陳清泉 如車疾行 如泉芬芳“亞洲電動(dòng)車之父”

涂興佩

他提出了電動(dòng)汽車研究核心和總體指導(dǎo)思想，將汽車技術(shù)，電機(jī)技術(shù)，電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)，電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，為現(xiàn)代電動(dòng)汽車學(xué)奠定了基礎(chǔ)，使現(xiàn)代電動(dòng)汽車學(xué)這一新興交叉學(xué)科從理論到實(shí)踐形成了一個(gè)完整的體系。

他發(fā)明了多種電動(dòng)車專用的特種電機(jī)及其控制裝置，研制出多輛不同類型的電動(dòng)車。其研究和創(chuàng)新成果多次在國(guó)際上獲獎(jiǎng)，并在中國(guó)、日本、美國(guó)、德國(guó)得到應(yīng)用。

他創(chuàng)辦了世界電動(dòng)車協(xié)會(huì)，并擔(dān)任輪值主席，被譽(yù)為“電動(dòng)汽車三賢士”之一和“亞洲電動(dòng)車之父”。

他曾獲英國(guó)電機(jī)工程師學(xué)會(huì)國(guó)際杰出學(xué)術(shù)演講勛章；中國(guó)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)；香港工程師學(xué)會(huì)最高榮譽(yù)金勛章；聯(lián)合國(guó)教科文組織屬下世界工程師組織聯(lián)盟的卓越工程成就勛章；中國(guó)工程院光華工程科技獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。

他就是中國(guó)工程院院士、香港工程科學(xué)院院士、英國(guó)皇家工程院院士、烏克蘭工程科學(xué)院院士、劍橋大學(xué)丘吉爾學(xué)院院士——陳清泉。《科學(xué)家》帶您走進(jìn)陳清泉院士的科研人生。

一

啟蒙

陳清泉是印尼第三代華僑，祖籍福建省漳州市，祖父時(shí)代來(lái)到印尼定居。1937年1月，他出生于印度尼西亞中爪哇馬吉朗市，父親是馬吉朗市當(dāng)?shù)氐娜A僑企業(yè)家，主要從事出租車和公交車行業(yè)的生意，屬于當(dāng)?shù)氐闹挟a(chǎn)階級(jí)。和當(dāng)時(shí)其他較為富裕的印尼家庭一樣，陳清泉從小就在多國(guó)文化的熏陶下成長(zhǎng)。

由于父親從事汽車行業(yè)的生意，小時(shí)候的陳清泉得以常常在修理車間穿梭來(lái)回。每次看到汽車排出大量煙氣和工人因?yàn)樾捃嚩萌碛臀蹠r(shí)，他就覺(jué)得奇怪，心中充滿了疑惑。“那個(gè)時(shí)候就好奇，為什么一輛漂亮的車一到車間就變得骯臟了？以后能不能有干凈的車呢？”陳清泉說(shuō)道。就這樣，好奇的種子慢慢地在陳清泉幼小的心靈中生根發(fā)芽，茁壯成長(zhǎng)，最終驅(qū)使他在電動(dòng)汽車的“王國(guó)”開(kāi)疆拓土、不斷前行。

1951年，勤奮好學(xué)的陳清泉通過(guò)刻苦努力順利考入著名的印尼雅加達(dá)巴城中學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“巴中”）就讀高中二年級(jí)。在巴中，陳清泉各學(xué)科成績(jī)優(yōu)良，打下了數(shù)理化和語(yǔ)文的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

彼時(shí)的巴中，新中國(guó)剛剛建立的消息傳來(lái)，促使巴中就讀的一批愛(ài)國(guó)學(xué)生組成了活躍進(jìn)取的學(xué)生會(huì)。他們組織同學(xué)積極參加各項(xiàng)愛(ài)國(guó)活動(dòng)，密切關(guān)注祖國(guó)的發(fā)展，還通過(guò)寫(xiě)詩(shī)歌、小說(shuō)、出壁報(bào)，開(kāi)展紀(jì)念魯迅晚會(huì)等各種方式來(lái)宣傳愛(ài)國(guó)思想。陳清泉向往如日初升的新中國(guó)，積極參與各項(xiàng)課外活動(dòng)，并擔(dān)任了巴中回國(guó)同學(xué)會(huì)文書(shū)。

二

求學(xué)

1953年從巴中畢業(yè)后，陳清泉立即選擇了回國(guó)，并就讀于北京礦業(yè)學(xué)院（今中國(guó)礦業(yè)大學(xué)），師從當(dāng)時(shí)礦業(yè)學(xué)院機(jī)電系主任、中國(guó)工程院資深院士、著名礦山機(jī)電專家湯德全教授。

“那時(shí)有一個(gè)礦山電力牽引機(jī)車的課，就是在礦山里面用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)車進(jìn)行運(yùn)輸，激起了我的好奇心。”電動(dòng)車的形象漸漸與小時(shí)候“讓車變干凈”的夢(mèng)想重合。也是從這時(shí)開(kāi)始，陳清泉漸漸地開(kāi)始踏上了電動(dòng)汽車之路。“所以做什么事情都要從好奇心開(kāi)始，有好奇心才能激發(fā)你的思維。”陳清泉表示。

1957年，陳清泉以優(yōu)異的成績(jī)從礦業(yè)學(xué)院畢業(yè)，留校任教至1971年。期間，他被保送到清華大學(xué)參加研究生班學(xué)習(xí)。同時(shí)，在學(xué)校工作期間，為了解決礦山提升機(jī)自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備低頻發(fā)電機(jī)的技術(shù)難題，陳清泉帶頭設(shè)計(jì)制造出了國(guó)內(nèi)首臺(tái)礦山低頻發(fā)電機(jī)。后經(jīng)不斷地改進(jìn)完善，形成了礦用低頻發(fā)電機(jī)系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品一直沿用到今天，填補(bǔ)了當(dāng)時(shí)的國(guó)內(nèi)空白。此后，他又被借調(diào)到煤炭工業(yè)部，承擔(dān)提升機(jī)自動(dòng)化的技術(shù)革新，主持研制了我國(guó)第一臺(tái)礦用防爆干式變壓器和低頻發(fā)電機(jī)系列，編寫(xiě)出版了中國(guó)第一部《煤礦電工手冊(cè)》。

1976年后，陳清泉移居到香港。他一邊在香港理工學(xué)院（現(xiàn)香港理工大學(xué)）擔(dān)任講師，一邊在香港大學(xué)梁維新教授門(mén)下攻讀博士研究生課，并在英國(guó)倫敦帝國(guó)學(xué)院任訪問(wèn)學(xué)者，在著名直線電機(jī)專家E.R. Lewthwaite教授指導(dǎo)下開(kāi)展電機(jī)科研工作。1982年，陳清泉獲得了香港大學(xué)的哲學(xué)博士學(xué)位。

多年的點(diǎn)滴積累，也讓陳清泉對(duì)電動(dòng)汽車漸漸有了清醒的認(rèn)識(shí)：隨著石油能源的消耗、汽車的增加，尾氣污染也越來(lái)越嚴(yán)重，呼吸道患者逐年增加，與空氣污染更有密切的聯(lián)系。嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)迫使人們開(kāi)始研究汽油的替代產(chǎn)品，而零污染汽車——電動(dòng)車無(wú)疑將成為今后人們生活中的必需品。

此后，在香港大學(xué)任教不久，陳清泉便將電動(dòng)汽車作為研究方向，不僅提出了電動(dòng)車的工程哲學(xué)，揭示了電動(dòng)車的系統(tǒng)集成與優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)律，而且發(fā)明了多種電動(dòng)車專用的特種電機(jī)及其控制裝置，研制了多輛不同類型的電動(dòng)車，并多次獲得國(guó)際性的獎(jiǎng)項(xiàng)，為現(xiàn)代電動(dòng)車學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

三

探索

1873年，英國(guó)人羅伯特？戴維森制作了世界上第一輛可供實(shí)用的電動(dòng)汽車，比德國(guó)人戴姆勒和本茨發(fā)明汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車早了10年以上。隨后的100多年間，隨著石油能源的開(kāi)發(fā)與銳減、電動(dòng)汽車的命運(yùn)幾經(jīng)波折、載浮載沉。然而，不管是興盛還是暗淡，自踏入這一領(lǐng)域后，陳清泉再也沒(méi)有想過(guò)離開(kāi)。近半個(gè)世紀(jì)的執(zhí)著追求也讓他當(dāng)之無(wú)愧地站在了世界電動(dòng)汽車領(lǐng)域的最高峰。

兒時(shí)的夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)，無(wú)疑，陳清泉是幸運(yùn)的。

1987年，陳清泉獲得美國(guó)能源部及美國(guó)電力研究所支持，創(chuàng)辦了國(guó)際電動(dòng)車研究中心，并于該年獲得了美國(guó)IEEE優(yōu)秀論文獎(jiǎng)。1988年，他創(chuàng)造性地提出了電動(dòng)汽車感應(yīng)電機(jī)的自適應(yīng)控制，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論研究成功了多種新穎的電動(dòng)車特種電機(jī)的高性能控制系統(tǒng)，包括自適應(yīng)解耦控制法、滑模控制法等，并采用他創(chuàng)立的電機(jī)數(shù)學(xué)模型。該方法彌補(bǔ)了電動(dòng)汽車電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中由于電機(jī)參數(shù)檢測(cè)變化而引起的控制誤差，大大提高了控制性能，根據(jù)工況優(yōu)化效率、節(jié)省能量、提高電動(dòng)車行駛里程。

這一系列研究成果自然也得到了國(guó)際同行的認(rèn)可。他發(fā)表的異步電機(jī)自適應(yīng)解耦控制論文獲得了第九屆世界電動(dòng)車大會(huì)的Alcan優(yōu)秀論文獎(jiǎng)，1998年獲美國(guó)電機(jī)電子工程師學(xué)會(huì)工業(yè)電子分會(huì)頒發(fā)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)；1994年，在美國(guó)出版的電動(dòng)汽車發(fā)展史中，記載了陳清泉?jiǎng)?chuàng)新性地將變頻控制感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用于電動(dòng)汽車，以提高電動(dòng)汽車性能的貢獻(xiàn)。

四

突破

在電動(dòng)汽車系統(tǒng)中，電力變換是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。車載電池只能提供直流電，而所采用的驅(qū)動(dòng)先進(jìn)電機(jī)是交流電機(jī)，所以存在著把直流電轉(zhuǎn)換為交流電的問(wèn)題。在先進(jìn)的電力變換器領(lǐng)域，陳清泉也取得了巨大突破。

1991年，陳清泉提出了一種針對(duì)電池供電的三相逆變器脈寬調(diào)制新策略，特別適合于處理具有較強(qiáng)諧波抑制能力的非恒定電壓源。2000年，他又提出并實(shí)現(xiàn)了一種預(yù)估電池剩余容量的新方法，研究了電池的各種運(yùn)行模式，包括電流的放電模式以及在歐洲、美國(guó)、日本使用的電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行模式等，預(yù)估電池剩余容量與實(shí)際情況比較證實(shí)了該方法的準(zhǔn)確性和有效性。

同時(shí)，根據(jù)這些研究，陳清泉還創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出了“智能化電池充電器及容量檢測(cè)儀”，提出了電池的新模型，能最佳控制電池的充電電壓和電流，并可精確顯示電池的剩余容量。該成果已被美國(guó)福特汽車公司和臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究所采用。此外，他還研究成功了“智能化電動(dòng)車能量管理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)全車用電的安全經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度。該項(xiàng)成果已成功用于日本本田電動(dòng)車和港大電動(dòng)車，顯著提高了電動(dòng)車的能源效率和行駛里程。

在電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)方面，陳清泉也先后研制出多款高性能的電動(dòng)汽車專用的特種電機(jī)。1994年，他提出了一種針對(duì)電動(dòng)汽車的新型高功率密度永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，1998年又提出和實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)式永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)恒功率運(yùn)行的新型效率優(yōu)化控制方法，2000年提出了一種新型五相表面嵌入式永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)……

五

創(chuàng)新

最近，陳清泉潛心研究能源與信息的關(guān)系，推導(dǎo)出能源與信息的機(jī)理與公式，提出基于納米網(wǎng)的能源優(yōu)化配置系統(tǒng)。他進(jìn)一步提出交通網(wǎng)、能源網(wǎng)、信息網(wǎng)和人文網(wǎng)的融合。

創(chuàng)新無(wú)止境。在電動(dòng)汽車起起伏伏的20世紀(jì)下半葉，陳清泉毅然堅(jiān)持在科研一線，潛心鉆研、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新。即使是在電動(dòng)汽車逐漸走進(jìn)千家萬(wàn)戶的21世紀(jì)，他仍然清醒地認(rèn)識(shí)到電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)的缺陷與不足，并且堅(jiān)持每年奔波在世界各國(guó)考察研究，為電動(dòng)汽車的未來(lái)貢獻(xiàn)自己最大的力量。

“我從事電動(dòng)汽車已經(jīng)有40多年了，我的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)到電動(dòng)汽車在40多年間時(shí)起時(shí)落，但這一次起來(lái)跟以前不一樣了。40多年前我剛剛開(kāi)始加入電動(dòng)汽車，開(kāi)會(huì)的規(guī)模很小——一兩百人，并且開(kāi)會(huì)大多數(shù)都是技術(shù)人員，今天我們這個(gè)會(huì)那么龐大，既有政府官員、也有企業(yè)家、也有投資者，也有專家，就是說(shuō)明電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化的曙光已經(jīng)到來(lái)了，但是我們還面臨著各種挑戰(zhàn)。”2012年在全球新能源汽車大會(huì)上陳清泉如是說(shuō)。

六

感悟

進(jìn)行科研，要敢想敢干，敢于超越前人，敢于創(chuàng)新，去開(kāi)拓新的領(lǐng)域。人際關(guān)系走極端不好，搞科研則可走極端，不搞大的就搞小的，不搞長(zhǎng)的就搞短的，不搞高的就搞低的，中間地帶有人搞過(guò)，就不必重復(fù)。當(dāng)然，敢想敢干不等于蠻干，不等于不要規(guī)劃，不是去違反客觀規(guī)律，恰恰相反，只是要求我們發(fā)揮主觀能動(dòng)性，去提示、駕馭未被人們發(fā)現(xiàn)的客觀規(guī)律。在科研過(guò)程中，個(gè)人的智慧才能畢竟是有限的，因此，要善于依靠集體的力量，發(fā)揮眾人的才智。要與上下級(jí)、同事、學(xué)生以及周圍的人合作，從他們身上吸取營(yíng)養(yǎng)，合作中要互相尊重，不嫉才，不自負(fù)，合作才能搞好。概括起來(lái)，就是：超越、創(chuàng)新、合作、互重。

幾十年的科研經(jīng)驗(yàn)，我深切地體會(huì)到“留心到處皆學(xué)問(wèn)”，隨時(shí)隨地可學(xué)習(xí)。物質(zhì)世界和人類社會(huì)的發(fā)展是永恒的，學(xué)無(wú)止境，不進(jìn)則退，而要有所作為，有所貢獻(xiàn)，就必須通過(guò)艱苦努力，我深感在科學(xué)上是沒(méi)有平坦的道路可走的，只有在攀登時(shí)不畏艱難險(xiǎn)阻的人，才有希望達(dá)到光輝的頂點(diǎn)。

半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，陳清泉對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行了不懈的研究和開(kāi)發(fā)創(chuàng)新，發(fā)明了多種電動(dòng)車專用的特種電機(jī)及其控制裝置，研制出多輛不同類型的電動(dòng)車。其研究和創(chuàng)新成果多次在國(guó)際上獲獎(jiǎng)，并在中國(guó)、日本、美國(guó)、德國(guó)得到應(yīng)用。他還創(chuàng)辦了世界電動(dòng)車協(xié)會(huì)，曾被Global View期刊譽(yù)為“亞洲電動(dòng)車之父”，被印度譽(yù)為“電動(dòng)車技術(shù)之祖”，被國(guó)際電動(dòng)車同行譽(yù)為“世界電動(dòng)車三賢士之一”，以表彰他在現(xiàn)代電機(jī)控制及電動(dòng)車研究方面的杰出成就。

如今“青絲染白雪”，這位年過(guò)八旬的學(xué)者依然活躍在工程科技一線。他用畢生精力為電動(dòng)汽車事業(yè)注入了一汪不竭的源泉。