飞速奔驰的高铁，其车轮和轨道都是采用金属制成的，摩擦力相对较小。按照常理，应该很容易打滑，但是列车却能高速连续行驶。这得益于电机对车轮的出色控制能力。若把这种控制技术应用在电动汽车上，将会产生什么样的效果呢？
把铁路车轮控制技术应用于电动汽车
特约撰稿/马亦鸣
高铁车轮精密控制技术
犹如电动汽车一样，中国的高铁建设也正引领着世界的注目。
高铁的车轮和轨道均由金属制成，摩擦较小，很容易打滑，但却仍能以超过300km/h的速度连续行驶，且车轮不空转，原因在哪里？原来是电机对车轮实现着高精度控制。
如果将高铁的车轮控制技术应用于电动汽车呢？
电机的显著优势在于，容易利用电压、电流、转速等信息。如果对电动汽车的电机采取一些积极的措施，不但能提高对车轮的控制性能，而且能显著提升能源效率。这样，电动汽车就真正成为一种易于操纵的环保交通工具。
高铁之所以能够在铁制的轨道上行驶而不打滑，其原因在于，作为车轮驱动源的电机能够掌握车轮状态，对其旋转进行控制。当车轮旋转力过大，将要出现空转时，电机会减小旋转力，而刹车时会在车轮锁定之前降低制动力。通过这样进行控制，使得本来易于滑动的轨道与车轮之间紧密粘着。此功能类似于目前汽车领域常用的防抱死制动系统（ABS）。高铁的防抱死制动系统是根据从各个车轮配备的车轮转速传感器传送过来的电力信号检测打滑。当判断出现打滑时，会迅速调节制动器，使之恢复正常旋转。
把电机控制技术应用于电动汽车
1.提高电动汽车安全性和舒适性
东京都大学新领域创建学研究科尖端能源工学专业副教授藤本博志，目前对其自主开发的电动汽车“FPEV-2 Kanon”，进行与电机控制有关的实验，目的是为了实现终极电动汽车电机控制性能。
藤本博志教授给FPEV-2 Kanon的四个车轮全部配备了轮毂电机，并且还在各个车轮上装载了可感知横向作用力、减轻侧滑的侧滑传感器。该车采用锂离子电池，由10个电池单元连接在而成，每个单元的输出为15伏特。
与传统的汽油车相比，电动汽车的优势在于，控制轮胎的电机的扭矩响应时间为0.001秒，比汽油车快100倍。由于每个车轮都配备电机，因此可独立且正确地高速控制每个车轮。此外，还可以根据马达电流的变化，掌握行驶路面的状况。
如果电机的扭矩响应较快，便可对车轮进行更快、精度更高的控制。同时，还能瞬间检测出车轮的空转，防止打滑。这样一来，即使在路面较滑的情况下，电动汽车也能稳定地行驶。
若要进一步提高车轮的控制性能，在每个车轮上安装一台电机，进行独立控制即可。如果在汽油车的每个轮胎上都安装动力源，从成本方面来看并不现实，但如果是马达的话，就不会产生太大的负担。这样不仅能够提高汽车的稳定性，舒适性和安全性也会随之提升。
2.反馈路面信息 延长电池续航里程
同时，电机通过对电流进行监测，可正确掌握目前正在输出多大功率。输出功率大就说明路面状况较差。也就是说，通过电流值即可了解车轮与路面的粘着程度，可由此推测路面状况。
如果能够将这些信息自动传送给管理道路的道路信息中心，便可在道路上设置的电子布告牌上显示“此处道路较滑”等警示信息，或者向周围行驶的车辆发送信息。汽车之间也可直接交换信息。也就是说，汽车自身成为传感器，可便捷地与其他汽车共享获得的路面信息。如果结合利用GPS，便可事先了解前方道路的转弯情况及坡度，因此还可对轮胎进行预测控制。从而进一步提高安全性和舒适性。
东京大学新领域创建学研究科尖端能源工学专业教授堀洋一表示，如果能够根据路面状况及地形对车轮进行高度控制，也有可能将轮胎宽度减小50%，从而提升能源效率，延长电动汽车续航里程。
藤本博志副教授目前正致力于通过电机控制来延长续航距离的研究，他希望能借助电机控制使能源浪费控制在最低限度内。据介绍，以“匹配控制（Matching Control）”为基础，藤本博志开发出了“雪道旋转姿势控制系统”及“续航距离延长控制系统”。目前正使用FPEV-2 Kanon进行控制实验。匹配控制是指使用计算机实时控制电机，使实际的汽车行驶尽可能接近理想行驶状态的方法。
雪道旋转姿势控制系统通过分别对四个车轮进行独立控制，即使在雪道及结冰路面上也不会打滑或者大幅偏离拐角处，实现稳定转弯。续航距离延长控制系统可在实时计算路面状况的同时，对各个马达的驱动力进行控制，使所有马达的综合效率达到最大。
经过反复的实验论证，藤本博志得出结论：使用多个马达对轮胎进行高度控制，可改善行驶效率，延长续航距离。他说，三菱汽车公司的电动汽车“i-MiEV”充电一次的续航距离最长为160公里，若通过提高控制性能，将这续航里程延长10～20公里并非难题。
东京大学新领域创建学研究科尖端能源工学专业教授堀洋一之前一直从事利用电机控制列车车轮的研究。随着电动汽车所受的关注度越来越高，他认为电动汽车也能像高铁那样，其车轮受电机控制，并实现良好的运行效果。于是，堀洋一教授迅速将汽油车改装成了配备铅蓄电池的电动汽车，开始进行通过马达控制轮胎的控制实验。但是，他改装成的电动汽车电池只能使用2～3个小时，且充电时间较长，影响了实验的顺利进行。
堀洋一表示，从目前的情况来看，电动汽车还有很大的进化空间及可能性，或许“真正的电动汽车”不久将会出现。（原载于《电动汽车导报》2012年5月号）