CN103758994A - 一种自动变速器自适应优化换挡控制方法 - Google Patents

一种自动变速器自适应优化换挡控制方法 Download PDF

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CN103758994A CN201410057367.7A CN201410057367A CN103758994A CN 103758994 A CN103758994 A CN 103758994A CN 201410057367 A CN201410057367 A CN 201410057367A CN 103758994 A CN103758994 A CN 103758994A
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Abstract

本发明涉及一种自动变速器自适应优化换挡控制方法,一次换挡过程中,实时监控惯性相阶段的涡轮加速度值,并判断该值是否超过设定的涡轮加速度上下限范围,进而进行自适应调整控制参数的调整,基于李雅普诺夫第二法得到稳定性理论,通过定义李雅普诺夫标量函数,直接分析、判断自动变速器换挡控制系统的稳定性,以保证惯性相阶段涡轮加速度在理想的公差范围为自适应目标,通过离合器控制压力与涡轮转矩之间的关系,拟定了自适应调整控制参数,根据涡轮加速度大小与上下限值的关系,判断惯性相阶段的长短,自适应调整控制参数朝对应的反方向调整,进而对离合器控制压力进行更新,使自动变速器系统始终维持最佳的换挡控制状态。

Description

一种自动变速器自适应优化换挡控制方法
技术领域
本发明涉及一种自动变速器,具体的说,涉及一种自动变速器自适应优化换挡控制方法,属于自动变速器换挡控制技术领域。
背景技术
随着汽车工业的发展,自动变速汽车越来越受到消费者的青睐,市场占有率显著提高。但是,随着自动变速汽车里程累积,离合器摩擦片、钢片等组件磨损,密封老化导致系统泄漏量增大等等,出厂状态的控制软件已经无法满足变速器控制需求,极易引起自动变速器性能衰减,导致换挡品质和驾乘舒适感降低。
自动控制系统要能正常工作,覆盖到被控产品的生命周期,首先必须是一个稳定的系统。系统的稳定性是指系统在受到外界干扰后,系统状态变量或输出变量的偏差量(被调量偏离平衡位置的数值)过渡过程的收敛性,用数学方法可以表示为:
                                                                            
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE001
                         (1)
式中,
Figure 4391DEST_PATH_IMAGE002
为系统被调量偏离其平衡位置的变化量;
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE003
为任意小规定量。
在实现本发明过程中,发明人发现现有技术中至少存在以下问题,在自动变速器换挡过程中,基于传动比的变化,换挡过程包括充油、转矩相和惯性相三个过程,在转矩相阶段,仍然保持原有挡位的传动比数值;而在惯性相,随着发动机转速的跃迁,传动比切换到目标挡位的数值,在换挡过程中,过短的换挡时间将导致涡轮加速度过大并造成换挡冲击;同时,造成换挡时间过长和离合器的过度磨损。控制系统的结构比较复杂,大都存在非线性或时变因素,即使是系统结构本身,往往也需要根据性能指标的要求而加以改变,才能适应新的情况,保证系统的正常或最佳运行状态。
因此,在换挡控制中必须有效地平衡冲击和磨损之间的关系。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足,提供一种自动变速器自适应优化换挡控制方法,解决了现有技术中自动控制系统无法完全覆盖变速器产品周期,在一定里程累积之后,易造成换挡冲击、抖动或顿挫的缺陷,采用本发明的换挡控制方法后,具有始终保证高效、平顺的自动变速器换挡控制的优点,且在换挡控制中可以有效地平衡冲击和磨损之间的关系。
为解决以上技术问题,本发明采用以下技术方案:一种自动变速器自适应优化换挡控制方法,其特征在于:所述控制方法包括:一次换挡过程中,实时监控惯性相阶段的涡轮加速度值,并判断该值是否超过设定的涡轮加速度上下限范围,进而进行自适应调整控制参数的调整。
一种优化方案,所述控制方法包括以下步骤:
步骤S101,计算涡轮转矩
Figure 547630DEST_PATH_IMAGE004
步骤S102,确定惯性相阶段的自适应调整控制参数
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE005
和自适应调整控制参数
Figure 202733DEST_PATH_IMAGE006
步骤S103,计算涡轮加速度
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE007
步骤S104,判断惯性相阶段的涡轮加速度是否在设定的涡轮加速度上下限[
Figure 38413DEST_PATH_IMAGE008
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE009
]范围内,是则说明不需要进行自适应,执行步骤S105;否则执行步骤S106;
步骤S105,设定惯性相阶段的自适应调整控制参数
Figure 486975DEST_PATH_IMAGE005
、自适应调整控制参数
Figure 629374DEST_PATH_IMAGE006
的调整值为零,执行步骤S110;
步骤S106,判断涡轮加速度
Figure 703640DEST_PATH_IMAGE007
与涡轮加速度值的上下限值
Figure 372519DEST_PATH_IMAGE009
的关系, 当时,执行步骤S107;当
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE011
时,执行步骤S108;
步骤S107,根据
Figure 483323DEST_PATH_IMAGE012
 计算加速度误差e的正定函数V(e);
步骤S108,根据
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE013
计算加速度误差e的正定函数V(e);
步骤S109,根据步骤S107和步骤S108计算的结果推算自适应调整控制参数
Figure 882074DEST_PATH_IMAGE005
、自适应调整控制参数的变化率;
步骤S110,按照,获得离合器控制压力
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE015
,返回开始,继续监控下一次换挡过程。
另一种优化方案,所述步骤S102中,自适应优化换挡控制方法首次工作时,根据自动变速器出厂试验数据设定离合器控制压力
Figure 454766DEST_PATH_IMAGE015
与涡轮转矩
Figure 973603DEST_PATH_IMAGE004
之间的初始关系;
如果自适应优化换挡控制方法已经开始更新,则根据上一次更新的自适应调整控制参数、自适应调整控制参数
Figure 663790DEST_PATH_IMAGE006
,基于
Figure 617971DEST_PATH_IMAGE014
设定离合器控制压力
Figure 115948DEST_PATH_IMAGE015
与涡轮转矩
Figure 762961DEST_PATH_IMAGE004
之间的关系。
再一种优化方案,所述步骤S103中,依据
Figure 588966DEST_PATH_IMAGE016
计算当前涡轮加速度
Figure 323400DEST_PATH_IMAGE007
进一步的优化方案,当
Figure 675884DEST_PATH_IMAGE010
时,所述自适应调整控制参数
Figure 493798DEST_PATH_IMAGE005
和自适应调整控制参数在下一次惯性相阶段的换挡控制时增大,在相同摩擦转矩下,增大离合器控制压力
Figure 227716DEST_PATH_IMAGE015
再进一步的优化方案,当时,所述自适应调整控制参数
Figure 689102DEST_PATH_IMAGE005
和自适应调整控制参数
Figure 614332DEST_PATH_IMAGE006
在下一次惯性相阶段的换挡控制时减小,在相同摩擦转矩下,减小离合器控制压力
Figure 714006DEST_PATH_IMAGE015
本发明采用以上技术方案后,与现有技术相比,具有以下优点:基于李雅普诺夫第二法而得到的稳定性理论,通过定义李雅普诺夫标量函数,直接分析、判断自动变速器换挡控制系统的稳定性,以保证惯性相阶段涡轮加速度在理想的公差范围为自适应目标,通过找到接合离合器控制压力与涡轮转矩之间的关系,拟定了惯性相自适应调整控制参数
Figure 775503DEST_PATH_IMAGE005
Figure 935220DEST_PATH_IMAGE006
。根据换挡涡轮加速度大小与上下限值的关系,判断惯性相阶段是否过长或过短,将控制参数朝对应的反方向调整,进而对接合离合器的电磁阀控制压力进行更新,使自动变速器系统始终维持最佳的换挡控制状态,解决了自动变速器这类复杂系统的整机性能衰减和换挡控制稳定性问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
附图1是本发明实施例中自动变速器换挡过程图;
附图2是本发明实施例中惯性相阶段涡轮加速度变化规律图;
附图3是本发明实施例中自适应优化换挡控制程序框图。
具体实施方式
实施例,如图1所示,在自动变速器换挡过程中,基于传动比的变化,换挡过程包括充油、转矩相和惯性相三个过程,在惯性相阶段,通过滑差控制接合离合器的控制电流,来调节输出轴或输入轴转速的变化率,即保持涡轮加速度恒定地维持在某一个合理的目标值,可以显著地减小换挡冲击。因此,本发明涉及的换挡品质优化中,使用惯性相阶段的涡轮加速度作为控制目标和评判标准。基于牛顿第二定律,惯性相阶段的涡轮加速度
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE017
可以表示为:
                             
Figure 223113DEST_PATH_IMAGE018
                            (2)
其中,为涡轮转矩,
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE019
为离合器摩擦转矩,
Figure 308061DEST_PATH_IMAGE020
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE021
为式(2)的系数。
离合器控制电流
Figure 373100DEST_PATH_IMAGE022
与离合器控制压力
Figure 148289DEST_PATH_IMAGE015
之间的关系可以表示为,
                                 
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE023
                                (3)
其中,
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE025
为式(3)的系数。
离合器摩擦转矩与离合器控制压力的关系如下所示:
                                    
Figure 140592DEST_PATH_IMAGE026
                                    (4)
其中,
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE027
为与离合器接触面积、摩擦副数、有效半径和摩擦因数有关的系数;
Figure 136492DEST_PATH_IMAGE028
为由回位弹簧力引起的补偿量。
由式(2)可得,
                                                                      (5)
涡轮加速度估计值可计算如下:
             
Figure 902454DEST_PATH_IMAGE016
              (6)
其中,
Figure 699509DEST_PATH_IMAGE030
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE031
分别为涡轮转速的实际值和估计值;
Figure 59077DEST_PATH_IMAGE032
为涡轮加速度的估计值。
如图2所示,正转矩升挡和负转矩升挡过程中,由于发动机转速在惯性相阶段下降,因此涡轮加速度为负值;正转矩降挡和负转矩降挡过程中,由于发动机转速上升,因此涡轮加速度为正值。涡轮加速度的估计值与实际值相吻合,系统可以计算精确的实时涡轮加速度信息用于优化控制。
由于自动变速器系统结构复杂和时变特性,在换挡控制过程中需要处理已知和未知的系统变化。一方面,如式(2)所示,涡轮转矩对接合离合器的摩擦转矩影响很大,但是涡轮转矩可以根据发动机转矩和液力变矩器工作状态进行估算,离合器摩擦转矩也可以通过电流的精确控制来实现调节,所以这些变化尚在可控范围。另一方面,由于变速箱在制造和装配过程中存在差异性,离合器间隙、回位弹簧力等很难通过精确测量得到,属于不可控变化。因此,需要通过估计涡轮转矩,计算离合器需求转矩和控制压力,并在线实时自学习离合器开环控制压力,消除由于系统未知变化对换挡控制带来的影响,保证产品生命周期内,换挡品质和驾乘感一致。
为了深入分析涡轮转矩对换挡控制的影响,将(4)式代入(2)式,可得:
                               
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE033
                            (7)
假设涡轮加速度能够达到目标控制值,式(7)可以改写为
                         
Figure 107936DEST_PATH_IMAGE034
                       (8)
其中,为了表述方便,定义
Figure 2014100573677100002DEST_PATH_IMAGE035
Figure 993983DEST_PATH_IMAGE036
Figure 961939DEST_PATH_IMAGE005
Figure 933438DEST_PATH_IMAGE006
为惯性相阶段的自适应调整控制参数,换挡控制策略可以通过在惯性相阶段更新自适应调整控制参数
Figure 645042DEST_PATH_IMAGE005
Figure 385596DEST_PATH_IMAGE006
,来消除涡轮转矩变化带来的负面影响。
对于式(8)的开环控制策略来说,最困难的问题是由于式(7)、(8)中
Figure 524453DEST_PATH_IMAGE020
Figure 983247DEST_PATH_IMAGE021
的影响,使得自适应调整控制参数
Figure 154094DEST_PATH_IMAGE005
Figure 975550DEST_PATH_IMAGE006
具有不确定性和时变性。通过自动变速器自适应换挡控制策略,使得自适应调整控制参数
Figure 904323DEST_PATH_IMAGE005
Figure 642907DEST_PATH_IMAGE006
经过在线自学习之后,能够消除由于变速箱不一致性和后期性能衰减变化造成的系统未知变化对换挡品质控制的影响。
基于前面的讨论,该发明中,自适应方法的控制目标是通过调整控制参数,使惯性相阶段的涡轮加速度不断逼近理想的控制水平,以提升换挡品质。
根据整车试验阶段反复测定,在能够保证平顺换挡的前提下,涡轮加速度的上下限值确定为
Figure 42107DEST_PATH_IMAGE038
,即假设理想的涡轮加速度区间为[
Figure 774570DEST_PATH_IMAGE038
Figure 468857DEST_PATH_IMAGE037
],则
                                                                          (9)
设定理想的涡轮加速度区间来代替最优涡轮加速度,可以有效地避免不必要的自学习,以及在逼近最优解时可能引起的控制参数振颤和系统性能下降。
根据李雅普诺夫稳定性第二定理,李雅普诺夫候选函数可以表示为:
                                                (10)
                      
Figure DEST_PATH_IMAGE041
                          (11)
其中,为式(10)、(11)中定义的加速度误差,本身为正定函数,其导函数为:
                         
Figure 187042DEST_PATH_IMAGE044
                              (12)
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE045
基于式(2)-(4),改写式(12)可得,
                                     (13)
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE047
Figure 574610DEST_PATH_IMAGE048
Figure DEST_PATH_IMAGE049
,为表述方便,设定
Figure 717009DEST_PATH_IMAGE050
为调整自适应控制参数的增益系数。
因此,自适应法则如下所示:
                               
Figure 328884DEST_PATH_IMAGE052
                                (14)
其中,
Figure 958580DEST_PATH_IMAGE054
为自适应调整控制参数
Figure 695592DEST_PATH_IMAGE005
和自适应调整控制参数
Figure 94343DEST_PATH_IMAGE006
的自适应调整值。
则, 
                 
Figure DEST_PATH_IMAGE055
                   (15)
由此可知,导函数
Figure 524187DEST_PATH_IMAGE056
为负定函数,即当
Figure DEST_PATH_IMAGE057
时,自适应系统在
Figure 375600DEST_PATH_IMAGE058
附近渐近稳定,即可以采用该方法和选定的自适应调整控制参数来进行自动变速器自适应优化换挡控制方法设计。
本发明中的自适应优化换挡控制方法策略程序框图如图3所示。
步骤S101,基于发动机转矩和液力变矩器工作状态计算当前涡轮转矩
Figure 791669DEST_PATH_IMAGE004
步骤S102,自适应优化换挡控制方法首次工作时,依照自动变速器终端下线试验原始的数据,设定初始的自适应调整控制参数和自适应调整控制参数
Figure 645672DEST_PATH_IMAGE006
,由出厂刷写设备设定离合器控制压力与涡轮转矩
Figure 328775DEST_PATH_IMAGE004
之间的初始关系;如果自适应优化换挡控制方法已经开始更新,则根据上一次更新的自适应调整控制参数
Figure 826752DEST_PATH_IMAGE005
、自适应调整控制参数,基于
Figure 424404DEST_PATH_IMAGE014
设定离合器控制压力
Figure 182275DEST_PATH_IMAGE015
与涡轮转矩
Figure 534759DEST_PATH_IMAGE004
之间的关系。
步骤S103,依据
Figure 477307DEST_PATH_IMAGE016
计算当前涡轮加速度
Figure 790608DEST_PATH_IMAGE007
步骤S104,判断惯性相阶段的涡轮加速度
Figure 211225DEST_PATH_IMAGE007
是否在设定的上下限范围内。如果涡轮加速度
Figure 559161DEST_PATH_IMAGE007
在设定的涡轮加速度上下限范围[
Figure 407031DEST_PATH_IMAGE038
Figure 207628DEST_PATH_IMAGE037
]内,说明变速器系统未发生明显的衰减变化,仍然可以按照之前设定的自适应调整控制参数进行控制,即执行步骤S105,设定自适应调整控制参数
Figure 431936DEST_PATH_IMAGE005
和自适应调整控制参数
Figure 634379DEST_PATH_IMAGE006
的调整值为零,继续执行步骤S110;如果涡轮加速度不在设定的涡轮加速度上下限范围内,说明需要采用新的自适应调整控制参数
Figure 206622DEST_PATH_IMAGE005
和自适应调整控制参数
Figure 844408DEST_PATH_IMAGE006
,则执行步骤S106。
步骤S106,如果涡轮加速度
Figure 25991DEST_PATH_IMAGE007
的小于涡轮加速度区间的下限值
Figure 356609DEST_PATH_IMAGE038
,即
Figure 256432DEST_PATH_IMAGE010
时,由
Figure DEST_PATH_IMAGE059
可知,
Figure 697909DEST_PATH_IMAGE060
,由
Figure 609364DEST_PATH_IMAGE052
可知,
Figure 235518DEST_PATH_IMAGE062
,说明当前涡轮加速度
Figure 498003DEST_PATH_IMAGE007
太小导致惯性相阶段太长,因此执行步骤S107,在下一次惯性相阶段的换挡控制时,自适应调整控制参数
Figure 477591DEST_PATH_IMAGE005
和自适应调整控制参数分别增大,即增大离合器控制压力,以保证下一次换挡时涡轮加速度
Figure 891585DEST_PATH_IMAGE007
增大;如果涡轮加速度
Figure 940444DEST_PATH_IMAGE007
的大于涡轮加速度区间的上限值
Figure 951125DEST_PATH_IMAGE037
,即
Figure 919081DEST_PATH_IMAGE011
时,由可知,
Figure 890580DEST_PATH_IMAGE064
,由
Figure 211971DEST_PATH_IMAGE052
可知,
Figure DEST_PATH_IMAGE065
,说明当前涡轮加速度
Figure 356961DEST_PATH_IMAGE007
太大导致惯性相阶段太短,因此执行步骤S108,在下一次惯性相阶段的换挡控制时,自适应调整控制参数
Figure 815755DEST_PATH_IMAGE005
和自适应调整控制参数
Figure 65471DEST_PATH_IMAGE006
分别减小,即减小离合器控制压力,以保证下一次换挡时涡轮加速度
Figure 235870DEST_PATH_IMAGE007
减小。
步骤S109,基于步骤S107和S108计算自适应调整值
Figure 181960DEST_PATH_IMAGE053
Figure 235367DEST_PATH_IMAGE054
,更新惯性相阶段的自适应调整控制参数变化率
Figure DEST_PATH_IMAGE067
和自适应调整控制参数变化率
Figure 950513DEST_PATH_IMAGE068
步骤S110,按照
Figure 431173DEST_PATH_IMAGE014
,更新离合器控制压力
Figure 598980DEST_PATH_IMAGE015
,使得下一次换挡能够满足理想的控制要求。
完成后,程序返回开始,继续监控下一次换挡过程,并调整惯性相阶段的自适应调整控制参数
Figure 456078DEST_PATH_IMAGE005
和自适应调整控制参数
Figure 25730DEST_PATH_IMAGE006
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自动变速器自适应优化换挡控制方法,其特征在于:所述控制方法包括:一次换挡过程中,实时监控惯性相阶段的涡轮加速度值,并判断该值是否超过设定的涡轮加速度上下限范围,进而进行自适应调整控制参数的调整。
2.如权利要求1所述的一种自动变速器自适应优化换挡控制方法,其特征在于:所述控制方法包括以下步骤:
步骤S101,计算涡轮转矩                                                
步骤S102,确定惯性相阶段的自适应调整控制参数
Figure 2014100573677100001DEST_PATH_IMAGE002
和自适应调整控制参数
Figure 823997DEST_PATH_IMAGE003
步骤S103,计算涡轮加速度
步骤S104,判断惯性相阶段的涡轮加速度
Figure 416784DEST_PATH_IMAGE004
是否在设定的涡轮加速度上下限[
Figure 874310DEST_PATH_IMAGE005
Figure 2014100573677100001DEST_PATH_IMAGE006
]范围内,是则执行步骤S105;否则执行步骤S106;
步骤S105,设定惯性相阶段的自适应调整控制参数
Figure 266DEST_PATH_IMAGE002
、自适应调整控制参数的调整值为零,执行步骤S110;
步骤S106,判断涡轮加速度
Figure 152079DEST_PATH_IMAGE004
与涡轮加速度值的上下限值
Figure 164029DEST_PATH_IMAGE006
的关系, 当
Figure 888588DEST_PATH_IMAGE007
时,执行步骤S107;当
Figure 2014100573677100001DEST_PATH_IMAGE008
时,执行步骤S108;
步骤S107,根据
Figure 642917DEST_PATH_IMAGE009
 计算加速度误差e的正定函数V(e);
步骤S108,根据
Figure 2014100573677100001DEST_PATH_IMAGE010
计算加速度误差e的正定函数V(e);
步骤S109,根据步骤S107和步骤S108计算的结果推算自适应调整控制参数
Figure 691514DEST_PATH_IMAGE002
、自适应调整控制参数
Figure 277216DEST_PATH_IMAGE003
的变化率;
步骤S110,按照
Figure 707060DEST_PATH_IMAGE011
,获得离合器控制压力
Figure 2014100573677100001DEST_PATH_IMAGE012
,返回开始,继续监控下一次换挡过程。
3.如权利要求2所述的一种自动变速器自适应优化换挡控制方法,其特征在于:所述步骤S102中,自适应优化换挡控制方法首次工作时,根据自动变速器出厂试验数据设定离合器控制压力
Figure 761735DEST_PATH_IMAGE012
与涡轮转矩
Figure 99175DEST_PATH_IMAGE001
之间的初始关系;
如果自适应优化换挡控制方法已经开始更新,则根据上一次更新的自适应调整控制参数
Figure 742646DEST_PATH_IMAGE002
、自适应调整控制参数
Figure 389397DEST_PATH_IMAGE003
,基于
Figure 118319DEST_PATH_IMAGE011
设定离合器控制压力
Figure 197133DEST_PATH_IMAGE012
与涡轮转矩
Figure 757428DEST_PATH_IMAGE001
之间的关系。
4.如权利要求2所述的一种自动变速器自适应优化换挡控制方法,其特征在于:所述步骤S103中,依据
Figure 529075DEST_PATH_IMAGE013
计算当前涡轮加速度
Figure 292762DEST_PATH_IMAGE004
5.如权利要求2所述的一种自动变速器自适应优化换挡控制方法,其特征在于:当
Figure 175268DEST_PATH_IMAGE007
时,所述自适应调整控制参数
Figure 590069DEST_PATH_IMAGE002
和自适应调整控制参数
Figure 532617DEST_PATH_IMAGE003
在下一次惯性相阶段的换挡控制时增大,在相同摩擦转矩下,增大离合器控制压力
Figure 970551DEST_PATH_IMAGE012
6.如权利要求2所述的一种自动变速器自适应优化换挡控制方法,其特征在于:当
Figure 702753DEST_PATH_IMAGE008
时,所述自适应调整控制参数
Figure 175322DEST_PATH_IMAGE002
和自适应调整控制参数
Figure 351089DEST_PATH_IMAGE003
在下一次惯性相阶段的换挡控制时减小,在相同摩擦转矩下,减小离合器控制压力
Figure 276320DEST_PATH_IMAGE012
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