推动能耗降低

Bob Gresham, STLE

摩擦学”这一术语来自希腊语“tribo”，意思是“我摩擦”，用于描述对相互作用的运动表面的研究，包括物理、化学、冶金、材料科学和机械工程等方面。摩擦学如今正被广泛应用于各个领域。

“两个表面接触之处 – 这就是摩擦学者的研究所在，”STLE的Bob Gresham解释说。“现在，我们涉及的研究可能晦涩难懂，就像了解壁虎如何在墙上攀爬而不会跌落，然后使用这些数据来帮助修复和关节置换技术的发展。这是一个真正的多学科领域，人们也在通过协作来努力解决因两个表面之间接触引起的特定问题。

STLE的报告显示摩擦和磨损会损耗设备所有可用能量的33％，并影响产品的可靠性、可维护性、安全性、使用寿命和环境。

先进的技术 - 3D打印和传感器

在汽车行业，据预计，大多数车辆在可预见的未来仍将配备内燃机（ICE）。正如Bob解释的那样，摩擦学正在帮助汽车制造商减少能耗，以进一步提高能效。

"在寻求更轻型车辆的过程中，我们看到像铝一样的材料被用于车身、动力系统和车轮。当这些新材料彼此接触时，其表面发生的摩擦完全不一样，这意味着摩擦学家需要重新评估处理磨损的最佳方式。"

Bob认为3D打印，或添加剂生产，就是一个很好的例子。“使用3D打印制作的零件具有不同的表面结构，其发生磨损的方式可能不同于传统方法生产的相同材料。”

最近，在汽车行业，福特工程师为工作车辆生产了最大的3D金属打印部件

“现在，摩擦学家必须评估是否需要进行处理来改变表面性质（例如，其硬度或孔隙率）、以及是否需要新的润滑油添加剂化学成分，使新的表面发生的磨损可以接受。”

汽车行业的另一个关键增长领域是传感器技术的使用，Bob指出自动驾驶的采用可能会是一个真正的刺激因素。“在美国，自动驾驶汽车的想法正在落地实施。其中一个原因是，如果汽车自动驾驶，那么计算机将会确保尽可能高能效地驾驶车辆 - 将驾驶员的可变性因素完全排除在外。这意味着传感器技术正在迅速发展。除了能够从物理角度检查车辆周围的一切因素外，传感器还可以实时监控机油情况。这一信息使摩擦学家能够更好地理解润滑问题、解决这些问题、并在更短的时间内评估这些问题是否真正得到了解决。”

电动化 - 不确定中的必然

大众媒体吸引眼球的头条新闻暗示我们将很快会驾驶电动汽车（EV）。但是，STLE近期的新兴趋势报告显示，不同区域的车辆电动化应用情况极大依赖于财富、地理位置和基础设施的准备情况。

化石燃料仍将是发展中经济体交通行业的主要能源

在欠发达经济体，如非洲，印度和南美洲，预计人口增长率将会很高，这意味着在未来10到20年内，他们将需要大量能源。谈到交通问题，我认为他们不太会区别对待能源的来源 - 这将是关于什么能源可供应且廉价的问题 - 并会将有限的资本投资于我称之为“异国情调”的基础设施。我预计未来几年化石燃料仍将是交通行业的主要能源，并且重点会放在能够以少量石油就长途运行的高能效内燃机车辆上。"

在亚洲更为富裕的地区，Bob认为情况截然不同。“中国有能力投资充电基础设施，如其能够生产足够的电力来满足自身需求，则其区域内的电动化应用就会相对增加。这意味着北京和上海等大城市将成为纯电动汽车的理想销售场所。另一方面，我认为日本凭借其强大的汽车制造能力，正在寻求其可以销往世界任何地方的技术。混合动力车符合这个要求，因为内燃机和电池的结合意味着其不受地理位置或基础设施的限制。”

“在欧洲，”Bob继续说道，“较小的地理覆盖范围和对燃油经济性的推动有利于电动车销量的增长。我不确定欧洲是否有足够的基础设施、发电和配电能力来支持电动汽车的使用。但多年来，该地区已在使用更小型、更省油的内燃机轿车方面引领世界，按照这种模式，我预计未来电动汽车会是该地区的发展重点。”

在北美，幅员辽阔给电动车带来挑战。“除东海岸和西海岸之外，大多数城镇相距甚远，修建电动车基础设施的想法似乎不大合理,” Bob解释说。“但是，像福特，克莱斯勒和通用汽车这样的公司希望在全球范围内销售汽车，因此从研发的角度，他们在致力于电动车的发展。然而，OEM厂商并未将美国视为电动车技术的主要市场，尽管我预计这些地区的自然增长可以支持电动车的发展。”

未来动力系统的平衡

那么Bob如何看待未来的动力系统发展前景呢？“我认为随着时间的推移，内燃机的使用将在某些领域逐渐减少，而在其他领域则将增多。但是，运输行业如果没有一项革命性的发明，那么离内燃机完全消失还将有很长一段时间。具体的时间难以预测，并且任何预测都不值得大书特写。”

基础设施和电池技术需要资金投入

就影响电动化的真正阻碍而言，除了低人口密度外，Bob认为金钱也是关键因素。“为支持电动车的增长，必须提供某种充电基础设施 - 这包括能够为消耗大量能源的车辆提供足够的电力。这需要对新发电厂进行投资并决定使用何种燃料。因此，带来了巨大的技术和政治障碍 - 特别是因为可再生能源不能产生电动车所需的能量密度，而不在考虑之列时。这是一个可能产生新的摩擦学问题的领域，因为这个世界寻求更少的排放，更多的能量。“

除基础设施之外，Bob认为电池本身也需要投资，他认为目前电池本身太大，太重，不能持续足够长时间或充电速度不够快，并且需要克服毒性和热控制问题。“这些都是通过专门的研究就可以解决的工程问题，但资金在哪里以及需要多长时间？ 据我所知，欧洲比其他地区更加致力于解决这些问题 – 其次可能是中国，之后是美国。” 

“在我看来，尽管需要做很多工作，但没有一个问题会影响关于电动车的整体想法，但在这些问题得到解决之前，我们不会看到电动车被广泛使用。”

润滑油及动力系统电动化

随着车辆电动化的使用越来越多，其润滑问题变得日益复杂，摩擦学家也在努力攻克正在产生的新问题。“混合动力汽车包含一些内燃机变型，并且面临着所有相关的润滑挑战。在我看来，这些问题并非微不足道，特别是当我们继续努力降低发动机摩擦以减少能量损失时。由于发动机被认为每加仑汽油能量的利用率是35％，因此从石油技术的角度来看，提高内燃机效率仍然需要协同努力。“

有一点我还不清楚，即混合动力车是否需要两种不同的润滑系统 - 一种用于电动机，另一种用于内燃机。Bob Gresham, STLE

”纯电动汽车的摩擦磨损大约是内燃机车的一半，但我们仍然必须克服轮胎、制动和其余机械系统（如变速箱）产生的摩擦问题。虽然这意味着仍然存在正常的润滑和磨损问题，但我认为电动车与混动车的不同之处在于润滑油与铜线和各种类型的密封件的兼容性问题。此外，电池存在的一个问题是当其快速放电时如何控制热量 - 因此可能存在润滑油需要承受的一些热传递问题。当然，一个值得关注的问题是润滑油如何在强大的电场和磁场中保持稳定性能。”

电动车和混动车润滑油面对的另一个间接挑战是这些车辆比内燃机车更为安静。因此，驾驶者会对道路噪音和振动会更为敏感 - Bob觉得润滑油行业可以帮助解决这个问题。 “这可以通过抑制振动或引入工程设计技术来实现 – 这需要一系列技术开发。但是，我必须得说这不是一个主要问题，道路上运行的电动车仍相对较少。如果你考虑一下内燃机的发展历史，就会发现嘈杂且烟雾缭绕的福特Model T车型在其销售量达到一定水平前，人们一度认为该款车型很棒。我认为电动车将会有相似的技术演变 - 噪音和振动是问题，但目前还不是最需要优先解决的问题。”

现在很难准确量化电动车润滑油将面临哪些问题 - 部分原因在于尚不能100%清晰地了解未来的电动车将如何运行。Bob Gresham, STLE

现在有几个选择，”Bob确认道。“第一个是牵引电机，类似于能提供高能源效率和大量扭矩的机车，我觉得会在大型半挂车和卡车上看到其应用。或者可以使用更为传统的电动机，在这一情况下，我们会面临重大的润滑挑战。电动机的转速可能在17,500至20,000转/分钟，远高于内燃机驱动的汽车，其转速通常不会超过5000转/分钟。其次，传动系统必须将转速降低到转动车轮所需的速度。我认为电动汽车的速度和负载处理方式与内燃机非常不同，因此，润滑技术也将需要改变。“

“现在有很多未知数，我们所知道的是热传递、电场和磁场、密封件和材料兼容性问题都需要处理。为此，我们可以重新设计组分，添加传感器来监控性能并改变润滑性 - 但这必须是一个完整的系统，一种协作式的方法。为确定其他问题，摩擦学家将会查看车辆中产生摩擦的每个表面，以评估其是否需要解决。”