那時跟他們溝通交流的是電動車化黃金時代的高速路油壓泵控制技術(shù)態(tài)勢與考驗(yàn)，分五個部份。
驅(qū)動力力與控制技術(shù)考驗(yàn)
純電動車化黃金時代對輕工業(yè)油壓來說象征意義并不大，即使它原本用的是電動車機(jī)。那時他們講的簡而言之電動車化黃金時代的來臨，主要就牽涉的還亦然高架道路終端電腦（主要就包括建設(shè)項(xiàng)目工程施工機(jī)械電子設(shè)備、農(nóng)機(jī)、林業(yè)機(jī)械電子設(shè)備、輕工業(yè)工程車等）。非高架道路終端電腦是油壓商品最小的采用者，也是油壓控制技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展最小的驅(qū)動力力，較之輕工業(yè)油壓，終端油壓商品的許多關(guān)鍵控制MA明確要求更高。現(xiàn)階段海內(nèi)外雙碳經(jīng)濟(jì)政策與節(jié)能環(huán)保法律法規(guī)等快速了蒸汽機(jī)黃金時代向電動車機(jī)黃金時代過渡階段的腳步。能說今后非高架道路終端電腦應(yīng)用領(lǐng)域，從前在輕工業(yè)電子設(shè)備中所采用的油壓控制技術(shù)，特別是變輸出功率的油壓控制技術(shù)會正式成為非主流（見圖1）。
圖1 非高架道路終端電腦電動車化
狹義的非高架道路終端電腦，如果還主要就包括電腦人（現(xiàn)階段也是油壓應(yīng)用領(lǐng)域的兩個科學(xué)研究領(lǐng)漲板塊）。有兩類電腦人是貫穿或工作臺的（見圖2），比如說要貫穿幾十公斤以內(nèi)，現(xiàn)階段油壓依然是此類電腦人最關(guān)鍵的驅(qū)動力控制系統(tǒng)。除那些類生物尺寸電腦人外，還有兩類電腦人，他們叫外骨骼也好，叫康復(fù)機(jī)械電子設(shè)備也好，實(shí)際上你別看它很小，到現(xiàn)在為止油壓也是外骨骼設(shè)計(jì)工程師最關(guān)鍵的驅(qū)動力與傳動選擇，其他傳動形式在功率密度比指標(biāo)上比較差。在假肢外骨骼這個方向，其實(shí)市場是蠻大的。在國際學(xué)術(shù)會議以及輕工業(yè)界控制技術(shù)會議上，關(guān)于外骨骼、康復(fù)電腦里面的緊湊型油壓傳動科學(xué)研究占了很大一部份。
圖2 重載與外骨骼電腦人也是終端電腦電動車化最熱門的應(yīng)用
現(xiàn)階段許多非高架道路終端電腦開始采用電動車機(jī)作為原動機(jī)，現(xiàn)階段還僅僅是蒸汽機(jī)的簡單替代，油壓元件與 控制系統(tǒng)幾乎沒有改變，只是蒸汽機(jī)替換成電動車機(jī)，這種控制技術(shù)變化相對較小的方案容易很快進(jìn)入市場。但存在兩個最小的問題，它沒有充分利用電動車機(jī)的控制技術(shù)優(yōu)勢，現(xiàn)代電動車機(jī)比蒸汽機(jī)最小的優(yōu)勢是輸出功率-力矩特性非常好，能夠四象限連續(xù)工作，這個特性其實(shí)給油壓控制技術(shù)帶來很多機(jī)遇。即使蒸汽機(jī)高效區(qū)窄以及動態(tài)響應(yīng)差，所以很多創(chuàng)新的油壓控制系統(tǒng)原理構(gòu)型無法在蒸汽機(jī)黃金時代應(yīng)用，在電動車化黃金時代，非高架道路終端電腦的油壓控制系統(tǒng)構(gòu)型會有很多創(chuàng)新和變化。
他們舉個例子，油壓傳動控制系統(tǒng)大概分為四大類（見圖3）。其中閉式泵控控制系統(tǒng)效率最高，泵控控制系統(tǒng)電動車機(jī)能不調(diào)速，當(dāng)然也能調(diào)速。今后調(diào)速電機(jī)肯定是要取代不調(diào)速電機(jī)、變量泵這種控制系統(tǒng)，即使它有更多的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在看來，電機(jī)調(diào)速的泵控控制系統(tǒng)一定會正式成為非高架道路終端電腦今后的選擇，即使考慮到分布式寄生損失的影響，它的效率要比現(xiàn)在的泵控控制系統(tǒng)高很多。
圖3 油壓傳動控制系統(tǒng)的基本構(gòu)型級理論效率
為什么說電動車化中分布式的動力機(jī)構(gòu)這么關(guān)鍵？主要就還是即使工程機(jī)械電子設(shè)備具有兩個非常關(guān)鍵的特點(diǎn)，它是單動力源多執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是只有兩個泵源，但有一大堆的執(zhí)行器，這樣的控制系統(tǒng)天生效率低，至今沒有好辦法。有許多好的控制技術(shù)方案都在實(shí)驗(yàn)室里，在市場上并沒有得到應(yīng)用。在電動車化黃金時代，分布式驅(qū)動力取代集中式驅(qū)動力正式成為可能，現(xiàn)在看來，分布式電液動力控制系統(tǒng)一定會正式成為今后電腦的兩個主要就方向。
狹義分布式電液控制控制系統(tǒng)有幾種構(gòu)型（見圖4），其中分布式動力有點(diǎn)類似他們非常熟悉的EHA——靜電液控制系統(tǒng)，它是真正的分布式，它如果是效率最高的一種類型?，F(xiàn)階段在各行各業(yè)，特別在非高架道路終端電腦上，他們都在進(jìn)行許多實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的構(gòu)建。這個控制技術(shù)本身非常古老，五六十年前就出現(xiàn)在美國人的許多戰(zhàn)斗機(jī)上?，F(xiàn)在航空航天應(yīng)用領(lǐng)域，很多企業(yè)都做這方面的科學(xué)研究，相對來說比較成熟。即使比較成熟，它面臨的考驗(yàn)也是比較大的。其實(shí)EHA的核心是油壓泵，而至今為止，他們油壓泵的設(shè)計(jì)是不考慮變輸出功率的，即使從前的源動力，無論是電動車機(jī)還是蒸汽機(jī)，它幾乎是不調(diào)速的。因此泵所有的設(shè)計(jì)都是針對固定工況、額定輸出功率的，輸出功率一變化，設(shè)計(jì)就變得非常復(fù)雜了。
圖4 狹義分布式電液控制控制系統(tǒng)的三種形式
那么這種EHA對泵的明確要求是什么樣的？
●寬輸出功率范圍。為什么這么說呢？即使現(xiàn)代調(diào)速電動車機(jī)從零輸出功率一直到額定輸出功率，都能保持100%以內(nèi)的輸出功率，但現(xiàn)有油壓泵都無法在寬輸出功率范圍內(nèi)工作，他們現(xiàn)有的商用泵最低輸出功率基本到500～600rpm就下不去了，低輸出功率效率很低甚至無法工作。當(dāng)然也有低速（每分鐘幾十轉(zhuǎn)）的泵，那都是特殊設(shè)計(jì)的，是個小眾市場。
●四象限工作。他們現(xiàn)有的泵很那難四象限工作，當(dāng)然有許多像A4VG這樣的泵，但是它也不完全是為變輸出功率準(zhǔn)備的，所以今后明確要求油壓泵一定要具備四象限工作的能力。
●更高的輸出功率。為什么要高輸出功率呢？其實(shí)不是泵需要高輸出功率，是即使電動車機(jī)要高輸出功率。如果電動車機(jī)輸出功率不高，它的功率密度比指標(biāo)就比較低。所以在終端機(jī)械電子設(shè)備上，如果電動車機(jī)要想跟油壓馬達(dá)競爭的話，電動車機(jī)一定要在20000～30000rpm以內(nèi)。既然電動車機(jī)要高速路，那泵也只能高速路。所以輸出功率20000rpm以內(nèi)的泵如果是今后油壓泵最小的兩個控制技術(shù)態(tài)勢和變化。
從設(shè)計(jì)的角度來說，他們面臨的考驗(yàn)是什么呢？首先，在寬輸出功率范圍，泵該怎么設(shè)計(jì)；第二，四象限工作的泵馬達(dá)，在所有工況下要兼顧高效率高性能，現(xiàn)階段也不太會設(shè)計(jì)，一般來說泵工況很優(yōu)秀，馬達(dá)工況指標(biāo)就比較差；第三，這么高的輸出功率，無論軸承、軸系、還是吸排油特性等都發(fā)生了很多關(guān)鍵的變化。
現(xiàn)狀
現(xiàn)階段在輕工業(yè)界，市場上的一般通用油壓泵輸出功率都在2000rpm以下；工程機(jī)械電子設(shè)備蒸汽機(jī)驅(qū)動力的泵馬達(dá)在2100～2300rpm；航空航天應(yīng)用領(lǐng)域比較特殊，它有10000rpm以內(nèi)的泵，比較小眾，馬達(dá)也是一樣。
對高輸出功率泵來說，最關(guān)鍵的是吸油，怎么把油吸上來。為什么在航空航天應(yīng)用領(lǐng)域沒有問題，即使它是吸入口增壓的，而在民用應(yīng)用領(lǐng)域，一般不考慮不增壓，大多數(shù)需要自吸。如果是只靠自吸達(dá)到20000rpm，到現(xiàn)階段為止還沒有可能，都需要采取許多輔助升壓的措施。
不管怎么說，電動車化黃金時代對油壓泵最關(guān)鍵的兩大考驗(yàn)是大范圍變速和四象限工作能力。
結(jié)構(gòu)型式
對輕工業(yè)界來說，什么種類的泵能適應(yīng)高速路化和變速化呢？從原理上看，所有的油壓泵都能做到，但要考慮成本、壓力等級、簡便化、零件數(shù)量、噪音、外形尺寸等等。
能說，現(xiàn)階段齒輪泵是最受追捧的。在10000rpm、20000rpm以內(nèi)，齒輪泵表現(xiàn)出很好的特性，而且它便宜、結(jié)實(shí)可靠。所以在航發(fā)蒸汽機(jī)的燃油控制系統(tǒng)，齒輪泵用的很多，基本都在高輸出功率運(yùn)行，當(dāng)然它主要就用于輸送，不用于控制?，F(xiàn)階段非主流的齒輪泵馬達(dá)商品中內(nèi)嚙合馬達(dá)輸出功率可達(dá)10000rpm，所以齒輪泵齒輪馬達(dá)如果是今后變輸出功率油壓非常關(guān)鍵的兩個選擇。這主要就跟它的摩擦副有關(guān)，它的摩擦副特性非常好，非常適合于快速的啟停和變化，即使它結(jié)構(gòu)簡單。如果是柱塞泵，結(jié)構(gòu)太復(fù)雜了，它是兩個復(fù)雜的串并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如果它頻繁正反轉(zhuǎn)，對設(shè)計(jì)與制造是個很大的考驗(yàn)。
葉片泵也亦然常好的一種適合高輸出功率的油壓泵，早期美國軍方科學(xué)研究過多種葉片泵形式，有的可達(dá)15000rpm左右，后來即使各種原因沒有商業(yè)化了。不管怎么樣，葉片機(jī)械電子設(shè)備的摩擦副特性也比較好，所以它也比較適合今后變輸出功率的明確要求。另外葉片泵的低速保壓能力比較強(qiáng)，比如說在30rpm的時候，它依然比較容易保持住壓力。在其他泵中，要達(dá)到這一點(diǎn)，必須有額外的、昂貴的設(shè)計(jì)。
柱塞泵是現(xiàn)階段高壓控制系統(tǒng)的的主要就形式，即使在高壓場合他們必須采用它，分徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩類。其實(shí)徑向柱塞泵到現(xiàn)在為止都亦然常小眾的品種，在市場上沒幾家做，現(xiàn)階段也沒有高輸出功率的商品。但在上世紀(jì)七、八十年代，美國科學(xué)研究了幾種特殊結(jié)構(gòu)的徑向柱塞泵，當(dāng)時的輸出功率都可達(dá)10000rpm、20000rpm，那些泵都有非常好的性能，但最終沒有出現(xiàn)在市場上。因此高速路徑向柱塞泵從原理上講沒有問題，即使它的尺寸、重量、效率還有其他許多指標(biāo)都非常好。
另外還有一種軸向柱塞泵比較小眾，這種柱塞泵是旋轉(zhuǎn)配流盤的。這種泵很少有人生產(chǎn)，全世界可能也就一、二家，但這種泵有兩個天生的優(yōu)勢，即使它缸體不動，所以很容易配流，而且它一般采用閥配流，現(xiàn)在配流數(shù)字化的科學(xué)研究也不少，所以如果配流閥采用連續(xù)控制的電磁閥，它的配流就能根據(jù)工況來智能化調(diào)整，理論上泵的性能可顯著提升。這種泵在哪些應(yīng)用領(lǐng)域有應(yīng)用呢？早期美國航空航天科學(xué)研究機(jī)構(gòu)把這種泵做到10000rpm、20000rpm沒問題，而且它效率高，即使它的配流是閥配流。現(xiàn)階段這種泵在低速下的特性很受重視。他們浙大科學(xué)研究的旋轉(zhuǎn)斜盤的特種泵，主要就是給排水等應(yīng)用領(lǐng)域，它很容易做成超高壓，這跟它的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。另外在高速路泵方面他們浙江大學(xué)在超高速路泵上做了三代樣機(jī)，最后一代樣機(jī)的指標(biāo)是16000rpm，35MPa，這是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，還沒到商品這個級別。它有許多比較特殊的設(shè)計(jì)，主要就為了適應(yīng)高速路，比如說說滑靴結(jié)構(gòu)很獨(dú)特，滑靴本身有公轉(zhuǎn)、有自轉(zhuǎn)，但它沒有相對于斜盤的相對輸出功率，它卡在盤子上，盤子質(zhì)量也比較大，所以它的旋轉(zhuǎn)很穩(wěn)定，這種泵的效率非常高。
設(shè)計(jì)方法
如何設(shè)計(jì)那些油壓泵？結(jié)構(gòu)發(fā)明是核心，但是有價值的發(fā)明創(chuàng)造難度太大，大部份工程師是很難有發(fā)明創(chuàng)造的，他們更普遍的工作是在現(xiàn)有的商品基礎(chǔ)上優(yōu)化，這也亦然常有價值的工作。優(yōu)化要有工具和手段，現(xiàn)階段先進(jìn)的解析仿真手段非常多。在軸向柱塞泵這個應(yīng)用領(lǐng)域，經(jīng)過幾十年海內(nèi)外學(xué)者專家的努力，在先進(jìn)的解析工具方面有很多創(chuàng)新，從模型角度來說，經(jīng)過60年的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，現(xiàn)在那些模型已經(jīng)比較準(zhǔn)確了。那些模型大致可歸為三類：物理流量損失模型、解析流量損失模型、數(shù)字流量分析模型，現(xiàn)在最準(zhǔn)確的模型是數(shù)字流量損失模型，這個模型沒有物理象征意義，它由幾十個多項(xiàng)式組成，那些多項(xiàng)式的取值、系數(shù)是根據(jù)辨識和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得來的。這個模型在學(xué)術(shù)界不怎么受歡迎，但是在輕工業(yè)界，它是所有模型中最準(zhǔn)的，因此它具有實(shí)用價值。在學(xué)術(shù)界，他們更關(guān)心物理建模、解析建模。數(shù)字模型如果準(zhǔn)了，它的象征意義更大，即使它比較直觀，而且跟元件的物理本質(zhì)是相關(guān)的，它有利于工程師理解和今后的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，各有各的好處。
在輕工業(yè)界，現(xiàn)階段有許多小型的專用軟件獲得了應(yīng)用，那些軟件不是商用的。比如說說在配流盤設(shè)計(jì)上有專門的軟件。為什么要這么做？如果把泵看作兩個剛性物體，你無需先進(jìn)的解析手段，但是現(xiàn)代商品進(jìn)入到了精細(xì)化設(shè)計(jì)階段，柱塞泵摩擦副的核心體現(xiàn)在微觀層面（微米級的摩擦界面），界面的油膜與固體邊界結(jié)構(gòu)變形的耦合，決定了柱塞泵的性能、可靠性、壽命，結(jié)構(gòu)變形的信息也都是反映在油膜上。所以如果沒有先進(jìn)的計(jì)算和數(shù)字解析軟件工具，就無法分析和理解摩擦副油膜的物理場信息，也就無法優(yōu)化設(shè)計(jì)摩擦副結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代柱塞泵商品的摩擦副結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)生了許多變化，比如說說柱塞副，傳統(tǒng)都是圓柱副，現(xiàn)在他們能設(shè)計(jì)各種非圓柱的摩擦副結(jié)構(gòu)，通過先進(jìn)的數(shù)值分析與解析工具，對那些結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。否則就只能靠反復(fù)地試驗(yàn)，這樣成本就太高了。
測試控制技術(shù)
這里討論的測試不是油壓泵宏觀參數(shù)的測試，而是摩擦副的界面油膜的物理參數(shù)測試，這樣的測試難度非常大。我給他們介紹一下高速路泵的測試。浙江大學(xué)科學(xué)研究高速路泵的測試方案中，有兩個很關(guān)鍵的測試項(xiàng)目：攪拌損失。一般來說2000rpm以下的油壓泵不需要考慮這個問題，但是到了10000rpm以內(nèi)，這個攪拌損失就會變得非常關(guān)鍵，攪拌損失會達(dá)到總損失的10%～20%，嚴(yán)重影響泵的效率。近年來他們做了不少富有價值的工作。首先是怎么測量它，另外如何分析它。柱塞泵攪拌損失是缸體引起的還是柱塞引起？一般都認(rèn)為柱塞如果攪拌得更厲害，但實(shí)際上缸體是攪拌損失的最小的產(chǎn)生源（見圖5），他們有個非常好的測試裝置，比較準(zhǔn)確地測試了攪拌損失。那么如何抑制它呢？有各種各樣的方法，但最實(shí)用的方法是在缸體表面加兩個嵌入式的罩結(jié)構(gòu)，他們給這種方法起了個名字，叫規(guī)整流場。為什么缸體會產(chǎn)生這么大的損失呢？即使其界面流場發(fā)生了很大的變化，如果他們把流場規(guī)整了，那么這個損失會顯著地下降。他們在缸體上設(shè)計(jì)的兩個整流罩，損失就降低得非常明顯，另外通過缸體表面涂層降低摩擦系數(shù)，可獲得寬輸出功率范圍的綜合效果。
圖5 旋轉(zhuǎn)組件攪拌損失與輸出功率的映射規(guī)律
摩擦副油膜微觀參數(shù)的測試電子設(shè)備比較昂貴，而且設(shè)計(jì)與分析非常困難。浙江大學(xué)一直從事油壓泵摩擦副的微米級油膜的測試科學(xué)研究，給航空航天企業(yè)做泵馬達(dá)研發(fā)的時候用，他們提供許多測試油膜的電子設(shè)備?，F(xiàn)階段這種測試電子設(shè)備大部份以擬實(shí)為主，不是真實(shí)的工況，但總比模擬的好，這樣可面向輕工業(yè)界的工程師采用，大部份的實(shí)驗(yàn)比較簡單，可降低成本。以兩個滑靴副和柱塞副為例，他們能測滑靴副的摩擦力，以及這個滑靴副三個自由度的位置和運(yùn)動；還能測柱塞副的摩擦力，可支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。另外他們也測試滑靴的摩擦副，滑靴的摩擦副界面參數(shù)測量是比較難的一件事，到現(xiàn)在為止，他們依然不能準(zhǔn)確的知道滑靴自轉(zhuǎn)的變化規(guī)律，他們現(xiàn)階段有一套實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)得更精密更精巧，與國外同類裝置較之，他們測量的參數(shù)范圍和數(shù)量更多。
另外是測配流副，他們認(rèn)為配流副比較簡單，即使配流盤是不動的，那么在端蓋上加三個微小位移傳感器就行，但這種方法難以反映柱塞泵缸體的多自由運(yùn)動狀態(tài)。最近他們提出了一種方法，基本思路是：柱塞泵缸體的驅(qū)動力軸是時變的反復(fù)撓曲運(yùn)動形式，那么缸體的位姿就直接映射配流副的傾覆狀態(tài)，他們在缸體每隔120°安裝兩個電渦流傳感器，這樣能真實(shí)地測量缸體的位姿變化，與測量配流盤與缸體之間的夾角的方案較之，新方法明顯更直觀，測量的數(shù)據(jù)可反映缸體配流副的信息更多。
結(jié)論
現(xiàn)階段非高架道路終端電腦的電動車化應(yīng)用領(lǐng)域，輕工業(yè)界主要就考慮電動車機(jī)取代蒸汽機(jī)，關(guān)心電池/電容等新增部件和控制系統(tǒng)，不怎么考慮油壓元件與控制系統(tǒng)的變化。最近幾年，油壓控制系統(tǒng)的新構(gòu)型出來很多，充分利用了電動車機(jī)的四象限工作能力，另外它很容易回收能量，這時候蓄能器變得很關(guān)鍵了。作為油壓儲能元件，油壓蓄能器存在許多控制技術(shù)的瓶頸，所以現(xiàn)在蓄能器科學(xué)研究很關(guān)鍵的兩個領(lǐng)漲板塊是如何提高能量密度以及輕量化。
在非高架道路終端電腦應(yīng)用領(lǐng)域，電動車機(jī)取代蒸汽機(jī)還有很長的高架道路要走，現(xiàn)階段電動車機(jī)械電子設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍難以象油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)那樣適應(yīng)惡劣工況和環(huán)境，輕工業(yè)界考慮的是在惡劣工況下成本、性能的折中，如果不考慮這一點(diǎn)，再好的控制技術(shù)也應(yīng)用不到實(shí)踐中。
