图6 系统基本控制策略

有了这种方案以后，我们就建立了分离式方案试验台（见图7），对它的速度控制特性和位置控制特性都做了试验测试。这分别是速度、扭距、位置曲线，效果还是比较理想。

图7 分离式方案测试台

这个是我们在做试验的一个视频，下面分别是速度控制特性、位置控制特性、速度位置复合控制特性，可以看出来，我们完全可以达到或者实现电传动和液压传动所相同的功能。这种速度和位置控制在液压系统里面是很难实现的，这个直线执行器可以很方便地实现（见图8）。

图8 直线执行器有良好的速度和位置控制特性

我们也对不同的负载特性做了测试（见图9），最左边的是一个静态的测试，红色曲线是突然加载，加载以后，我们看液压缸的位移，它的变化情况和纯液压系统液压缸的位移其实是一样的，在动态过程中有一个超调，在这个图的曲线中，压力很快就把负载平衡掉，执行器很快就恢复到原有的定位位置。下面这个图可以看出，定位误差只有±0.1mm，其实控制精度经过补偿还可以进一步做得更高。从力的关系也可以看得出来，液压系统的输出力要比电机械传动输出的力大5倍多，这也实现了用液压系统的高输出力密度来代替电机传动，提高整个装置功重比的目标。

 图9 不同负载下的特性测试

这个是我们做的电液混合驱动与传统阀控系统的对比（见图10），相同负载工况下，测试它们的运行特性。上面是一个阀控系统的曲线，下面是电液混合驱动的曲线，从整个系统的输出能效和力的平衡关系可以看得出来：液压系统完全靠液压泵的输出压力和节流损失来匹配负载；而电液混合驱动，不管是超越负载还是阻抗负载，这个负载完全和负载力。相适应相匹配，压力损失更小。

图10 电液混合驱动与传统阀控系统的对比

我们做了一个对比，在轻载工况下，混合系统总能耗基本上只有阀控系统总能耗的1/3，峰值功率也大大降低，从7.7kW降低到了3.6kW；节流损失从13.1kJ降低到3.35kJ，降了3/4。在阻抗负债工况时，执行器是第一和第三象限的运动，在超越负载工况时，执行器是第二和第四象限的运动，就是不管在哪个象限工作，相对于纯粹的液压系统，总的能耗、节流损失和峰值功率都有大幅度的减少。

电液混驱系统应用研究

前面是在试验台上对这个方案做的一个研究，进一步我们希望把它用到一个真正的机器上，看看它的效果能否和预期的一样，于是就把它用在我们所里一台小型挖掘机上。首先用到动臂上，这是传统的采用电气方式回收挖掘机动臂势能的回路原理（见图11），可以看出整个传动链能量经过五次转换，能效其实是很低的，整个势能的利用率都不到35%。

这是我们的样机测试过程（见图14），在举升下放测试中，其平稳性大大优于液压独立控制失稳挖掘机，现在挖掘机会颤很多次，电液混合控制工作装置会很平稳地停下来。还专门做了冲击试验，测试中铲斗下方放置一个大的水泥块儿，举起工作之后使其快速下放，铲斗直接砸在水泥块上，这时机器工作也是没有问题的，这就充分证明了我们所提出的方案是能够在这种比较大的冲击和振动工况下使用。