汽车侧滑试验台设计 本科论文郑凯3.docx

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汽车侧滑试验台设计本科论文郑凯3

JIANGSUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

毕业设计（论文）

汽车侧滑试验台设计

学院名称：

汽车与交通工程学院

专业：

汽车维修与检测

班级：

131班

姓名：

郑凯

指导教师姓名：

傅华娟

指导教师职称：

副教授

2015年4月

汽车侧滑试验台设计

摘要：

汽车在高速行驶时，其稳定性受前轮定位参数影响较大。

且汽车前轮侧滑量的大小对汽车的动力性、燃料经济性以及轮胎磨损都会产生影响。

并且随着轮距的增大侧滑量也越来越大，造成轮胎严重磨损，同时影响操纵稳定性和车辆行驶的安全性。

目前国内侧滑台有台架式侧滑试验台和指针式侧滑板。

前者必须埋于地下，不便于移动。

而后者虽然结构简单，但测试准确性差。

本论文阐述了汽车侧滑现象、侧滑产生原因及影响，并在现有侧滑试验台的基础上，设计一种新型的带前后过渡滑板组的侧滑试验台，并对过渡滑板组内检测终点传感器进行选用和设计，使汽车侧滑量检测更为准确。

关键词：

汽车;侧滑试验台;设计

Designofautomobilesidesliptester

Abstract:

Whenthecarinhighspeed,thestabilityofthefrontwheelalignmentparametersinfluence.Andthefrontwheelsidesliptothesizeoftheautomobile'spowerperformance,fueleconomyandtirewearwillhaveanimpact.Andwiththeincreaseofsideslipbetweenvolumeisalsogrowing,resultingintirewear,alsoaffectthesafetyandhandlingstabilityofvehicle.Atpresent,therearesidesliptest-bedandpointertypesiderackslide.Theformerhavetoburyitintheground,noteasytomove.Whilethelatterhastheadvantagesofsimplestructure,butthetestaccuracy.

Thispaperexpoundsthevehiclesideslipphenomenon,reasonsandinfluenceofsideslip,andbasedontheexistingsidesliptest-bed,thedesignofanewbeltsidesliptestbeforeandafterthetransitionplategroup,andtheselectionanddesignofendpointsensortransitionplatewithinthegroup,sothatthesideslipchecksmoreaccurate.

Keywords:

Automobile;Sidesliptester;Design;

目录

序言1

第一章侧滑的原因及影响2

1.1汽车侧滑的原因2

1.2影响侧滑量的因素2

1.3汽车前轮侧滑量对汽车使用性能的影响3

第二章基本侧滑试验台构造4

2.1机械部分4

2.2侧滑量检测装置5

第三章新型侧滑试验台设计8

3.1新型侧滑试验台研究原因8

3.2现有侧滑试验台误差分析8

3.3新型侧滑检验台的结构设计10

3.4后过渡滑板组内装检测终点传感器的选用及控制电路设计11

3.5检测终点控制电路的控制误差分析13

结论14

参考文献15

致谢16

汽车侧滑试验台设计

序言

行驶的汽车因制动、转动惯性和其他原因，引发某一轴的车轮或两轴的车轮出现横向移动（即向侧面发生甩动）的现象，称为侧滑。

汽车侧滑特别是后轮侧滑，对安全行车威胁较大，常造成碰撞、翻车、掉沟等恶性交通事故。

车轮发生侧滑对车辆本身有很多不良影响。

会破坏车轮的附着能力，使汽车丧失定向行驶能力，导致轮胎异常磨损，并可能引发交通事故。

相关统计数据显示，与车轮侧滑相关的交通事故大约占交通事故总数的30%左右，最主要的影响是加剧轮胎磨损，轮胎在被磨损的同时会引起胎温的大幅度上升，侧滑情况剧烈时会直接导致轮胎爆裂，影响行车安全。

而且汽车行驶得越快，轮胎与地面的摩擦越严重，轮胎升温越快，越容易爆胎。

车轮侧滑受很多因素的影响。

就汽车本身结构而言，影响侧滑的因素有：

主销内倾角、车轮外倾角、主销后倾角、车轮前束等车轮定位参数；目前对车轮侧滑的研究主要集中在定向侧滑一个方面，并且已经对车轮的定向侧滑作出了相应的规定。

而对车轮随机侧滑研究较少，也没有过多的考虑其可能造成的危害。

因此，本论文对侧滑现象进行分析研究，对侧滑试验台进行改进设计，使汽车具有更好的安全性。

第一章侧滑的原因及影响因素

侧滑是指由于前束与车轮外倾角配合不当，在汽车行驶过程中，车轮与地面之间产生一种相互作用力，这种作用力垂直于汽车行驶方向，使轮胎处于边滚边滑的状态，它使汽车的操纵稳定性变差，增加油耗和加速轮胎的磨损。

如果让汽车驶过可以在横向自由滑动的滑板，由于存在上述作用力，将使滑板产生侧向滑动。

检验汽车的侧滑量，可以判断汽车前轮前束和外倾这两个参数配合是否恰当，而并不测量这两个参数的具体数值。

1.1汽车侧滑的原因

导致汽车侧滑的原因有：

（1）路面湿滑、油污或结冰等，其附着系数降低，且左右不对称，车轮载荷与路面附着力也跟着降低，稍有横向外力作用，就会引发车轮侧滑。

（2）制动时四轮受到的阻力不平衡，诸如左右轮制动力不等、各轮附着系数不等、装载重心偏向一侧等，引发“跑偏”，也极易导致车轮侧滑。

（3）制动不当，如动作过猛、过量等，出现车轮“抱死拖带”，而后轮一般又先于前轮“抱死”，也易引发车轮侧滑。

（4）转向操作不当，如速度快、急打方向或快速转弯中使用制动不当、车辆重心过高（装载超高）等，使惯性离心力增大，也极易引发车轮侧滑。

1.2影响侧滑量的因素

当车轮外倾角一定时，改变前束值就会导致侧向力及侧滑量成正比的变化。

因此当侧滑量超标时，一般情况下调整前束就能使侧滑量合格。

但也有特殊情况，当汽车前部因碰撞变形时，会导致左右轴距不相等或使前轮定位角发生较大的变化，这时会出现这样的现象：

汽车侧滑不合格时，驾驶员感觉转向盘还能掌握；当采用调整前束的方法使侧滑合格以后，反而觉得汽车的转向盘掌握不了，汽车无法驾驶。

遇到这种情况，应首先测量前束值，看是否在原厂规定的范围内，如超出原厂规定的范围较多，应将其调回原厂规定的范围内，再检查左右两侧轴距是否一致、前轮定位的其他三个参数是否符合要求。

侧滑不合格不能一味用改变前束的办法去调整。

汽车轮毂轴承间隙过大，左右松紧度不一致；转向节主销与衬套磨损，或转向节臂松动；左右轮胎气压不等，花纹不一致，轮胎磨损过甚以至严重偏磨横、直拉杆球头松旷，左右悬架性能不等，前后轴不平行，都会影响侧滑量。

在检验侧滑以前，应首先消除这些因素。

当检验车辆的侧滑不合格时，应注意在这些方面查找原因。

汽车通过侧滑板时的速度，规定为3～4km/h，一般人快步行走的速度可达到6km/h。

3～4km/h的速度只相当于一般人中速行走的速度。

在检验侧滑时，有的驾驶员不自觉地将车速开快了，由于冲击的作用，滑板产生的侧滑量会显著增加。

轮胎气压不符合规定，轮胎上有水、油或花纹中嵌有小石子，都会影响轮胎与滑板之间的作用力，也就影响侧滑量。

1.3汽车前轮侧滑量对汽车使用性能的影响

汽车前轮侧滑量过大会使汽车的行驶阻力增加，对汽车的动力性、燃料经济性及制动性能均有不利影响。

由某一车型的试验可知，前轮侧滑量为5.2m/km与前轮侧滑量为0.2m/km相比，其滚动阻力增加了约30%，加速性能降低了约7.5%，等速行驶燃料消耗量增加了5%左右。

汽车前轮侧滑量增大，对汽车的直线行驶性干扰很大。

以老解放牌CA10B型和东风EQ1090E两种车型所做的试验表明，前轮侧滑量每增大1m/km，CA10B汽车直线行驶偏移量增加（34-36）cm/l00m，EQ1090E汽车增加（12-23）cm/l00m。

汽车前轮侧滑量增大使轮胎磨损加剧，同时还会引起偏磨，导致轮胎使用寿命下降。

据资料介绍，EQ1090E汽车的前轮侧滑量从1m/km增加到5m/km/轮胎磨损增加140%。

第二章基本侧滑试验台构造

目前国内在用的大多数侧滑试验台均是滑板式，检测时使汽车前轮在滑板上通过，在左右方向位移量的方法来检验侧滑量。

滑板式侧滑台按其结构形式可分为单滑板式和双滑板式两种，双滑板式侧滑试验台都是双板联动的。

还有一种国外进口的检测前轮外倾角和前束配合情况的试验台是滚筒式的。

检测时，前轮放在滚筒上，由模拟路面的滚筒来驱动。

本论文只重点介绍双滑板式侧滑试验台，如图2-1所示。

1-侧滑台仪表；2-传感器；3-回位机构；4-限位装置；5-右滑板；6锁定装置；

7-双摇臂杠杆机构；8-滚轮；9-导轨；10-左滑板；11-导向装置；12-框架；

图2-1侧滑试验台结构图

2.1机械部分

机械部分包括：

左右滑动板、双摇臂杠杆机构、回位装置、导向和限位装置等。

由于侧滑试验台的规格不同，滑板的纵向长度有500mm、800mm和1000mm三种。

当仪表显示侧滑量为5m/km时，对应于这三种滑板的位移量分别是2.5mm、4mm和5mm。

双滑板式侧滑试验台左右两块滑板的移动量是相等的，同时向外或同时向内。

在其中一块滑板上装有位移传感器，将位移量变成电信号送给侧滑量显示装置。

位移传感器有电位计、差动变压器和自整角电机三种形式。

2.2侧滑量检测装置

侧滑由左右两块滑板、杠杆联动机构和位移传感器等组成。

该装置把车轮的侧滑量检测出来，并传递给侧滑量指示装置。

侧滑板表面作成凸凹不平的花纹形状，以增大附着力，减少车轮与滑板之间可能产生的滑移。

滑板下面有滚轮，滚轮在滑道中可以左右自由滑动。

滚轮和滑道应定期进行润滑和保养，以减少滑板运动的阻力，提高检测精度。

当车轮驶离滑板后，滑板在回位弹簧的作用下恢复到原来的位置。

电位计式的测量装置安装在图2-2所示的位置上。

将滑动板的移动量变为电位计触点的位移，从而引起电压量的变化，并传递给指示装置。

1-拨杆；2-触点；3-电位计

图2-2侧滑检测装置结构图

电位计式测量装置的电路原理如图2-3所示，在电位计两端加上一定的电压，当电位计的滑动触点随滑动板移动时，触点的输出电压与位移量成正比，通过指示计可指示出对应于滑动板的位移量。

1-电位计；2-指示计；3-稳压电源；

图2-3电位计测量装置电路原理图

差动变压器式测量装置的位移传感器安装在图2-3所示的位置上，由滑动板带动位移传感器的拨杆位移，传感器输出与位移量成正比的电压量，并传递给指示装置。

差动变压器是感应式位移传感器中应用最广的一种。

它是一个其原边有一个绕组，副边有两个按差动方式联接的绕组的开口变压器。

变压器开口上有一活动铁芯，该铁芯产生位移时使磁路改变，从而使输出差动电压随之改变。

其输出电压Es与铁芯位移x成线性关系且十分灵敏。

位移变送器由同心分布在线圈骨架上一初级线圈P，二个级线圈S1和S2组成，线圈组件内有一个可自由移动的杆装磁芯（铁芯），当铁芯在线圈内移动时，改变了空间的磁场分布，从而改变了初次级线圈之间的互感量M，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生了感应电动势，随着铁芯的位置不同，次级产生的感应电动势也不同，就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。

差动变压器是将被测信号的变化转换成线圈互感系数变化的传感器，它的结构如同一个变压器，由初级线圈、次级线圈、铁芯等几部分组成，图2-4所示。

1-初级线圈；2-铁芯；3-次级线圈；

图2-4差动变压器式传感器结构

在初级线圈接入电源U1后，次级线圈即感应输出电压U2，滑动板移动时引起铁芯的移动，从而引起线圈互感系数的变化，此时的输出电压随之作相应的变化。

它的特点是结构简单、灵敏度高、测量范围大及使用寿命长。

第3章新型侧滑试验台设计

3.1新型侧滑试验台研究原因

汽车滑板式侧滑检验台在工作时，使汽车前轮在其检测滑板上通过，用测量检测滑板在向内或向外方向上的位移量以及在检测滑板上向前行驶的距离的方法来检测侧滑量，由此来判断前轮前束与外倾角这两个参数是否配合恰当。

假设检测滑板的纵向长度为500mm，则检验台仪表将前驶500mm的侧滑量折算成每公里的侧滑量并显示出来。

然而，目前普遍采用的滑板式侧滑检验台在测量时存在一个固有的误差。

这个误差源自汽车前轮并不是一个理想的圆，汽车前轮与固定地面接触并不是一条线接触，而是一压扁段。

这样，前轮在刚驶上检测滑板以及前轮即将驶离检测滑板时，存在两个过渡过程。

上述的固有误差就是在这两个过渡过程中产生的。

我们将在滑板式侧滑台基础上研制一种带有前过渡滑板的侧滑检验台，这种检验台可以消除前轮在刚驶上检测滑板的过渡过程中产生的误差，但还不能消除前轮即将驶离检测滑板的过渡过程中产生的误差。

3.2现有侧滑试验台误差分析

在某型吉普车通过不带前过渡滑板的侧滑检验台时，用光线示波器的两个通道，对检验台的检测滑板位移传感器的输出信号和汽车前轮位置信号同时进行了记录。

得到了如图3-1所示的检测滑板位移传感器的输出信号与汽车前轮位置的关系曲线（只给出了后一个过渡过程的情况）。

（图3-1）中，曲线ABCD是检验台检测滑板位移传感器的输出电压随时间变化的关系曲线；矩形波是装在检测滑板后沿与固定地面交界处的一个行程开关输出的电压信号。

矩形波的上升沿表示轮胎经过检测滑板后，开始与固定地面相接触的时刻，这时对应检测滑板位移传感器电压输出（B点）；矩形波的下降沿表示轮胎与检测滑板脱离的时刻,这时对应检测滑板位移传感器电压输出（C点）。

图3-1检测滑板位移传感器的输出信号与汽车前轮位置的关系

随后检测滑板回位，有一个衰减振荡过程，对应检测滑板位移传感器电压输出为一个衰减振荡信号。

从上述关系曲线可看出，在轮胎的压扁段前端刚越过检测滑板后端与固定地面交界处的瞬间（B点），轮胎的压扁段前端突然与固定地面接触，由于固定地面对轮胎横向的反作用力很大，使轮胎产生横向的弹性变形，使得检测滑板的位移呈现出一短暂的小幅衰减振荡。

当轮胎产生的横向弹性变形达到较大值时，开始与固定地面之间产生滑磨，这时仍处在检测滑板上的那部分轮胎的压扁段，使检测滑板继续产生位移，直至轮胎的压扁段脱离检测滑板。

脱离的瞬间，检测滑板位移传感器电压输出达到最大值（C点），检验台仪表采集保持了这个峰值电压（C点电压：

1.49V），并结合检验台的固有结构参数，即检测滑板的纵向尺寸500mm，显示出侧滑量结果是14.4m/km。

这个测量结果是在认定汽车前行了500mm的情况下得出的，然而检测滑板位移传感器向检验台仪表输出位移信号期间，汽车前行的实际距离是大于500mm的，因为从轮胎的压扁段前端刚与检测滑板接触并使其产生位移开始算起，其间轮胎经过检测滑板，到轮胎的压扁段前端再与固定地面接触为止，在此过程中汽车前行的距离才等于500mm，此时对应图3-1线上的B点，位移传感器输出的电压为1.38V。

如果用这个电压值来计算侧滑量，就能消除后过渡过程中产生的误差。

由于检验台仪表显示出的侧滑量与其采集保持的位移传感器输出的电压值呈线性关系，因此，可算出在上述过渡过程中产生的误差大小。

将C点电压减去B点电压再除以C点电压，得到相对于显示的侧滑量（14.4m/km）的误差为7.4%。

从上述分析可知，轮胎压扁段的长度是影响误差大小的主要因素，而压扁段的长度又与轮胎外径大小、充气压力高低等因素有关。

因此，对各被测车辆而言，其误差大小是不同的。

这样，就不能用对现有的检验台配套的仪表，进行简单补偿的办法来消除误差。

3.3新型侧滑检验台的结构设计

侧滑检验台要达到准确测量的要求，必须要满足两个条件：

（1）在轮胎释放了横向的弹性变形（这个变形是由固定地面与轮胎间横向的摩擦力引起的）的前提下，轮胎经过检测滑板时，检测滑板位移传感器向侧滑检验台仪表提供电信号，并使所提供的电信号用于显示最终结果数据；

（2）在上述第1点中位移传感器向侧滑检验台仪表输出电信号时段内，确认轮胎向前行驶的确切距离。

为了满足上述两点要求，除了在检测滑板前端与固定地面之间设置前过渡滑板组外，在检测滑板后端与固定地面之间还设置了后过渡滑板组，如图3-2所示。

1-机架；2，11-原检测滑板；3，10-前过度滑板组；4，12-后过度滑板组；

5-侧滑台与固定地面的分界线；6-前轮（在检测终点位置）；7，8-间隙；

图3-2新型侧滑检验台平面布置图

前过渡滑板组、后过渡滑板组的构造与原检测滑板构造相同，只是纵向长度小于后者，前过渡滑板组的纵向长度大于轮胎压扁段的长度。

在后过渡滑板组结构内设置有检测终点传感器及控制电路。

当前轮6的压扁段前端到达间隙7时，其压扁段已全在滑板3、10上，前轮横向弹性变形得以释放；当转向轮6的压扁段前端越过间隙7与检测滑板2、11接触时，就带动检测滑板2、11与滑板3、10一起滑动，从此刻开始，检测滑板2、11的位移传感器开始输出与检测滑板2、11左、右位移相应的电压信号；当前轮6的压扁段前端越过间隙8与后过渡滑板组滑板4、12接触时、就开始带动滑板4、12滑动，在滑板4、12刚开始滑动的瞬间，与滑板4、12相联的检测终点传感器及控制电路输出电信号去切断检测滑板2、11的位移传感器的输出电压信号。

检测滑板2、11的位移传感器在开始输出电压信号到停止输出电压信号的时段内，前轮6的压扁段未与固定地面接触，并释放了由固定地面对轮胎产生的横向弹性变形，轮胎经过了检测滑板，检测滑板2、11的位移传感器输出的电压信号真实地反映了前轮6的侧滑状态。

检测滑板2、11的位移传感器在开始输出电压信号到停止输出电压信号的时段内，前轮6的压扁段前端从检测滑板2、11的前边沿向前行驶到检测滑板2、11的后边沿。

此外，由于前过渡滑板组、检测滑板和后过渡滑板组均为相同的滑板结构，因此，前轮6的压扁段前端越过间隙7与越过间隙8时，前轮6与各滑板的作用力状态是一样的。

因而，向前行驶距离精确地等于检测滑板2、11的纵向长度。

以上过程满足了侧滑检验台达到准确测量侧滑量的要求，测量结果是精确的。

3.4后过渡滑板组内装检测终点传感器的选用及控制电路设计

后过渡滑板组内设置的检测终点传感器及控制电路的功能，应能在轮胎刚接触后过渡滑板组滑板时，其滑板刚开始滑动的瞬间，控制电路要输出电信号去切断检测滑板的位移传感器的输出电压信号。

根据此要求，设计的电路原理如图3-3所示。

图3-3检测终点控制电路工作原理图

如图3-3中，CW1是设置在后过渡滑板组机构内的差动变压器式直线位移传感器；A1是由1/4TL084C构成的电压跟随器，用于提高电路的输入阻抗；A2是由1/4TL084C构成的加法放大器，用于放大A1输出的信号，并由100K电位器调节补偿由于环境温度变化时CW1产生的零点电位偏差；A3、A4各为由1/4TL084C构成的电压比较器，用于判别CW1所检测到的位移量是否达到所设定的临界值。

CW2是原安装在检测滑板机构内的差动变压器式直线位移传感器；A5是由1/4TL084C构成的电压跟随器，用于提高电路的输入阻抗；HC4052是一片双四选一模拟转换开关的集成电路（可以传输±5伏的模拟信号），用于传输或切断由A5输出的信号；A6是由1/4TL084C构成的电压跟随器，用于提高电路的输入阻抗和降低输出阻抗。

检验台开机后，CW1没有检测到后过渡滑板组的滑板位移，其2脚输出为零，A1的1脚、A2的7脚均为零。

由于A3的9脚与A4的12脚设置的参考电压分别为+2V和-2V，因此，A27脚输出的信号经过两电压比较器（A3、A4）的比较，A3、A4均输出-5V，两二极管截止，使HC4052的10脚为低电位。

检测时，前轮的压扁段前端从检测滑板的前边沿向前行驶到检测滑板的后边沿，在这期间CW22脚的输出信号可通过A5传输到HC4052的1脚，由于其10脚为低电位，这时其1脚与3脚间导通，14脚与13脚间截止，3脚得到的信号经过A6传输给侧滑检验台的仪表。

当轮胎刚接触后过渡滑板组滑板时，其滑板刚开始有向内或向外2μm滑动的瞬间，CW12脚有±10mV的输出，这时，A2的7脚有±2.1V的输出，经过两电压比较器（A3、A4）的比较，A3或A4中有一个将输出+5V，两二极管中有一个导通，使HC4052的10脚为高电位。

这时其1脚与3脚间截止，其14脚与13脚间导通，其1脚得到的信号不能经过HC4052以及A6传输给侧滑检验台的仪表，这就使检验台的仪表采集到了真实的汽车前轮的侧滑量。

该次检测结束时，后过渡滑板组滑板回位，CW12脚输出为零，整个控制电路回复到初始状态。

另外，当环境温度变化时，后过渡滑板组机构有热胀冷缩的现象，有可能控制电路处于初始状态时，CW12脚输出不为零，这会造成检测向内、向外位移输出电量不对称。

这时可调节100K电位器使A2的7脚为零，可用配装的数字电压表检测（图3-3中未画出），从而使系统正常工作。

3.5检测终点控制电路的控制误差分析

上述检测终点控制电路只在后过渡滑板组滑板有2μm滑动的情况下才起作用，但即便这样，其误差仍是非常小的。

以汽车侧滑量的合格上限±3m/km计算，折合成汽车前行1mm滑板将移动±3μm。

如果后过渡滑板组滑板移动±2μm，则汽车前行只多走了0.67mm，由于检测滑板的纵向尺寸为500mm，则测量的相对误差为（500±0.67）-500500=±0.13%；如果以汽车侧滑量为±6m/km计算，则相对误差为±0.07%；如果以汽车侧滑量为±0.3m/km计算，则相对误差为±1.3%，但这时的绝对误差只有0.3×1.3%=0.0039（m/km），可以忽略不计。

因此，该设计完全满足检测精度的要求。

结论

侧滑试验台是一类汽车维修企业和检测企业必须配备的设备，近几年来，随着维修水平的提高，越来越多的修理厂配备了侧滑试验台。

该设备用于侧滑检验。

侧滑是指由于前束与车轮外倾角配合不当，在汽车行驶过程中，车轮与地面之间产生一种相互作用力，这种作用力垂直于汽车行驶方向，使轮胎处于边滚边滑的状态，它使汽车的操纵稳定性变差，增加油耗并加速轮胎的磨损。

如果让汽车驶过可以在横向自由滑动的滑板，由于存在上述作用力，将使滑板产生侧向滑动。

检验汽车的侧滑量，可以判断汽车前轮前束和外倾这两个参数配合是否恰当（而并不是测量这两个参数的具体数值）。

这一检验过程，必须使用侧滑试验台。

由于台架侧滑试验台和指针式侧滑板的误差，新型的的有前、后过度滑板组的侧滑试验台测量误差更小。

前过渡滑板组、后过渡滑板组的构造与原检测滑板构造相同，但在之前的基础上，通过对前后过度滑板组的改装，使前过渡滑板组的纵向长度大于轮胎压扁段的长度,在后过渡滑板组结构内设置有检测终点传感器及控制电路，是侧滑台检测时更加准确。

新型侧滑试验台的设计，对汽车侧滑的检测有了精准度额度提高，对于越来越多的汽车问世，对于汽车侧滑故障的排除，也有重要作用。

参考文献

[1]高