CN106828119B - 一种兼顾回馈效率与制动效能的制动***及制动方法 - Google Patents
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Abstract
该发明公开了一种兼顾回馈效率与制动效能的制动***及制动方法,涉及电动汽车制动***,特别地制动能量回收***及其控制方法。本发明兼顾回馈效率与制动效能的制动能量回收***,通过将前轴制动油路与储液杯直接相连,制动主缸空闲出的前腔出油口与踏板行程模拟器相连,从结构上保证了制动过程中可以切断前轴主缸与轮缸之间的液压管路,使得驾驶员踩下制动踏板时,主缸内的制动液不会流入制动轮缸,而是流入踏板模拟器中,从而在增加了制动力的情况下还保证了踏板感觉不会发生变化。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车制动***,特别地制动能量回收***及其控制方法。
背景技术
制动能量回收***是电动汽车中最为重要环节的环节之一。而对于前轴驱动车型,增加制动能量回收的同时,制动效能却会降低,制动能量回馈效率与制动效能存在竞争关系。
对于制动能量回收***的研究主要集中在国外,国内研究还处于起步阶段。丰田公司的中国专利公布号CN102470833A,公布日为2012年5月23日,发明名称为“制动控制装置以及制动控制方法”,这种制动***结构紧凑,能很好的发挥制动能量回收功能,但这种***的制动装置结构复杂,设计复杂,成本较高,且使用了较多电磁阀,电磁阀之间的相互配合精度要求高,目前国内尚未掌握此项关键技术。
清华大学的中国专利公布号CN101844518A,公布日为2010年9月29日,发明名称为“基于改善制动踏板感觉的制动能量回馈***”,该制动***虽然能改善制动踏板感觉,但该***只是基于现有液压调节***进行改造,未对ABS/VSC液压控制单元与用于回馈控制的液压调节机构进行集成设计,结构稍显复杂,成本较高,且制动行程远。
综上所述,现有的制动能量回收***虽然能够较好地实现制动能量回收功能,但这种***的制动装置结构复杂,成本较高;而且针对前轴驱动车型,并未较好的兼容制动效能与回馈效率。因此开发出一个兼顾回馈效率与制动效能的制动能量回收***,使结构紧凑,实现踏板感觉模拟和压力调节,在回收更多制动能量的同时,提升制动效能,缩短制动距离,具有现实的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是前驱车型的电动车辆在增加制动能量回收的同时,制动效能却会降低,制动能量回馈效率与制动效能存在竞争关系,提供了一种兼顾回馈效率与制动效能的制动***及制动方法。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种兼顾回馈效率与制动效能的制动***,该***包括:主液压***、前轮制动***、后轮制动***、增压***;所述主液压***包括:制动踏板、真空助力器、电动真空泵、制动主缸、储液杯,其中制动踏板通过真空助力器与制动主缸连接,储液杯为制动主缸提供液压油;所述前轮制动***从储液杯获取液压油,主进油路通过前轴常开电磁阀后分为左、右两支路,分别为左、右前轮提供制动力,每条支路上各设置一制动单元,油路经过制动单元后和并为主出油路;其中制动单元包括:进油电磁阀和出油电磁阀,所述进油电磁阀和出油电磁阀之间分支出油路为轮缸提供制动压力;所述后轮制动***从制动主缸获取液压油,主进油路通过后轴常开电磁阀后分为左、右两支路,分别为左、右后轮提供制动力,每条支路上各设置一制动单元,油路经过制动单元后和并为主出油路;所述前轮制动***和后轮制动***的主出油路合并为回油主路;所述增压***包括:电动液压泵、高压蓄能器、溢流阀、增压线性电磁阀、减压线性电磁阀,其中电动液压泵从回油主路上获取液压油,油路依次经过增压线性电磁阀、减压线性电池阀后回到回油主路,高压蓄能器通过对电动液压泵与增压线性电磁阀之间的管路进行加压,电动液压泵与增压线性电磁阀之间设置溢流阀,溢流阀的出液管路直接接入回油主路;所述增压***中通过从增压线性电磁阀与减压线性电磁阀之间引出增压支路为前轮制动***中前轴常开电磁阀后的进油路进行增压。
进一步的,所述主液压***还设置有踏板行程模拟器电磁阀和踏板行程模拟器与制动主缸连接。
进一步的,所述各制动单元的进油电磁阀与出油电磁阀之间设置有压力传感器,所述前轮制动***和后轮制动***的主进油路上设置有压力传感器,所述增压***的动液压泵与增压线性电磁阀质检的管路上设置有压力传感器。
一种用于兼顾回馈效率与制动效能的制动***的制动方法,该方法为:
步骤1.由传感器获取制动踏板的行程信号、制动前轴和后轴的压力信号以及各车轮制动器中轮缸制动压力信号,并对信号值进行修正;根据制动踏板行程信号判断驾驶员制动需求,根据驾驶员需求计算目标制动强度;
步骤2.根据目标制动强度与再生临界制动强度的关系进行制动模式选择:若目标制动强度小于再生临界制动强度,则进入电机回馈制动模式,进入第3步骤;若目标制动强度大于再生临界制动强度并且小于再生最大制动强度,则进入机电复合制动模式,进入第4步骤;若目标制动强度大于再生最大制动强度,则进入液压制动模式,进入第5步骤;
步骤3.此时制动能量回收***工作在电机回馈制动模式,此模式下只由电机提供制动力,并储存电能;
步骤4.此时制动能量回收***工作在机电复合制动模式,此模式下电机回馈制动和液压制动***进行联合制动;当目标制动强度大于某一预设制动强度时,回馈制动力矩以一定减小斜率K1减小到0,同时制动控制器控制电动液压泵以相同斜率K1增长两前轮轮缸压力,进行增压控制,进入步骤6;当目标制动强度低于该预设制动强度时,回馈制动力矩以一定增加斜率K2增加到当前***能够提供的最大回馈制动力矩Tm,同时制动控制器控制电动液压泵以相同斜率减小两前轮轮缸压力,进行减压控制,进入步骤7;当目标制动强度等于预设制动强度时,回馈制动力矩以最大回馈制动力矩提供,同时制动控制器控制液压泵保持两前轮轮缸压力,进行保压控制,进入步骤8;
步骤5.此时制动能量回收***工作在液压制动模式,此模式下整车制动力全部由液压制动力提供,电机回馈制动力输出为零;制动控制器根据目标制动强度,设定目标制动压力,并采集制动能量回收***的前轮轮缸压力;当目标制动压力小于采集的前轮轮缸压力时,进行增压控制,进入步骤6;当目标制动压力大于采集的前轮轮缸压力时,进行减压控制,进入步骤7;当目标制动压力等于采集的前轮轮缸压力时,进行保压控制,进入步骤8;
步骤6.此步骤下前轴进行增压控制,制动控制器控制增压线性阀通电打开,减压线性阀通电关闭,同时控制左前轮进油阀和右前轮进油阀通电打开,控制左前轮出油阀和右前轮出油阀通电关闭,使高压蓄能器的高压油液进入前轮轮缸;
步骤7.此步骤下前轴进行减压控制,制动控制器控制增压线性阀通电关闭,减压线性阀通电打开,同时控制左前轮进油阀和右前轮进油阀通电关闭,控制左前轮出油阀和右前轮出油阀通电打开,使前轮轮缸的制动液流入储液杯;
步骤8.此步骤下前轴进行保压控制,制动控制器控制增压线性阀通电关闭,减压线性阀通电关闭,同时控制左前轮进油阀和右前轮进油阀通电关闭,控制左前轮出油阀和右前轮出油阀通电关闭,使前轮轮缸压力保持不变。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:
1.本发明所述的兼顾回馈效率与制动效能的制动能量回收***,通过将前轴制动油路与储液杯直接相连,制动主缸空闲出的前腔出油口与踏板行程模拟器相连,从结构上保证了制动过程中可以切断前轴主缸与轮缸之间的液压管路,使得驾驶员踩下制动踏板时,主缸内的制动液不会流入制动轮缸,而是流入踏板模拟器中,从而在增加了制动力的情况下还保证了踏板感觉不会发生变化。
2.本发明将高压蓄能器和电动液压泵设计形成独立的高压供给单元,替代了传统制动***的回油电机,简化了制动装置。
3.本发明将传统的ABS/VSC液压控制单元与用于回馈控制的液压调节机构进行集成设计,使***结构紧凑。
4.参阅图5,当目标制动强度较低时,能够回收较多的制动能量,提升回馈效率;而当目标制动强度较大时,逐渐减小回馈制动力,保证制动效能。因此本发明所述的兼顾回馈效率与制动效能的制动能量回收***,不仅能够让液压制动与电机制动更好配合,最大程度发挥电机再生制动能力,提高回馈效率,同时也兼顾了制动效能,缩短制动距离,是前轴驱动的电动汽车的理想控制策略。
附图说明
图1为本发明一种兼顾回馈效率与制动效能的制动***;
图中:I为主液压***、II为前轮制动***、III为后轮制动***、IV为增压***。
图2为本发明所述的兼顾回馈效率与制动效能的制动能量回收***的结构原理示意图;
图中:1.制动踏板,2.真空助力器,3.电动真空泵,4.制动主缸,5.储液杯,6.溢流阀,7.高压蓄能器,8.电动液压泵,9.前轴常开电磁阀,10.后轴常开电磁阀,11.踏板行程模拟器电磁阀,12.踏板行程模拟器,13.增压线性阀,14.减压线性阀,15.左前轮进油阀,16.右前轮进油阀,17.左后轮进油阀,18.右后轮进油阀,19.左前轮出油阀,20.右前轮出油阀,21.左后轮出油阀,22.右后轮出油阀,23.左前轮轮缸,24.右前轮轮缸,25.左后轮轮缸,26.右后轮轮缸,27.制动控制器,28.整车控制器,29.电机控制器,30.驱动电机,31.踏板行程传感器,32.蓄能器压力传感器,33.前轴压力传感器,34.后轴压力传感器,35.左前轮轮缸压力传感器,36.右前轮轮缸压力传感器,37.左后轮轮缸压力传感器,38.右后轮轮缸压力传感器,39.液压调节***。
图3为本发明所述的兼顾回馈效率与制动效能的制动能量回收***的制动控制器结构示意图。
图4为本发明所述的兼顾回馈效率与制动效能的制动能量回收***的制动控制策略的流程图。
图5为本发明所述的兼顾回馈效率与制动效能的制动能量回收***所采用的前后轴制动力分配图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述:
参阅图2及图3,本发明所述的兼顾回馈效率与制动效能的制动能量回收***,包括液压调节***39、制动踏板1、真空助力器2、电动真空泵3、制动主缸4、储液杯5、溢流阀6、高压蓄能器7、电动液压泵8、踏板行程模拟器电磁阀11、踏板行程模拟器12、制动控制器27、整车控制器28、电机控制器29和驱动电机30。其特征在于:所述制动主缸4的前腔出油口与踏板行程模拟器12相连,所述制动主缸4的后腔出油口与液压调节***39后轴制动油路相连,所述储液杯5的出油口与液压调节***39前轴制动油路相连;在所述液压制动单元39的前轴和后轴管路分别设置前轴压力传感器33和后轴压力传感器34,在所述液压制动单元的各个轮缸分别设置左前轮轮缸压力传感器35、右前轮轮缸压力传感器36、左后轮轮缸压力传感器37和右后轮轮缸压力传感器38,在所述高压蓄能器7与增压线性阀13的管路设置蓄能器压力传感器32,在所述制动踏板1与真空助力器2连接管路上设置踏板行程传感器31;所述前轴压力传感器33、后轴压力传感器34、轮缸压力传感器35-38、蓄能器压力传感器32、踏板行程传感器31以及电动液压泵8、液压调节***39所有电磁阀均由制动控制器27控制;驱动电机30由电机控制器29控制;制动控制器27与整车控制器28通讯并共同实现制动能量回收功能。
技术方案所述液压调节39单元包括四个进油电磁阀15-18、四个出油电磁阀19-20、两个常开电磁阀9-10、一个增压线性阀13、一个减压线性阀14。所述储液杯5的出油口与前轴常开电磁阀9进油口管路连接,前轴常开电磁阀9的出油口和左前轮进油阀15与右前轮进油阀16的进油口管路连接,左前轮进油阀15的出油口和左前轮出油阀19的进油口以及左前轮轮缸23管路连接,右前轮进油阀16的出油口和右前轮出油阀20的进油口以及右前轮轮缸24管路连接,左前轮出油阀19的出油口以及右前轮出油阀20的出油口与储液杯5的进油口管路连接。
所述制动主缸4后腔出油口与后轴常开电磁阀10进油口管路连接,后轴常开电磁阀10的出油口和左后轮进油阀17与右后轮进油阀18的进油口管路连接,左后轮进油阀17的出油口和左后轮出油阀21的进油口以及左后轮轮缸25管路连接,右后轮进油阀18的出油口和右后轮出油阀22的进油口以及右后轮轮缸26管路连接,左后轮出油阀21的出油口以及右后轮出油阀22的出油口与储液杯5的进油口管路连接。
所述前轴常开电磁阀9出油口和增压线性阀13的出油口与减压线性阀14的进油口管路连接,电动液压泵8的进油口与减压线性阀14的出油口管路连接,减压线性阀14的出油口和溢流阀6的出油口与储液杯5的进油口管路连接,溢流阀6的进油口与电动液压泵8的出油口和高压蓄能器7的出油口管路连接,高压蓄能器7的出油口与增压线性阀13的进油口管路连接。
参阅图4,本发明还提供了一种兼顾制动能量回收效率和制动效能的制动能量回收***的控制方法,其步骤如下:
1.由传感器获取制动踏板的行程信号、制动前轴和后轴的压力信号以及各车轮制动器中轮缸制动压力信号,并对信号值进行修正。根据制动踏板行程信号判断驾驶员制动需求,根据驾驶员需求计算目标制动强度。
2.根据目标制动强度与再生临界制动强度的关系进行制动模式选择:若目标制动强度小于再生临界制动强度,则进入电机回馈制动模式,进入第3步骤;若目标制动强度大于再生临界制动强度并且小于再生最大制动强度,则进入机电复合制动模式,进入第4步骤;若目标制动强度大于再生最大制动强度,则进入液压制动模式,进入第5步骤。所述再生临界制动强度为当目标制动强度增大到某个特定值时,摩擦制动力才参与制动,此时与回馈制动力共同提供制动强度需求,此时对应的目标制动强度称为再生临界制动强度。所述再生最大制动强度为当目标制动强度增大到某个特定值时,回馈制动力撤出,只有摩擦制动力提供制动强度需求,此时对应的特定目标制动强度称为再生最大制动强度。再生临界制动强度和再生最大制动强度均是通过试验数据获取。
3.此时制动能量回收***工作在电机回馈制动模式,此模式下整车全部制动力由前轴驱动电机制动力提供。此时,整车控制器综合考虑整车运行状态,包括电池SOC、电池电压、电池温度、驱动电机转速、温度、整车运行车速等计算出电机当前状态能提供的最大回馈制动转矩值Tm,将此值通过CAN总线发送给制动控制器。制动控制器经过计算识别出驾驶员目标制动强度并结合最大回馈制动转矩计算出目标电机制动转矩Tm。同时,制动控制器控制前轴常开电磁阀和后轴常开电磁阀通电关闭,踏板行程模拟器电磁阀通电打开,制动主缸的制动液流入踏板行程模拟器。
4.此时制动能量回收***工作在机电复合制动模式,此模式下电机回馈制动和液压制动***进行联合制动。制动控制器根据设定的控制策略,确定电机回馈力矩和液压制动力矩的值,当目标制动强度大于某一预设制动强度时,回馈制动力矩以一定减小斜率K1减小到0,同时制动控制器控制电动液压泵以相同斜率K1增长两前轮轮缸压力,进行增压控制,进入步骤6;当目标制动强度低于该预设制动强度时,回馈制动力矩以一定增加斜率K2增加到当前***能够提供的最大回馈制动力矩Tm,同时制动控制器控制电动液压泵以相同斜率减小两前轮轮缸压力,进行减压控制,进入步骤7;当目标制动强度等于预设制动强度时,回馈制动力矩以最大回馈制动力矩提供,同时制动控制器控制液压泵保持两前轮轮缸压力,进行保压控制,进入步骤8。
5.此时制动能量回收***工作在液压制动模式,此模式下整车制动力全部由液压制动力提供,电机回馈制动力输出为零。制动控制器根据目标制动强度,设定目标制动压力,并采集制动能量回收***的前轮轮缸压力。当目标制动压力小于采集的前轮轮缸压力时,进行增压控制,进入步骤6;当目标制动压力大于采集的前轮轮缸压力时,进行减压控制,进入步骤7;当目标制动压力等于采集的前轮轮缸压力时,进行保压控制,进入步骤8。
6.此步骤下前轴进行增压控制,制动控制器控制增压线性阀13通电打开,减压线性阀通电14关闭,同时控制左前轮进油阀15和右前轮进油阀16通电打开,控制左前轮出油阀19和右前轮出油阀20通电关闭,使高压蓄能器7的高压油液进入前轮轮缸23-24。
7.此步骤下前轴进行减压控制,制动控制器控制增压线性阀13通电关闭,减压线性阀14通电打开,同时控制左前轮进油阀15和右前轮进油阀16通电关闭,控制左前轮出油阀19和右前轮出油阀20通电打开,使前轮轮缸23-24的制动液流入储液杯5。
8.此步骤下前轴进行保压控制,制动控制器控制增压线性阀13通电关闭,减压线性阀14通电关闭,同时控制左前轮进油阀15和右前轮进油阀16通电关闭,控制左前轮出油阀19和右前轮出油阀20通电关闭,使前轮轮缸23-24压力保持不变。
对于以上所有制动状态而言,前轴常开电磁阀9和后轴常开电磁阀10均处于通电关闭状态,其增压时的油液均来自于高压蓄能器7,而减压时油液直接流回储液杯5,其增压、减压和保压过程都与主缸压力无关,而主缸4内的制动液不会流入前轮制动轮缸23-24,而是流入踏板模拟器12中,从而保证了踏板感觉不会发生变化。
当电气***失效时,所有电磁阀、电机泵和制动控制器均不工作,此时前轴常开电磁阀9和后轴常开电磁阀10处于常开状态,各轮的进液阀处于常开状态,当驾驶员踩下制动踏板1时,主缸4中的制动液能够到达前轴和后轴的轮缸23-26,使汽车正常减速或停车。
参阅图5,在较低目标制动强度下仅由回馈制动力单独提供所有的制动强度需求,如图中OA段所示;而当目标制动强度增大到再生临界制动强度时,摩擦制动力才参与制动,与回馈制动力共同提供制动需求,如图中AB段所示;随着目标制动强度增加,若继续增加回馈制动力,会使前后轴制动力分配曲线接近ECE制动效能曲线,制动效能降低。所以当目标制动强度大于某一预设制动强度时,回馈制动力比重随制动强度增加而逐渐减少,如图中BC段所示;当目标制动强度大于再生最大制动强度时,回馈制动力撤出,仅由摩擦力单独制动,如图中CD所示。这样设计不仅能够让液压制动与电机制动更好配合,最大程度发挥电机再生制动能力,提高回馈效率,同时也兼顾了回馈效率,使制动效能提升,缩短制动距离,是前轴驱动的电动汽车的理想控制策略。
上述各实施例仅用于说明本发明,其中各部件的结构以及控制方法的具体实现可以在本发明技术方案基础上进行等同变换和改进,均不应该排除在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种兼顾回馈效率与制动效能的制动***,该***包括:主液压***、前轮制动***、后轮制动***、增压***;所述主液压***包括:制动踏板、真空助力器、电动真空泵、制动主缸、储液杯,其中制动踏板通过真空助力器与制动主缸连接,储液杯为制动主缸提供液压油;所述前轮制动***从储液杯获取液压油,主进油路通过前轴常开电磁阀后分为左、右两支路,分别为左、右前轮提供制动力,每条支路上各设置一制动单元,油路经过制动单元后和并为主出油路;其中制动单元包括:进油电磁阀和出油电磁阀,所述进油电磁阀和出油电磁阀之间分支出油路为轮缸提供制动压力;所述后轮制动***从制动主缸获取液压油,主进油路通过后轴常开电磁阀后分为左、右两支路,分别为左、右后轮提供制动力,每条支路上各设置一制动单元,油路经过制动单元后和并为主出油路;所述前轮制动***和后轮制动***的主出油路合并为回油主路;所述增压***包括:电动液压泵、高压蓄能器、溢流阀、增压线性电磁阀、减压线性电磁阀,其中电动液压泵从回油主路上获取液压油,油路依次经过增压线性电磁阀、减压线性电池阀后回到回油主路,高压蓄能器通过对电动液压泵与增压线性电磁阀之间的管路进行加压,电动液压泵与增压线性电磁阀之间设置溢流阀,溢流阀的出液管路直接接入回油主路;所述增压***中通过从增压线性电磁阀与减压线性电磁阀之间引出增压支路为前轮制动***中前轴常开电磁阀后的进油路进行增压。
2.如权利要求1所述的一种兼顾回馈效率与制动效能的制动***,其特征在于所述主液压***还设置有踏板行程模拟器电磁阀和踏板行程模拟器与制动主缸连接。
3.如权利要求1所述的一种兼顾回馈效率与制动效能的制动***,其特征在于所述各制动单元的进油电磁阀与出油电磁阀之间设置有压力传感器,所述前轮制动***和后轮制动***的主进油路上设置有压力传感器,所述增压***的电动液压泵与增压线性电磁阀之间的管路上设置有压力传感器。
4.一种用于兼顾回馈效率与制动效能的制动***的制动方法,该方法为:
步骤1.由传感器获取制动踏板的行程信号、制动前轴和后轴的压力信号以及各车轮制动器中轮缸制动压力信号,并对信号值进行修正;根据制动踏板行程信号判断驾驶员制动需求,根据驾驶员需求计算目标制动强度;
步骤2.根据目标制动强度与再生临界制动强度的关系进行制动模式选择:若目标制动强度小于再生临界制动强度,则进入电机回馈制动模式,进入第3步骤;若目标制动强度大于再生临界制动强度并且小于再生最大制动强度,则进入机电复合制动模式,进入第4步骤;若目标制动强度大于再生最大制动强度,则进入液压制动模式,进入第5步骤;
步骤3.此时制动能量回收***工作在电机回馈制动模式,此模式下只由电机提供制动力,并储存电能;
步骤4.此时制动能量回收***工作在机电复合制动模式,此模式下电机回馈制动和液压制动***进行联合制动;当目标制动强度大于某一预设制动强度时,回馈制动力矩以一定减小斜率K1减小到0,同时制动控制器控制电动液压泵以相同斜率K1增长两前轮轮缸压力,进行增压控制,进入步骤6;当目标制动强度低于该预设制动强度时,回馈制动力矩以一定增加斜率K2增加到当前***能够提供的最大回馈制动力矩Tm,同时制动控制器控制电动液压泵以相同斜率K2减小两前轮轮缸压力,进行减压控制,进入步骤7;当目标制动强度等于预设制动强度时,回馈制动力矩以最大回馈制动力矩提供,同时制动控制器控制液压泵保持两前轮轮缸压力,进行保压控制,进入步骤8;
步骤5.此时制动能量回收***工作在液压制动模式,此模式下整车制动力全部由液压制动力提供,电机回馈制动力输出为零;制动控制器根据目标制动强度,设定目标制动压力,并采集制动能量回收***的前轮轮缸压力;当目标制动压力小于采集的前轮轮缸压力时,进行增压控制,进入步骤6;当目标制动压力大于采集的前轮轮缸压力时,进行减压控制,进入步骤7;当目标制动压力等于采集的前轮轮缸压力时,进行保压控制,进入步骤8;
步骤6.此步骤下前轴进行增压控制,制动控制器控制增压线性阀通电打开,减压线性阀通电关闭,同时控制左前轮进油阀和右前轮进油阀通电打开,控制左前轮出油阀和右前轮出油阀通电关闭,使高压蓄能器的高压油液进入前轮轮缸;
步骤7.此步骤下前轴进行减压控制,制动控制器控制增压线性阀通电关闭,减压线性阀通电打开,同时控制左前轮进油阀和右前轮进油阀通电关闭,控制左前轮出油阀和右前轮出油阀通电打开,使前轮轮缸的制动液流入储液杯;
步骤8.此步骤下前轴进行保压控制,制动控制器控制增压线性阀通电关闭,减压线性阀通电关闭,同时控制左前轮进油阀和右前轮进油阀通电关闭,控制左前轮出油阀和右前轮出油阀通电关闭,使前轮轮缸压力保持不变。
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