变转速按需控制 —— 以转向系统为例的节能方案

能源效率正成为日益重要的议题，尤其对于液压系统而言。液压系统供应商正致力于研发智能解决方案，以提升其系统效率。采用与驱动系统相适配的运行策略，其重要性也在不断提升。贺德克（HYDAC）以静液压转向系统为例，阐述了此类方案的实现路径。

随着移动机械电气化程度的不断提高，液压驱动技术面临着新的挑战，同时行业对高效、紧凑且低噪音的驱动单元需求迫切。与传统机械相比，电池可提供的能量更为有限。与此同时，机械内部的安装空间和采购成本限制了电池尺寸，进而影响了可用能量总量。单次充电续航里程也是电动移动机械制造商的重要竞争亮点。因此，电液驱动单元的节能型尺寸设计成为研发过程的核心重点。提升液压驱动单元效率的途径多种多样，包括：采用高效能单体组件、将运行工况点调整至驱动单元的更高效工作区间、以及采用高效的驱动运行策略。

驱动理念与运行策略的结合

对于那些需按需提供高峰值功率，但大部分时间仅需低至中等性能的系统而言，其能效提升潜力尤为显著。因此，需采用适配的驱动理念，并结合相应的运行策略。此类负载的典型案例之一，便是为静液压转向系统提供转向助力能量。其核心挑战在于实现能量的动态供给 —— 基于需求的供给方式不得对驾驶员的转向操作手感造成任何可感知的差异。无论是否电气化，驱动技术的安装空间始终是一项限制因素。

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移动应用的变转速动力单元

针对移动机械的特殊需求，贺德克（HYDAC）研发了 HYDAC EcoPack—— 一款模块化动力单元系统。该产品的研发融合了工程师们在电动叉车、高空作业平台及移动液压领域多年积累的经验。HYDAC EcoPack 是一款可根据客户需求及应用场景灵活适配的液压动力单元模块化系统，其供电电压覆盖：低压范围 24-96V，当前高压范围最高可达 400V，未来计划拓展至 800V。

EcoPack 采用永磁同步电机，兼具高功率密度与高能效特性。根据应用场景不同，客户可选择空冷或水冷式电机，功率范围约为 3-30kW。该模块化系统涵盖多种泵体设计 —— 包括静音或超静音型外啮合齿轮泵（最高压力 250bar），以及内啮合齿轮泵（最高压力 320bar），并提供单泵、双泵或三泵配置选项。借助泵体的应用针对性尺寸设计，多泵配置可实现对不同负载压力等级的精准分配，例如避免系统中的节流损失。为满足日益严格的噪音标准，EcoPack 模块化系统还集成了降噪优化型泵体。

驱动单元的变转速特性，使得定量泵也能实现对负载的按需供给 —— 仅向负载提供实际所需的液压能量。该系统的核心原理是利用泵的流量与驱动转速成正比的特性：通过转速控制器即可实现按需供给，电液单元根据控制信号（如操纵杆信号）按比例调节转速；若无此类信号，可通过闭环控制回路实现按需供给，例如借助负载的负载感应（LS）信号向电液动力单元反馈需求。

基于需求的电液供给

在移动机械节能驱动解决方案的研发背景下，贺德克（HYDAC）在预研发阶段以静液压转向系统为例，开展了变转速按需供给技术的研究。静液压转向系统广泛应用于各类机械，从农业机械到轮式装载机、伸缩臂叉装车等。转向系统的转向助力能量供给是机械中的持续性负载，且对动态响应特性要求较高。若供给的动态响应不足，驾驶员会突然面临转向阻力增大的问题 —— 这是由于液压供给的转向助力失效所致，出于操作舒适性考虑，此类情况必须避免。

贺德克（HYDAC）针对静液压转向系统的特定负载谱，专门研发了一套驱动理念。对该负载谱的分析表明，无论是道路行驶还是转向密集型作业，系统在大部分时间内的流量需求均处于较低水平。为此，研发团队设计了双泵驱动理念，以高效方式满足待机工况需求。该双泵单元中，大泵级可根据流量需求通过电子方式切换至卸荷回路；通过大泵级的启停控制，有效排量可在最小与最大之间分级调节，功能类似变量泵。当流量需求较高时，可利用驱动单元的变转速特性，调节供给流量以匹配负载需求。需求反馈完全通过负载的液压 LS 信号实现 —— 对于静液压转向系统而言，此处的负载即为转向器（orbitrol）。动力单元的基于需求的开环与闭环控制通过贺德克（HYDAC）控制器的内置回路实现。该动力单元的电压等级为 48V，最大流量 30 升 / 分钟，最高压力 180 巴。研发过程中采用了 EcoPack 模块化系统的组件，因此该动力单元可扩展至其他功率范围。

测试机械的实践经验

研发团队在一台功率约 55 千瓦、重量约 3.75 吨的拖拉机上，对转向系统的基于需求电液供给方案进行了测试，重点测量了动态响应、驾驶体验及节能效果。该测试机械经过改装，可在传统供给方式（柴油机驱动定量泵）与基于需求的电液供给方式之间切换，并通过集成传感器测量两种供给系统的液压功率。通过实测试验，明确了该方案的机械能效提升潜力。

在模拟 “转向密集型作业” 负载谱的测试中，与传统供给方式相比，液压能耗降低了 65%；而在道路行驶场景下，节能效果高达 79%。测试过程中，该动力单元表现出极低的噪音。值得特别强调的是，驾驶员未感知到转向操作手感的任何差异。

目前，贺德克（HYDAC）正在开展该技术向更高功率等级的扩展研究，未来有望实现机械中其他应用场景和功能的适配，例如工作液压系统的供给。

参考资料from：HYDAC、O+P；