CN101018698B - 车辆集成控制装置和车辆集成控制方法 - Google Patents

车辆集成控制装置和车辆集成控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及使用多个控制单元的车辆集成控制装置和方法，多个控制单元中的一些是管理器控制单元。管理器控制单元中的一个(PTM)包括：第一协调部分，其将基于来自驾驶员或第一控制单元(P-DRM，DSS)的指令得到并由第一物理量单位表达的控制目标值(F1)与来自第二控制单元(VDM)并由第一物理量单位表达的指令值(F2)进行协调；转换部分，其将控制值(F3)转换成由第二物理量单位表达的控制目标值(Te1)，控制值(F3)已经通过第一协调部分进行了协调处理并由第一物理量单位来表达；第二协调部分，其将通过转换部分得到并由第二物理量单位表达的控制目标值(Te1)与从T/M控制单元传输并由第二物理量单位表达的指令值进行协调；和输出部分，其输出通过第二协调部分得到的控制目标值(Te2)至应当实现控制目标值的发动机控制单元。

Description

车辆集成控制装置和车辆集成控制方法
技术领域
本发明涉及使用多个控制单元以集成的方式来控制安装在车辆中的多个致动器的车辆集成控制装置和方法。
背景技术
日本专利申请公开号JP-A-05-85228描述了一种车辆集成控制系统，其中控制元件分级布置。在描述的车辆集成控制系统中，在将驾驶员的输入转换为预定的操作模式的过程中，处于较高等级级别处的至少一个控制元件向下传递指示模式的信号至处于较低等级级别处的控制元件。较低级别的系统被指令以建立由较高等级级别处的控制元件所指示的模式。
传输驾驶员输入的方法(具有分级结构的车辆集成控制系统中所采用的方法)符合自上而下的方法，其中驾驶员的输入(控制目标)从较高等级级别处的控制元件传递至较低等级级别处的控制元件，同时基于较低级别的系统被指令要建立的模式分配该控制目标。但是，在这样的方法中，当基于指令较低级别的系统被指令要建立的模式不适当地分配控制目标时，很难校正不适当的分配，因为没有使控制目标与来自较低级别系统的指令协调的协调部分。此外，如果较低级别系统的规格(功能和能力)发生变化，则需要改变分配来自较高级别系统的控制目标的方法。因此，很难灵活地处理较低级别系统的规格的变化。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种车辆集成控制装置，其能灵活地处理各种控制元件的功能和能力的改变，同时适当地协调来自控制单元的指令。
根据本发明的第一方面，提供了一种车辆集成控制装置，其使用多个控制单元以集成的方式来控制安装在车辆中的多个致动器，所述多个控制单元中的一些是管理器控制单元。所述管理器控制单元中的一个控制单元包括：第一协调部分，其将基于来自驾驶员或第一控制单元的指令得到并由第一物理量单位表达的控制目标值与来自第二控制单元并由所述第一物理量单位表达的指令值进行协调，所述第一控制单元是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个，所述第二控制单元是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个；转换部分，其将控制值转换成由第二物理量单位表达的控制目标值，所述控制值已经通过所述第一协调部分进行了协调处理并由所述第一物理量单位来表达；第二协调部分，其将通过所述转换部分得到并由所述第二物理量单位表达的控制目标值与从第三控制单元传输并由所述第二物理量单位表达的指令值进行协调，所述第三控制单元是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个；和输出部分，其输出通过所述第二协调部分得到的所述控制目标值至第四控制单元，所述第四控制单元是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个并且应当实现所述控制目标值。
根据本发明的第二方面，提供了一种由车辆集成控制装置执行的控制方法，所述车辆集成控制装置使用多个控制单元以集成的方式来控制安装在车辆中的多个致动器，所述多个控制单元中的一些是管理器控制单元。根据该方法，基于来自驾驶员或第一控制单元的指令得到并由第一物理量单位表达的控制目标值与来自第二控制单元并由所述第一物理量单位表达的指令值进行协调，所述第一控制单元是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个，所述第二控制单元是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个。然后，控制值被转换成由第二物理量单位表达的控制目标值，所述控制值已经通过所述第一协调部分进行了协调处理并由所述第一物理量单位来表达。将通过所述转换部分得到并由所述第二物理量单位表达的控制目标值与从第三控制单元传输并由所述第二物理量单位表达的指令值进行协调，所述第三控制单元是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个。然后，输出通过所述第二协调部分得到的所述控制目标值至第四控制单元，所述第四控制单元是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个并且应当实现所述控制目标值。
在第一和第二方面中的每个中，由所述第一物理量单位表达的所述控制目标值可以是由力的单位表达的目标驱动力值，由所述第二物理量单位表达的所述指令值可以是由转矩的单位表达的发动机转矩值。此外，来自所述第二控制单元的所述指令值由适于来自动态稳定性控制系统的指令的力的单位来表达，所述动态稳定性控制系统用于稳定所述车辆的动态特性。此外，所述第三控制单元可以是控制变速器的致动器的控制单元，所述第四控制单元可以是控制发动机的致动器的控制单元。
根据上述的车辆集成控制装置和控制方法，可以灵活地处理各个控制单元的功能和能力的变化，同时适当地协调来自这些控制单元的指令。
附图说明
当参考附图考虑时，通过阅读以下对本发明优选实施例的详细描述，可以更好地理解本发明的特征、优点以及技术和产业上的意义，其中：
图1图示根据包括本发明的车辆集成控制装置的车辆的俯视图，其中嵌入了驱动力控制装置；和
图2的系统示意图示出了根据本发明实施例的车辆集成控制装置的示例。
具体实施方式
在以下的描述和附图中，将以示例实施例的方式来更详细地描述本发明。首先，将参考图1，图1示意性地描述包括根据本发明的车辆集成控制装置的车辆。
车辆设置有左、右前轮100和左、右后轮100。在图1中，“FR”表示右前轮，“FL”表示左前轮，“RR”表示右后轮，“RL”表示左后轮。
车辆包括发动机140作为动力源。动力源不限于发动机。电动机也可以用作独立的动力源。可替换地，可以结合使用发动机和电动机作为动力源。用于电动机的电源可以是蓄电池组或燃料电池。
基于驾驶员对加速踏板200(是由驾驶员操作以控制车辆的向前运动、向后运动、速度或加速度的输入构件中的一个)的操作量来电气地控制发动机140的运转状态。如果需要，可以独立于驾驶员对加速踏板200的操作来自动地控制发动机140的运转状态。
通过电气地控制例如设置在发动机140的进气歧管中的节流阀(未示出)的开启量(以下称作“节流阀开启量”)、喷入发动机140的燃烧室中的燃料量、或者调节阀打开/关闭正时的进气凸轮轴的角度位置来电气地控制发动机140。
示例车辆是后轮驱动的车辆，其中右前轮和左前轮是从动轮，右后轮和左后轮是驱动轮。由此，发动机140的输出轴经由变矩器220、变速器240、传动轴260、差速齿轮单元280以及与后轮一起旋转的驱动轴300连接至右后轮和左后轮。但是，根据本实施例的车辆集成控制装置的应用不限于后轮驱动的车辆。例如，车辆集成控制装置可以应用于前轮驱动的车辆，其中右前轮和左前轮是驱动轮，而右后轮和左后轮是从动轮。此外，车辆集成控制装置可以应用于所有车轮都是驱动轮的四轮驱动车辆。
变速器240是自动变速器。自动变速器电气地控制速比，基于该速比，发动机140的速度转换成变速器240的输出轴的转速。该自动变速器可以是有级变速器或无级变速器(CVT)。
车辆包含由驾驶员操作的方向盘440。转向反作用力供应装置480电气地使方向盘440供应有转向反作用力，即与驾驶员对方向盘440的操作(以下，有时称作“转向”)相对应的反作用力。转向反作用力可以被电气地控制。
左前轮和右前轮的方向(即前轮的转向角)由前转向装置500电气地控制。前转向装置500基于驾驶员使方向盘440旋转的角度来控制前轮的转向角。如果需要，前转向装置500可以独立于驾驶员对方向盘440的操作来自动地控制前轮的转向角。换言之，方向盘440可以与左前轮和右前轮机械地隔离。
类似的，左后轮和右后轮的方向(即后轮的转向角)由后转向装置520电气地控制。
车轮100设置有各个制动器560，各个制动器560用于抑制车轮100的旋转。基于驾驶员对制动踏板580(是由驾驶员操作以控制车辆的向前运动、向后运动、速度或减速度的输入构件中的一个)的操作量来电气地控制制动器560。如果需要，车轮100可以被独立且自动地控制。
在示例车辆中，车轮100经由各个悬架620连接至车身(未示出)。各个悬架620的悬架性质是独立于其它悬架620来电气地控制的。
以下的致动器用于电气地控制上述相应的部件：
(1)电气地控制发动机140的致动器；
(2)电气地控制变速器240的致动器；
(3)电气地控制转向反作用力供应装置480的致动器；
(4)电气地控制前转向装置500的致动器；
(5)电气地控制后转向装置520的致动器；
(6)电气地控制制动器560的致动器；和
(7)电气地控制悬架620的致动器。
以上仅列出了常用的致动器。以上列出的致动器是否需要依赖于车辆的规格。一些车辆不包括上列的一个或多个致动器。或者，除了上列的致动器，其它车辆可以包括其它致动器，例如用于电气地控制方向盘440的转向量和转向轮的转向量之间的比例(转向传动比)的致动器、和用于电气地控制加速踏板200的反作用力的致动器。由此，本发明不限于上述的特定致动器构造。
如图1所示，安装在车辆中的车辆集成控制装置电气地连接至上述的各个致动器。电池(未示出)用作用于车辆集成控制装置的电源。
图2图示根据本发明实施例的车辆集成控制装置的系统图。
与在常用ECU(电子控制单元)的情况一样，下述的每个管理器(模组)可以是微处理器，该微处理器例如包括储存控制程序的ROM、储存计算结果等并可以恢复和/或更新数据的RAM、计时器、计数器、输入接口、输出接口等。在以下的描述中，根据功能对控制单元进行分组，并且例如称之为P-DRM、VDM等。但是，P-DRM、VDM等不必是彼此物理独立的构造。P-DRM、VDM等可以使用合适的软件结构来彼此一体地构造。
如图2所示，管理器布置在驱动控制系统的最高级别处，该管理器用作驱动控制系统的驾驶员意图确定部分(以下称作“P-DRM”：传动系驾驶员模组)。在驱动控制系统的最高级别处，与P-DRM并行布置驾驶员支持系统(以下称作“DSS“：驾驶员支持系统)。
在比P-DRM高的级别处，布置加速行程传感器。加速行程传感器产生与加速踏板200的操作量相对应的电信号，其直接反映驾驶员的输入。
在比DSS高的级别处，布置车轮速度传感器。对各个车轮100设置车轮速度传感器。每个车轮速度传感器在车轮100每次转过预定角度时输出脉冲信号。
P-DRM接收从加速行程传感器和车轮速度传感器输出的信号。在P-DRM中的最高级别处，目标驱动力计算部分基于分别由来自加速行程传感器和车轮速度传感器的电信号表示的加速踏板操作量(％)和车轮速度No(rpm)来计算目标驱动力F1(N)。可以以以下的方式得到目标驱动力F1：1)目标加速度G(m/s2)是使用加速踏板操作量(％)和车轮速度(rpm)作为参数基于适当的三维图表来计算的，2)目标驱动力是通过将目标加速度G(m/s2)转换成适于力(N)的物理量来得到的，以及3)目标驱动力F1是通过使用上坡坡度补偿量(N)(其是基于行驶阻力(N)和路面坡度来确定的)校正目标驱动力来获得的。
由此确定的表示目标驱动力F1(N)的信号经由从目标驱动力计算部分延伸的两根信号线传输至位于在下级别处的控制元件。以下，表示目标驱动力F1的信号通过其传输的两个路线将被称作“发动机控制系统传输路线”和“T/M控制系统传输路线”。如图2所示，如果DSS提供校正目标驱动力F1(N)的指令，则在每个路线中，目标驱动力F1(N)与由来自DSS的指令所示的驱动力协调。
基于与车辆周围的障碍物相关的信息(其是例如通过相机或雷达捕获的)、从导航系统获得的道路信息和周围区域信息、从导航系统的GPS定位装置获得的当前位置信息、或者经由与操作中心的通讯、车辆与车辆的通讯或者道路与车辆的通讯获得的各种信息，DSS提供适当的指令作为驾驶员的可替换输入或者提供适当的指令以校正驾驶员的输入。指令的示例包括在自动巡航控制或与自动巡航控制类似的自动或半自动行驶控制中由DSS提供的指令以及在进行干扰减速控制或转向辅助控制以例如避过障碍物时由DSS提供的指令。
目标驱动力F1(N)(如果需要，其已经经过协调)被输出至传动系管理器(以下称作“PTM”：传动系管理器)。PTM起驱动控制系统的指令协调部分的作用。
在PTM的最高级别处，指示目标驱动力F1(N)的信号从P-DRM传递至动态特性控制系统的管理器(以下称作“VDM”：车辆动态管理器)。VDM布置在比作为制动控制系统的驾驶员意图确定部分的管理器(以下称作“B-DRM”：制动驾驶员模组)低的级别处。VDM是作为车辆运动协调部分的管理器。使车辆的动态特性稳定的这种系统的示例包括牵引控制系统(当车辆在较滑的道路上起动或加速时，抑制可能发生的驱动轮的不必要打滑的系统)、抑制当车辆进入较滑道路时可能发生的侧滑的系统、使车辆的方向稳定以在车辆沿弯道行驶时防止车辆如果稳定性达到其极限而导致的绕重心回转或滑离车道的系统、以及主动地使四轮驱动车辆的右后轮和左后轮的驱动力不同以由此引起横摆力矩的系统。
在比VDM低的级别处，控制用于前转向装置500和后转向装置520的致动器的转向控制单元和控制用于悬架620的致动器的悬架控制单元与控制用于制动器560的致动器的制动控制单元并行布置。在B-DRM中，目标制动力计算部分将从制动传感器传输的电信号转换成表示目标制动力的信号。然后，该信号经由VDM传输至制动控制单元。尽管此说明书中未详细描述，但是如下详细所述，由目标制动力计算部分计算的目标制动力以与目标驱动力F1经历校正(协调)处理相同或相似的方式经历各种校正(协调)处理。然后，表示校正(协调)后的目标制动力的信号输出至制动控制单元。
目标驱动力F1主要基于驾驶员的输入来确定。VDM的驱动力校正部分辅助性地提供指令以校正目标驱动力F1，由此使车辆的动态特性稳定。就是说，如果需要，VDM的驱动力校正部分提供指令以校正目标驱动力F1。在这种情况下，优选地，VDM的驱动力校正部分提供表示应当替换目标驱动力F1的目标驱动力的绝对量，而不是目标驱动力F1应当增加或减小的校正量ΔF。以下，由来自VDM的指令所指示的目标驱动力的绝对量(从目标驱动力F1得到)将被称作“目标驱动力F2”。
如图2所示，表述目标驱动力F2的信号输入到PTM中。如图2所示，表示目标驱动力F2的信号输入发动机控制系统传输线路和T/M控制系统传输线路中的每个中。在每个线路的输入部分处，目标驱动力F2与目标驱动力F1进行协调。在该协调处理中，优选地，目标驱动力F2的优先级高于目标驱动力F1的优先级，因为较高的优先级应当给予车辆的稳定动态特性。可替换地，可以通过为目标驱动力F2和目标驱动力F1分配适当的权重来得到最终的目标驱动力。为了给予车辆的稳定动态特定较高的优先级，目标驱动力F2的权重应当大于目标驱动力F1的权重。通过这样的协调处理得到的目标驱动力将被称作“目标驱动力F3”。
如图2所示，在T/M控制系统传输线路中，目标驱动力F3被转换成节流阀开启量Pa(％)，表示节流阀开启量Pa(％)的信号被传输到目标变速设定部分。目标变速设定部分基于预定的变速图表(表示节流阀开启量和车轮速度No之间的关系的变速图表)来设定最终的目标变速。可以基于预定的变速图表(表示驱动力和车轮速度No之间的关系的变速图表)在不将目标驱动力F3转换成节流阀开启量Pa(％)情况下来直接设定最终目标变速。
表示由此在PTM中设定的目标变速的信号被输出至布置在比PTM级别低的级别处的T/M控制单元。T/M控制单元控制用于变速器240的致动器以实现目标变速。
如图2所示，在发动机控制系统传输线路中，“F→Te转换部分”将表示目标驱动力F3的模式从驱动力(N)表示的模式转换成发动机转矩(Nm)表示的模式。发动机转矩协调部分将由此获得的目标发动机转矩Te1(Nm)与由从T/M控制单元传输至PTM的信号所指示的指令发动机转矩(Nm)进行协调。通过这种协调得到的目标发动机转矩称为“目标发动机转矩Te2”。发动机转矩协调部分可以根据任何方法来进行协调处理。例如，较高的优先级可以给予来自T/M控制单元的指令发动机转矩(Nm)。
表示目标发动机转矩Te2的信号输出至布置在比PTM的级别低的级别处的发动机控制单元。发动机控制单元和T/M控制单元控制用于发动机140的致动器以实现由来自PTM的信号所示的目标发动机转矩。
根据上述实施例，由P-DRM的目标驱动力计算部分计算的目标驱动力F1经历各种校正(协调)处理，并且表示已经经历各种校正(协调)处理的目标驱动力的信号输出至发动机控制单元和T/M控制单元。这些控制单元控制用于发动机140和变速器240的致动器，由此获得目标驱动力F1(如果目标驱动力F1已经经历协调处理，则获得目标驱动力F2或目标驱动力F3)。
驱动性能根据车辆类型而变化(由于此，发动机控制单元和T/M控制单元的规格(软件结构)根据车辆类型而变化)。鉴于此，优选地，这样的系统被构造为灵活地处理不同车辆类型之间驱动性能的变化和对驱动性能的改变。
以此观点来看，根据本实施例，考虑驱动性能的变化等，对目标驱动力F1(其是主要基于驾驶员的输入由布置在系统的较高级别处的P-DRM来确定的)进行各种校正(协调)处理。由此，通过仅改变由处于系统中间级别处的控制元件所进行的校正(协调)处理的模式，可以处理驱动性能的变化(不需要对处于系统较高级别处的控制元件(例如P-DRM)进行改变)。结果，提高了系统的普遍适用性。
此外，根据上述实施例，由来自T/M控制单元的指令指示的发动机转矩(Nm)通过布置在PTM中的发动机转矩协调部分而不是发动机控制单元，与目标发动机转矩Te1进行协调。由此，发动机控制单元的几乎所有软件结构可以由具有不同驱动性能(例如变速器240的诸如变速特性和变速方式(例如CVT)的规格和发动机140的规格(例如柴油发动机、汽油发动机、直喷发动机、进气口喷射发动机))的车辆共享。结果，提高了系统的普遍适用性。
根据实施例，除了上述的效果，可以获得下述的显著效果，因为每个协调部分使用适于指令的物理量的单位来进行协调处理。因为VDM基本上是控制驱动力的系统，所以，优选地，从VDM提供指令，并使用驱动力的单位(力的单位)来进行协调处理。因为T/M控制单元基本上是控制驱动转矩的单元，所以，优选地，从T/M控制单元提供指令，并使用发动机转矩的单位(转矩单位)来进行协调处理。根据上述实施例，因为提供指令并使用物理量的合适单位来进行协调处理，所以可以进行适于指令的适当协调处理。此外，当进行协调处理并且在提供指令时，不需要改变物理量的单位。此外，可以避免由于物理量单位的改变而导致的通讯软件结构的改变。结果，可以有效地使由这样的改变和修改引起的失效最小化。
在说明书中描述的本发明的实施例在各个方面应当被认为是示例性的而非限制性的。本发明的技术范围由权利要求来限定，因此，包含在权利要求的意思和等同范围内的所有改变都意图包含在其中。
例如，在上述实施例中，P-DRM、PTM和具有特定功能的部分(例如P-DRM中的驱动力协调部分)(具有类似的功能)可以布置为具有PTM侧上的功能的部分。可替换地，它们可以布置为具有P-DRM侧上的功能的部分。
在上述实施例中，发动机140包括电子节流阀，并用作动力源。但是，本发明可以应用于其中没有电子节流阀的马达用作动力源的构造。

Claims (4)

1.车辆集成控制装置，其使用多个控制单元以集成的方式来控制安装在车辆中的多个致动器，所述多个控制单元中的一些是管理器控制单元，所述车辆集成控制装置的特征在于：
所述管理器控制单元中的一个控制单元(PTM)包括：
第一协调部分，其将基于来自驾驶员或第一控制单元(P-DRM，DSS)的指令得到并由力的单位表达的第一目标驱动力(F1)与由来自第二控制单元(VDM)的指令表示并由所述力的单位表达的第二目标驱动力(F2)进行协调，所述第一控制单元(P-DRM，DSS)是驾驶员意图确定部分或者驾驶员支持系统，并且是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个，所述第二控制单元(VDM)是车辆动态管理器，并且是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个；
转换部分，其将第三目标驱动力(F3)转换成由转矩的单位表达的第一目标发动机转矩(Te1)，所述第三目标驱动力(F3)通过所述第一协调部分将所述第一目标驱动力(F1)和所述第二目标驱动力(F2)进行协调而得到并由所述力的单位来表达；
第二协调部分，其将通过所述转换部分得到并由所述转矩的单位表达的所述第一目标发动机转矩(Te1)与从第三控制单元传输并由所述转矩的单位表达的指令的发动机转矩进行协调，所述第三控制单元控制变速器的致动器，并且是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个；和
输出部分，其输出通过所述第二协调部分将所述第一目标发动机转矩(Te1)和所述指令的发动机转矩进行协调而得到的第二目标发动机转矩(Te2)至第四控制单元，所述第四控制单元控制发动机的致动器，并且是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个，并且用于实现所述第二目标发动机转矩(Te2)。
2.根据权利要求1所述的车辆集成控制装置，其特征在于：
来自所述第二控制单元(VDM)的所述指令值由用于来自动态稳定性控制系统的指令的力的单位来表达，所述动态稳定性控制系统用于稳定所述车辆的动态特性。
3.一种由车辆集成控制装置执行的控制方法，所述车辆集成控制装置使用多个控制单元以集成的方式来控制安装在车辆中的多个致动器，所述多个控制单元中的一些是管理器控制单元，所述控制方法的特征在于包括：
将基于来自驾驶员或第一控制单元(P-DRM，DSS)的指令得到并由力的单位表达的第一目标驱动力(F1)与由来自第二控制单元(VDM)的指令表示并由所述力的单位表达的第二目标驱动力(F2)进行协调，所述第一控制单元(P-DRM，DSS)是驾驶员意图确定部分或者驾驶员支持系统，并且是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个，所述第二控制单元(VDM)是车辆动态管理器，并且是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个；
将第三目标驱动力(F3)转换成由转矩的单位表达的第一目标发动机转矩(Te1)，所述第三目标驱动力(F3)通过所述第一协调部分将所述第一目标驱动力(F1)和所述第二目标驱动力(F2)进行协调而得到并由所述力的单位来表达；
将通过所述转换部分得到并由所述转矩的单位表达的所述第一目标发动机转矩(Te1)与从第三控制单元传输并由所述转矩的单位表达的指令的发动机转矩进行协调，所述第三控制单元控制变速器的致动器，并且是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个；和
输出通过所述第二协调部分将所述第一目标发动机转矩(Te1)和所述指令的发动机转矩进行协调而得到的第二目标发动机转矩(Te2)至第四控制单元，所述第四控制单元控制发动机的致动器，并且是所述多个控制单元中不同于所述管理器控制单元的一个，并且用于实现所述第二目标发动机转矩(Te2)。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：
来自所述第二控制单元(VDM)的所述指令值由用于来自动态稳定性控制系统的指令的力的单位来表达，所述动态稳定性控制系统用于稳定所述车辆的动态特性。
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