Autosalon Ženeva 2012: unikátní hybrid Toyota FT-Bh

Koncept Toyota FT-Bh, představený ve světové premiéře na Ženevském autosalonu 2012, je ultralehkým (< 800 kg) modelem s plně hybridním pohonem, který byl navržen s cílem nabídnout nižší spotřebu paliva a minimalizovat emise při zachování cenově dostupné platformy rodinného auta v segmentu B, tedy ve třídě malých vozů.

Toyota FT-Bh, zachovávající rozměry obvyklé pro malá auta, jednoznačně využívá designový jazyk Toyoty Under Priority a stylistické provedení Keen Look typické pro příští generaci modelů této značky. I přes dlouhý rozvor 2 570 mm měří tento koncept na délku jen 3 985 mm, je široký 1 695 mm a vysoký 1 400 mm.

Návrh nového konceptu staví na pěti klíčových pilířích s cílem dosáhnout optimální spotřeby paliva a co nejnižší hladiny emisí. Jedná se o: snížení hmotnosti; jízdní odpory v podobě aerodynamických sil a valivého odporu pneumatik; hospodárnost soustavy pohonu; hospodaření s tepelnou energií a nízkou spotřebu elektřiny.

FT-Bh byl navržen s cílem dosahovat průměrné spotřeby paliva jen 2,1 l/100 km a emisí na úrovni 49 g/km. K tomu má napomoci výrazné snížení hmotnosti ve srovnání s jinými vozy této třídy v kombinaci s pečlivě zpracovanou aerodynamikou, opatřeními na omezení jízdních odporů a hospodárným, nicméně velmi efektivním systémem plně hybridního pohonu.

Konstruktéři FT-Bh si dali za cíl dosáhnout méně než poloviční hladiny emisí v porovnání s dnešním modelem Yaris s motorizací 1,0 l. Podmínkou vysokých prodejů cenově dostupného modelu s ultra-nízkými emisemi je však výroba v masovém měřítku.

V zájmu maximální cenové dostupnosti se tedy při návrhu konceptu uplatnily principy a myšlenky zavrhující neobvyklé a drahé materiály či složité postupy, s preferencí pouze těch, které se v automobilovém průmyslu běžně používají.

Kritéria nízké hmotnosti vozu, nízkého těžiště a maximální efektivity soustavy pohonu jsou kromě toho klíčová nejen z pohledu spotřeby paliva a produkovaných emisí, ale i agilnějších jízdních vlastností přinášejících vyšší požitek za volantem.

Design

Vnější design konceptu FT-Bh, stavějící na motivu ‘Ecomotion’, spojuje emotivní tvary s extrémně propracovanou aerodynamikou v zájmu dosažení co nejnižší spotřeby paliva.

Tvary konceptu, inspirované téměř výhradně přirozeným prouděním vzduchu přes vnější povrchy vozu, představují nový přístup k designu karoserie.

Tvarování klíčových panelů, např. střechy, připomíná nataženou látku, a tím ještě zdůrazňuje ultralehký charakter konceptu.

Čelním partiím vozu dominuje velká spodní část masky chladiče, dynamicky tvarovaná kapota a vertikální světlomety začleněné do předních blatníků, částečně v duchu designového jazyka Under Priority a stylistického provedení Keen Look používaného automobilkou Toyota.

Stylistické ztvárnění panelů připomínajících nataženou látku propůjčuje tomuto vozu zvláštní pocit lehkosti. Ten je ještě akcentován ultra-štíhlými sloupky A a C, díky kterým se výrazně zvětšuje prosklená část kabiny v zájmu co nejlepšího výhledu ven a subjektivního pocitu velké prostornosti.

Klenuté zadní partie FT-Bh podtrhují stabilní postoj s nízkým těžištěm. Stylistické provedení přispívá ke skvělé aerodynamice s nízkým součinitelem aerodynamického odporu Cd na úrovni jen 0,253.

Podíl na tom má i kabina hladce navazující na zadní část vozu, zvednutý zadní nárazník a svěží prvky šípovitých tvarů v rozích vozidla.

Designový motiv natažené látky se opakuje i v interiéru kabiny a lze jej ihned rozpoznat v podobě středové konzoly, přístrojové desky, sedadel a volantu. Konkávní tvarování středové konzoly umožnilo vybudovat kokpit s orientací na řidiče při zachování pocitu lehkosti a prostornosti.

Celkové snížení hmotnosti

Cílem konceptu FT-Bh, v jehož konstrukci se uplatnila vysokopevnostní ocel, hliník a hořčík, je dosáhnout o cca 25 % nižší hmotnosti než u modelu Yaris s motorem 1,0 l (1 030 kg), čímž by celková hmotnost poklesla na pouhých 786 kg.

Jelikož je hybridní soustava pohonu nepatrně těžší než běžný motor 1,0 l, celkovou hmotnost karoserie, obložení interiéru, podvozku a elektroinstalace bylo nutné v reálu snížit o 340 kg, tedy 33 % hmotnosti modelu Toyota Yaris.

Plně hybridní soustava pohonu FT-Bh na druhé straně zvyšuje hmotnost konceptu přibližně o 60 kg.

Konstruktéři automobilky Toyota si dali za cíl snížit hmotnost karoserie a podvozku o 33 % (bez jakýchkoli kompromisů v otázkách bezpečnosti), resp. o 27 % v případě hnacího ústrojí a elektroinstalace.

Při poklesu hmotnosti surové karoserie o 20 až 25 % bylo k dosažení celkové hmotnostní úspory o více než 30 % nezbytné snížit hmotnost součástí interiéru a výstroje vozu přibližně o 50 %.

To se odráží v minimalistickém pojetí designu interiéru konceptu Toyota FT-Bh, který se vyznačuje minimem konstrukčních prvků, které díky své nízké hmotnosti a vysoké torzní tuhosti spojují špičkovou ergonomii a funkčnost s nejnižší možnou hmotností.

Významné hmotnostní úspory součástí kabiny vozu mají zásadní „dominový efekt“ ve snižování hmotnosti zbytku vozidla.

Například tak klesá zatížení konstrukce karoserie a systému zavěšení, což dovoluje úměrné odlehčení dalších komponent. Zároveň lze použít motor o nižším zdvihovém objemu, a tak ušetřit hmotnost a omezit ztráty tepelné energie.

Dalšími výhodami podstatného snížení hmotnosti vozidla je nízké těžiště (pouze 541 mm) s ohledem na agilní ovladatelnost, lepší odezvu a vyšší účinek brzd, ale i snížení výrobních nákladů, aby si vůz mohlo dovolit ještě širší spektrum zákazníků.

Nižší jízdní odpory

Opatření k úspoře paliva cestou nižších jízdních odporů konceptu FT-Bh se zaměřila na omezení odporu vzduchu a snížení valivého odporu pneumatik.

Co nejnižší součinitel aerodynamického odporu v kombinaci s velmi malou čelní plochou vozu by měl snížit odporové síly o 25 %.

Ke snížení spotřeby znatelně přispívají i pneumatiky s nízkým valivým odporem.

Koncept lze vnímat jako ucelenou studii aerodynamických řešení příští generace. Patří sem vstupy vzduchu na samotných okrajích čela vozu, aerodynamická litá kola, použití kamer namísto vnějších zpětných zrcátek kladoucích zbytečný odpor, dveře bez madel ovládané pomocí elektronického zámku, střecha ve tvaru pagody se sníženou zadní částí, ostře řezaná koncová část vzadu, včetně štěrbiny pro výstup vzduchu a spoiler pod podlahou vozu k hladšímu odtrhávání vzduchu od zadní části vozidla.

Díky provedeným opatřením se součinitel aerodynamického odporu (Cd) konceptu FT- Bh snížil až na 0,235, zatímco průměr ve třídě malých vozů činí přibližně 0,29 Cd.

Nový koncept od Toyoty staví i několika cyklických řetězových přínosech v oblasti hospodárnosti, které se realizují díky synergii mezi aerodynamikou a nízkou spotřebou.

Pokud například snížíme spotřebu paliva, hnací ústrojí neprodukuje tolik tepla a je možné snížit výkonnost chladicí soustavy.

Tím klesá množství potřebného chladicího vzduchu, a tak lze upravit tvarování přední části vozu. Změny se odrážejí ve snížení součinitele aerodynamického odporu, což opět vede k dalšímu snížení spotřeby paliva.

Dalším příkladem je palivová nádrž: pokud snížíme spotřebu vozidla, můžeme též zmenšit palivovou nádrž. Díky menší nádrži může proudit pod zadní částí vozidla větší objem vzduchu, což vede ke snížení odporových sil. Klesá aerodynamický odpor, což opět vede ke snížení spotřeby paliva.

Koncept vyjíždí na úzkých pneumatikách s velkým průměrem (145/55 R18) a nízkým valivým odporem, které opět výrazně přispívají ke snížení jízdních odporů FT-Bh bez negativních dopadů na záběrové schopnosti vozu.

Vysoce hospodárná soustava pohonu

Plně hybridní pohon FT-Bh je mistrovskou ukázkou downsizingu v oblasti hnacích ústrojí. Pohon o bezmála 90 kg lehčí než soustava HSD v modelu Toyota Prius přináší výrazné hmotnostní úspory všech komponent hnací soustavy.

Zážehový motor je o 38 kg lehčí než motor v modelu Prius. Hmotnost modulu s akumulátory Li-Ion je prakticky poloviční než v případě NiMH baterie v Priusu.

Lehký zážehový dvouválec 1,0 l využívající Atkinsonův cyklus kombinuje vysokou účinnost s nízkou tepelnou kapacitou.

K maximální účinnosti spalování přispívá dlouhý zdvih pístů, vysoký kompresní poměr (13:1), nová generace vstřikovací soustavy D4 s vysokým vstřikovacím tlakem, nebo např. zvětšený systém recirkulace výfukových plynů (EGR) s chlazením a upravenou konstrukcí kanálu zvyšující víření.

Opatření zaměřená na zásadní omezení třecích sil se dotkla rozvodového řemene a elektrického vodního čerpadla; pečlivé hospodaření s tepelnou energií se odrazilo v nízké tepelné kapacitě, nižších třecích silách za studena a pečlivém řízení tepelných toků v rámci regulace teploty motorového oleje a chladicí kapaliny.

Toto pozoruhodné hnací ústrojí díky tomu dosahuje průměrné spotřeby paliva jen 2,1 l/100 km a emisí na úrovni 49 g/km.

Díky nízké hmotnosti vozidla a použití hybridního hnacího ústrojí si řidič FT-Bh může opět vychutnat základní požitek z jízdy po městě. Nízká pohotovostní hmotnost konceptu na úrovni jen 786 kg znamená rychlou odezvu na pokyny od plynového i brzdového pedálu.

Elektromotor hybridní soustavy pohonu na druhé straně zajišťuje nejvyšší točivý moment již od nulových otáček, potřebný ke hbitému pohybu po městě.

Technologie Hybrid Synergy Drive od Toyoty je opět lépe připravena na alternativní zdroje energie; FT-Bh je totiž i studií jak ve střednědobém horizontu dále snižovat spotřebu paliva díky zástavbě dvou alternativních hnacích ústrojí: hybridní verze spalující stlačený zemní plyn (CNG-HV) s emisemina úrovni jen 38 g/km, resp. verze Plug-in hybrid (PHEV) produkující jen 19 g/km.

Hospodaření s tepelnou energií a 50% pokles spotřeby elektřiny

Dalším cílem FT-Bh je lépe využívat tepelnou energii a dosahovat pouze poloviční spotřeby elektrické energie.

V interiéru byla použita další přísná opatření stavějící na dvojcestné strategii, kterou je omezení odběru tepelné energie a snížení tepelných ztrát. V kabině FT-Bh se používají lehčí komponenty, které mají nižší tepelnou kapacitu nebo vysoce kvalitní tepelnou izolaci.

Soustava klimatizace s pečlivým rozdělením na jednotlivé zóny se zaměřuje pouze na obsazená místa v kabině vozu, při současném zužitkování veškerého zbytkového tepla – kterého samo o sobě není mnoho díky vysoce účinné soustavě hybridního pohonu.

Zásadním způsobem poklesl odběr proudu u světlometů s technologií LED, osvětlení interiéru a dalších součástí elektroinstalace FT-Bh, a tak celková spotřeba elektrické energie je v porovnání s běžnými vozy pouze poloviční.

Konstrukce zasklení byla navržena s ohledem na maximální tepelnou účinnost, přičemž výborné tepelně-izolační parametry má dokonce i perleťově bílé lakování konceptu s matnou úpravou, schopné odrážet teplo.