CN102030006B - 用于控制车辆减轻交叉路口碰撞的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于减轻交叉路口碰撞的控制系统和方法。在一个实施例中,该系统包括:配备了存储器并与至少一个雷达传感器系统联通的电子控制模块,至少一个环境传感系统,至少一个车辆稳定性系统,驾驶员提示系统,制动控制系统,可控转向系统,以及动力系控制系统。在一个实施例中,该方法可以包括:确定车辆是否正进入交叉路口,确定操作者是否对感测到的交叉路口状况进行正确回应,启动可控的制动,确定任何交叉路口危险,确定任何检测到的危险是否迫在眉睫,启动减轻事故提示系统,处于交叉路口时降低发动机扭矩,以及处于交叉路口时启动转向和制动控制系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制车辆减轻交叉路口碰撞的系统。
背景技术
根据2000年9月的题为“使用ITS措施的交叉路口防撞”的NHTSA报告DOT HS 809171,约43.9%的车辆间的交叉路口碰撞或撞击都发生在一辆车或两辆车都未遵守位于交叉路口的交通控制设备或信号或标志时。有必要提供一种系统和方法以避免或减轻车辆间的交叉路口碰撞。
发明内容
在一个实施例中,公开的内容可以构成一种用于减轻交叉路口碰撞的控制系统。该系统包括配备了存储器并与至少一个雷达传感器传感系统联通的电子控制模块。此外,还有至少一个环境传感系统,车辆稳定性控制系统,至少一个操作者提示系统,以及制动控制系统、可控转向系统和动力系控制中的至少一个。
电子控制模块可以是电子控制单元(ECU)、约束控制模块(RCM)或交叉路口进入提示模块(IEA)中的至少一个。环境传感系统可以包括车辆配备的用以与自适应巡航控制、减轻碰撞系统、变道辅助系统、盲点检测系统、一组侧撞碰撞传感器、一组前撞碰撞传感器、至少一个预碰撞传感器、全球定位系统(GPS)以及具有数字地图的GPS导航系统关联来实现主动安全功能的那些环境传感器。主车还配备有包括横摆稳定性控制、防侧翻稳定性控制以及横向稳定性控制中的至少一个的车辆稳定系统。提示指示器可以包括触觉、听觉或视觉警报。
在另一个实施例中,公开的内容涉及一种防止或减轻车辆交叉路口碰撞的方法。一种方法可以包括:确定车辆是否进入交叉路口,确定车辆操作者是否对感测到的交叉路口的状况进行正确回应,当接近或位于交叉路口时启动制动控制系统以使制动器预载,确定交叉路口的威胁类别,确定交叉路口危险是否迫在眉睫,启动减轻事故提示系统,降低交叉路口发动机扭矩,确定是否要转向避开危险,通过可控转向系统启动交叉路口转向辅助,通过可控制动系统启动交叉路口转向辅助,确定驾驶员是否启动驾驶员制动以当驾驶员的刹车被认为不足时,提供交叉路口制动辅助,以及启动交叉路口减轻事故自动制动系统。
附图说明
图1为根据本申请的一个系统的图示。
图2为流程图的图示,其示出了当车辆不遵守交通信号或标志并且错误地进入交叉路口时所涉及的步骤。
图3为配备有近距离雷达传感器的主车的图示,其示出了用于目标车辆的各种转向的覆盖范围。
图4A为交叉路口的图示,其中,目标车辆不遵守交通信号进入交叉路口,与另一车辆发生碰撞事故。
图4B为交叉路口的图示,其中,目标车辆不遵守交通信号并进入交叉路口,而主车驾驶员使车辆转向。
图4C为交叉路口的图示,其中,目标车辆不遵守交通信号并进入交叉路口,同时主车驾驶员转向并启动本申请的一个系统。
图5为交叉路口的图示,其中,目标车辆不遵守交通信号并进入交叉路口,同时主车驾驶员转向并启动本申请的一个系统,其示出了通过制动实现的交叉路口转向辅助以减轻交叉路口事故的仿真快照。
图6为软件流程图,其示出了根据本申请的减轻交叉路口事故的方法的实施例。
具体实施方式
现在参见附图,其中相同的附图标记表示相同的结构,主车携带的用于减轻交叉路口碰撞的控制系统总体上表示为10,其配备有至少一个电子控制模块12,其具有存储器和数据表或其它位于其中的系统操作指示。存储器可以是RAM、FLASH、PROM、EPROM、EEPROM或任何其他存储器。ECM12可以是新的车辆系统水平电子控制单元(ECU),其被称为安全ECU,或者可以是现有ECU中的一种,例如约束控制模块(RCM)或制动控制ECU。ECM12也包括交叉路口提示模块(IEAM),或其他任何模块,或它们的结合。
雷达传感系统14与ECM电子联通。虽然可以用CMOS或CCD摄像系统取代雷达系统14,但本发明为了说明简单仍将着重于雷达系统。雷达系统通常具有相对较短的距离并具有相对较宽的视角。在一实施例中,雷达可以具有从约0.1m到约60m的范围以及约60度的相对宽的视角。雷达传感器最好安装在车辆的前角(如图4A-C所示),邻近于一些形成车辆环境传感系统的一部分的传感器。
雷达系统用于与车辆环境传感系统16一起使用,车辆环境传感系统16可以包括CMOS和CCD摄像机、激光雷达,以及例如短距离雷达、长距离雷达、远红外传感器等的其他雷达系统,其也与ECM电子联通,雷达系统与车辆环境传感系统16一起使用以确定主车是否不正确地进入交叉路口,并进一步确定在非常短的时段里交叉路口附近是否存在其他可能进入主车未来路径的目标车辆。
车辆环境传感系统包括预碰撞和碰撞传感器,如本领域技术人员熟知的那样定向在车辆的各个点。具体地,本领域技术人员容易理解的是,它们是前、后以及侧向的预碰撞和碰撞传感器。车辆环境传感系统也可以包括那些用于与自适应巡航控制、减轻碰撞系统、变道辅助系统、盲点检测系统、侧碰碰撞传感器、前碰碰撞传感器、至少一个预碰撞传感器、GPS系统,以及GPS导航系统关联的安全功能的传感器。
系统10还包括车辆稳定系统18,其与ECM以及其他用于实现车辆稳定性控制特征所必须的传感器电子联通,并将有关横摆稳定性控制、横向稳定性控制以及侧翻稳定性控制的信息提供给ECM。驾驶员提示系统20与ECM电子联通,并提供指示应向主车的驾驶员发送警报的数据。警报可以是视觉的,例如警示灯和车辆信息中心显示器上的文字或任何其他给驾驶员的视觉警报;或听觉的,例如来自车辆报时装置的警报或车辆扬声器说出的电子单词或符号信息或其他例如蜂鸣声、铃声或其他给驾驶员的指示存在报警状况的声音信号;或触觉的,例如触觉方向盘、触觉加速踏板、触觉座椅、触觉安全带预拉紧装置,或其他任何用于震动或以别的运动指示存在报警状况的结构。系统还包括制动控制系统22、转向控制系统24、最好是自动前转向系统(AFS)或电动辅助转向系统(EPAS),以及动力系控制系统26中的至少一个,最好是全部。在一实施例中,当检测到预碰撞危险时,使制动控制系统和转向控制系统接合。
系统还可以包括约束控制模块28,其在从ECM12接收到指示或从预碰撞传感器接收到表示存在碰撞情形或预碰撞情形的数据时,启动车辆中的各种安全系统和约束系统,其中预碰撞传感器是车辆环境传感系统16的一部分。在这种情况下,将预拉紧安全带,并且必要的话,安全气囊系统将准备打开。此外,系统还可以包括与ECM及车辆环境传感系统通信的交叉路口进入提示模块(IEAM)30,其可以包括全球定位系统以响应来自车辆环境传感系统的合理数据,IEAM记录车辆正接近或处在交叉路口,然后通过与ECM以及其他如前所述的系统中的组件联通,根据IEAM接收的数据信号适当地启动系统的各种其他方面。
交叉路口进入提示(IEA)模块使用来自GPS接收器以及具有数字地图的GPS导航系统(例如来自高级驾驶员辅助(ADAS)系统)的信息确定主车进入交叉路口。它也可以使用其他可用的环境传感器以完善主车是否正进入交叉路口的临近区域的确定。通常,配备有GPS和GPS导航系统的主车将可能提供交叉路口的各种特征,例如1)交叉路口是否是之前可能发生过许多事故的交通事故多发地段,2)交叉路口是否是繁忙的交叉路口,3)交叉路口限速,以及4)交叉路口路况例如路面摩擦水平,并且基于该交叉路口特征,当要到达交叉路口的时间低于特定阈值例如10秒时,可以通过前述视觉、听觉、触感警报装置发出警报信号。
要到达交叉路口的时间定义为车辆到交叉路口的距离和当前车速之间的比值。具体的警报讯息可以包括1)交叉路口是否是事故多发地段;2)交叉路口是否是繁忙且拥挤的交叉路口;3)车速是否高于通过交叉路口所允许的限速;4)如果驾驶员保持他的车速,目前要到达交叉路口的时间;5)交叉路口当前路况;以及6)交叉路口是否具有4-路/2-路停车标记或交通灯。随着可用的路况指示信息越来越多,可以开发和使用更多的警报信息。
如果驾驶不响应IEA的警报讯息,也就是说,没有油门降低或驾驶员启动的制动,或车速高于阈值,将发生交叉路口制动预载(IBP),然后少量的制动压力将使制动液压系统预载。这种预载制动压力使制动液压系统准备好以消除时间延迟,但不对车辆引入明显的运动干扰。这种预载压力的最佳值在2至5巴的范围内。
更具体地,IBP使用以下信息来确定是否将接受预载制动压力需求并发送至制动控制ECU:1)在交叉路口进入提示开始向驾驶员发送警报信号后,没有驾驶员的响应或试图改变;2)并且要到达交叉路口的时间低于例如为5秒的阈值,以及3)车速高于交叉路口限速。
IEA和/或IBP启动后,一旦系统确定主车进入交叉路口的附近区域,将发生交叉路口危险分类(ITC)。启动交叉路口危险分类模块,并且,如果要到达交叉路口的时间低于另一个阈值(例如3秒),将使用包括运动和环境传感器连同车辆车身/内部传感器的车载传感器来确定驾驶员的转向意图(右转、左转或直行),并检测在交叉路口是否会有另一辆车突然出现在主车的碰撞的不幸中;或预测如果主车和接近的车辆在不久的将来保持相同的运动动力,是否将可能相互碰撞。
系统功能是针对飞速移动的车辆,其可能引发对其他车辆的碰撞。如果配备到飞速移动的车辆的系统确定很可能即将发生碰撞或撞击,则启动驾驶员提示模块(交叉路口事故提示(IAA)),其向驾驶员提供听觉的警报或视觉的警报。IAA也可以通过间歇但轻微地震动(触觉信号)例如刹车踏板、油门踏板、方向盘或安全带(如果安全带预拉紧是可控的)来物理地提醒驾驶员。在ITC示出了如果车辆保持当前运动或速度趋势时与其他车辆的潜在碰撞后,启动IAA。
当主车在危险交叉路口附近时,可以启动动力系控制器以控制发动机扭矩。如果IAA发出警报讯息并且系统确认碰撞的可能性高,则启动交叉路口发动机扭矩降低(IETR)。当启动IETR模块时,即使由于驾驶员可能恐慌没有减小油门,其也降低或切断发动机扭矩输出。IETR设计为如果交叉路口危险清除或车辆不在危险交叉路口附近时,将逐步停止。IETR可以具有高于在电子稳定性控制、侧翻稳定性控制以及牵引控制中使用的其他发动机扭矩减少需求的优先级。
如果系统确定没有电子转向和驾驶员转向车辆时碰撞是不可避免的,则启动依靠制动的交叉路口转向辅助(ISAbB),将开始制动-转向行为。这样的基于制动的转向辅助功能一次达到两个目的。如果驾驶员的转向不足以避免或减轻碰撞ISAbB制动车辆以使车辆慢下来并且提供差动制动以使车辆(与ESC的过度转向控制相反的)过度转向,以此来实现防撞转向辅助。在一实施例中,ISAbB可以与驾驶员的制动叠加并且在与驾驶员的转向意图一致但增加更多转向力的方向重新分配轮胎力。如果驾驶员不启动避免事故转向,ISAbB模块将不会启动。从这个角度来看,如果驾驶员的转向不足以减轻很可能发生的事故,ISAbB功能增强了驾驶员的避免事故转向。尽管这实现了有限的事故避免性能,不过可以避免许多与其他情况或故障模型有关的问题。只有车辆具有足够的环境传感器和专用的雷达传感器14以检测环境以计划安全路径时,不依赖于驾驶员转向的ISAbB或依赖于实际情况的转向辅助才是可能的。
如果系统确定没有电子转向和驾驶员转向车辆时碰撞是不可避免的,则启动依靠EPS或AFS的交叉路口转向辅助(ISAbS)。如果车辆配备有EPAS或AFS,则ISAbS提供基于转向辅助的可控转向。ISAbS一次也能达到两个目的。首先,它辅助驾驶员正确地转向,其次,其次,它防止了可能使情况更糟或产生其他问题的驾驶员的错误转向行为。只有在车辆具有足够的环境传感器和专用的雷达传感器14以检测环境以计划安全路径时,不依赖于驾驶员转向的ISAbB或依赖于实际情况的转向辅助才是可能的。
如果系统确定碰撞是不可避免的,则启动交叉路口制动辅助。当车辆准备通过启动IBA模块减少损失和伤害时,IBA在驾驶员制动之上施加另外的制动以防止驾驶员恐慌反应所致的不足制动。推荐的制动需要以下公式表示的主缸压力:
其中,Δpk是主缸增加的制动压力,和是在时间k的当前和过去的车辆速度,dk和dk-1是在时间k的当前和过去距交叉路口的距离,fpdb和fddb是死区,kp和kd是两个倍率。
如果系统由于以下事实而确定碰撞是不可避免的,则启动交叉路口自动制动(IAB):1)在交叉路口附近区域,确定的目标车辆在主车的路径上;2)主车和目标车辆之间的相对位置低于阈值以及3)驾驶员没有采取例如转向或制动的任何避免事故的措施的。该启动与CMbB的功能类似,但将可能允许较大减速以达到道路的限制而不是预设值以减少严重的交叉路口事故。
在描述了本申请的系统的一个实施例后,图6是减轻车辆交叉路口碰撞的方法32的软件流程图。步骤34确定车辆是否正在进入交叉路口。这可以通过包括具有数字地图的GPS导航系统的车辆环境传感系统或其他表明车辆正进入交叉路口的信息来实现。步骤36确定车辆操作者是否正确地响应检测到的交叉路口的情况。这可以通过操作者提示系统来实现,其评估驾驶员对进入交叉路口的警报的响应并确定响应对于即将到来的危险是否合适。当在交叉路口时,步骤38启动制动控制系统以使用滋扰卡钳压力预载制动液压。一旦操作者提示系统确定了驾驶员响应不足以避免与目标车辆的碰撞,步骤40确定交叉路口危险类别。这通过包括预碰撞传感器和专用雷达14的车辆环境传感系统来实现。在步骤36中,如果驾驶员没有正确响应,则软件直接跳到步骤40。步骤42确定交叉路口危险是否即将发生。这通过雷达系统和预碰撞传感器实现。如果没有危险即将发生,则软件循环返回步骤40。步骤44启动事故减轻提示系统,该系统具有在存储器中的用于紧急处理准则的预设的指令,该指令表示根据检测到的危险和其它情况应当采取的用于减轻或避免与目标车辆碰撞的各种选项和动作。步骤46通过动力系控制ECU减少交叉路口发动机扭矩以降低发动机速度和功率。步骤48确定驾驶员是否转向车辆。如果确定驾驶员正转向车辆并且如果驾驶员正将车辆转向安全的路径,步骤50启动转向系统的交叉路口转向辅助。当驾驶员正采取适当的措施转向远离碰撞时,其将辅助驾驶员在即将到来的碰撞事故中转向车辆。在转向辅助的后期,车辆轮胎力可能是饱和的并且转向不会带来太多的车辆转向。因此,在步骤52执行依靠制动的进一步转向以实现以下两个目标:当前轮饱和时进一步转向车辆以及减小汽车的动能以使车辆慢下来。流程继续至步骤54。如果步骤48确定驾驶员尚未采取使车辆转向的行动,流程也将继续至步骤54。步骤54确定驾驶员是否在制动。如果其检测到驾驶员在启动驾驶员制动以例如阻止或减轻即将发生的碰撞,如果驾驶员的制动对于交叉路口中即将到来的危险是不足的,那么步骤56启动交叉路口制动辅助系统,其将帮助增加制动系统中更多的制动压力。步骤60启动交叉路口自动制动以减轻任何碰撞事故并使车辆安全停下。如果确定驾驶员面对即将发生的碰撞没有制动,步骤60也可以从步骤54直接执行。在步骤60后,方法以闭环方式循环回步骤34。
由于前述的在时间约束下复杂的速度-距离判断的要求,交叉路口操作对于老驾驶员来说可能更成问题。
在描述了本申请的一个系统和方法后,图2是发生在交叉路口的事故的示意图。通过研究该事故统计,将进一步证实前述方法的安全效果。交叉路口事故情况可以理解为交叉路口碰撞事件的分布情况。交叉路口事故情况可以分为4类。第1类是穿过行驶路径的左转,其是23.8%。第2类是沿着垂直的路径进入,伴随不足的间距,其为30.2%。第3类是违反交通控制或信号沿着垂直路径,43.9%,以及违反交通控制和信号过早地进入交叉路口占约2.1%。
上述第3类碰撞占交叉路口碰撞事故的最大比例,包括43.9%的发生率。在这种情况下,目标车辆由于交通控制需要停下。目标车辆可能违反交通控制并进入交叉路口。与该情况或想法方法59相关的特点和步骤在图2中示出。
具体地,步骤62示出了各种交通控制设备,例如当车辆错误地进入交叉路口时可能忽略的出现的信号或标志。在这方面,交通灯的红色信号阶段、停止标志、闪烁的红色信号、让步标志和停止标志/闪烁的红灯作为最常见的与交叉路口关联的交通标志或信号。如图2所示,交通灯的红色信号阶段占有关进入交叉路口的交通警报的53.0%,以及停止标志占这种交叉路口标志或警报的34.1%。这些合起来占了所有交叉路口交通信号和标志的87.1%。
错误地进入交叉路口过程中的步骤64(交通控制的要求)是,响应上文所述的那些信号,要求主车停止。然而,在错误地进入交叉路口的情况中,流程继续至步骤66,这是驾驶员响应交通控制。在这种情况下,车辆继续前进不会停止。在这个时刻,驾驶员可能认识到他已错误地进入了交叉路口。如图所示存在两种行动路线或将采取的方法。驾驶员可能在直线方向继续,如步骤68所示,其约占响应的90.4%,或驾驶员可能右转或左转,其约占响应的9.6%。在驾驶员决定转向的情况中,如图可见,左转约为9.1%,以及右转约为0.5%。
在步骤68后,步骤72示出了为什么驾驶员决定在所选择方式下继续的各种原因或起因。例如,驾驶员的粗心可能占驾驶员错误地通过交叉路口的22.4%。其他原因包括故意违反信号(27.9%),故意违反停止标志(9.3%),试图抢在信号之前(3.2%)以及视障并且不能看见信号/标志(1.4%)。
类似地,在也是起因的步骤70后,步骤74示出了为什么驾驶员决定在所选择的方式下继续的各种原因。在这种情况下,驾驶员粗心(69.9%),故意违反信号(15.9%),故意违反停止标志(13.4%)或试图抢在信号之前(0.8%)都是起因。步骤72和74都导致严重的驾驶员过失。这些严重过失是驾驶员不遵守交通控制设备(TCD)状态76,或者如78中所示构成故意违反的行为。
现参考图3,示出了配备有必需的环境传感器、驾驶员提示系统、例如ESC/RSC的车辆稳定性控制系统以及例如EPAS或AFS系统的可控的转向系统的主车79。通常,驾驶员提示系统包括听觉警报或可视显示。环境传感系统可以具有各种不同类型的配置,包括在自适应巡航控制、减轻碰撞系统、变道辅助、盲点检测、侧碰撞传感器、GPS、具有数字地图的GPS导航系统等中使用的那些。车辆稳定性控制系统包括例如横摆稳定性控制、侧翻稳定性控制以及横向稳定性控制的控制功能。此外,涉及的驱动可以包括制动控制、动力系控制、EPAS控制以及AFS控制。
如图3所示,主车在左前和右前角在已有的预碰撞传感器之上均配备有短距离雷达传感器80。图3示出了具有由80和84限制的视角和由82限制的观察距离范围的雷达。该场景示出了主车79对要进行左转的目标车辆86的传感器覆盖范围。在本申请中,也可以通过可控的转向系统来实现制动-转向,其辅助驾驶员更好地转向以避免碰撞并将制动-转向与环境传感器结合。当目标车辆错误地进入交叉路口时被雷达检测。目标车辆86可能在方向92继续直行穿过交叉路口,或可能如94所示向右转或如96所示向左转,但向左转可能导致与车辆79的潜在碰撞。
因此可见图4A描述了驾驶员没有产生和矫正转向动作地进入交叉路口。如果目标车辆86不遵守交通灯穿过交叉路口,即使主车18的驾驶员试图刹车或启动碰撞减轻系统功能,主车18也很可能会撞上目标车辆的左侧。由于碰撞危险的较迟检测,主车18配备的碰撞减轻系统不太可能起到减轻碰撞的效果。
为了避免碰撞,图4B中的主车78的驾驶员可能会在减小油门或制动车辆的同时试图转向车辆。由于迫切和紧急的特点,主车的驾驶员的转向或转向、制动、减小油门的结合不太可能实现完美的顺序来避免这种碰撞。恐慌反应或处理这种高动态情况中较少的经验甚至可能使情况更糟。当车辆86遭受图4B中描述的前碰撞时,主车78可能与车辆86成角度地碰撞而停下来。
现考虑如图4C中所示的这种情况下的驾驶员转向辅助。在潜在的交叉路口碰撞可能发生之前,系统开始向驾驶员发送提示信息。如果主车78的驾驶员忽视了警报并且传感器系统检测到即将发生的交叉路口碰撞,一旦驾驶员试图转向以使主车能够转向或移动到安全路径,系统将通过重新分配制动力或使用EPAS/AFS来增强车辆转向,在该情况下,安全的路径大多是与目标车辆80平行的方向。这样,与相关车辆成角度的碰撞可以完全避免或者转变成轻微的剐擦,这比成角度的侧撞或前撞要轻微。
图5为通过制动实现交叉路口转向辅助以减轻交叉路口事故的模拟快照。需要的注意的是,通过适当的警报和主车的转向以及制动,主车78完全避免了与目标车辆86的碰撞。
用于描述本发明的实施例的词语仅是描述性的词语而并不是限制性的词语。对于本领域技术人员而言,在不背离权利要求所限定的本发明的范围和精神的情况下,多种变化和改变将变得显而易见。
Claims (5)
1.一种用于减轻交叉路口碰撞的控制系统,包含:
配备了存储器并与至少一个雷达传感器传感系统联通的电子控制模块;至少一个环境传感系统;至少一个车辆稳定性控制系统;至少一个驾驶员提示系统以及制动控制系统、可控转向系统、电动辅助转向系统以及动力系控制系统中的至少一个,所述系统设置用于:
评估驾驶员对通过该系统提供给驾驶员的警报的响应,该警报指示主车预期进入交叉路口,
根据包含指示对提供的不被接收的警报的矫正响应的驾驶员输入的条件预载所述制动控制系统,所述预载应用于预定的水平从而减小制动的时间延迟而不对主车引入明显的运动干扰,以及
利用预载制动控制系统来调用基于制动的转向辅助以增加接收的防撞转向输入。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述环境传感系统包括用于自适应巡航控制、减轻碰撞系统、变道辅助系统、盲点检测系统、侧碰碰撞传感器、前碰碰撞传感器、至少一个预碰撞传感器、全球定位系统,以及具有数字地图用于导航的全球定位系统的传感器元件。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述车辆稳定性控制系统为横摆稳定性控制、侧翻稳定性控制以及横向稳定性控制中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,当检测到预碰撞的危险时,使所述制动控制系统和电动辅助转向系统接合。
5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述驾驶员提示系统是触觉的、听觉的或视觉的。
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