的充电装置,能同时为轮毂和蓄电池提供电力。1900年秋天,费迪南德·保时捷在第一辆原型车上安装了“汽油-电动混合动力驱动装置”。据推测,这部全球首辆重混合动力汽车是由他的一辆参加Semmering-Bergrennen赛事的电动赛车改造而成。为此,他将电动轮毂电机与两台和驱动桥无机械连接的内燃机组合在一起。这两台内燃机各自驱动一台发电机,为轮毂电机和储能装置提供电力。这就是全球第一套串联式混合动力驱动装置。根据重混合动力概念开发的“Semper Vivus”还能在内燃机无需发电时仅依靠蓄电池进行长途行驶。

为了减轻重量并且为汽油发动机提供空间,费迪南德·保时捷为“Semper Vivus”选用了仅含44个单元的蓄电池组。他还在汽车中部安装了两台水冷3.5 hp(2.6 kW)DeDion Bouton汽油发动机,用来为发电机发电提供驱动力,每台发电机可产生约2.5 hp(1.84 kW)的动力。两台发动机可各自独立运行,每台发电机能够在90 V电压下产生20 A电流。由发电机所产生的电流首先流向轮毂电机,多余的电力则流向蓄电池。另外,这套装置还具有一个特殊作用:发电机通过逆向旋转可作为汽油发动机的起动电机。

在实际驾驶中,费迪南德·保时捷仍需解决轮毂驱动汽车所面临的主要问题 — 巨大的车重。尽管他的“Semper Vivus”混合动力汽车总重量仅比原来车型重了70 kg,但原型车1,200 kg的重量对于当时充气轮胎的软橡胶混合材料来说还是一大挑战。此外,混合动力概念车距离量产仍然有一段很长的路要走。凭借着其无实体底盘、外置汽油发动机和无簧后桥,“Semper Vivus”在1901年巴黎车展上令参观者惊叹不已,然而,潜在的汽车购买者仍感觉购买这辆另类原型车并不现实。该车发动机、蓄电池和控制系统之间的相互配合仍需要进行大量的开发,并且除了难以操控外,另一个问题就是扬起的灰尘会引发储能装置故障。尽管如此,混合动力概念仍然给汽车生产带来了新的可能,这使得费迪南德·保时捷决心将其变成现实。

Lohner-Porsche “Mixte”开发之路

同样是在1901年,费迪南德·保时捷对他的“汽油-电动混合动力汽车”概念进行了修改,开发了一款名为Lohner-Porsche “Mixte” (来自于法语“voitures mixtes”)的改良型准量产混合动力汽车。该车配备一台前置四缸发动机,与威廉·迈巴赫(Wilhelm Maybach)当时所设计的Mercedes概念车如出一辙,但这款车仍按照串联式混合动力汽车概念安装了两台轮毂电机。费迪南德·保时捷当时正使用奥地利戴姆勒发动机公司生产的5.5升25 hp(18 kW)强劲四缸发动机作为发电机。发动机通过一根驱动轴与位于座椅下的发电机连接,并由方向盘旁的初级控制器进行操控。

为了解决汽车的重量问题,费迪南德·保时捷不断地减小蓄电池尺寸,同时也尝试设计一种防尘的蓄电池壳体。包括车身在内,Lohner-Porsche “Mixte”四座旅行车的车重约为1,200 kg,但由于蓄电池容量减少,在仅依靠电力驱动时只能行驶数公里。在标准驾驶模式下,汽油发动机和发电机以恒定速度运转,并以恒定电压向轮毂电机和蓄电池供电。除了由其驾驶理念所带来的高效率之外,该车还具备了以下优势:

通过将极性颠倒,发电机可以变成一台起动电机,从而避免了对发动机进行费力且不安全的手摇起动。

1901年末,路德维希·隆纳(Ludwig Lohner)和费迪南德·保时捷成功地售出了5辆Lohner-Porsche“Mixte”,每辆约14,000克朗的售价使其成为了当时极为奢侈的商品。此外,这款车的购买者中还包括斯图加特-温特图海姆戴姆勒发动机公司的知名总代理商艾米尔•耶里内克(Emil Jellinek),他在前一年刚刚完成了第一辆Mercedes汽车,并以女儿的名字为此车型命名。尽管有了这层关系,但是为Mercedes供应发动机的合作协议最终未能达成,并且仅有7辆装有戴姆勒发动机的Lohner-Porsches被生产出来。自1903年起,该车使用了Panhard & Levassor所生产的汽油发动机,因为在同一时期,这家法国大型汽车制造商从路德维希·隆纳(Ludwig Lohner)处取得了法国、英国和意大利的特许经营权。

与此同时,随着发动机供应商的改变,费迪南德·保时捷再次大幅修改了他的汽车驱动概念。鉴于众所周知的重量原因,同时也为了降低生产成本,他摒弃了纯电动驾驶功能,并且将起动电机的电池缩至最小。他用更先进的创新设备填补了储能装置的不足:安装了固定电枢式发电机,其中配有作为“自动调节发电机装置”的电机速度调节器。费迪南德·保时捷同时也加快了对轮毂电机的进一步开发。经过重新设计的轮毂壳能够使主销更加靠近车轮中心。这一于1902年5月取得专利的转向几何概念减少了路面冲击/碰撞的影响和转动方向盘所需的力量。为了减少车轮的非簧载质量,费迪南德·保时捷还减小了轮毂电机的直径,并通过使用更宽的线圈予以补偿。

在1902年4月,他将这些改进应用到了车上,然后参加了Exelberg大赛。他的双座Mixte赛车凭借时尚的车身比例以及在赛道上的表现震惊四座。即使行驶在通往Exelberg的最陡峭的4.2 km碎石路上,Lohner-Porsche赛车也毫不费力,并且最终夺得了大型汽车级别的冠军。在1902年秋天,保时捷在一次军事演习中为奥地利大公弗朗茨斐迪南(Austrian Archduke)驾驶Lohner-Porsche赛车,这起到了极好的宣传作用。这位贵族似乎喜欢上了这辆采用优雅旅行车车身的汽车,因为之后不久,费迪南德·保时捷就收到了一封感谢信,上面写着“这位大人对一切都极为满意”。

尽管有了这些令人印象深刻的宣传事件,“Mixte”量产车的销量仍低于预期。从1900年至1905年,保时捷为研发此车耗费了大量的技术开发成本,但最终仅售出了11辆混合动力汽车。主要问题无疑来自于高昂的售价:考虑到该车的设计和装备,每辆Lohner-Porsche “Mixte”的成本都在14,400至34,028克朗之间,与一些同类的传统动力汽车相比贵了几乎一倍。该车的综合驱动系统无法跟上可靠性不断增加的普通汽油驱动汽车的步伐,其高昂的保养成本也是该车昂贵的原因之一。但纯电动汽车却卖得很好。从投入量产至1905年底的5年中,保时捷售出了大约65辆Lohner-Porsche电动汽车。

“Semper Vivus”重塑项目

2007年11月,保时捷博物馆确定了一个有史以来最有趣并最具挑战性的项目:忠实复制一辆1900年Lohner-Porsche “Semper Vivus”汽车。虽然距此车诞生已过去了111年,但重造这部全球首辆功能完备的混合动力汽车对于所有人来说仍是一大挑战。最终,重新制造的这辆汽车不仅在外观上最大程度地忠于原车,在性能上也如出一辙。保时捷博物馆将这项工作委托给了Hubert Drescher车体制造公司的专家团队,这支团队已在许多异常艰难的复原项目中证明了自己的实力。与很多其它赛车项目一样,保时捷Type 64博物馆展品的铝制车身也出自这家位于辛特察尔滕的车体制造公司之手。

在项目的初始阶段,专家团队首先对欧洲各地的相关档案文件进行了详尽的研究。专家团队找到了大量的黑白照片和原始技术草图,它们是制造该车的基础。与费迪南德·保时捷当年开发这款车时的情形一样,“Semper Vivus”复制品也起始于一张白纸。这意味着,要重新制造这款车,除了丰富的想象力之外,一开始还需进行大量的研究和计算,以便精确再现电力驱动轮毂电机。由于技术规格和其他有用的记录均已不存在,专家们只能先以当年的方式创建数据并在方格纸上画出设计草图。这项工作十分艰难,并且对照片和图纸的测量也很费力。由于轮毂电机现在也已不复存在,所以一些技术细节,如性能和范围的再现和计算不得不从零开始。

在材料的选择上,车体制造公司Drescher充分利用其他资源,从20世纪初期的马车中获得了灵感。这需要得到经验丰富的供应商的协助,必须委托供应商来生产这种特殊材料。生产这辆功能完备的“Semper Vivus”复制品约耗费了三年时间。并且,该车并非仅仅由重新制造的部件构成,包括内燃机等一些部件甚至采用了原始部件。

“Semper Vivus”详细数据

发动机: 两台单缸De-Dion-Bouton内燃机
输出功率: 每个气缸2.5 hp(1.85 kW)
电动马达输出功率: 每台2.7 hp(2 kW)
最高时速: 35 km/h
续航里程: 200 km

总宽度: 1,880 mm
总长度: 3,390 mm
总高度: 1,850 mm
总重量: 1.7 t
前轮重量(单个): 272 kg(装有轮毂电机)

前轮距: 1,350 mm
后轮距: 1,540 mm
轴距: 2,310 mm
离地间隙: 250 mm

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