電動汽車的“精髓”在於馬達對車輪的精密控制（上）_日經能源環境網:
電動汽車的“精髓”在於馬達對車輪的精密控制（上）
2012/06/03打印E-mail
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【日經能源環境網】從保護環境及能源問題的角度出發，汽車行業試圖把能源從汽油轉換為電力。不過，即使能夠保護環境、解決能源問題，由於在性能及易用性方面不具優勢，因此大概不會立即讓人產生想換成電動汽車的念頭。而東京大學新領域創建學研究科尖端能源工學專業教授堀洋一著眼於電力所獨有的特點，正在致力於電動汽車的研究開發。上一篇文章中，介紹了堀教授正在研發的無電池、以無線方式補充電能的電動汽車。不過，堀教授稱：“電動汽車的精髓實際上在於馬達。”東京大學新領域創建學研究科尖端能源工學專業副教授藤本博志目前正與堀教授共同致力於電動汽車運動控制的研究，本文介紹他對電動汽車馬達控制的研究。
突然加速的列車車輪空轉並發出刺耳的聲音；急剎車的列車車輪打滑且火花四濺——
東京都大學學新領域創建學研究科尖端能源工學專業教授堀洋一 電影中的鏡頭暫且不說，應該幾乎沒有人在鐵路上看到過這種情景。這是為什麼呢，不覺得不可思議嗎？這其中就隱藏著堀教授所說的“電動汽車的精髓”。輪胎再細也不會打滑 堀教授說：“大家可以想一下新幹線。軌道和車輪均由鐵製成，非常容易打滑，但卻仍能以時速300～400km的速度持續行駛，車輪不會出現空轉，這究竟是為什麼？其原因就在於馬達對車輪進行著高度的控制。” 相反，汽車利用以橡膠製成的輪胎的物理特性，使之不會在路面上打滑。但也正因為如此，路面與輪胎之間產生了摩擦能量，也成為降低能源效率的一大原因。 堀教授提出一個問題：“汽車為何需要使用摩擦如此之大的輪胎行駛。有許多人會認為，輪胎是否打滑，取決於輪胎材質、氣壓及路面狀況，但如果能較好地進行控制，輪胎再細也不會打滑。” 列車的能源效率顯著高於汽車，主要原因在於使用的是摩擦極小的鐵製軌道及車輪。而摩擦小卻不會打滑，是因為通過馬達對車輪旋轉進行了較好的控制。 也就是說，今後如果汽油車換成電動汽車，便可容易地將列車的車輪控制技術應用於電動汽車。 馬達具有一個較大的優勢，就是容易利用電壓、電流、轉速等信息。如果加以充分利用，便可同時提高輪胎控制性能及能源效率。這樣一來，電動汽車不僅有益於環保，而且會成為更安全舒適且易於操縱的交通工具。對軌道和車輪進行“粘著控制”
對軌道和車輪進行 “粘著控制”
東京都大學學新領域創建學研究科尖端能源工學專業副教授藤本博志 列車的軌道和車輪均由鐵製成。因此與汽車相比，車輪更易於空轉和打滑。電氣列車之所以能夠在鐵製的軌道上行駛而不打滑，其原因就在於，作為車輪驅動源的馬達能夠掌握車輪狀態，對其旋轉進行控制。 當車輪旋轉力過大，將要出現空轉時，會減小旋轉力，而剎車時會在車輪鎖定之前降低制動力。通過這樣進行控制，使得本來易於滑動的軌道與車輪之間緊密粘著。這被稱為“粘著控制”。 早已應用於汽車領域的防抱死制動系統（Anti-lock Braking System，ABS）也是起這個作用。電氣列車的防抱死制動系統是根據從各個車輪配備的車輪轉速傳感器傳送過來的電力信號檢測打滑。當判斷出現打滑時，會迅速調節制動器，使之恢復正常旋轉。 堀教授的研究室正在進行著關於電動汽車馬達控制的研究。其核心人物就是藤本博志副教授。藤本副教授是堀教授的學生，專業是關於機器人、電動汽車的運動控制的理論研究。 藤本副教授為了實現終極控制性能，在政府的資助下，開發出了名為“FPEV-2 Kanon”的完全自主開發的電動汽車。現在正以FPEV-2 Kanon為基礎，進行與馬達控制有關的多項實證實驗。扭矩響應比汽油車快2位數
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【日經能源環境網】從保護環境及能源問題的角度出發，汽車行業試圖把能源從汽油轉換為電力。不過，即使能夠保護環境、解決能源問題，由於在性能及易用性方面不具優勢，因此大概不會立即讓人產生想換成電動汽車的念頭。而東京大學新領域創建學研究科尖端能源工學專業教授堀洋一著眼於電力所獨有的特點，正在致力於電動汽車的研究開發。上一篇文章中，介紹了堀教授正在研發的無電池、以無線方式補充電能的電動汽車。不過，堀教授稱：“電動汽車的精髓實際上在於馬達。”東京大學新領域創建學研究科尖端能源工學專業副教授藤本博志目前正與堀教授共同致力於電動汽車運動控制的研究，本文介紹他對電動汽車馬達控制的研究。
突然加速的列車車輪空轉並發出刺耳的聲音；急剎車的列車車輪打滑且火花四濺——
東京都大學學新領域創建學研究科尖端能源工學專業教授堀洋一 電影中的鏡頭暫且不說，應該幾乎沒有人在鐵路上看到過這種情景。這是為什麼呢，不覺得不可思議嗎？這其中就隱藏著堀教授所說的“電動汽車的精髓”。輪胎再細也不會打滑 堀教授說：“大家可以想一下新幹線。軌道和車輪均由鐵製成，非常容易打滑，但卻仍能以時速300～400km的速度持續行駛，車輪不會出現空轉，這究竟是為什麼？其原因就在於馬達對車輪進行著高度的控制。” 相反，汽車利用以橡膠製成的輪胎的物理特性，使之不會在路面上打滑。但也正因為如此，路面與輪胎之間產生了摩擦能量，也成為降低能源效率的一大原因。 堀教授提出一個問題：“汽車為何需要使用摩擦如此之大的輪胎行駛。有許多人會認為，輪胎是否打滑，取決於輪胎材質、氣壓及路面狀況，但如果能較好地進行控制，輪胎再細也不會打滑。” 列車的能源效率顯著高於汽車，主要原因在於使用的是摩擦極小的鐵製軌道及車輪。而摩擦小卻不會打滑，是因為通過馬達對車輪旋轉進行了較好的控制。 也就是說，今後如果汽油車換成電動汽車，便可容易地將列車的車輪控制技術應用於電動汽車。 馬達具有一個較大的優勢，就是容易利用電壓、電流、轉速等信息。如果加以充分利用，便可同時提高輪胎控制性能及能源效率。這樣一來，電動汽車不僅有益於環保，而且會成為更安全舒適且易於操縱的交通工具。對軌道和車輪進行“粘著控制”
對軌道和車輪進行 “粘著控制”
東京都大學學新領域創建學研究科尖端能源工學專業副教授藤本博志 列車的軌道和車輪均由鐵製成。因此與汽車相比，車輪更易於空轉和打滑。電氣列車之所以能夠在鐵製的軌道上行駛而不打滑，其原因就在於，作為車輪驅動源的馬達能夠掌握車輪狀態，對其旋轉進行控制。 當車輪旋轉力過大，將要出現空轉時，會減小旋轉力，而剎車時會在車輪鎖定之前降低制動力。通過這樣進行控制，使得本來易於滑動的軌道與車輪之間緊密粘著。這被稱為“粘著控制”。 早已應用於汽車領域的防抱死制動系統（Anti-lock Braking System，ABS）也是起這個作用。電氣列車的防抱死制動系統是根據從各個車輪配備的車輪轉速傳感器傳送過來的電力信號檢測打滑。當判斷出現打滑時，會迅速調節制動器，使之恢復正常旋轉。 堀教授的研究室正在進行著關於電動汽車馬達控制的研究。其核心人物就是藤本博志副教授。藤本副教授是堀教授的學生，專業是關於機器人、電動汽車的運動控制的理論研究。 藤本副教授為了實現終極控制性能，在政府的資助下，開發出了名為“FPEV-2 Kanon”的完全自主開發的電動汽車。現在正以FPEV-2 Kanon為基礎，進行與馬達控制有關的多項實證實驗。扭矩響應比汽油車快2位數
扭矩響應比汽油車快2位數
“FPEV-2 Kanon” FPEV-2 Kanon的特點在於四個車輪全部配備了輪轂電機。輪轂電機正如其名，是指內置於輪轂部位的馬達。通過在各個車輪處設置馬達，可獨立驅動各個車輪。 並且還在各個車輪上配備了可感知橫向作用力、減輕側滑的側滑傳感器。電池採用鋰離子電池，由10個電池單元連接在而成，每個單元的輸出為15伏特。 藤本副教授列出了電動汽車與汽油車相比所具備三個優勢： 第一個優勢是，控制輪胎的馬達的扭矩響應，也就是對汽車發出“發力”的命令之後，汽車做出響應並輸出動力的速度為1000分之1秒，與汽油發動機的10分之1秒相比，快2位數。 第二個優勢在於，由於能夠比較容易地為每個輪胎配備馬達，因此可獨立且正確地高速控制每個輪胎。第三個優勢在於，能夠通過馬達電流的變化，掌握行駛路面的狀況。
四個車輪均配備輪轂電機 採用鋰離子電池
首先，如果馬達的扭矩響應較快，便可對輪胎進行更快、精度更高的控制。還可瞬間檢測出輪胎的空轉，立即阻止輪胎打滑。這樣一來，即使在雪道上，也能更穩定地行駛。 如果想進一步提高輪胎的控制性能，在每個輪胎上安裝一台馬達，進行獨立控制即可。如果在汽油車的每個輪胎上都安裝動力源，從成本方面來看並不現實，但如果是馬達的話，就不會產生太大的負擔。這樣便可提高汽車的穩定性，乘坐舒適性及安全性也會隨之提升。（《日經商務在線》特約撰稿人：山田久美）【日經能源環境網】電動汽車的“精髓”在於馬達對車輪的精密控制（下） ■日文原文
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