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態勢與考驗，分五個部份。

驅動力力與控制技術考驗

純電動車化黃金時代對輕工業油壓來說象征意義并不大，即使它原本用的是電動車機。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（主要就包括建設項目工程施工機械電子設備、農機、林業機械電子設備、輕工業工程車等）。非高架道路終端電腦是油壓商品最小的采用者，也是油壓控制技術產業發展最小的驅動力力，較之輕工業油壓，終端油壓商品的許多關鍵控制MA明確要求更高。現階段海內外雙碳經濟政策與節能環保法律法規等快速了蒸汽機黃金時代向電動車機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用領域，從前在輕工業電子設備中所采用的油壓控制技術，特別是變輸出功率的油壓控制技術會正式成為非主流（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（現階段也是油壓應用領域的兩個科學研究領漲板塊）。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，現階段油壓依然是此類電腦人最關鍵的驅動力控制系統。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，叫康復機械電子設備也好，實際上你別看它很小，到現在為止油壓也是外骨骼設計工程師最關鍵的驅動力與傳動選擇，其他傳動形式在功率密度比指標上比較差。在假肢外骨骼這個方向，其實市場是蠻大的。在國際學術會議以及輕工業界控制技術會議上，關于外骨骼、康復電腦里面的緊湊型油壓傳動科學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用

現階段許多非高架道路終端電腦開始采用電動車機作為原動機，現階段還僅僅是蒸汽機的簡單替代，油壓元件與 控制系統幾乎沒有改變，只是蒸汽機替換成電動車機，這種控制技術變化相對較小的方案容易很快進入市場。但存在兩個最小的問題，它沒有充分利用電動車機的控制技術優勢，現代電動車機比蒸汽機最小的優勢是輸出功率-力矩特性非常好，能夠四象限連續工作，這個特性其實給油壓控制技術帶來很多機遇。即使蒸汽機高效區窄以及動態響應差，所以很多創新的油壓控制系統原理構型無法在蒸汽機黃金時代應用，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構型會有很多創新和變化。

他們舉個例子，油壓傳動控制系統大概分為四大類（見圖3）。其中閉式泵控控制系統效率最高，泵控控制系統電動車機能不調速，當然也能調速。今后調速電機肯定是要取代不調速電機、變量泵這種控制系統，即使它有更多的優點。現在看來，電機調速的泵控控制系統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，它的效率要比現在的泵控控制系統高很多。

圖3 油壓傳動控制系統的基本構型級理論效率

為什么說電動車化中分布式的動力機構這么關鍵？主要就還是即使工程機械電子設備具有兩個非常關鍵的特點，它是單動力源多執行機構，是只有兩個泵源，但有一大堆的執行器，這樣的控制系統天生效率低，至今沒有好辦法。有許多好的控制技術方案都在實驗室里，在市場上并沒有得到應用。在電動車化黃金時代，分布式驅動力取代集中式驅動力正式成為可能，現在看來，分布式電液動力控制系統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有幾種構型（見圖4），其中分布式動力有點類似他們非常熟悉的EHA——靜電液控制系統，它是真正的分布式，它如果是效率最高的一種類型。現階段在各行各業，特別在非高架道路終端電腦上，他們都在進行許多實驗樣機的構建。這個控制技術本身非常古老，五六十年前就出現在美國人的許多戰斗機上。現在航空航天應用領域，很多企業都做這方面的科學研究，相對來說比較成熟。即使比較成熟，它面臨的考驗也是比較大的。其實EHA的核心是油壓泵，而至今為止，他們油壓泵的設計是不考慮變輸出功率的，即使從前的源動力，無論是電動車機還是蒸汽機，它幾乎是不調速的。因此泵所有的設計都是針對固定工況、額定輸出功率的，輸出功率一變化，設計就變得非常復雜了。

圖4 狹義分布式電液控制控制系統的三種形式

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？即使現代調速電動車機從零輸出功率一直到額定輸出功率，都能保持100%以內的輸出功率，但現有油壓泵都無法在寬輸出功率范圍內工作，他們現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。當然也有低速（每分鐘幾十轉）的泵，那都是特殊設計的，是個小眾市場。

●四象限工作。他們現有的泵很那難四象限工作，當然有許多像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？其實不是泵需要高輸出功率，是即使電動車機要高輸出功率。如果電動車機輸出功率不高，它的功率密度比指標就比較低。所以在終端機械電子設備上，如果電動車機要想跟油壓馬達競爭的話，電動車機一定要在20000～30000rpm以內。既然電動車機要高速路，那泵也只能高速路。所以輸出功率20000rpm以內的泵如果是今后油壓泵最小的兩個控制技術態勢和變化。

從設計的角度來說，他們面臨的考驗是什么呢？首先，在寬輸出功率范圍，泵該怎么設計；第二，四象限工作的泵馬達，在所有工況下要兼顧高效率高性能，現階段也不太會設計，一般來說泵工況很優秀，馬達工況指標就比較差；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生了很多關鍵的變化。

現狀

現階段在輕工業界，市場上的一般通用油壓泵輸出功率都在2000rpm以下；工程機械電子設備蒸汽機驅動力的泵馬達在2100～2300rpm；航空航天應用領域比較特殊，它有10000rpm以內的泵，比較小眾，馬達也是一樣。

對高輸出功率泵來說，最關鍵的是吸油，怎么把油吸上來。為什么在航空航天應用領域沒有問題，即使它是吸入口增壓的，而在民用應用領域，一般不考慮不增壓，大多數需要自吸。如果是只靠自吸達到20000rpm，到現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鍵的兩大考驗是大范圍變速和四象限工作能力。

結構型式

對輕工業界來說，什么種類的泵能適應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、零件數量、噪音、外形尺寸等等。

能說，現階段齒輪泵是最受追捧的。在10000rpm、20000rpm以內，齒輪泵表現出很好的特性，而且它便宜、結實可靠。所以在航發蒸汽機的燃油控制系統，齒輪泵用的很多，基本都在高輸出功率運行，當然它主要就用于輸送，不用于控制。現階段非主流的齒輪泵馬達商品中內嚙合馬達輸出功率可達10000rpm，所以齒輪泵齒輪馬達如果是今后變輸出功率油壓非常關鍵的兩個選擇。這主要就跟它的摩擦副有關，它的摩擦副特性非常好，非常適合于快速的啟停和變化，即使它結構簡單。如果是柱塞泵，結構太復雜了，它是兩個復雜的串并聯機構，如果它頻繁正反轉，對設計與制造是個很大的考驗。

葉片泵也亦然常好的一種適合高輸出功率的油壓泵，早期美國軍方科學研究過多種葉片泵形式，有的可達15000rpm左右，后來即使各種原因沒有商業化了。不管怎么樣，葉片機械電子設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，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，要達到這一點，必須有額外的、昂貴的設計。

柱塞泵是現階段高壓控制系統的的主要就形式，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。其實徑向柱塞泵到現在為止都亦然常小眾的品種，在市場上沒幾家做，現階段也沒有高輸出功率的商品。但在上世紀七、八十年代，美國科學研究了幾種特殊結構的徑向柱塞泵，當時的輸出功率都可達10000rpm、20000rpm，那些泵都有非常好的性能，但最終沒有出現在市場上。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，這種柱塞泵是旋轉配流盤的。這種泵很少有人生產，全世界可能也就一、二家，但這種泵有兩個天生的優勢，即使它缸體不動，所以很容易配流，而且它一般采用閥配流，現在配流數字化的科學研究也不少，所以如果配流閥采用連續控制的電磁閥，它的配流就能根據工況來智能化調整，理論上泵的性能可顯著提升。這種泵在哪些應用領域有應用呢？早期美國航空航天科學研究機構把這種泵做到10000rpm、20000rpm沒問題，而且它效率高，即使它的配流是閥配流。現階段這種泵在低速下的特性很受重視。他們浙大科學研究的旋轉斜盤的特種泵，主要就是給排水等應用領域，它很容易做成超高壓，這跟它的結構型式有關。另外在高速路泵方面他們浙江大學在超高速路泵上做了三代樣機，最后一代樣機的指標是16000rpm，35MPa，這是實驗室數據，還沒到商品這個級別。它有許多比較特殊的設計，主要就為了適應高速路，比如說說滑靴結構很獨特，滑靴本身有公轉、有自轉，但它沒有相對于斜盤的相對輸出功率，它卡在盤子上，盤子質量也比較大，所以它的旋轉很穩定，這種泵的效率非常高。

設計方法

如何設計那些油壓泵？結構發明是核心，但是有價值的發明創造難度太大，大部份工程師是很難有發明創造的，他們更普遍的工作是在現有的商品基礎上優化，這也亦然常有價值的工作。優化要有工具和手段，現階段先進的解析仿真手段非常多。在軸向柱塞泵這個應用領域，經過幾十年海內外學者專家的努力，在先進的解析工具方面有很多創新，從模型角度來說，經過60年的產業發展，現在那些模型已經比較準確了。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、數字流量分析模型，現在最準確的模型是數字流量損失模型，這個模型沒有物理象征意義，它由幾十個多項式組成，那些多項式的取值、系數是根據辨識和實驗數據得來的。這個模型在學術界不怎么受歡迎，但是在輕工業界，它是所有模型中最準的，因此它具有實用價值。在學術界，他們更關心物理建模、解析建模。數字模型如果準了，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是相關的，它有利于工程師理解和今后的創新設計，各有各的好處。

在輕工業界，現階段有許多小型的專用軟件獲得了應用，那些軟件不是商用的。比如說說在配流盤設計上有專門的軟件。為什么要這么做？如果把泵看作兩個剛性物體，你無需先進的解析手段，但是現代商品進入到了精細化設計階段，柱塞泵摩擦副的核心體現在微觀層面（微米級的摩擦界面），界面的油膜與固體邊界結構變形的耦合，決定了柱塞泵的性能、可靠性、壽命，結構變形的信息也都是反映在油膜上。所以如果沒有先進的計算和數字解析軟件工具，就無法分析和理解摩擦副油膜的物理場信息，也就無法優化設計摩擦副結構。現代柱塞泵商品的摩擦副結構設計已經發生了許多變化，比如說說柱塞副，傳統都是圓柱副，現在他們能設計各種非圓柱的摩擦副結構，通過先進的數值分析與解析工具，對那些結構進行優化設計。否則就只能靠反復地試驗，這樣成本就太高了。

測試控制技術

這里討論的測試不是油壓泵宏觀參數的測試，而是摩擦副的界面油膜的物理參數測試，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。浙江大學科學研究高速路泵的測試方案中，有兩個很關鍵的測試項目：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，這個攪拌損失就會變得非常關鍵，攪拌損失會達到總損失的10%～20%，嚴重影響泵的效率。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？一般都認為柱塞如果攪拌得更厲害，但實際上缸體是攪拌損失的最小的產生源（見圖5），他們有個非常好的測試裝置，比較準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，但最實用的方法是在缸體表面加兩個嵌入式的罩結構，他們給這種方法起了個名字，叫規整流場。為什么缸體會產生這么大的損失呢？即使其界面流場發生了很大的變化，如果他們把流場規整了，那么這個損失會顯著地下降。他們在缸體上設計的兩個整流罩，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，可獲得寬輸出功率范圍的綜合效果。

圖5 旋轉組件攪拌損失與輸出功率的映射規律

摩擦副油膜微觀參數的測試電子設備比較昂貴，而且設計與分析非常困難。浙江大學一直從事油壓泵摩擦副的微米級油膜的測試科學研究，給航空航天企業做泵馬達研發的時候用，他們提供許多測試油膜的電子設備。現階段這種測試電子設備大部份以擬實為主，不是真實的工況，但總比模擬的好，這樣可面向輕工業界的工程師采用，大部份的實驗比較簡單，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動；還能測柱塞副的摩擦力，可支撐結構的優化設計。另外他們也測試滑靴的摩擦副，滑靴的摩擦副界面參數測量是比較難的一件事，到現在為止，他們依然不能準確的知道滑靴自轉的變化規律，他們現階段有一套實驗裝置，設計得更精密更精巧，與國外同類裝置較之，他們測量的參數范圍和數量更多。

另外是測配流副，他們認為配流副比較簡單，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動狀態。最近他們提出了一種方法，基本思路是：柱塞泵缸體的驅動力軸是時變的反復撓曲運動形式，那么缸體的位姿就直接映射配流副的傾覆狀態，他們在缸體每隔120°安裝兩個電渦流傳感器，這樣能真實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，測量的數據可反映缸體配流副的信息更多。

結論

現階段非高架道路終端電腦的電動車化應用領域，輕工業界主要就考慮電動車機取代蒸汽機，關心電池/電容等新增部件和控制系統，不怎么考慮油壓元件與控制系統的變化。最近幾年，油壓控制系統的新構型出來很多，充分利用了電動車機的四象限工作能力，另外它很容易回收能量，這時候蓄能器變得很關鍵了。作為油壓儲能元件，油壓蓄能器存在許多控制技術的瓶頸，所以現在蓄能器科學研究很關鍵的兩個領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用領域，電動車機取代蒸汽機還有很長的高架道路要走，現階段電動車機械電子設備執行機構仍難以象油壓執行機構那樣適應惡劣工況和環境，輕工業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，再好的控制技術也應用不到實踐中。