CN101987621A - 用于自动变速器换档控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于自动变速器的发动机控制系统包括发动机扭矩控制模块，发动机控制模块在从第一传动比切换到第二传动比之前的期间内将发动机扭矩从第一扭矩水平增加到第二扭矩水平，其中第一传动比大于第二传动比，其中第一扭矩水平基于驾驶员输入和车速，并且其中第二扭矩水平基于第一扭矩水平与第一和第二传动比。变速器控制模块在所述期间内将第一离合器的扭矩能力降低到第三扭矩水平并且在所述期间内将第二离合器的扭矩能力增加到第四扭矩水平，其中第四扭矩水平基于第二扭矩水平和第二离合器的扭矩增益。

Description

用于自动变速器换档控制的系统和方法

技术领域

本发明涉及发动机控制系统，更具体地涉及用于自动变速器的控制系统。

背景技术

这里提供的背景描述是用来大致描述本发明的背景信息。在本背景技术部分描述的程度上，本申请的发明人的工作以及本描述的在提交申请时可能不构成现有技术的方面，既非明示也非暗示地被认为是本发明的现有技术。

内燃机通过进气门和节气门将空气吸入到进气岐管内。空气与燃料混合而产生空气/燃料(A/F)混合物。A/F混合物在汽缸内燃烧以驱动活塞，活塞向曲轴施加扭矩。例如，因燃烧产生的从活塞施加到曲轴的扭矩可称为“发动机扭矩”。发动机扭矩会导致曲轴旋转。曲轴的转速可称为“发动机速度”，并且可以每分钟转数或RPM进行测量。

发动机扭矩通过变速器从曲轴传递到车辆的一个或多个车轮。例如，变速器可以是手动变速器(即由驾驶员操作)或者自动变速器(即由控制模块操作)。变速器还可包括多个将发动机扭矩转换为车轮扭矩的档位。换言之，多个档位中的每个档位可将发动机曲轴的转速转换为车轮的不同转速。更具体地，传动比分别表示多个档位中的每个档位与曲轴之间的关系。仅作为示例，最低档位(例如1档)可包括3.5∶1的传动比，而最高档位(例如5档)可包括0.7∶1的传动比。

在变速器的多个档位之间进行的换档操作可以是升档(即切换到较高档位)或降档(即切换到较低档位)中的一种。换档操作还可限定为动力接通(即压下加速器踏板时的换档)或动力切断(即加速器踏板没有压下时的换档操作)的换档操作。动力接通的换档操作(升档和降档)由于在换档操作过程中(例如通过加速器踏板)的驾驶员输入而需要更精确的控制。

发明内容

一种用于自动变速器的发动机控制系统包括发动机扭矩控制模块和变速器控制模块。发动机扭矩控制模块在从第一传动比切换到第二传动比之前的期间内将发动机扭矩从第一扭矩水平增加到第二扭矩水平，其中第一传动比大于第二传动比，其中第一扭矩水平基于驾驶员输入和车速，并且其中第二扭矩水平基于第一扭矩水平以及第一和第二传动比。变速器控制模块在所述期间内将第一离合器的扭矩能力降低到第三扭矩水平并且在所述期间内将第二离合器的扭矩能力增加到第四扭矩水平，其中第四扭矩水平基于第二扭矩水平和第二离合器的扭矩增益。

一种用于控制自动变速器的方法包括：在从第一传动比切换到第二传动比之前的期间内将发动机扭矩从第一扭矩水平增加到第二扭矩水平，其中第一传动比大于第二传动比，其中第一扭矩水平基于驾驶员输入和车速，并且其中第二扭矩水平基于第一扭矩水平以及第一和第二传动比；在所述期间内将第一离合器的扭矩能力降低到第三扭矩水平，并且在所述期间内将第二离合器的扭矩能力增加到第四扭矩水平，其中第四扭矩水平基于第二扭矩水平和第二离合器的扭矩增益。

方案1、一种用于自动变速器的发动机控制系统，包括：

在从第一传动比切换到第二传动比之前的期间内将发动机扭矩从第一扭矩水平增加到第二扭矩水平的发动机扭矩控制模块，其中所述第一传动比大于所述第二传动比，其中所述第一扭矩水平基于驾驶员输入和车速，并且其中所述第二扭矩水平基于所述第一扭矩水平以及所述第一和第二传动比；以及

在所述期间内将第一离合器的扭矩能力降低到第三扭矩水平并且在所述期间内将第二离合器的扭矩能力增加到第四扭矩水平的变速器控制模块，其中所述第四扭矩水平基于所述第二扭矩水平和所述第二离合器的扭矩增益。

方案2、如方案1所述的发动机控制系统，其中所述发动机扭矩控制模块在所述期间内基于所述第一扭矩水平与附加扭矩量的和增加发动机扭矩。

方案3、如方案2所述的发动机控制系统，其中所述附加扭矩量基于所述第二离合器的扭矩能力与所述第一和第二传动比之间的差的乘积并且除以所述第一传动比与所述第二离合器的扭矩增益的乘积。

方案4、如方案3所述的发动机控制系统，其中所述第二离合器的扭矩增益基于所述第二离合器的扭矩能力与发动机扭矩的比率。

方案5、如方案3所述的发动机控制系统，其中所述第四扭矩水平基于所述第一扭矩水平、所述第一传动比以及所述第二离合器的扭矩增益的乘积并且除以所述第二传动比。

方案6、如方案1所述的发动机控制系统，其中所述第二扭矩水平基于所述第一扭矩水平与所述第一传动比的乘积并且除以所述第二传动比。

方案7、如方案1所述的发动机控制系统，其中所述第三扭矩水平为零。

方案8、如方案1所述的发动机控制系统，其中所述第一离合器的扭矩能力在所述第二离合器的扭矩能力达到所述第四扭矩水平之前达到所述第三扭矩水平。

方案9、如方案1所述的发动机控制系统，其中所述发动机扭矩控制模块通过控制节气门、多个燃料喷射器和多个火花塞中的至少一个来控制发动机扭矩。

方案10、如方案1所述的发动机控制系统，其中所述自动变速器的输出扭矩在换档操作之前、换档操作过程中和换挡操作之后维持在恒定水平。

方案11、如方案1所述的发动机控制系统，其中驾驶员输入对应于加速器踏板的位置，并且其中加速器踏板的位置在换档操作过程中至少部分被压下。

方案12、一种用于控制自动变速器的方法，包括：

在从第一传动比切换到第二传动比之前的期间内将发动机扭矩从第一扭矩水平增加到第二扭矩水平，其中所述第一传动比大于所述第二传动比，其中所述第一扭矩水平基于驾驶员输入和车速，并且其中所述第二扭矩水平基于所述第一扭矩水平以及所述第一和第二传动比；

在所述期间内将第一离合器的扭矩能力降低到第三扭矩水平；以及

在所述期间内将第二离合器的扭矩能力增加到第四扭矩水平，其中所述第四扭矩水平基于所述第二扭矩水平和所述第二离合器的扭矩增益。

方案13、如方案12所述的方法，还包括：

在所述期间内基于所述第一扭矩水平与附加扭矩量的和增加发动机扭矩。

方案14、如方案13所述的方法，其中所述附加扭矩量基于所述第二离合器的扭矩能力与所述第一和第二传动比之间的差的乘积并且除以所述第一传动比与所述第二离合器的扭矩增益的乘积。

方案15、如方案14所述的方法，其中所述第二离合器的扭矩增益基于所述第二离合器的扭矩能力与发动机扭矩的比率。

方案16、如方案14所述的方法，其中所述第四扭矩水平基于所述第一扭矩水平、所述第一传动比和所述第二离合器的扭矩增益的乘积并且除以所述第二传动比。

方案17、如方案12所述的方法，其中所述第二扭矩水平基于所述第一扭矩水平与所述第一传动比的乘积并且除以所述第二传动比。

方案18、如方案12所述的方法，其中所述第三扭矩水平为零。

方案19、如方案12所述的方法，其中所述第一离合器的扭矩能力在所述第二离合器的扭矩能力达到所述第四扭矩水平之前达到所述第三扭矩水平。

方案20、如方案12所述的方法，还包括：

通过控制节气门、多个燃料喷射器和多个火花塞中的至少一个来控制发动机扭矩。

方案21、如方案12所述的方法，还包括：

在换档操作之前、换档操作过程中和换挡操作之后将自动变速器的输出扭矩维持在恒定水平。

方案22、如方案12所述的方法，其中驾驶员输入对应于加速器踏板的位置，并且其中加速器踏板的位置在换档操作过程中至少部分被压下。

通过下文提供的详细描述，本发明的其他应用领域将变得清楚。应当理解，这些详细描述和特定示例仅仅是用来解释而不是用来限定本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将会更完整地理解本发明，其中：

图1是根据现有技术的动力接通升档过程中的发动机速度和变速器扭矩的时间图表；

图2是根据本发明的发动机系统的功能框图；

图3是根据本发明的变速器的功能框图；

图4是根据本发明的控制模块的功能框图；

图5是根据本发明的动力接通升档过程中的发动机速度和变速器扭矩的时间图表；以及

图6是根据本发明的控制发动机系统的方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述在本质上仅仅是示例性的，决不是用来限制本发明、其应用或者用途。为清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标示类似的元件。如这里使用的，用语“A、B、C中的至少一个”应当解释为意指使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，方法中的各个步骤可在不改变本发明的基本原理的情况下以不同的顺序实施。

这里所使用的术语“模块”是指执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或者成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其他提供上述功能的合适元件。

现在参考图1，时间图表示出了在自动变速器的传统的动力接通升档过程中的发动机速度(RPM)和多种扭矩水平(1b-ft)。在升档的第一阶段，该阶段称为“扭矩阶段”，对应于当前档位的第一离合器(“即将脱离的离合器”)的扭矩能力下降，而第二离合器(“即将接合的离合器”)的扭矩能力增加。换言之，在“扭矩阶段”，即将脱离的离合器正在脱开，而即将接合的离合器正在接合。

然而，输入到自动变速器(即来自曲轴或者来自变矩器)的扭矩在“扭矩阶段”期间维持在恒定水平上。因此，从自动变速器输出(即输出到传动系或者车轮)的扭矩在“扭矩阶段”随着即将接合的离合器的接合由于摩擦作用而下降。

在升档的第二阶段，该阶段称为“惯性阶段”，输入扭矩和发动机速度在第二离合器与一个新的较高档位齿轮接合后下降。然而，输出扭矩在“惯性阶段”期间及该阶段之后维持在降低的水平上。整个动力接通升档(由区域10限定)过程中的扭矩下降会增加噪音、振动和/或不平顺性(NVH)，并且/或者会降低性能。

现在参考图2，发动机系统20包括发动机22。发动机22包括多个汽缸24。可以理解，虽然示出了6个汽缸，但是也可以使用其他数量的汽缸。

空气通过由节气门30调节的空气进气口28被吸入发动机22并进入进气岐管26。空气被分配到汽缸24并且与来自燃料箱(未示出)的燃料混合。例如，燃料可通过多个燃料喷射器32喷入汽缸24。

多个汽缸24中的空气燃料(A/F)混合物由活塞(未示出)压缩并且可分别由多个火花塞34点燃。A/F混合物的燃烧驱动活塞(未示出)，活塞以转动方式驱动曲轴36而产生发动机扭矩。曲轴传感器38可测量曲轴36的转速(RPM)，在下文称为发动机速度。可选地，曲轴传感器38可测量发动机曲轴36的扭矩，在下文称为发动机扭矩。废气可通过排气岐管40和排气系统42从汽缸24中排出。

曲轴36通过变矩器44驱动变速器46。变速器46可将发动机扭矩以多个传动比中的一个传递到车辆传动系48(例如车轮)。更具体地，变速器46可基于对应于例如发动机速度和车速等工况的换档方案而在多个传动比之间进行切换。

变速器46通常包括多个离合器，它们选择性地进行接合/脱离以获得期望的传动比。由此，当在多个传动比之间进行切换时，发生离合器至离合器的切换。更具体地，当至少一个离合器接合(即将接合的离合器)时，至少一个离合器同时脱离(即将脱离的离合器)。例如，可基于发动机扭矩控制离合器至离合器的切换。

控制模块50调节发动机系统20的操作。例如，控制模块50可控制节气门30和燃料喷射器32以控制发动机22中的A/F比率。此外，例如，控制模块50可控制火花塞34以控制发动机22的点火正时。因此，例如，控制模块50可通过控制空气、燃料和/或火花来调节发动机扭矩和发动机速度。

更具体地，控制模块50可在升档操作期间控制发动机扭矩(即至变速器46的输入扭矩)。在一个实施方式中，控制模块50可在升档操作期间增加发动机扭矩。至变速器46的输入扭矩的增加可在整个升档操作过程中将来自变速器46的驱动扭矩(即输出扭矩)维持在恒定水平。由此，NVH可降低并且/或者性能可增加。

现在参考图3，图中更详细地示出了变速器46。在一个实施方式中，变速器46可以是如图3所示的六速自动变速器。然而，可以理解，还可以实施多种其他变速器，例如不同型号的变速器和包括不同数量的齿轮的变速器。仅作为示例，变速器可以是双离合变速器。

变速器46包括输入轴60、输出轴62和三个分别相互连接的行星齿轮组64A、64B和64C。行星齿轮组64A、64B和64C分别包括相应的恒星齿轮66A、66B和66C、行星架68A、68B和68C、行星齿轮70A、70B和70C、以及环形齿轮72A、72B和72C。变速器46还包括离合器C1-C5，它们选择性地接合以构建变速器46的期望传动比。

更具体地，输入轴60持续驱动齿轮组64A的恒星齿轮66A，通过离合器C1选择性地驱动齿轮组64A、64C的恒星齿轮66B、66C，通过离合器C2选择性地驱动齿轮组64B的行星架68B。齿轮组64A、64B和64C的环形齿轮72A、72B和72C分别通过离合器C3、C4和C5而选择性地固接/接地。液压力(P_HYD)被选择性地提供给各个离合器以调节离合器的接合。压力开关80利用压力管线联接到每个离合器并且在打开和关闭状态之间切换。更具体地，当P_HYD低于阈值压力(P_THR)时，开关处于关闭状态。当P_HYD大于P_THR时，开关状态为打开。

如下面表1所示，离合器C1-C5的状态(即接合或脱离)可被控制以提供六个前进档速比(1、2、3、4、5、6)、一个倒档速比(R)或一个空档状态(N)。

表1

	C1	C2	C3	C4	C5
						1st	X				X
2nd	X			X
						3rd	X		X
4th	X	X
						5th		X	X
6th		X		X
						R			X		X
N					X

例如，当离合器C1和C4接合时第二前进档速比(即2档)被构建。从一个前进档速比的速度切换到另一个一般通过脱离一个离合器(即，即将脱离的离合器)同时接合另一个离合器(即，即将接合的离合器)而实现。例如，变速器46可通过脱离离合器C4同时接合离合器C5而从2档降档到1档。

现在参考图4，时间图表示出了变速器46的动力接通升档过程中的发动机速度(RPM)和多个扭矩水平(1b-ft)。如图所示，发动机RPM在“扭矩阶段”期间比在扭矩阶段之前以更快的速率增加。换言之，至变速器46(即来自曲轴36或变矩器44)的输入扭矩在“扭矩阶段”期间稳定增加，如区域90所示。例如，输入扭矩(T_in)在“扭矩阶段”期间可从初始扭矩水平(T_{in_initial})增加到最终输入扭矩水平(_{Tin_end})。

输入扭矩在“惯性阶段”期间由于摩擦可降低到初始扭矩水平(T_{in_initial})，此时至高档离合器(即，即将接合的离合器)的扭矩增加到T_{hc_end}并且高档离合器因此接合。然而，在高档离合器接合之后，输入扭矩(T_in)随后可返回最终输入扭矩水平(T_{in_end})。

因此，变速器46的输出扭矩可在动力接通升档操作过程中、该过程之前以及该过程之后(即整个过程中)维持在恒定水平，如区域92所示。例如，在动力接通升档操作过程中、该过程之前以及该过程之后，恒定的输出扭矩可降低NVH并且/或者可提高性能。

现在参考图5，图中更详细地示出了控制模块50。控制模块50可包括动力需求产生模块100、扭矩命令产生模块102、档位选择模块104、变速器控制模块106和发动机扭矩控制模块108。

动力需求产生模块100接收驾驶员输入。例如，驾驶员输入可以是加速器踏板的位置。动力需求产生模块100还接收车速。例如，车速可基于车轮48的转速(即来自防抱死制动系统，或ABS传感器)或者变速器46的输出轴的转速。动力需求产生模块100基于驾驶员输入和车速产生发动机动力需求。

扭矩命令产生模块102接收发动机动力需求。扭矩命令产生模块102基于发动机动力需求产生发动机扭矩命令。更具体地，发动机扭矩命令对应于满足发动机动力需求所需的发动机扭矩。发动机扭矩命令可对应于上述初始输入扭矩水平(T_{in_initial})。

档位选择模块104也接收发动机动力需求和车速。档位选择模块104基于发动机动力需求和车速确定变速器46的期望档位。在一个实施方式中，例如，期望档位可对应于预定的换档方案。

变速器控制模块106接收变速器46的期望档位。变速器控制模块106产生即将接合的离合器扭矩能力命令和即将脱离的离合器扭矩能力命令。例如，一个离合器的扭矩能力命令可表示通过对由液压活塞施加到离合器的力(即压力)进行控制而得到的期望离合器扭矩能力。由此，即将脱离的离合器命令可将施加到即将脱离的离合器的力(即压力)降低到第一扭矩水平。例如，第一扭矩水平可以是零。此外，即将接合的离合器命令可将施加到即将接合的离合器的力增加到第二扭矩水平，称为最终的高档离合器扭矩水平(_{Thc_end})。更具体地，最终的高档离合器扭矩水平(T_{hc_end})可以由下列表达式模型化：

$T_{\mathrm{hc}\_\mathrm{emd}}=T_{\mathrm{in}\_\mathrm{initial}}\frac{r_l\·K_{\mathrm{hc}}}{r_h},$

其中r_l是低档位(即当前档位)的传动比，r_h是高档位(即新档位)的传动比，K_hc是高档离合器的扭矩增益，其可以定义为高档离合器扭矩能力与输入扭矩的比率(T_hc/T_in)。

变速器控制模块106还可在变速器46的换档操作过程中产生发动机扭矩命令。例如，该发动机扭矩命令可对应于附加的(即上升的)输入扭矩水平(T_{in_add})，该扭矩水平高于初始扭矩水平(T_{in_initial})。更具体地，附加的发动机扭矩水平(T_{in_add})可由下列表达式模型化：

$T_{\mathrm{in}\_\mathrm{add}}=T_{\mathrm{hc}}\frac{r_l\·K_h}{r_l{\·r}_{\mathrm{hc}}}$

其中T_hc是高档(即，即将接合的)离合器扭矩能力命令。

发动机扭矩控制模块108从发动机扭矩命令产生模块102接收初始发动机扭矩命令(T_{in_initial})，并且从变速器控制模块106接收附加的发动机扭矩命令(T_{in_add})。发动机扭矩控制模块108基于接收到的发动机扭矩命令控制发动机扭矩(即输入到变速器46的扭矩)。更具体地，发动机扭矩控制模块108以如下方式控制发动机扭矩(T_in)：

$T_{\mathrm{in}}=T_{\mathrm{in}\_\mathrm{initial}}+T_{\mathrm{in}\_\mathrm{add}}\→T_{\mathrm{in}}=T_{\mathrm{in}\_\mathrm{initial}}+T_{\mathrm{hc}}\frac{r_l-r_h}{r_l\·K_{\mathrm{hc}}}$

由此，最终输入扭矩水平(T_{in_end})(即“扭矩阶段”期间的最大输入扭矩)可由下列表达式模型化：

$T_{\mathrm{in}\_\mathrm{end}}=T_{\mathrm{in}\_\mathrm{initial}}\frac{r_l}{r_h}$

现在参考图6，操作发动机系统10的方法起始于步骤120。在步骤122中，控制模块50基于驾驶员输入和车速确定发动机动力需求。在步骤124中，控制模块50基于发动机动力需求产生发动机扭矩命令(T_{in_initial})。在步骤126中，控制模块50基于发动机动力需求确定变速器46的期望档位。

在步骤128中，控制模块50确定是否要发生动力接通的升档操作。例如，动力接通的升档操作可根据预定的换档方案确定。可选地，动力接通的升档操作可以在控制模块50确定需要较高档位时被命令。如果是，则控制将前进到步骤130。如果否，则控制可前进到步骤136并且控制可结束。

在步骤120中，控制模块50产生即将脱离的离合器扭矩能力命令(T_{lc_end})(例如下降到零)、即将接合的离合器扭矩能力命令(T_{hc_end})以及附加的发动机扭矩命令(T_{in_add})。附加的发动机扭矩命令(T_{in_add})对应于在动力接通的升档操作过程中维持恒定的输出扭矩所需的发动机扭矩水平。

在步骤122中，控制模块50在“扭矩阶段”期间将发动机扭矩从初始输入扭矩水平(T_{in_initial})增加到最终输入扭矩水平(T_{in_end})(例如，T_{in_end}＝T_{in_initial}+T_{in_add})。另外在步骤122中，控制模块将高档离合器扭矩能力从第一水平(例如零)增加到最终的高档离合器扭矩能力(T_{hc_end})。在步骤124中，控制模块50完成从当前档位(低档)向新档位(高档)的切换(即“惯性阶段”)。控制随后可在步骤136处终止。

本领域技术人员现在可通过前面的描述理解，本发明的广义教导可通过多种形式来实施。因此，虽然本发明包括特定示例，然而本发明的真实范围不应当受此限制，因为通过研究附图、说明书和所附权利要求书，其他变型对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

Claims (10)

1.一种用于自动变速器的发动机控制系统，包括：

在从第一传动比切换到第二传动比之前的期间内将发动机扭矩从第一扭矩水平增加到第二扭矩水平的发动机扭矩控制模块，其中所述第一传动比大于所述第二传动比，其中所述第一扭矩水平基于驾驶员输入和车速，并且其中所述第二扭矩水平基于所述第一扭矩水平以及所述第一和第二传动比；以及

在所述期间内将第一离合器的扭矩能力降低到第三扭矩水平并且在所述期间内将第二离合器的扭矩能力增加到第四扭矩水平的变速器控制模块，其中所述第四扭矩水平基于所述第二扭矩水平和所述第二离合器的扭矩增益。

2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述发动机扭矩控制模块在所述期间内基于所述第一扭矩水平与附加扭矩量的和增加发动机扭矩。

3.如权利要求2所述的发动机控制系统，其中所述附加扭矩量基于所述第二离合器的扭矩能力与所述第一和第二传动比之间的差的乘积并且除以所述第一传动比与所述第二离合器的扭矩增益的乘积。

4.如权利要求3所述的发动机控制系统，其中所述第二离合器的扭矩增益基于所述第二离合器的扭矩能力与发动机扭矩的比率。

5.如权利要求3所述的发动机控制系统，其中所述第四扭矩水平基于所述第一扭矩水平、所述第一传动比以及所述第二离合器的扭矩增益的乘积并且除以所述第二传动比。

6.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述第二扭矩水平基于所述第一扭矩水平与所述第一传动比的乘积并且除以所述第二传动比。

7.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述第三扭矩水平为零。

8.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述第一离合器的扭矩能力在所述第二离合器的扭矩能力达到所述第四扭矩水平之前达到所述第三扭矩水平。

9.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述发动机扭矩控制模块通过控制节气门、多个燃料喷射器和多个火花塞中的至少一个来控制发动机扭矩。

10.一种用于控制自动变速器的方法，包括：

在从第一传动比切换到第二传动比之前的期间内将发动机扭矩从第一扭矩水平增加到第二扭矩水平，其中所述第一传动比大于所述第二传动比，其中所述第一扭矩水平基于驾驶员输入和车速，并且其中所述第二扭矩水平基于所述第一扭矩水平以及所述第一和第二传动比；

在所述期间内将第一离合器的扭矩能力降低到第三扭矩水平；以及

在所述期间内将第二离合器的扭矩能力增加到第四扭矩水平，其中所述第四扭矩水平基于所述第二扭矩水平和所述第二离合器的扭矩增益。

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