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登錄電動汽車轉(zhuǎn)向控制的案例
面向自動駕駛:四輪獨立驅(qū)動/轉(zhuǎn)向電動汽車配置與控制綜述與展望
來源 | 同濟智能汽車研究所
編者按:自動駕駛技術(shù)不僅可以減小駕駛員的負擔,還可以提高行駛安全性,減少交通事故的發(fā)生。然而,傳統(tǒng)的燃料汽車由于其復雜的驅(qū)動和傳動系統(tǒng)具有響應速度慢、控制精度低的缺點,不能及時有效地執(zhí)行自動駕駛系統(tǒng)中的決策命令。相比之下,電動汽車由于更容易實現(xiàn)精確控制從而受到更多研究人員的青睞。本文從自動駕駛角度出發(fā),綜述了四輪獨立驅(qū)動/轉(zhuǎn)向電動汽車(4WID-4WIS EV)的底盤配置和控制技術(shù),還包括4WID-4WIS EV樣機展示和性能分析等。最后針對4WID-4WIS EV的成本、線性模塊集成技術(shù)和控制技術(shù)等方面的難點提出了一些展望。
摘要:本文對四輪獨立驅(qū)動/轉(zhuǎn)向電動汽車(4WID-4WIS EV)的底盤配置和控制系統(tǒng)的相關(guān)研究進行了綜述和討論。首先,本文介紹了4WID-4WIS EV的一些樣機和線控集成模塊,并對4WID-4WIS EV的底盤配置進行分析。然后總結(jié)了4WID-4WIS EV常用的控制模型,即動力學模型、運動學模型和路徑跟蹤模型。此外,介紹并討論了4WID-4WIS EV的控制框架、控制策略和算法,包括穩(wěn)定性控制、防側(cè)傾控制、路徑跟蹤控制和主動容錯控制。最后,從自動駕駛的角度討論了4WID-4WIS EV面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。
展開 電動助力轉(zhuǎn)向控制器(EPS)
概述
經(jīng)緯恒潤自 2006 年成立 EPS 團隊以來,采用國際標準和先進技術(shù),開發(fā)了針對低成本應用的匹配有刷電機的 EPS 和針對高端應用的匹配無刷電機的 EPS,產(chǎn)品類型包括分體式和 PowerPack 兩種類型,功率范圍涵蓋 220W 至 900W,支持的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型包括管柱式 C-EPS、齒條式 R-EPS、雙小齒輪式 DP-EPS,現(xiàn)已給國內(nèi)外多名主流廠商提供配套產(chǎn)品與服務。
新能源電動汽車電動汽車驅(qū)動電機控制器結(jié)構(gòu)與功能
一、電動汽車驅(qū)動電機控制器概述
電機控制器,控制動力電源與驅(qū)動電機之間能量傳輸?shù)难b置,由控制信號接口電路、驅(qū)動電機控制電路和驅(qū)動電路組成。
圖1 某車型三合一集成式電機控制器
在電動車輛中,電機控制器的功能是根據(jù)檔位、油門、剎車等指令,將動力蓄電池所存儲的電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動電機所需的電能,來控制電動車輛的啟動運行、進退速度、爬坡力度等行駛狀態(tài),或者將幫助電動車輛剎車,并將部分剎車能量存儲到動力蓄電池中。
它是電動車輛的關(guān)鍵零部件之一。
電機控制器的基本功能可分為兩個部分
二、電動汽車驅(qū)動電機控制器的基本結(jié)構(gòu)
電動汽車驅(qū)動電機控制器基本結(jié)構(gòu)可分為:殼體、高低壓連接器、電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
電氣功率元件主要為IGBT集成功率模塊,是電氣控制器關(guān)鍵零部件。
下圖為IGBT集成功率模塊。
通過電子控制元件與電氣控制元件對IGBT集成功率模塊的控制,輸出可控的三相正弦交流電流,從而控制電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩。
如圖為 IGBT集成功率模塊原理簡圖。
IGBT集成功率模塊原理簡圖
1. 殼體與連接器
電機控制器的殼體的主要用于固定各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件及連接器,并提供密閉的防塵防水(IP67)空間保護各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
由于車用電機控制器IGBT集成功率模塊輸出功率高,溫升快。
殼體提供相應冷卻水路從整車冷卻系統(tǒng)引入冷卻液以冷卻IGBT集成功率模塊。
如圖所示為電機控制器殼體。
連接器安裝于殼體外部,可分為高壓連接器與低壓連接器。
如下圖所示為高低壓連接器。
高壓連接器主要用于與外部電能的傳輸?shù)膶印?低壓連接器主要用于12V電源的供應、與其他控制器通訊。
2.
展開 汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究
在不同路面、不同載荷和不同行駛工況下,采用電動助力轉(zhuǎn)向裝置的汽車與使用液壓助力轉(zhuǎn)向裝置的汽車相比,在助力效果相近的前提下,前者具有良好的節(jié)能效果。
建立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真模型;利用建立的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真模型進行汽車在各種工況下的運動學、動力學及操縱穩(wěn)定性分析計算;以P87LPC768微處理機為核心的控制單元開發(fā);可靠性高,精度好,價格適宜的扭矩傳感器、車速傳感器等的設計與選配;建立準確適用的控制模型,設計快速有效的控制算法;電動機、離合器、轉(zhuǎn)向軸和減速機構(gòu)等的設計與加工;電控裝置中電子線路的設計與制作;電動助力轉(zhuǎn)向裝置車中的布置、安裝與調(diào)試。
展開 
新能源電動汽車電動汽車驅(qū)動電機控制器結(jié)構(gòu)與功能
一、電動汽車驅(qū)動電機控制器概述
電機控制器,控制動力電源與驅(qū)動電機之間能量傳輸?shù)难b置,由控制信號接口電路、驅(qū)動電機控制電路和驅(qū)動電路組成。
圖1 某車型三合一集成式電機控制器
在電動車輛中,電機控制器的功能是根據(jù)檔位、油門、剎車等指令,將動力蓄電池所存儲的電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動電機所需的電能,來控制電動車輛的啟動運行、進退速度、爬坡力度等行駛狀態(tài),或者將幫助電動車輛剎車,并將部分剎車能量存儲到動力蓄電池中。
它是電動車輛的關(guān)鍵零部件之一。
電機控制器的基本功能可分為兩個部分
二、電動汽車驅(qū)動電機控制器的基本結(jié)構(gòu)
電動汽車驅(qū)動電機控制器基本結(jié)構(gòu)可分為:殼體、高低壓連接器、電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
電氣功率元件主要為IGBT集成功率模塊,是電氣控制器關(guān)鍵零部件。
下圖為IGBT集成功率模塊。
通過電子控制元件與電氣控制元件對IGBT集成功率模塊的控制,輸出可控的三相正弦交流電流,從而控制電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩。
如圖為 IGBT集成功率模塊原理簡圖。
IGBT集成功率模塊原理簡圖
1. 殼體與連接器
電機控制器的殼體的主要用于固定各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件及連接器,并提供密閉的防塵防水(IP67)空間保護各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
由于車用電機控制器IGBT集成功率模塊輸出功率高,溫升快。
殼體提供相應冷卻水路從整車冷卻系統(tǒng)引入冷卻液以冷卻IGBT集成功率模塊。
如圖所示為電機控制器殼體。
連接器安裝于殼體外部,可分為高壓連接器與低壓連接器。
如下圖所示為高低壓連接器。
高壓連接器主要用于與外部電能的傳輸?shù)膶印?低壓連接器主要用于12V電源的供應、與其他控制器通訊。
2.
展開 福特智能手機控制汽車轉(zhuǎn)向專利獲批
據(jù)外媒報道,福特公司9月底獲得了一項可用智能手機操控自動駕駛汽車轉(zhuǎn)向的專利。
5級完全自動駕駛汽車的興起將催生出沒有方向盤或踏板的汽車問世。盡管看起來很奇怪,但第一輛這樣的汽車將會以通用Cruise車型出現(xiàn),預計在明年上市。到目前為止,人們預想的是在這樣的汽車里,人類將只是乘客,對車輛的方向或速度沒有實際的控制。
然而,9月末,福特公司一項新技術(shù)獲得美國專利和商標局(USPTO)批準,這項技術(shù)可以利用智能手機控制自動駕駛汽車轉(zhuǎn)向。該技術(shù)的非商業(yè)名稱是非自動駕駛模式(Non-Autonomous Steering Modes),它能夠接收轉(zhuǎn)向請求,并做出相應的反應。
CarBuzz報道,有兩種方法可以使用這種技術(shù)來進行轉(zhuǎn)向。第一種是傾斜智能手機或相似的設備,類似于操縱賽車游戲。第二種是一個虛擬的方向盤,它屬于移動設備上的一款應用,用戶可以通過移動手指在屏幕上控制行駛的方向。這項技術(shù)并不是為了讓乘客完全控制汽車,因為系統(tǒng)將繼續(xù)決定是否保留一到兩個系統(tǒng)——如剎車、轉(zhuǎn)向或加速。
福特公司在9月25日獲得該項專利,發(fā)明者是密歇根州的工程師Steven R. El Aile,在過去的幾年里,他主要為福特研發(fā)自動駕駛汽車相關(guān)的技術(shù)。
展開 電動汽車仿真系列-基于Simulink搭建的電機助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
在電機助力的條件下,系統(tǒng)的瞬時響應有了很明顯的提高,由于車速的增加轉(zhuǎn)向阻力變小,小齒輪轉(zhuǎn)動阻力變小,系統(tǒng)調(diào)整到穩(wěn)態(tài)時間縮短。從圖5可知系統(tǒng)有電動助力轉(zhuǎn)向時,系統(tǒng)響應很快,在0.1秒左右系統(tǒng)的響應就趨于穩(wěn)定,表明了系統(tǒng)的良好的響應特性。
電動助力轉(zhuǎn)向采用PD控制策略,同普通的助力轉(zhuǎn)向相比較,據(jù)相關(guān)文獻,其具有震蕩不穩(wěn)定性,而電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)下橫擺角輸出響應很快就趨于穩(wěn)定。
EPS系統(tǒng)控制方式對汽車的瞬態(tài)響應有顯著的影響,PD控制方式的EPS系統(tǒng)抑制橫擺角速度的不規(guī)則波動,并使其迅速趨于穩(wěn)態(tài)值,有利于改善汽車的瞬態(tài)響應品質(zhì),但系統(tǒng)的反應時間上有些延長。
由上圖可知,有電動助力轉(zhuǎn)向情況下,汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的小齒輪轉(zhuǎn)角響應很平穩(wěn),汽車橫擺角輸出響應相對于無電動助力轉(zhuǎn)向下汽車橫擺角輸出響應趨于穩(wěn)定性比較明顯。
EPS系統(tǒng)的汽車,其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率比普通的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率小,接近于汽車橫擺角固有頻率,因此其在約0.05秒處出現(xiàn)一個較大的共振峰波,當駕駛員的操作頻率接近這個頻率范圍時,汽車的橫擺角速度對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及其敏感,汽車很容易失去控制。提高EPS的固有頻率便于提高汽車的操縱穩(wěn)定性。
展開 淺析純電動汽車驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的控制過程
純電動汽車的使用已經(jīng)走進我們的生活,它已成為當前這一時期汽車的典型轉(zhuǎn)型。純電動汽車從結(jié)構(gòu)上來說主要體現(xiàn)在動力總成控制系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)和電池及其管理系統(tǒng)三個方面。從工作原理上來講,純電動汽車主要是通過高壓蓄電池直接供電,再由驅(qū)動電機控制模塊控制汽車驅(qū)動電機起動運轉(zhuǎn)。本文主要對純電動汽車電機的結(jié)構(gòu)、電機控制系統(tǒng)過程進行分析。
燃油汽車在使用過程中燃燒排放出熱量,同時廢氣排放也在同步增加,這就讓我們的環(huán)境持續(xù)受到污染,空氣指數(shù)也受到嚴重影響,隨著我們對燃油的使用,燃油能源也在逐漸的減少,人類將會面對能源危機所帶來的影響。為了我們的生存環(huán)境不再受到污染,為了讓生態(tài)資源與人類需求保持平衡,純電動汽車的發(fā)展逐漸取代現(xiàn)在使用的燃油汽車,將成為我們的迫切需要。
純電汽車與傳統(tǒng)汽車相比,主要是用蓄電池取代傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機。電動汽車電動機驅(qū)動系統(tǒng)所需要的電能由車載蓄電池提供,并將車載蓄電池輸出的電能轉(zhuǎn)化為電動汽車所需要的機械能,而驅(qū)動電機的輸出軸便連接至該電 動汽車的驅(qū)動系統(tǒng),經(jīng)過驅(qū)動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的傳動裝置, 傳動裝置把驅(qū)動電機傳來的力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動力,從而驅(qū)動汽車驅(qū)動輪,完成行駛。
純電動汽車的核心部件主要由驅(qū)動電機和電機的控制模塊組成,驅(qū)動電機模塊主要是根據(jù)駕駛員的操作,把電動汽車動力電池所產(chǎn)生的電能最大化的轉(zhuǎn)化為車輪旋轉(zhuǎn)所需要的動能,或者是在制動時,車輪上所產(chǎn)生的動能 反饋給電動車電池。電動汽車的動力性、經(jīng)濟性和舒適性直接受驅(qū)動電機的特性影響,驅(qū)動電機的特性也就成為評價汽車性能的主要指標。
汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)主要通過驅(qū)動電機、各種傳感器、 驅(qū)動電機控制模塊、高壓線束、低壓線束、冷卻系統(tǒng)與電動汽車的其它系統(tǒng)連在一起。
純電動汽車電機廣泛采用三相交流永磁電動機。
展開 純電動汽車電機NVH控制
純電動汽車電機NVH控制
純電動汽車整車控制器原理及功能解析
整車控制器是電動汽車正常行駛的控制中樞,是整車控制系統(tǒng)的核心部件,是純電動汽車的正常行駛、再生制動能量回收、故障診斷處理和車輛狀態(tài)監(jiān)視等功能的主要控制部件。
整車控制器包括硬件和軟件兩大組成部分,它的核心軟件和程序一般由生產(chǎn)廠商研發(fā),而汽車零部件供應商能夠提供整車控制器硬件和底層驅(qū)動程序。現(xiàn)階段國外對純電動汽車整車控制器的研究主要集中在以輪轂電機驅(qū)動的純電動汽車。對于只有一個電機的純電動汽車通常不配備整車控制器,而是利用電機控制器進行整車控制。國外很多大企業(yè)都能夠提供成熟的整車控制器方案,如大陸、博世、德爾福等。
1. 整車控制器組成與原理
純電動汽車整車控制系統(tǒng)主要分為集中式控制和分布式控制兩種方案。
集中式控制系統(tǒng)的基本思想是整車控制器獨自完成對輸入信號的采集,并根據(jù)控制策略對數(shù)據(jù)進行分析和處理,然后直接對各執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制指令,驅(qū)動純電動汽車的正常行駛。集中式控制系統(tǒng)的優(yōu)點是處理集中、響應快和成本低;缺點是電路復雜,并且不易散熱。
分布式控制系統(tǒng)的基本思想是整車控制器采集一些駕駛員信號,同時通過CAN總線與電機控制器和電池管理系統(tǒng)通信,電機控制器和電池管理系統(tǒng)分別將各自采集的整車信號通過CAN總線傳遞給整車控制器。整車控制器根據(jù)整車信息,并結(jié)合控制策略對數(shù)據(jù)進行分析和處理,電機控制器和電池管理系統(tǒng)收到控制指令后,根據(jù)電機和電池當前的狀態(tài)信息,控制電機運轉(zhuǎn)和電池放電。分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點是模塊化和復雜度低;缺點是成本相對較高。
展開 基于電動汽車電池加熱器的控制方法優(yōu)化
本節(jié)提出的加熱器控制方法是為了不斷尋找在當前水溫條件下PTC工作的平衡檔位,使平衡檔位可以在目標溫度區(qū)間工作更長時間。請求的加熱檔位越接近平衡檔位,該檔位在目標溫度區(qū)間工作時間越長,整個加熱過程檔位切換的次數(shù)也就越小。并且在每次加熱到目標水溫上限后關(guān)閉PTC,利用余熱維持水溫在目標區(qū)間,在一定程度上也降低了整個加熱過程中PTC檔位切換的頻率。除此之外還考慮到了低檔位下加熱功率不足的問題,當目前檔位不能維持PTC水溫在目標區(qū)間內(nèi)時進行升檔,并通過升檔進一步確認最優(yōu)平衡檔位。3.3 PTC的控制方法優(yōu)化后試驗對優(yōu)化后的控制方法進行實車試驗,同樣在高寒環(huán)境下靜置車輛12小時,電池從-25℃開始加熱,加熱到5℃后停止,試驗結(jié)果見圖7。試驗證明優(yōu)化后的控制方法可以使PTC的水溫維持在45-50℃,并且PTC的加熱換擋次數(shù)減小到了5次,沖擊電流發(fā)生的頻率明顯降低,優(yōu)化后效果顯著。此外,由于每次換擋加熱都會將水溫加熱到50℃,提高了加熱的效率,整個加熱過程持續(xù)了40min,相比優(yōu)化前加熱時間縮短了17min。
4、結(jié)束語為保證電動汽車在低溫下的動力性和續(xù)駛里程,本文提出了一種通過PTC加熱動力電池的方法,并針對加熱器檔位頻繁跳動的問題進行了控制優(yōu)化,與優(yōu)化前相比,整個加熱過程加熱器的檔位切換次數(shù)從33多次下降到5次,很大程度上降低了檔位頻繁跳動的頻率,優(yōu)化效果顯著。本文優(yōu)化后的PTC控制方法不僅滿足了電池加熱的需求,而且減小了由于PTC檔位頻繁切換對電池帶來的危害。
展開 
電動汽車電機控制工作原理及優(yōu)化方案
06
電動汽車電機控制器技術(shù)發(fā)展趨勢
高安全性,這個是基本要求。集成功能越來越多,安全要求越高。
高功率密度化。外形體積隨分裝向小型化發(fā)展。
高壓化是基本趨勢。GBT的方向是650V IGBT的設計往更高的750V以及1200V 。
EMC等級越來越高。接下來要做到class5水平。
來源:電動知家
分布式驅(qū)動電動汽車動力學控制
模型跟蹤控制根據(jù)電機力矩和輪速就能實現(xiàn)對車輪的控制,不需要對路面附著系數(shù)的辨識以及車速信息的估算。模糊邏輯控制不需要被控制對象的精確數(shù)模,對于輪胎與路面之間附著特性的非線性及路面的變化都有較強的魯棒性。全輪驅(qū)動的分布式驅(qū)動電動汽車為驅(qū)動防滑與制動防抱死控制提供了更迅速更精確的執(zhí)行器,由于缺少從動輪提供車速信息,且各驅(qū)動輪的狀態(tài)不一致,因此,對狀態(tài)估計精度和控制算法魯棒性要求也進一步提高。結(jié)合輪胎-路面附著系數(shù)估計算法和車速估計算法,智能汽車研究所設計了滑模變結(jié)構(gòu)魯棒自適應滑移率控制算法(圖2),算法對輪胎非線性和路面附著情況變化具有自適應性;通過設計滑模面和到達條件使控制變量迅速收斂,對模型不確定性具有魯棒性,同時削弱了滑模面附近的抖振[1]。
圖2 滑移率控制系統(tǒng)架構(gòu)
操縱穩(wěn)定性控制
轉(zhuǎn)向極限工況下,輪胎縱側(cè)耦合和懸架的非線性特性為車輛動力學控制帶來了挑戰(zhàn),在車輛、道路參數(shù)時變的情況下,準確估計車輛質(zhì)心側(cè)偏角和路面峰值附著系數(shù),滿足駕駛員橫擺意圖并穩(wěn)定質(zhì)心側(cè)偏角的多執(zhí)行器分配控制是研究難點和熱點。分布式驅(qū)動電動汽車可以獨立、精確地控制各個電機的驅(qū)/制動力矩,為車輛實現(xiàn)操縱穩(wěn)定性控制提供硬件基礎。現(xiàn)有的分布式驅(qū)動電動汽車轉(zhuǎn)矩矢量控制普遍采用分層控制結(jié)構(gòu),上層為運動跟蹤層,采用基于參考模型跟蹤的控制算法,根據(jù)駕駛員的輸入、車輛當前狀態(tài)、參考模型等信息,計算所需要的廣義控制力;下層為轉(zhuǎn)矩分配控制層,將廣義控制輸入分配到各個車輪上,以實現(xiàn)對車輛運動的控制。
運動跟蹤控制
分布式驅(qū)動電動汽車可以精確的控制分配到每個車輪的驅(qū)/制動轉(zhuǎn)矩,在完成橫擺運動控制同時可以保證駕駛員的加速意圖,因此現(xiàn)有分布式驅(qū)動電動汽車運動跟蹤控制都不存在傳統(tǒng)ESC控制的死區(qū),而是持續(xù)的控制車輛跟蹤參考模型響應。
展開 電動汽車電機驅(qū)動控制器功能安全架構(gòu)研究
0 引言
伴隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,車用電子電氣系統(tǒng)的功能也日趨復雜,如何確保電子電氣系統(tǒng)的功能安全已成為行業(yè)關(guān)注的重點和研究的熱點。國際標準化組織(ISO)于2011年正式發(fā)布了ISO26262《道路車輛功能安全》標準,其提供了一套涵蓋系統(tǒng)(包括硬件和軟件)及其生產(chǎn)制造的完整功能安全設計流程與認證制度,以確保汽車行駛的安全性,并已成為汽車行業(yè)目前普遍接受的一套完整的評估并降低風險的方法,獲得了全球主要汽車制造商以及零部件供應商的廣泛認可和采用。盡管該標準針對功能安全性給出了完整的設計流程,對功能安全理念的引入發(fā)揮了至關(guān)重要的作用,但由于其并不涉及特定產(chǎn)品的具體設計,同時國內(nèi)外的相關(guān)文獻也鮮有介紹,因此如何正確地實現(xiàn)產(chǎn)品級的功能安全,對設計人員而言仍然具有一定的難度。
作為純電動汽車核心動力部件,電機驅(qū)動控制器其功能安全的正確實施顯得尤為重要。本文將從純電動汽車電機驅(qū)動控制器的安全目標出發(fā),詳細闡述針對不同微處理器結(jié)構(gòu)如何實現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)設計層面的功能安全。
1 電動汽車電機驅(qū)動控制器安全完整性等級分析
1.1 安全目標及安全完整性等級ASIL
產(chǎn)品安全性開發(fā)的最終目的是為了符合安全目標。安全目標是系統(tǒng)最高層面的安全要求,是危害分析和風險評估(HARA)的結(jié)果。基于HARA分析可以得出針對安全目標的汽車安全完整性等級(ASIL)。根據(jù)文獻可知,ASIL等級的確定需要針對危害事件綜合考慮嚴重度(S)、暴露概率(E)和可控性(C)的因素,如表1所示,其中D代表最高等級,A代表最低等級,QM表示質(zhì)量管理。
對于S,E,C指標,文獻中均有明確定義,本文不再贅述。需要說明的是,一個安全目標可能與多種危害相關(guān),而多個安全目標也可能與某種單一的危害有關(guān)。
展開 分布式驅(qū)動電動汽車控制系統(tǒng)研發(fā)與實踐
分布式驅(qū)動電動汽車控制系統(tǒng)研發(fā)與實踐