CN116691268A - 一种自动驾驶汽车整车热管理***及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动驾驶汽车整车热管理***及车辆,包括空调制冷循环、车载服务器液冷循环;所述空调制冷循环通过换热***实现空调制冷循环中冷媒与车载服务器液冷循环中冷却液的热量交换;所述车载服务器液冷循环中包括液冷回路上依次串联的车载服务器换热器和散热器,所述车载服务器换热器并联有第一旁路,所述换热***在车载服务器液冷循环中的第一换热端并联有第二旁路;本发明考虑到用于自动驾驶的车载服务器对工作温度要求较为苛刻,适合的工作温度范围较窄,因此对车载服务器设置多种冷却模式,实现了车载服务器冷却降温的多级调节。
Description
技术领域
本发明属于汽车技术领域,特别是涉及一种自动驾驶汽车整车热管理***及车辆。
背景技术
随着新能源汽车行业的蓬勃发展,纯电动汽车作为新能源车辆最主要的分支产品,其产量和销量均持续增长。而汽车智能化已成为继汽车电动化之后的汽车行业重要发展趋势,自动驾驶技术作为汽车整体智能化的体现也逐渐成为诸多汽车厂商的研发方向。自动驾驶汽车依靠人工智能、计算机视觉和GPS等***的共同协作,实现汽车的自动智能驾驶。这种驾驶技术的兴起相较于传统的驾驶方式能够提高出行效率,也具有一定的驾驶安全性。因此,汽车电动化和汽车智能化一定意义上推动自动驾驶汽车技术的发展。
与此同时,整车热管理***作为纯电动的自动驾驶汽车整车开发中重要的一环,保证汽车在不同环境温度下的正常工作。纯电动自动驾驶汽车在纯电动汽车整车热管理***的基础上,增加了车载服务器的冷却需求。车载服务器目前以水冷的冷却形式为主,其对冷却水温的要求苛刻,水温变化区间较窄。冷却水温度高,会导致车载服务器内部电子元器件过温,影响其性能的发挥,冷却水温度低,会在服务器水冷板表面产生凝露,导致服务器内部电子元器件短路,损坏服务器。因此,对于纯电动自动驾驶汽车,需在现有纯电动汽车热管理***的基础上,为车载服务器开发一套特殊的热管理***构型,满足车载服务器的冷却需求。
目前,传统新能源自动驾驶车载服务器的冷却方式是将服务器串联到电机、控制器冷却回路中,此方案在环境温度较低时,可以满足车辆车载服务器的冷却,但当环境温度较高时,电机、控制器冷却回路将无法满足车辆车载服务器的冷却,会造成服务器工作温度过高,可能损坏服务器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动驾驶汽车整车热管理***及车辆,以解决现有技术中自动驾驶车辆车载服务器在高温环境条件下冷却能力不足的问题。
为实现上述目的,本发明的方案包括:
本发明的一种自动驾驶汽车整车热管理***的技术方案,包括空调制冷循环、车载服务器液冷循环;所述空调制冷循环通过换热***实现空调制冷循环中冷媒与车载服务器液冷循环中冷却液的热量交换;所述车载服务器液冷循环中包括液冷回路上依次串联的车载服务器换热器和散热器,所述车载服务器换热器并联有第一旁路,所述换热***在车载服务器液冷循环中的第一换热端并联有第二旁路;
当车载服务器温度低于冷却开启条件时,车载服务器液冷循环中冷却液不循环或者通过第一旁路循环;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度低于车载服务器目标温度时,车载服务器液冷循环中冷却液通过车载服务器换热器循环;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度不低于车载服务器目标温度时,车载服务器液冷循环中冷却液通过车载服务器换热器和第一换热端循环,同时启动空调制冷循环。
本发明的有益效果为:本发明考虑到用于自动驾驶的车载服务器对工作温度要求较为苛刻,适合的工作温度范围较窄,因此对车载服务器设置多种冷却模式,实现了车载服务器冷却降温的多级调节。
方案通过对车载服务器散热器及与空调制冷回路热交换的空调换热器分别增设旁路,实现了三级冷却强度控制。第一级,在车载服务器温度适合的情况下,使循环中的冷却液绕开车载服务器散热器,从相应旁路中通过,不对车载服务器散热;第二级,当车载服务器温度偏高,且相应液冷循环中冷却液温度满足服务器散热需求,则使冷却液通过车载服务器散热器;第三级,当车载服务器温度偏高,且当前环境温度较高,相应液冷循环中冷却液难以通过散热器向空气散热降温,则启动空调制冷循环,并使冷却液经过空调换热器和车载服务器散热器,通过空调冷媒降低冷却液温度,实现通过空调制冷对车载服务器进行强制散热。
本发明的多级车载服务器散热***,适合在各种环境条件和服务器发热工况下的服务器冷却降温,保障服务器可靠运行,增加了服务器的使用寿命。且旁路的设置,还能够保证服务器散热工况与空调制冷及冷却液循环解耦,不干预空调运行和冷却液循环为其他部件散热。
进一步地,所述车载服务器散热器与第一换热端在液冷管路上相邻设置,所述第一旁路和第二旁路包括第一三通阀和第二三通阀;第一三通阀的第一口和第二口分别连接于车载服务器换热器两端的管路上形成第一旁路;第二三通阀的第一口和第三口串联在车载服务器液冷循环中,车载服务器散热器和第一换热端上游的管路上,第二三通阀的第二口还连接第一三通阀的第三口以形成第二旁路。
本发明的有益效果为:通过两个三通阀实现了两个旁路的集成设置,增加了***集成度,简化了冷却管路设置。
进一步地,所述换热***包括电池液冷循环,所述空调制冷循环与电池液冷循环之间设置有冷媒-冷却液换热器,所述电池液冷循环与服务器循环之间设置有冷却液-冷却液换热器,冷却液-冷却液换热器在车载服务器液冷循环中的换热端为第一换热端。
本发明的有益效果为:同时将电池散热循环集成到空调制冷循环和服务器散热循环之间,用于将服务器循环中冷却液的温度传递给低温的冷媒,增加了***的集成程度,结合旁路的设置,服务器散热模式不受电池的冷却循环的干扰,简化了整个车辆的冷却***复杂程度。
进一步地,所述车载服务器液冷循环中位于第一旁路和第二旁路之外的主管路上还串联有电机***散热支路;所述电机***散热支路包括并联的电机散热支路和电机控制器散热支路。
本发明的有益效果为:将车载服务器与电机的散热***集成,进一步增加***集成程度,简化散热***设计,同时旁路的设置使电机和服务器的冷却模式在同一个液冷循环中互不干扰。
进一步地,所述第一三通阀和第二三通阀的一口与另外两口之间连通开度比例可调;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度低于车载服务器目标温度时,第一三通阀第三口连通第二口和第一口,车载服务器温度呈上升趋势则增加第三口与第二口的连通开度比例,车载服务器温度呈下降趋势则增加第三口与第一口的连通开度比例;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度不低于车载服务器目标温度时,第二三通阀第三口连通第二口和第一口,车载服务器温度呈上升趋势则增加第三口与第一口的连通开度比例,车载服务器温度呈下降趋势则增加第三口与第二口的连通开度比例。
本发明的有益效果为:采用开度比例可调的三通阀,实现了参与与服务器热交换和与空调冷媒热交换的冷却液的量的无极调节,进一步增加了服务器散热程度的灵活调整,使得在各种工况及各种环境条件下均能将服务器温度调节到最佳范围。
本发明的一种自动驾驶车辆的技术方案,包括空调制冷循环、车载服务器液冷循环;所述空调制冷循环通过换热***实现空调制冷循环中冷媒与车载服务器液冷循环中冷却液的热量交换;所述车载服务器液冷循环中包括液冷回路上依次串联的车载服务器换热器和散热器,所述车载服务器换热器并联有第一旁路,所述换热***在车载服务器液冷循环中的第一换热端并联有第二旁路;
当车载服务器温度低于冷却开启条件时,车载服务器液冷循环中冷却液不循环或者通过第一旁路循环;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度低于车载服务器目标温度时,车载服务器液冷循环中冷却液通过车载服务器换热器循环;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度不低于车载服务器目标温度时,车载服务器液冷循环中冷却液通过车载服务器换热器和第一换热端循环,同时启动空调制冷循环。
进一步地,所述车载服务器散热器与第一换热端在液冷管路上相邻设置,所述第一旁路和第二旁路包括第一三通阀和第二三通阀;第一三通阀的第一口和第二口分别连接于车载服务器换热器两端的管路上形成第一旁路;第二三通阀的第一口和第三口串联在车载服务器液冷循环中,车载服务器散热器和第一换热端上游的管路上,第二三通阀的第二口还连接第一三通阀的第三口以形成第二旁路。
进一步地,所述换热***包括电池液冷循环,所述空调制冷循环与电池液冷循环之间设置有冷媒-冷却液换热器,所述电池液冷循环与服务器循环之间设置有冷却液-冷却液换热器,冷却液-冷却液换热器在车载服务器液冷循环中的换热端为第一换热端。
进一步地,所述车载服务器液冷循环中位于第一旁路和第二旁路之外的主管路上还串联有电机***散热支路;所述电机***散热支路包括并联的电机散热支路和电机控制器散热支路。
进一步地,所述第一三通阀和第二三通阀的一口与另外两口之间连通开度比例可调;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度低于车载服务器目标温度时,第一三通阀第三口连通第二口和第一口,车载服务器温度呈上升趋势则增加第三口与第二口的连通开度比例,车载服务器温度呈下降趋势则增加第三口与第一口的连通开度比例;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度不低于车载服务器目标温度时,第二三通阀第三口连通第二口和第一口,车载服务器温度呈上升趋势则增加第三口与第一口的连通开度比例,车载服务器温度呈下降趋势则增加第三口与第二口的连通开度比例。
附图说明
图1为本发明中自动驾驶车辆车载服务器热管理***原理图;
附图标记说明:
1、空调压缩机;2、冷凝器;3、热力膨胀阀;4、车内蒸发器;5、截止阀;6、电子膨胀阀;7、冷媒-冷却液换热器;8、电池水泵;9、冷却液-冷却液换热器;10、温度传感器;11、动力电池;12、电池膨胀水箱;13、电驱动水泵;14、驱动电机;15、电机控制器;16、低温散热器;17、温度传感器;18、第一电控三通阀;19、第二电控三通阀;20、温度传感器;21、车载服务器;22、电驱动膨胀水箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
一种自动驾驶汽车整车热管理***实施例:
1.自动驾驶汽车整车热管理***主要实现功能
本发明结合新能源自动驾驶车车载服务器工作温度的特点,开发了能够满足不同环境温度下车载自动驾驶服务器工作温度的热管理***,主要实现以下功能:
(1)本发明的热管理***通过3个换热器,即冷媒-冷却液换热器7,冷却液-冷却液换热器9,低温散热器16实现不同***间与外界环境的耦合换热,从而实现***内不同冷却部件对于冷却温度的不同需求;
(2)本发明的热管理***,针对自动驾驶车辆,在现有纯电动车辆热管理***的基础上,增加了车载车载服务器21的冷却功能。相比于现有车辆车载服务器冷却技术,本发明可满足在高温工况(环境温度>40℃)下服务器的冷却需求,从而拓宽了自动驾驶车辆的运行区域范围;
(3)本发明的热管理***,通过第一电控三通阀18、第二电控三通阀19这两个电控三通阀,可实现冷却液不通过车载服务器21;冷却液不通过冷却液-冷却液换热器9二次降温后直接通过车载服务器21;冷却液部分通过冷却液-冷却液换热器9二次降温,与未通过冷却液-冷却液换热器9二次降温的冷却液混合后通过车载服务器21这3种工作模式,以维持车载服务器冷却液温度在合理范围内,从而避免冷却液温度过高导致的服务器高温及冷却液温度过低导致的服务器凝露问题。
如图1所示的本发明的热管理***,其中压缩机1、冷凝器2、热力膨胀阀3、蒸发器4、截止阀5、电子膨胀阀6、板式换热器7,构成整车空调***,通过冷媒管路相连,为车舱内及动力电池液冷循环提供冷量。电池水泵8、板式换热器9的一个热交换端、温度传感器10、动力电池11、膨胀水箱12,组成电池液冷循环***,通过板式换热器7使液冷循环中的冷却液与空调***中的冷媒进行热量交换。电驱动水泵13、电机14、电机控制器15、低温散热器16、温度传感器17、第一电控三通阀18、板式换热器9的另一个热交换端、第二电控三通阀19、温度传感器20、车载服务器21、膨胀水箱22,组成电驱动及车载服务器液冷循环***,在环境温度较低时,该***通过低温散热器16与环境进行热量交换,当环境温度较高时,该***通过低温散热器16、板式换热器9分别与环境、电池液冷循环内冷却液进行热量交换。
2.自动驾驶汽车整车热管理***具体实现和其优势
本发明在常规纯电动汽车整车热管理***的基础上,围绕车载服务器的冷却,主要拓展出如下3种工作模式:
(1)车载服务器无冷却模式。当车载服务器21温度正常,未达到其冷却开启阈值条件时,此时第一电控三通阀18的A口与C口接通,第二电控三通阀19的A口与B口接通,电驱动***内冷却液经电驱动水泵13,驱动电机14,电机控制器15,低温散热器16,第一电控三通阀18的AC接口,第二电控三通阀19的AB接口流回电驱动水泵13,电驱动冷却***内冷却液未流经车载服务器21,此时电驱动冷却***,电池液冷循环***,空调***按照其各自的运行逻辑运行;
(2)车载服务器常规冷却模式。当温度传感器17检测到的电驱动冷却***内冷却液温度<车载服务器21目标冷却液温度T0-T1(T0为车载服务器目标温度,T1为温度滞回区间)时,仅通过低温散热器16对车载服务器21进行冷却,此时第一电控三通阀18的A口与C口接通,第二电控三通阀19的A口与C口接通,电驱动***内冷却液循环经电驱动水泵13,驱动电机14,电机控制器15,低温散热器16,第一电控三通阀18的AC接口,第二电控三通阀19的AC接口,自动驾驶车载服务器21流回电驱动水泵13,特别的,当车载服务器21对于冷却压力与冷却流量有特殊要求时,可通过第二电控三通阀19调整AC接口,AB接口间开度比例,使部分冷却液通过AC接口流经自动驾驶车载服务器21进行冷却,其余冷却液经过AB接口,不流经自动驾驶车载服务器21,低温散热器16冷却风扇运行转速根据温度传感器17检测到的冷却液温度进行控制。在车载服务器常规冷却模式下,电池液冷循环***,空调***按照其各自的运行逻辑运行;
(3)车载服务器加强冷却模式。当温度传感器17检测到的电驱动冷却***内冷却液温度>车载服务器21目标冷却液温度T0+T2(T0为车载服务器目标温度,T2为温度滞回区间)时,通过低温散热器16、冷却液-冷却液换热器9共同对自动驾驶车载服务器21进行冷却。此时通过调整第一电控三通阀18的AB接口,AC接口间开度比例,实现对于流经冷却液-冷却液换热器9的流量控制,流经冷却液-冷却液换热器9的冷却液与未流经冷却液-冷却液换热器9的冷却液混合后,流经自动驾驶车载服务器21,从而将自动驾驶车载服务器21内冷却液温度控制在合适的范围内。在此模式下,电驱动冷却***内冷却液的流动路径为:电驱动水泵13,驱动电机14,电机控制器15,低温散热器16,第一电控三通阀18的AB接口,第一电控三通阀18的AC接口,冷却液-冷却液换热器9位于电驱动及车载服务器液冷循环***的热交换端,第二电控三通阀19的AC接口,自动驾驶车载服务器21流回电驱动***水泵13。第一电控三通阀18开度根据温度传感器20检测到的冷却液温度T3进行调节,当T3高于自动驾驶车载服务器21目标冷却液温度T0程度越大时,第一电控三通阀18的AB接口开启比例越大,流经冷却液-冷却液换热器9进行换热的冷却液流量越大,特别的,当车载服务器21对于冷却压力与冷却流量有特殊要求时,可通过第二电控三通阀19调整AC接口,AB接口间开度,使部分冷却液通过AC接口流经自动驾驶车载服务器21进行冷却,其余冷却液经过AB接口,不流经自动驾驶车载服务器21。
在车载服务器加强冷却模式下,电池液冷循环需开启,通过冷却液-冷却液换热器9与电驱动冷却循环进行热量交换,电池液冷循环内冷却液的流动路径为:电池水泵8,冷却液-冷却液换热器9位于电池液冷循环***的热交换端,冷媒-冷却液换热器7,动力电池11流回电池水泵8,电池液冷循环内热量通过冷媒-冷却液换热器7与空调***进行热交换。此时通过温度传感器10检测到的电池液冷循环内冷却液温度控制空调压缩机1与电子膨胀阀6的工作状态,从而维持电池液冷循环内冷却液处于合适的换热温度。
综上所述,本发明的整车热管理***具有以下优势:
(1)本发明的热管理***,实现了电驱动热管理***、电池热管理***、空调***的耦合化设计,拓展出2种工作模式并能够通过阀体实现工作模式间的切换。
(2)本发明的热管理***受环境温度影响小,能够将车载服务器冷却液温度控制在合理的温度范围内,从而在保障车载服务器液冷效果的前提下,有效避免服务器内部凝露现象的发生;
(3)本发明的热管理***,可根据使用工况,实现车载服务器热量与空气及冷媒的多源热交换,从而有利于实现热管理***的能耗最优。
本发明适用于配备对工作温度敏感的车载服务器的纯电动自动驾驶车辆,通过对车辆空调***、电驱动冷却***、电池热管理***、车载服务器液冷***进行耦合设计,保障了整车乘员舱、电驱动模块、电池、车载服务器工作在适宜的温度区间范围内;同时,通过耦合化设计实现整车能量流的合理分配利用,从而降低整车热管理***的工作能耗,提升整车续驶里程。
一种自动驾驶车辆实施例:
本发明的一种自动驾驶车辆,具体原理如图1所示,能够实现本发明的自动驾驶汽车整车热管理***。该车辆及本发明的自动驾驶汽车整车热管理***已在一种自动驾驶汽车整车热管理***实施例中介绍的足够清楚,此处不再赘述。
Claims (10)
1.一种自动驾驶汽车整车热管理***,其特征在于,包括空调制冷循环、车载服务器液冷循环;所述空调制冷循环通过换热***实现空调制冷循环中冷媒与车载服务器液冷循环中冷却液的热量交换;所述车载服务器液冷循环中包括液冷回路上依次串联的车载服务器换热器和散热器,所述车载服务器换热器并联有第一旁路,所述换热***在车载服务器液冷循环中的第一换热端并联有第二旁路;
当车载服务器温度低于冷却开启条件时,车载服务器液冷循环中冷却液不循环或者通过第一旁路循环;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度低于车载服务器目标温度时,车载服务器液冷循环中冷却液通过车载服务器换热器循环;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度不低于车载服务器目标温度时,车载服务器液冷循环中冷却液通过车载服务器换热器和第一换热端循环,同时启动空调制冷循环。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车整车热管理***,其特征在于,所述车载服务器散热器与第一换热端在液冷管路上相邻设置,所述第一旁路和第二旁路包括第一三通阀和第二三通阀;第一三通阀的第一口和第二口分别连接于车载服务器换热器两端的管路上形成第一旁路;第二三通阀的第一口和第三口串联在车载服务器液冷循环中,车载服务器散热器和第一换热端上游的管路上,第二三通阀的第二口还连接第一三通阀的第三口以形成第二旁路。
3.根据权利要求2所述的自动驾驶汽车整车热管理***,其特征在于,所述换热***包括电池液冷循环,所述空调制冷循环与电池液冷循环之间设置有冷媒-冷却液换热器,所述电池液冷循环与服务器循环之间设置有冷却液-冷却液换热器,冷却液-冷却液换热器在车载服务器液冷循环中的换热端为第一换热端。
4.根据权利要求3所述的自动驾驶汽车整车热管理***,其特征在于,所述车载服务器液冷循环中位于第一旁路和第二旁路之外的主管路上还串联有电机***散热支路;所述电机***散热支路包括并联的电机散热支路和电机控制器散热支路。
5.根据权利要求4所述的自动驾驶汽车整车热管理***,其特征在于,所述第一三通阀和第二三通阀的一口与另外两口之间连通开度比例可调;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度低于车载服务器目标温度时,第一三通阀第三口连通第二口和第一口,车载服务器温度呈上升趋势则增加第三口与第二口的连通开度比例,车载服务器温度呈下降趋势则增加第三口与第一口的连通开度比例;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度不低于车载服务器目标温度时,第二三通阀第三口连通第二口和第一口,车载服务器温度呈上升趋势则增加第三口与第一口的连通开度比例,车载服务器温度呈下降趋势则增加第三口与第二口的连通开度比例。
6.一种自动驾驶车辆,其特征在于,包括空调制冷循环、车载服务器液冷循环;所述空调制冷循环通过换热***实现空调制冷循环中冷媒与车载服务器液冷循环中冷却液的热量交换;所述车载服务器液冷循环中包括液冷回路上依次串联的车载服务器换热器和散热器,所述车载服务器换热器并联有第一旁路,所述换热***在车载服务器液冷循环中的第一换热端并联有第二旁路;
当车载服务器温度低于冷却开启条件时,车载服务器液冷循环中冷却液不循环或者通过第一旁路循环;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度低于车载服务器目标温度时,车载服务器液冷循环中冷却液通过车载服务器换热器循环;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度不低于车载服务器目标温度时,车载服务器液冷循环中冷却液通过车载服务器换热器和第一换热端循环,同时启动空调制冷循环。
7.根据权利要求6所述的自动驾驶车辆,其特征在于,所述车载服务器散热器与第一换热端在液冷管路上相邻设置,所述第一旁路和第二旁路包括第一三通阀和第二三通阀;第一三通阀的第一口和第二口分别连接于车载服务器换热器两端的管路上形成第一旁路;第二三通阀的第一口和第三口串联在车载服务器液冷循环中,车载服务器散热器和第一换热端上游的管路上,第二三通阀的第二口还连接第一三通阀的第三口以形成第二旁路。
8.根据权利要求7所述的自动驾驶车辆,其特征在于,所述换热***包括电池液冷循环,所述空调制冷循环与电池液冷循环之间设置有冷媒-冷却液换热器,所述电池液冷循环与服务器循环之间设置有冷却液-冷却液换热器,冷却液-冷却液换热器在车载服务器液冷循环中的换热端为第一换热端。
9.根据权利要求8所述的自动驾驶车辆,其特征在于,所述车载服务器液冷循环中位于第一旁路和第二旁路之外的主管路上还串联有电机***散热支路;所述电机***散热支路包括并联的电机散热支路和电机控制器散热支路。
10.根据权利要求9所述的自动驾驶车辆,其特征在于,所述第一三通阀和第二三通阀的一口与另外两口之间连通开度比例可调;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度低于车载服务器目标温度时,第一三通阀第三口连通第二口和第一口,车载服务器温度呈上升趋势则增加第三口与第二口的连通开度比例,车载服务器温度呈下降趋势则增加第三口与第一口的连通开度比例;当车载服务器温度高于冷却开启条件,且车载服务器液冷循环中冷却液温度不低于车载服务器目标温度时,第二三通阀第三口连通第二口和第一口,车载服务器温度呈上升趋势则增加第三口与第一口的连通开度比例,车载服务器温度呈下降趋势则增加第三口与第二口的连通开度比例。
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