汽車專業(yè)外文文獻翻譯-外文翻譯--混合動力驅(qū)動車輛安裝高空作業(yè)平臺的控制策略【優(yōu)秀】
1 中文譯文 混合動力驅(qū)動車輛安裝高空作業(yè)平臺的控制策略 a, a, b, b, a , 05b , 02要 本文提出的發(fā)展過程即假設(shè),建造,模擬和分析混合動力驅(qū)動車輛安裝高空作業(yè)平臺的控制策略。特別注意的是支付控制系統(tǒng)策略的發(fā)展,確保適當(dāng)?shù)哪茉丛偕?,通過電化學(xué)形式儲存能量??刂撇呗允菄@上下分層控制系統(tǒng)的概念建立起來的。高空作業(yè)平臺的高程控制被假定為控制系統(tǒng)的主要目標(biāo)??刂葡到y(tǒng)的第二個目標(biāo)是制定明確的跟蹤和保持在預(yù)定義的范圍內(nèi)的可再充電的電化學(xué)蓄電池的充電水平。在 境下開發(fā)控制系統(tǒng)的仿真模型。控制系統(tǒng)仿真的示范性成果被一個液壓動力結(jié)構(gòu)驅(qū)動安裝在特殊車輛的高空作業(yè)平臺例子所顯示。 關(guān)鍵字:控制策略,混合動力驅(qū)動,能量恢復(fù),環(huán)境的保護,模糊邏輯 從這篇文章中的圖和表: 如圖 1 所示 專用車 1. 介紹 減少車輛 的 廢氣排放一直是 多年的 研究 目標(biāo) ,部分是迫于日益嚴(yán)格的環(huán)保立法。在 1997年 12 月 的 第三屆締約方會議通過的 京都議定書 , 旨 在減少 相比于 1990 年的溫室氣體排 放量( 平均 水平的 5 。 2005 年 2 月 16 日由俄羅斯批準(zhǔn)后 生效 。 作為一個用于減少溫室氣體排放,提高燃油經(jīng)濟性和能源效率 的 裝置 , 混合動力系統(tǒng)正在受到關(guān)注 。 2 混合驅(qū)動汽車市場 動態(tài) 的增長 已經(jīng) 多年。 現(xiàn) 代, 有 11 個大型汽車制造商 用于 交付或 深入 發(fā)展混合動力驅(qū)動 型 的車輛。即使這 些車商 主要 是專供 乘用車 部分 ,應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是 他們 進行了顯著的努力, 從而實現(xiàn)了 混合動力驅(qū)動 卡 車,送貨車和公交車 1,2 。 ,一個先進的運輸技術(shù)財團,在美國陸軍國家汽車中心( 支持下,組織一部分混合動力卡車用戶論壇( 計劃試點項目,以加快和協(xié)助混合商業(yè)化。根據(jù)制定的 預(yù)測,混合驅(qū)動車的市場份額在 2010 年將達到約 9的增長, 2020 年 將 達 到 近 的 增 長 。 還有重型機器和特殊用途車輛 ,都是 實現(xiàn)混合動力驅(qū)動的解決方案 可能出現(xiàn)的對象 。 但也有一些疑惑,該應(yīng)用程序在經(jīng)濟上 是否 是可行的??紤]到乘用車, 在 有關(guān)環(huán)保法規(guī) 的制定下 , 需要 重要的角色扮演 規(guī)模 的影響 。在重負(fù)荷 機器 的情況下,高空作業(yè)平臺 的 挑選和攜帶移動式起重機 專用車輛的 升降設(shè)備 ,應(yīng)考慮其在 混合動力解決方案中的應(yīng)用驅(qū)動與操作制約 和 應(yīng) 用 。 在許多情況下,該類機械的工作條件強烈限制或 甚至消 除燃燒的應(yīng)用 引擎 。特別是封閉的空間領(lǐng)域,如工廠商店,倉庫,本質(zhì)安全區(qū) 等。當(dāng)前 實現(xiàn)柴油 - 電力驅(qū)動,可大大 推廣使用該種設(shè)備。 另一方面, 和其他用于加工的市政服務(wù)工程在人口高度密集的區(qū)域在夜間(街道噴霧器人士,垃圾車,電車的牽引網(wǎng)絡(luò)服務(wù)車輛等) 的 公共服務(wù)領(lǐng)域 相比, 是 非常獨特的 。經(jīng)常 由 市民報道 , 有關(guān)于服務(wù)項目問題的解決 是 關(guān)乎于 柴油發(fā)動機產(chǎn)生的噪聲的水平。 一個由瓦拉公司 4 設(shè)計電池供電的起重機 路 線 的 例子 , 就如何滿足不斷增加的法規(guī)控制室內(nèi)起重作業(yè)時的環(huán)境條件, 最近對混合解決方案將報盤延期 。另一例子是由伊頓公司5,6研究的,用于高空作業(yè)平臺設(shè)備的中型卡車的混合動力系統(tǒng)。伊頓公司從 2007 年 8 月開始 使 中型混合動力系統(tǒng)的各種應(yīng)用 商業(yè)化 ,例如一個:電信 和 直轄市,城市配送, 拒絕 ,城 市 公 交 大 巴 , 挑 選 和 攜 帶 等 。 一種混合動力車輛,被定義為一個具有一個以上的源功率。 雖然 幾種不同類型的混合解決方案雖已在過去被考慮,但目前仍在接受進一步的廣泛研究, 如混合動力電動汽車( 1,它使用的電動機 /發(fā)電機和電池 組(或其他電存儲設(shè)備)和機械混合動力汽車用飛輪來儲存能量。混合液壓的車輛( 2,車輛加速時的制動過程中它存儲捕獲的動能,并將其存儲在液壓氣動蓄能器并返回能量傳動系統(tǒng)。各個不同結(jié)構(gòu)的混合驅(qū)動器(串行和并行)開發(fā) 7,8 。 混合電力系統(tǒng)維護傳統(tǒng)的傳動系體系結(jié)構(gòu) ,當(dāng)添加一個能夠提高發(fā)動機功率的電氣時。 該系統(tǒng)的一個特點是它通常能夠恢復(fù)在制動和儲存時丟失的能量,并存儲在電池中。存儲的能量被用于改善燃油經(jīng)濟性和車輛性,只能為給定速度或用于操作車輛的電力系統(tǒng)。 混合動力傳動系的控制比 控制的 一的動力傳動系要復(fù)雜得多。首先,需要在五種可能的模式(只有電動機,僅發(fā)動機,動力輔助,充電和再生)中確定最佳的操作模式。此外,當(dāng)動力輔助模式或再充電模式被選擇,則發(fā)動機功率和電機功率需要進行選擇,以達到最佳燃油經(jīng)濟性,電池充電的平衡性和可操作性。隨著增加的動力傳動系的復(fù)雜性和需要實現(xiàn)多個的目標(biāo),最常用的是采用兩級控制體系結(jié)構(gòu) 5。 以下分析功率控制系統(tǒng)的優(yōu)化 :功率效率因素,燃油消耗和排放量已給出 3,9,10。調(diào)查主3 要集中在車輛制動階段的動能再生。 在本文中,設(shè)計一個動力管理控制系 統(tǒng),被描述成是一個配有液壓高空作業(yè)平臺( 備的專用汽車的驅(qū)動系統(tǒng)。 該類型的車輛(被迫停止的占空比)處理應(yīng)認(rèn)真考慮負(fù) 載 勢 能 的 可 回 收 性 11,12 。 混合驅(qū)動相比其他被提議的解決方案的主要優(yōu)點是它是一個簡單的驅(qū)動架構(gòu)。它不同于已知的解決方案,那些廣泛適用于私家車。經(jīng)典方法(私家車)是需要完全重新設(shè)計動力傳動系統(tǒng)。創(chuàng)新的方法對于特殊用途的車輛,只需要擴展經(jīng)典的 動和擴展單元。擴展單元組成的電動機加上液壓泵 /馬達。該解決方案允許區(qū)分熱和電的功率流路徑借助于液壓子系統(tǒng)。然而,即使該解決 方案不是簡單的從功率流的角度出發(fā),它任需求先進的控制系統(tǒng)策略。 兩層分層控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在本文中被提到。較低的控制水平是被本地經(jīng)典的比例 - 積分 - 微分( 制器所應(yīng)用建造的。一個更高的控制水平是周圍形成了一個模糊邏輯控制器 (目的是對低水平本地控制器動態(tài)設(shè)置控制規(guī)則。 點: 一個專 業(yè) 的汽 車 (圖 1)打 算 利用市政通信服務(wù)維修和保養(yǎng)電車 、有軌電 車 架空 導(dǎo) 線的 系統(tǒng), 以及 組裝和拆卸的軌道部。 圖 2 結(jié)構(gòu)的混合動力驅(qū)動單元理念: X - 活塞桿的位移, V - 活塞桿速 度, 塞式壓力,R 1 - 閥( 8)的開關(guān)信號, - 供應(yīng)壓力, 切換閥( 7)的信號 - 速, U - 電池電壓, I - 電池電流, 速 4 通常,這種類型的車輛 在 設(shè)計的 基礎(chǔ)上,為 定期卡車的底盤配備了相應(yīng)的工作配件。 該設(shè)備是建立在架空工作嵌入式平臺( 1)驅(qū)動的動臂( 2)的端部的兩個液壓缸和液壓回轉(zhuǎn)馬達( 3)的集合。除了標(biāo)準(zhǔn)的道路上運行的輪胎,這些車輛的主要特征是可能在軌道上繼續(xù)運行。具有低速液壓馬達驅(qū)動的額外的( 4)軌道輪組實現(xiàn)了這一目標(biāo)。 常常, 牽引網(wǎng)絡(luò)的維護和修理要耗時整晚,大都消耗在操作上。對于在維修工作的時間期間進行的,該車輛被停放 ;代替發(fā)動機連續(xù)不斷地運行,并且驅(qū)動液壓泵供應(yīng)油給液壓設(shè)備。在這個執(zhí)行階段周期,工作設(shè)備的功率需求很低 - 值不超過 3,由于柴油發(fā)動機的額定功率 2 接近它的低效率和重大排放量操作點的區(qū)域。同時,柴油機還產(chǎn)生特別惱人的噪音。 上述缺點可以消除,例如通過引入額外的由一個電化學(xué)電池組成的電動機( 在這種情況下, 提供機械動力當(dāng)車輛偏移操作區(qū)域時。停車時車輛的動力向 及可選的 作設(shè)備索取,從而保 持車輛平衡。 討論的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 2。 用于電機的能源供給的是一組電化學(xué)蓄能器( 5)。驅(qū)動設(shè)備單元的主要動力源是 動機牽引參數(shù)由脈沖寬度調(diào)制器( 6)控制。它可能扭轉(zhuǎn)電動機運行到發(fā)電機模式。 3)供應(yīng)液壓傳動系統(tǒng)。 選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c進行試轉(zhuǎn),成為第二液壓泵( 2)。液壓油流量( 2)和( 3)在公共電源線上被添加在一起。液壓切換閥( 7)和( 8)重定向油流量在干線電源上通過,要么儲罐溢流到油箱閥或液壓缸下活塞的腔室( 9)。活塞缸( 9)控制仰角臂( 10)和間接高空作業(yè)平臺部 ( 11)的位置。很明顯,氣缸( 9)控制負(fù)載的勢能 Q 從而影響平臺的提升或降低。 5 圖 3 結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng),概 念 :sp 定位點的位置。光伏 實際值的位置; e 用位置控制誤差; sp 定位點取消或降低速度的實際工作壓力;光伏 實際價值 ,用速度; 定位點的電池 陽能光伏電池 實際價值的電池 pv 實際價值的壓力 伏 實際價值的壓力 6 圖 4 用隸屬函數(shù)的位置控 制 誤差 以下幾個階段是加以區(qū)別的占空比混合動力驅(qū)動單元: 段 - 提升的 段 - 較低的 - 停車的 在 段,由于氣缸( 9)的活塞式運轉(zhuǎn)以及適當(dāng)?shù)牡鯒U上升運轉(zhuǎn),油流的添加或分化從泵( 2)和( 3)發(fā)生。萬一流動減少,一個泵流量的一部分會被引導(dǎo)到主電源線,所述提供一部分驅(qū)動流量的泵( 3)切換到電動機模式。在 段,油的流動方向在主油壓供給線上發(fā)生變化,油運行泵( 3)和機械耦合的電動馬達( 4)。在這兩個階段中它可能供給汽缸( 9)通過油供給泵( 3)由 電動馬達( 4)驅(qū)動。電池充電( 5)發(fā)生在 段。在此階段中, 被固定的,泵( 3)是由石油供給給泵( 2)所驅(qū)動的。 在一般情況下,功率控制策略的主要目標(biāo)是操作混合動力驅(qū)動時盡可能達到高的能源效率和低的排放量,同時保持指定車的輛性能 13??刂葡到y(tǒng)的主要任務(wù)是最大限度地利用電力的混合動力驅(qū)動。 輛的噪聲水平和經(jīng)濟運行符合相對應(yīng)的具體要求。 這可以通過應(yīng)用被建議的功率控制戰(zhàn)略來實現(xiàn)。這一戰(zhàn)略是基于通過控制一組電池的電荷( 狀態(tài)從而操作 其速度接近于所需的軌 跡以及捕獲有效的再生能量。因為它是唯一可能的, 空比的階段,應(yīng)使用電力驅(qū)動。 目前電池充電時瞬間可能存儲在電池中最大比例的電荷。 t = T 時,可表示為: 001( ) 1 ( )() C T i t d ; 7 其中: Q ( = Q 最 大 容 量 的 電 池 中 , = 1 , i(t)的電池充電或充電電流。 同時,一個電池組的 控制在最小的 最大的 間,從而有效的得到能源的再生制動,使能量最少的丟失和對電池組的壓力最小。最低和 最高的 標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)電池吸收再生能量的能力,并重新啟動交通工具系統(tǒng)所確定的。在一般情況下,最小的準(zhǔn)和最大 準(zhǔn)之間的差異,在于電池更多的可再生能源能有效地吸收。然而,對于在 準(zhǔn)內(nèi)大跨度地操作可能會降低電池的使用壽命,同時受放電深度的影響。因此, 平應(yīng)適當(dāng)?shù)卮_定在最佳的最小和最大之間的水平 。考慮到電池的充電和放電效率,本文的 圍被設(shè)置為 發(fā)動機和電動機之間的流量分布可以通過驅(qū)動反應(yīng)的程度( 確定: ; ( 0 , 1 )m o E m o H D O 其中: 發(fā)動機的功率, 電機功率。 合并后的電源管理 /設(shè)計優(yōu)化問題可寫為如下: ( ) ( )m i n ( ) m i n s p t p v te t X Xm i n m a C S O C S O C在 段出現(xiàn)最大值 中: T ) 所 需 的 跡 t)實際的 跡。 為這個目的所設(shè)計出的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在圖 3 。 圖 3 示出的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。該控制系統(tǒng)由兩個循環(huán): - 位置和速度的控制, - 控制電池組的 每個回路可以控制電動機控制器??刂菩盘柺鞘苓壿媶卧芾?。它的目標(biāo)是適當(dāng)?shù)臅r刻供應(yīng)平穩(wěn)切換的控制信號。 制系統(tǒng)用一個級聯(lián)結(jié)構(gòu)來定位和控制速度。模糊控制器處理 速度。其是從實際的和需求的平臺位移來計算的。輔助控制器 速度信號,被美聯(lián)儲以經(jīng)典的 制器作為參考,把它與實際速度的平臺 比。第二控制回路電池的 持在預(yù)定義的限制范圍。這個循環(huán)是由 制器和邏輯單元組成的 。 元通過連續(xù)調(diào)節(jié)的液壓閥位置控制管理電池的充電水平。 置控制器 制器的開發(fā)是基于已經(jīng)開發(fā)的經(jīng)典的級聯(lián)控制器 控制器 經(jīng)被選中,因為其適合控制的非線性,多領(lǐng)域的控制,并隨時間變化有多種不確定因素 3的工廠。該控制器有兩個輸入:一個 制位置誤差,和一個 測當(dāng)前速度。 制器的電動馬達計算 速度 定位值。 4由三個基本的 的塊組成:模糊化,推斷和非模糊化??刂破?的輸入是在模糊塊被統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)模糊化。事實上,模糊化把清晰的空間映射到模糊的空間。在這個過程中,對于適當(dāng)?shù)哪:担:?,把每個鮮明的輸入信號的每個樣品被轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M數(shù)字信號理解為這個樣本的隸屬度。 同一的模糊化標(biāo)準(zhǔn)輸入被供應(yīng)到一個推理機。 推理機是在模糊輸入,模糊邏輯規(guī)則和知識嵌入在規(guī)則庫中(圖 6)進行模糊輸出。該規(guī)則是根據(jù)相應(yīng)的知識或通過依靠資料學(xué)習(xí)或從真實的后天獲得或模擬實驗建立起來的。模糊輸出從推理機被轉(zhuǎn)化成鮮明值通過依靠非模糊化程序。模糊化的過程中,專門三角形和梯形隸屬函數(shù)已被使用。每個模糊 度 控制器的輸入,都是依靠同一模糊化標(biāo)準(zhǔn)的 7 個隸屬函數(shù)的裝置來實現(xiàn)的(參見圖 4 和 5)。 推理過程中應(yīng)用的規(guī)則庫描繪在圖 6。規(guī)則庫被設(shè)定定量的知識集??偣灿?49個 規(guī)則已經(jīng)被 于清晰度,規(guī)則庫以彩色矩陣的形式顯示。每個條目的矩陣對應(yīng)于適當(dāng)?shù)哪:妮敵觯?;呈現(xiàn)在圖 6的右側(cè)垂直條的形式 。圖 6 速度規(guī)則基于 用概念是表 1中給出 傳統(tǒng)的重力中心 14的方法已被應(yīng)用于模糊輸出的非模糊化。先進的 中。正如上面提到的,從 過控制油壓泵(圖 2)旋轉(zhuǎn)的速度。速度控制器的設(shè)置經(jīng)過精心調(diào)校,以確保非周期性過渡(不過沖),即使在分步激發(fā)的情況下(參見圖 10和 11)。 9 線性 3)。 1)使用電池電流測量。一個額外的控制單元允許用于驅(qū)動電動液壓閥的線圈閥 2。電動液壓閥的控制信號,用于獲得供應(yīng)壓力 據(jù)活塞壓力 及電池的電流和電壓( I, U)。 在提升階段的 述的控制單 元提供了的電動液壓閥( 7)和( 8)的一個適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)。結(jié)果,根據(jù)氣缸的滑閥腔的與主油壓供給線連接。后一個 ( 8)朝著它的中間位置驅(qū)動,這將完成的平臺的移動。在這里,內(nèi)燃機燃燒的能量可用于電池充電。在電池充電階段,充電控制器還在控制壓合液壓缸的滑閥腔室。這防止不愉快情況, 動液壓閥( 7)將切換到位置,引導(dǎo)油從泵( 2)到油箱在達到所要求的電池充電水平之后。 從低級階段的平臺開始,控制單元再次切換閥( 7),均衡的供應(yīng)和根據(jù)活塞油的壓力。緊隨其后,閥( 8)將被 切換成上下移動的平臺。勢能平臺在這一運動期間被轉(zhuǎn)換成電的形式,并用于電池充電。 圖 7 控制表面的 無沖擊切換系統(tǒng) 模擬實驗顯示,在控制單元的操作模式切換期間會出現(xiàn)控制信號的 逐步變化。這種現(xiàn)象應(yīng)該被消除,因為它可能降低混合動力驅(qū)動的可靠性數(shù)據(jù)。例如,一個逐步改變的的控制信號,強制電動馬達動態(tài)變化的旋轉(zhuǎn)速度,導(dǎo)致壓力在供油線擺動。 一個特別小組已經(jīng)開發(fā),以避免突然變化的混合動力驅(qū)動控制信號的潛在影響。 本單元的概念已被示于圖 8。 塊 比例的 積分 加 制器的主要10 部分是配有設(shè)置控制器輸出初始值的輸入配置。切換單元跟蹤各自的輸出:控制器 控制器輸出切換的時刻,跟蹤系統(tǒng)的設(shè)置輸出的積分 動作 2的值滿足下列條件: 一) 二) 換到 控制誤差值 t = 0時)補償輔助值 e k,由校正單元生成。校正值 e 0= 預(yù)定義的時間間隔 意味著, 控制值時對于直流電動機控制器的不會改變切換時刻。此操作可確保的切換電動機控制裝置設(shè)定值時無沖擊。后來 0時,輸入的 er=e 。 混合動力驅(qū)動在 11中給出。模型的調(diào)整參數(shù)部分是從專用汽車 12所得的。開發(fā)的仿真模型具有的一般框圖被示于圖 9。 圖 8 交換單元的方塊圖 11 圖 9 以下組的主要參數(shù)已被用于模擬調(diào)查: 電解鉛蓄 電池標(biāo)稱容量 Q 00定電壓 U 8 V, 定功率 P 5千瓦,標(biāo)稱轉(zhuǎn)速速度 n 2300 柴油機額定功率 N = 120千瓦 液壓泵提供的標(biāo)稱單位 0-6 m3/液壓缸活塞直徑 D = 10毫米,最大行程 S =M= 680千克 秒速度的提升 /降低: 電池充電的初級水平 = 模擬調(diào)查被作為循環(huán)周期為 T =18秒假設(shè)的 職務(wù)執(zhí)行的,以下是幾個階段: - 解除平臺 H= - 停車平臺, 秒, - 降低平臺 H= 提升和下降 0和 11。 12 圖 10. 速度在 段 . 圖 11. 速度在 段 如 度設(shè)定值由 早期開始的平臺提升階段 (圖 10)和更低的階段(圖 11),當(dāng)控制誤差最大, 實際系統(tǒng)中,這可能造成阻尼以低振幅的速度振蕩(參照圖 10)。 平臺速度的設(shè)定值和實際值在平臺運行的結(jié)束階段會無效。這個合理的方法,保證了所要平臺的位置。一個較低的平臺改變電池的充電水平。在 12。輕微電池放電過程被觀察到在 是由于由電動馬達裝載電池運行液壓泵所造成的。在 觀察到 量回收比率(在 約 36為例被考慮。 13 圖 12 電池 建議配置電池放電的每一個責(zé)任周期是 連續(xù)循環(huán)的模擬得出結(jié)論, 920循環(huán)周期之后。這是相當(dāng)于 14.6 圖 13。 4并達到 12。從而可以得出結(jié)論,即 下所述,為整個車輛的工作時間估計平均燃油消耗量可以降低約 24。 圖 13 電池 降 5. 結(jié)束語 一個用于混合動力驅(qū)動,由 經(jīng)研制成功。該系統(tǒng)允許轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的工作點使其運動軌跡能達到最佳的節(jié)能效果區(qū)域。模擬混合動力驅(qū)動的調(diào)查結(jié)果,實驗驗證表明了所開發(fā)的控制系14 統(tǒng)的正確性。 取得的模擬結(jié)果已經(jīng)制定了一個固定的基礎(chǔ),發(fā)展用于發(fā)展原型實驗室控系統(tǒng)的調(diào)查。本文提出的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以考慮用在混合動力驅(qū)動器的應(yīng)用程序中,其在占空比之后致動元件改變它的潛在能量。例如:叉車,高空作 業(yè)平臺,安裝轉(zhuǎn)盤的拖車,移動式起重機等。 計占車輛總成本的2 。為進一步推廣應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟可行性,研究報告應(yīng)詳細到每個個案。 致謝 作者答謝在波蘭教育部和高等教育部的資金支持下獲得 5 192: 為市政工程發(fā)展建設(shè)環(huán)保的專用車和機器的電動機械動力傳送單元。 參考文獻 1 2003 2 F. 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