CN113997928A - 车辆的转弯控制系统及转弯控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆的转弯控制系统,包括:数据库,配置为存储道路信息;传感器单元,用于检测车辆的转向角、车辆的车轮速度、车辆是否加速、车辆是否制动以及车辆是否变速;以及控制器,基于传感器单元检测出的信息中的一个或多个以及数据库中存储的道路信息来判断车辆是否进入转弯区段。特别地,当车辆进入转弯区段时,控制器设定车辆的目标速度,并控制车辆的速度减速以达到设定的目标速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆的转弯控制系统及转弯控制方法。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息,并且可能不构成现有技术。
当车辆行驶时,在转弯半径较大的情况下(例如进/出高速公路坡道或向左/向右转弯时)可能出现转向不足的现象,因此车辆可能会被推出转弯半径。特别地,当车辆速度较高时,转向不足现象可能会更加明显地发生。
为了防止这种现象,通常采用这样的技术,即,通过扭矩矢量使每个车轮的转矩控制不同来控制车辆,从而使车辆保持转向稳定。另外,已经开发了一种技术,该技术通过内燃机车辆中的无级变速器(CVT)控制使用发动机制动器在转弯区段的起始处使车辆自动减速。
然而,发明人发现,在扭矩矢量化的情况下,需要单独的扭矩分配装置,从而增加了制造成本,并且当通过发动机制动器进行减速时,仅考虑了瞬时转向角,因此降低了减速控制的精度。
发明内容
本发明提出了一种车辆的转弯控制系统,该转弯控制系统考虑使用车辆的驱动电机的车辆的转弯特性来确定目标速度,并且在车辆进入转弯区段之前执行减速控制以使得车辆执行稳定转弯。
根据本发明的一个方面,一种车辆的转弯控制系统包括:数据库,配置为存储道路信息;传感器单元,配置为检测车辆的转向角、车辆的车轮速度、车辆是否加速、车辆是否制动以及车辆是否变速中的一个或多个;控制器,其配置为基于传感器单元检测到的一个或多个信息和数据库中存储的道路信息,确定车辆是否进入转弯区段,并且当确定车辆进入转弯区段时,设定车辆的目标速度,并控制车辆的速度减速至目标速度。
控制器可以包括:确定单元,用于确定车辆是否进入转弯区段;设定单元,当确定车辆进入转弯区段时,设定车辆的目标速度;减速率确定单元,基于由传感器单元检测到的车辆的当前速度和在设定单元中设定的目标速度来确定车辆的减速率;以及速度控制器,其根据由减速率确定单元确定的减速率来控制车辆减速直到车辆达到目标速度。
确定单元可以配置为基于由传感器单元检测到的关于车辆的车轮速度、转向角、车辆是否加速、车辆是否制动、车辆是否变速的信息中的一个或多个信息以及存储在数据库中的道路曲率信息来确定车辆是否进入转弯区段。
设定单元可以配置为基于由稳态转弯方程得出的车辆的实际横向加速度、车辆的目标横向加速度以及由传感器单元检测到的车辆的速度来设定车辆的目标速度。
设定单元可以配置为基于车辆的实际转弯行为特征值来估计车辆的实际横向加速度,并且可以基于车辆的目标转弯行为特征值来导出车辆的目标横向加速度。
设定单元可以配置为计算车辆的实际横向加速度与车辆的目标横向加速度之间的差的绝对值,并且确定所计算的绝对值是否小于预设值。当计算出的绝对值小于预设值时,设定单元配置为将与计算出的绝对值相对应的车辆速度设定为车辆的目标速度。
设定单元可以通过反映道路的坡度来校正车辆的目标速度。
转弯控制系统可以进一步包括滤波器单元,该滤波器单元配置为去除速度信号的高频分量。
速度控制器可以包括:反馈控制单元,配置为使得车辆的当前速度趋于目标速度;扭矩限制单元,配置为限制最终需求扭矩小于或等于预设范围,该最终需求扭矩基于车辆的需求扭矩和应通过反馈控制单元进行补偿的补偿扭矩值而得出的,以使得车辆的当前速度达到目标速度;以及减速控制单元,配置为根据所导出的最终需求扭矩来驱动电机以控制减速。
根据另一方面,提供了一种车辆的转弯控制方法,该方法包括:确定车辆是否进入转弯区段;以及当确定车辆进入转弯区段时,设定车辆的目标速度;根据车辆的当前速度和设定的目标速度确定车辆的减速率;以及控制车辆的速度减速至目标速度。
确定车辆是否进入转弯区段的步骤可以包括:基于由传感器单元检测到的关于车辆的车轮速度、转向角、车辆是否加速、车辆是否制动、车辆是否变速的信息中的一个或多个信息以及存储在数据库中的道路曲率信息一个或多个来确定车辆是否进入转弯区段。
当确定车辆进入转弯区段时,设定车辆的目标速度的步骤可以包括:基于根据稳态转弯方程得出的车辆的实际横向加速度、车辆的目标横向加速度以及由传感器单元检测到的车辆速度来设定车辆的目标速度。
当确定车辆进入转弯区段时,设定车辆的目标速度的步骤可以包括反映道路的坡度以校正车辆的目标速度。
转弯控制方法可以进一步包括去除速度信号的高频分量。
在一种实施方式中,控制车辆的速度减速至目标速度的步骤可以包括:执行反馈控制以使得车辆的当前速度趋于目标速度;根据车辆的需求扭矩和补偿扭矩值来计算最终需求扭矩,以使得车辆的当前速度达到目标速度;将最终需求扭矩限制为小于或等于预设范围;以及根据最终需求扭矩驱动电机以控制车辆的减速。
根据本文提供的描述,其他应用领域将变得显而易见。应当理解的是,描述和具体示例仅用于示例目的,并不用于限制本发明的范围。
附图说明
为了可以很好地理解本发明,现在将参考附图通过示例的方式描述本发明的各种形式,其中:
图1是示出根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统的整体构造的示意图;
图2是用于描述确定车辆是否进入根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统中的转弯区段的视图;
图3是用于描述根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统中根据转弯行为特征值的车辆转弯的视图;
图4示出用于描述根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统的设定单元分中的车辆的目标速度的设定的曲线图;
图5是示出通过根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统的速度控制器将车辆速度减速至目标速度的视图;
图6是用于描述从根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统的速度控制器导出最终需求扭矩的视图;以及
图7是示出根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制方法的流程图。
本文描述的附图仅用于说明目的,并非旨在以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的,并非旨在限制本发明、应用或用途。应当理解,在所有附图中,相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
在下文中,将参照附图详细描述根据本发明的示例性形式的车辆的转弯控制系统。
图1是示出根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统的整体构造的示意图,图2是用于描述确定车辆是否进入根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统中的转弯区段的视图,图3是用于描述根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统中根据转弯行为特征值的车辆的转弯特征的视图,图4示出用于描述根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统的设定单元中的车辆的目标速度的设定的曲线图,图5是示出通过根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统的速度控制器将车辆速度减速至目标速度的视图,图6是用于描述从根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统的速度控制器导出最终需求扭矩的视图。
参照图1,根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统可以包括数据库100、传感器单元200和控制器300。
道路信息可以存储在数据库100中。这里,道路信息可以包括道路的曲率、道路的坡度和道路的类型。然而,这仅是一个示例,道路信息可以包括驾驶员在驾驶车辆时应当考虑的其他道路信息。
根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统可以包括传感器单元200。在一种实施方式中,传感器单元200可以包括:用于检测车辆的转向角的转向角传感器;用于检测车辆的车轮速度的车轮速度传感器;用于检测车辆是否加速的加速器踏板传感器;用于检测车辆是否制动的制动传感器或用于检测车辆是否变速的变速传感器中的至少一个。
根据另一种实施方式,传感器单元200可以进一步包括:用于检测车辆的转向角的转向角传感器;用于检测车辆的车轮速度的车轮速度传感器;用于检测车辆是否加速的加速器踏板传感器;用于检测车辆是否制动的制动传感器或用于检测车辆是否变速的变速传感器。如上所述,当传感器单元200表示一个传感器时,则根据本发明的车辆的转弯控制系统可以包括多个传感器单元。可以将由传感器单元200检测到的检测信息发送到控制器300。
控制器300基于由传感器单元200检测到的一个或多个信息和存储在数据库100中的道路信息来确定车辆是否进入转弯区段,并且当确定车辆进入转弯区段时,控制器300可以设定车辆的目标速度,并控制车辆的速度减速至设定的目标速度。
具体而言,控制器300可以包括:确定单元310,其用于确定车辆是否进入转弯区段;设定单元320,其用于当确定车辆确进入转弯区段时设定车辆的目标速度;减速率确定单元330,其基于传感器单元200检测到的车辆的当前速度以及在设定单元320中设定的目标速度来确定车辆的减速率;以及速度控制器340,其根据由减速率确定单元330确定的减速率来控制车辆的速度减速至目标速度。
在根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统中,控制器300可以仅在特定情况下允许车辆执行转弯控制。具体而言,当通过传感器单元200输入的转向角处于特定范围内时,控制器300可以执行转弯控制。换言之,当检测到的转向角小于特定值或超过特定值时,控制器300可以不执行转弯控制。
另外,仅当车辆的速度大于或等于特定速度时,控制器300才允许车辆执行转弯控制。换言之,因为在极低的速度下不会发生转向不足现象,所以仅当车辆的速度处于大于或等于预定速度的中速或高速时,控制器300可以允许执行转弯控制。
另外,控制器300可以进行控制使得在车辆处于加速或减速情况下不执行转弯控制。
此外,控制器300可以进行控制使得在应当操作防抱死制动系统(ABS)或牵引力控制系统(TCS)的情况下或在换档情况下,不执行转弯控制。
同时,控制器300的确定单元310确定车辆是否进入转弯区段。具体而言,参照图2,确定单元310可基于传感器单元200检测出的关于车辆的车轮速度、转向角、车辆是否加速、车辆是否制动、是否变速是信息中的一个或多个信息以及存储在数据库100中的道路曲率信息来确定车辆是否进入转弯区段。
根据本发明的一种实施方式,当预先存储在数据库100中的道路的曲率信息大于或等于特定曲率值时,确定单元310可以确定车辆进入转弯区段。
根据另一实施方式,确定单元310可以基于数据库100中预先存储的道路的曲率信息来计算转向角,并且当所计算的转向角大于或等于特定转向角时,确定单元310可以确定车辆进入转弯区域。
根据又一实施方式,确定单元310可基于由传感器单元200检测到的转向角值来确定车辆进入转弯区段。
设定单元320可以基于以下稳态转弯等式1得出的车辆的实际横向加速度、车辆的目标横向加速度和通过传感器单元200检测到的车辆的速度来设定车辆的目标速度。
[等式1]
此处,δ表示转向角,L表示轴距,R表示转弯半径,lr表示从重心到后轮的距离,lf表示从重心到前轮的距离,M表示车辆的重量,g表示重力加速度,Caf表示前轮转弯刚度系数,Car表示后轮转弯刚度系数,V表示车辆的速度,以及K表示转弯行为特征值。
具体而言,可以通过下面的等式2得出车辆的横向加速度。
[等式2]
此处,δ表示转向角,L表示轴距,V表示车辆的速度,K表示转弯行为特征值,以及ay表示横向加速度。
同时,本发明中的转弯行为被定义为当输入转向角时发生的车辆的横向加速度。换言之,转弯行为可以是由于车辆的转向角的变化而引起车辆的横向加速度。车辆的转弯行为特征可能会受到转弯行为特征值的影响。
具体而言,参考图3,当转弯行为特征值大于0时,在车辆转弯时可能会发生转向不足的现象,而当转弯行为特征值小于0时,在车辆转弯时会出现过度转向现象,并且当转弯行为特征值为0时,车辆在转弯过程中可以稳定转向。
换句话说,为了使车辆在转弯时稳定转弯,需要将转弯行为特征值设定为接近零。
同时,如等式3所示,设定单元320可以基于车辆的实际转弯行为特征值来估计车辆的实际横向加速度。在这种情况下,设定单元320可以导出基于存储在数据库100中的道路信息和由传感器单元200检测到的检测信息而得出的实际转弯行为特征值,并且可以通过将导出的实际转弯行为特征值代入下面的等式3来估计实际横向加速度。
[等式3]
在此,δy表示估计的实际横向加速度,δ表示转向角,V表示车辆的速度,Kveh表示实际转弯行为特性值,τ表示时间常数。
另外,如等式4所示,设定单元320可以基于车辆的目标转弯行为特征值来导出车辆的目标横向加速度。在这种情况下,设定单元320可以设定反映目标转弯行为的目标转弯行为特征值Kref。根据一种实施方式,设定单元320可以设定目标转弯行为特征值,使得当车辆转弯时发生弱的不足转向或弱的过度转向,然后设定单元320可以将目标转弯行为特征值代入等式4,以得出目标横向加速度。
[等式4]
在此,ay_ref表示目标横向加速度,δ表示指转向角,V表示车辆的速度,Kref表示目标转弯行为特性值,并且δ表示转向角。
当根据上述方法得出的车辆的实际横向加速度与车辆的目标横向加速度之间的差的绝对值小于预设值时,设定单元320可以设定速度作为车辆的目标速度。
具体而言,参考图4,可以看出,当在相同的转向角下增加车辆速度时,目标横向加速度与实际横向加速度之间的差异增大,并且随着车辆速度的降低,目标横向加速度与实际横向加速度之间的差异减小。当导出的实际横向加速度与目标横向加速度之间的差的绝对值小于特定值时,设定单元320可以将车辆的速度设定为目标速度。例如,当实际横向加速度与目标横向加速度之间的差为0.5m/s2时,当预设特定值为0.5m/s2并且车辆速度为50km/h时,设定单元320可以将50km/h设定为车辆的目标速度。
同时,设定单元320可以通过反映道路的坡度来校正根据上述方法设定的车辆的目标速度。根据一种实施方式,当前方道路为上坡时,设定单元320可将目标速度调高,而当前方道路为下坡时,设定单元320可将目标速度调低。
减速率确定单元330基于由传感器单元200检测到的车辆的当前速度和由设定单元320设定的目标速度来确定车辆的减速率。具体而言,减速率确定单元330可以根据通过车辆的当前速度和设定单元320所设定的目标速度而确定的减速率来降低车辆的速度,从而防止车辆突然减速。
滤波器单元350用于去除速度信号的高频分量。根据另一种实施方式,滤波器单元350可以是高通滤波器(HPF)。参照图5,滤波器单元350从当前速度信号中去除高频分量。因此,当根据在减速率确定单元330中确定的减速率使车辆的当前速度减速时,能够防止车辆突然减速。
换言之,在本发明中,当通过减速率确定单元330和滤波器单元350将当前速度减速到目标速度时,可以防止车辆突然减速。
同时,速度控制器340可以包括:反馈控制单元341,其用于控制车辆的当前速度以趋于目标速度;扭矩限制单元342,其用于限制最终需求扭矩小于或等于预设范围,该最终需求扭矩是基于车辆的需求扭矩和应通过反馈控制单元341进行补偿的补偿扭矩值而得出的,以使得车辆的当前速度达到目标速度;以及减速控制单元343,其根据所导出的最终需求扭矩来驱动电机以控制减速。
参照图6,反馈控制单元341可以执行反馈控制,以使得车辆的当前速度趋于目标速度。在此,反馈控制单元341可以由各种类型的控制器实现。在某些形式中,反馈控制单元341可以由比例积分微分(PID)控制器实现。然而,这仅是一个示例,除了以上描述之外,各种类型的控制器均可以用作本发明的反馈控制单元341。
扭矩限制单元342用于限制最终需求扭矩小于或等于预设范围,该最终需求扭矩基于车辆的需求扭矩和应通过反馈控制单元341补偿的补偿扭矩值而得出,以使得车辆的当前速度达到目标速度。具体而言,由于车辆不应由于最终需求扭矩而加速,而最终需求扭矩是基于车辆的需求扭矩和应通过反馈控制单元341补偿的补偿扭矩值而得出的,以使得当前车辆的速度达到目标速度,所以扭矩限制单元342可以将最终需求扭矩的大小限制在预设范围内,即,在车辆不加速的范围内。
减速控制单元343用于根据通过反馈控制单元341和扭矩限制单元342得出的最终需求扭矩来驱动电机,以控制车辆的速度减速至目标速度。具体而言,减速控制单元343可以将车辆的驱动电机控制在负区域中,以使得车辆的速度减速至目标速度。
在本发明的示例性形式中,控制器300可以通过配置为控制车辆的各种部件的操作的算法、配置为存储与软件命令有关的数据以再现算法的非易失性存储器(未示出)或配置为使用存储在相应内存中的数据执行以下将要描述的操作的至少一个处理器(未示出)来实现。在此,存储器和处理器可以被实现为单独的芯片。可替代地,存储器和处理器可以被实现为其中存储器和处理器集成的单个芯片。处理器可以是一个或多个处理器的形式。
图7是示出根据本发明的一种实施方式的车辆的转弯控制方法的流程图。
参照图7,车辆的转弯控制方法可以包括以下步骤:确定车辆是否进入转弯区段;当确定车辆进入转弯区段时,设定车辆的目标速度;基于车辆的当前速度和设定的目标速度来确定车辆的减速率;以及控制车辆的速度减速至目标速度。根据本发明,该方法可以进一步包括去除速度信号的高频分量。
具体而言,在确定车辆是否进入转弯区段的步骤中,可以基于由传感器单元200检测到的关于车辆的车轮速度、转向角、车辆是否加速、车辆是否制动、车辆是否变速的信息中的一个或多个信息以及存储在数据库100中的关于道路的曲率信息来确定车辆是否进入转弯区段。
另外,当确定车辆进入转弯区段时,在设定车辆的目标速度的步骤中,可以基于通过稳态转弯方程式得出的车辆的实际横向加速度、车辆的目标横向加速度以及由传感器单元200检测到的车辆速度来设定车辆的目标速度。
另外,当确定车辆进入转弯区段时,设定车辆的目标速度的步骤可以包括通过反映道路的坡度来校正车辆的目标速度。
此外,控制车辆的速度减速至目标速度的步骤可以包括:执行反馈控制,以使得车辆的当前速度趋于(converge on)目标速度;限制最终需求扭矩小于或等于预设范围,该最终需求扭矩是基于车辆的需求扭矩和应通过反馈控制补偿的补偿扭矩值得出,以使车辆的当前速度达到目标速度;以及根据得出的最终需求扭矩驱动电机以控制减速。
由于根据本发明一种实施方式的车辆转弯控制方法中的每个操作的具体技术特征与根据本发明的一种实施方式的车辆转弯控制系统的对应的技术特征相同,在此将省略其详细描述。
根据本发明,使用车辆的驱动电机考虑车辆的转弯特性来确定目标速度,并且在车辆进入转弯区段之前执行减速控制,从而能够安全地执行车辆转弯。
尽管已经出于说明性目的描述了本发明的示例性形式,但是本领域技术人员将理解,在不脱离本发明的范围和精神的情况下,可以进行各种修改、添加和替换。
Claims (15)
1.一种车辆的转弯控制系统,所述转弯控制系统包括:
数据库,配置为存储道路信息;
传感器单元,配置为检测所述车辆的转向角、所述车辆的车轮速度、所述车辆是否加速、所述车辆是否制动以及所述车辆是否变速中的至少一个;以及
控制器,配置为:
基于所述传感器单元检测到的一个或多个信息和所述数据库中存储的道路信息,确定所述车辆是否进入转弯区段;
当确定所述车辆进入转弯区段时,设定所述车辆的目标速度,并且
控制所述车辆的速度减速以达到所述目标速度。
2.根据权利要求1所述的转弯控制系统,其中,所述控制器包括:
确定单元,配置为确定所述车辆是否进入转弯区段;
设定单元,配置为当确定所述车辆进入转弯区段时设定所述车辆的目标速度;
减速率确定单元,配置为基于由所述传感器单元检测到的所述车辆的当前速度和所述目标速度来确定所述车辆的减速率;以及
速度控制器,配置为根据所述减速率来降低所述车辆的速度直到所述车辆达到所述目标速度。
3.根据权利要求2所述的转弯控制系统,其中,所述确定单元配置为基于由所述传感器单元检测到的关于所述车辆的车轮速度、转向角、所述车辆是否加速、所述车辆是否制动以及所述车辆是否变速的信息中的一个或多个信息,以及存储在所述数据库中的道路曲率信息,来确定所述车辆是否进入转弯区段。
4.根据权利要求2所述的转弯控制系统,其中,所述设定单元配置为基于所述车辆的实际横向加速度、所述车辆的目标横向加速度以及由所述传感器单元检测到的所述车辆的速度来设定所述车辆的目标速度,其中所述车辆的实际横向加速度由稳态转弯方程得出。
5.根据权利要求4所述的转弯控制系统,其中,所述设定单元配置为基于所述车辆的实际转弯行为特征值来估计所述车辆的实际横向加速度,并且基于所述车辆的目标转弯行为特征值来导出所述车辆的目标横向加速度。
6.如权利要求5所述的转弯控制系统,其中,所述设定单元配置为:计算所述车辆的实际横向加速度与目标横向加速度之差的绝对值,确定计算出的绝对值是否小于预设值,并且当计算出的绝对值小于所述预设值时,所述设定单元配置为将与计算出的绝对值相对应的车辆速度设定为所述车辆的目标速度。
7.如权利要求3所述的转弯控制系统,其中,所述设定单元配置为基于道路的坡度来校正所述车辆的目标速度。
8.如权利要求2所述的转弯控制系统,还包括:
滤波器单元,配置为去除速度信号的高频分量。
9.如权利要求2所述的转弯控制系统,其中,所述速度控制器包括:
反馈控制单元,配置为使得所述车辆的当前速度趋于所述目标速度;
扭矩限制单元,配置为将最终需求扭矩限制为小于或等于预设范围,其中,基于所述车辆的需求扭矩和补偿扭矩值来计算所述最终需求扭矩,以使得所述车辆的当前速度达到所述目标速度;以及
减速控制单元,配置为基于所述最终需求扭矩来驱动电机以控制所述车辆的减速。
10.一种车辆的转弯控制方法,所述转弯控制方法包括以下步骤:
确定车辆是否进入转弯区段;
响应于所述车辆进入转弯区段,设定所述车辆的目标速度;
基于所述车辆的当前速度和所设定的目标速度来确定所述车辆的减速率;以及
控制所述车辆的速度减速以达到所述目标速度。
11.如权利要求10所述的转弯控制方法,其中,确定车辆是否进入转弯区段的步骤包括:基于由传感器单元检测到的关于所述车辆的车轮速度、转向角、所述车辆是否加速、所述车辆是否制动以及所述车辆是否变速的信息中的一个或多个信息,以及存储在数据库中的道路曲率信息,来确定所述车辆是否进入所述转弯区段。
12.如权利要求10所述的转弯控制方法,其中,所述车辆的目标速度是基于所述车辆的实际横向加速度、所述车辆的目标横向加速度以及由传感器单元检测到的所述车辆的速度来确定的,其中所述车辆的实际横向加速度由稳态转弯方程得出。
13.如权利要求10所述的转弯控制方法,其中,设定所述车辆的目标速度的步骤包括:基于道路的坡度校正所述车辆的目标速度。
14.如权利要求10所述的转弯控制方法,其中,确定所述车辆的减速率的步骤包括:去除速度信号的高频分量。
15.如权利要求10所述的转弯控制方法,其中,控制所述车辆的速度减速至目标速度的步骤包括:
执行反馈控制以使得所述车辆的当前速度趋于所述目标速度;
基于所述车辆的需求扭矩和补偿扭矩值来计算最终需求扭矩,以使得所述车辆的当前速度达到所述目标速度;
将所述最终需求扭矩限制为小于或等于预设范围;以及
基于所述最终需求扭矩驱动电机以控制所述车辆的减速。
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