CN102939232A - 根据车辆引擎盖下的温度测量来估计车辆外部的温度 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定由内燃机(5)驱动的车辆(1)外部的空气温度的估计值的方法,根据该方法,初始估计值被指派给所估计的温度,然后进入内燃机(5)的空气的温度被测量并且该车辆(1)的速度被估计。接着对进入内燃机(5)的空气的测量温度执行数学过滤,该过滤操作对所估计的温度强制一最大梯度,该最大梯度随时间取至少两个不同的正值,该最大正梯度值中的每一个都是根据该车辆(1)的瞬时速度来选择的。
Description
技术领域
本发明涉及对由内燃机驱动的车辆的机械构件的温度监控的领域。为了估计这些构件的温度,一般而言,计算由于这些构件内的摩擦而散发的热能和由于与构件周围的空气接触而排放的热能,换句话说是在引擎盖下的空气或车辆外部的空气。在四轮驱动的车辆的情况下,这因而涉及计算联接器的温度,该联接器将一个轮组上可用的发动机扭矩传递到车辆的另一个轮组。在该特定情况下,车辆外部的温度对于可靠地计算联接器热度而言是不可或缺的数值。
背景技术
出于降低车辆的制造和维护成本的原因,安装在车辆中的温度传感器的数目限于所需要的严格最小值。因此,期望一种监控方法来避免对待监控的构件(例如联接器)上的传感器的需求,并且也避免了对车辆外部的温度传感器的需求,特别地假定这种外部温度传感器必定屈从于限制其准确度的外部破坏。
专利申请EP1308336描述了一种用于根据联接器的热度来管理它的方法,以及一种用于在其他参数之中根据车辆外部的温度来计算热度的方法。
专利申请US2004/0184509包括基于在通往发动机的进气管中测量的空气温度来计算车辆外部的空气温度。当车辆起动时,系统通过选择上一次所存储的温度和起动时在进气管测量的温度中的最小值来讲温度重设为这两个值中的一个。系统然后通过特别地监控车辆的行驶时间、车辆的瞬时速度和进入发动机的空气流来监控建立稳定发动机转速的概率。如果瞬时速度小于特定阈值,或所进入的空气流小于另一个阈值,则关于外部空气温度值而将增加的过热值任意地添加到进入空气温度值。当所计算的过热值足够小时,进入发动机的空气的温度被看作是外部空气温度的有效估计。这个方法的缺陷在于低估了外部空气温度以及被外部空气冷却的构件的温度。此外,它需要在发动机的进气回路中设置流量传感器。
专利申请US2005/0071074包括通过根据操作参数和加热发动机室的潜力来校正涡轮压缩机的进气温度并且还通过根据发动机室中的冷风扇的激活或去激活来校正该温度,基于涡轮压缩机进气口所测量的温度而估计外部空气温度。该文献没有指明如何在开始温度估计时确定外部温度的初始值。所提供的方法需要取决于发动机速度和风扇活动性状态的校正算法或温度计算图,并且需要足够快以处理这些算法或计算图的计算装置。此外,这些算法和计算图将是专用于给定的车辆模型的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于估计车辆外部的空气温度的方法,其使得温度估计值能过在车辆起动时就能获得。该方法必须在车辆行驶时足够准确,并且在起动时足够安全以避免由于车辆热起动而造成的构件过热的风险。
在用于确定由内燃机驱动的车辆外部的空气温度的估计值的一个方法中,为估计温度指定初始估计值,然后进入内燃机的空气的温度被测量并且车速被估计。执行对进入内燃机的空气的测量温度进行数学过滤,该过滤对温度强制了一个最大梯度,其随时间取至少两个不同的正值,最大正梯度值中的一个或另一个是根据瞬时车速来选择的。
根据一个优选的实施例,测量进入内燃机的空气的初始温度和已经在内燃机的冷却回路中停留一段时间的冷却液体的初始温度,并且根据这两个值来推导初始估计温度值。
有利地,对所估计的空气温度及其初始值强制第一最大温度阈值。
特别是在进入内燃机的空气的初始温度与冷却液体的初始温度之间的差值大于第二差异阈值的情况下,可以对初始估计温度值强制第一最大温度阈值。
如果进入空气的初始温度大于第三阈值,或如果冷却液体的初始温度大于第四阈值,也可以将第一最大温度阈值强制于初始估计值。
根据一个优选的实施例,当初始估计值与冷却液体的初始温度之差小于第二差异阈值时,进入内燃机的空气的初始温度被看作是初始估计值,或者是冷却液体的初始温度。
有利地,估计的温度等于在进入内燃机的空气温度降低的时期内进入内燃机的空气温度。
当估计温度增加时,至少两个不同的最大正梯度可以被强制于估计温度,并且当估计温度降低时强制至少一个最小负梯度,负梯度的绝对值要比两个正梯度中的每一个大至少十倍。
根据一个优选的实施例,过滤强制在0.001°C/s至0.01°C/s范围内的第一最大正梯度以及第二最大正梯度,该第二最大正梯度是该第一正梯度乘以一个在2至5范围内的数值。
该方法可以通过使用如之前所述的用于估计车辆外部空气温度的方法而应用于在车辆的两组车辆之间传递扭矩的联接器。
根据另一个方面,一种用于确定在由内燃机驱动的车辆外部的空气温度的估计值的系统包括用于进入内燃机的空气温度的传感器、用于内燃机内的冷却液体温度的传感器、用于估计瞬时车速的设备、能够基于进入内燃机的空气的初始温度和冷却液体的初始温度来确定初始温度的初始化模块。该系统还包括估计模块,该估计模块被设计成数学地过滤进入内燃机的空气温度从而对过滤值强制一个最大梯度,该最大梯度随时间取至少两个不同的正值,最大正梯度的每个值是根据瞬时车速来选择的
附图说明
参考附图,通过阅读下面对非限制性实施例的详细描述,本发明的其他目的、优点和特征将变得显而易见,其中:
-图1示出了配备有根据本发明的用于估计外部温度的系统的四轮驱动车辆;
-图2示出了在图1的车辆中所记录或计算的冷却液体温度、进入内燃机的空气温度和外部空气估计温度的变化的一个例子;
-图3示出了属于根据本发明的用于估计温度的系统的初始化模块的操作;
-图4示出了属于根据本发明的用于估计温度的系统的车辆外部温度当前计算模块的操作。
具体实施方式
如图1所示,车辆1包括前轮组2和后轮组3,前轮组2和后轮组3经由联接器4连接,该联接器被设计成完全地或部分地旋转锁定前轮组2的轴和后轮组3的轴。前轮组2的每个车轮都配备有转速传感器12,并且后轮组3的每个车轮都配备有转速传感器13。由传感器12和13记录的值特别地使得前轮组2的轴与后轮组3的轴质之间的转速差以及车辆1的瞬时速度能够被计算。这种传感器通常存在于四轮驱动车辆的四个车轮上,或更一般地存在于配备有ABS制动系统或ESP方向校正系统的车辆的四个车轮上。
前轮组2的轴经由传输系统(未显示)而连至内燃机5,该内燃机特别地包括将新鲜空气经由空气过滤器9带到内燃机的汽缸7的进气口6。内燃机5配备有液体冷却回路10。温度传感器8被置于空气过滤器9与汽缸7的进口之间的进气回路6中。温度传感器11被置于内燃机5附近与冷却回路10的液体接触的位置。轮速传感器12和13以及温度传感器8和11经由各自的连接16、17、14、15而连至电子控制单元18。电子控制单元18特别地包括用于估计车辆的瞬时速度的模块21,该模块21连接到车速传感器的连接16和17。电子控制单元18也包括经由连接14和15而连至两个温度传感器8和11的初始化模块19,和用于当前地估计当前外部温度的模块20,模块20经由连接16而连至用于进入内燃机的空气的温度传感器8。用于当前地估计温度的模块20还连接到另外两个模块,即初始化模块19和用于估计车速的模块21。当在车辆已经停止后内燃机5起动时,初始化模块19被激活。它然后记录进入内燃机的空气的初始温度值,该值由传感器8发送,以及冷却液体的初始温度,该温度由传感器11发送。基于这两个值,初始化模块19计算车辆外部空气温度的初始值,它将该初始值发送给用于当前估计温度的模块20。
一旦车辆移动,估计模块20就周期性地从模块21接收瞬时车速的估计值并且从传感器8接收进入内燃机的空气温度的测量值。估计模块20对来自传感器8的值执行数学过滤,过滤参数是根据瞬时车速的当前值并且根据由初始化模块19发送给它的初始温度值来适配的。所过滤的值能够被看作是对车辆外部的空气温度的估计并且能够被用来例如向驾驶员显示信息,或者用于估计各种不同的耗能机械构件的温度,例如用于在车辆的前轮组2与后轮组3之间传递扭矩4的联接器内部的一个或多个温度。
图2示出了在包括图1中的车辆1的行驶阶段的时间段AG内的实际外部温度27的曲线和测量或估计温度25、26和28的曲线的一个例子。时间段AG包括以下行驶序列:
在A,车辆1在长时间停止后起动并且以小于15公里/小时的速度行驶到时刻B。在时间段BC内,车速保持大于15公里/小时。在时间段CD内,车速慢下来并且它的速度V小于15公里/小时。在时刻D,车辆停止,内燃机关闭并且车辆保持静止直到时刻E。在时刻E,车辆再次起动并且以低于15公里/小时的速度行驶直到时刻F。在时刻F与时刻G之间,车辆行驶速度再度大于15公里/小时。
指示车辆外部温度的曲线27完全是基于理论给出的,因为没有它的直接接入。然而,显示它是因为它对其他测量温度随时间变化的行为有影响。曲线25和26分别示出了由图1中的传感器11递送的冷却液体的温度,以及由图1中的传感器8递送的进入内燃机的空气温度。在车辆起动时刻A,曲线25、26和27是相互接近的,因为冷却液体、进入内燃机的空气所流通的管道以及整个内燃机室达到与车辆外部空气基本上相同的热平衡。
在车辆在时刻A起动之后,冷却液体的曲线25所指示的温度增加到接近90度的温度,并且保持接近这个水平直到车辆在时刻D停止。车辆停止的时间段DE不能使得这个冷却液体完全冷却下来,这使得在时刻E车辆再次起动时,冷却液体的温度仍然很高,例如在这里是高于75度。
在车辆已经在时刻A起动之后,曲线26所给出的进入发送机的空气温度最初增加到约为50度,因为进入空气在其中流通的管道与整个内燃机室是同时升温的。当车辆继续行驶时,并且随着在时间段BC内车速的提高,在内燃机盖下流通的空气流限制了内燃机盖下的构件的升温,这降低了指示进入内燃机的空气温度的曲线26的温度与车辆外部空气温度27之间的温度差。然而,例如由于由于内燃机转速更改而导致的内燃机盖下的温度变化,车辆外部空气温度与进入空气温度之差持续振荡。
当车辆在时刻E再次重新起动时,内燃机室的温度仍基本上高于车辆外部空气温度,这使得一旦车辆已经到达高于15公里/小时的行驶速度时在内燃机盖下建立了充分的空气流通,在降低到接近30度的值之前,进入内燃机的空气温度26最初是相对较高的(高于50度)。
曲线28示出了通过借助于估计模块20对曲线26进行数学过滤而获得的车辆外部空气的估计温度。在车辆起动时刻A,初始温度值29由图1中的初始化模块19提供给估计模块20。初始值29在这里等于当车辆起动时进入内燃机的空气的测量温度,因为该初始化模块通过比较冷却液体和进入内燃机的空气的温度而得出车辆已经有时间冷却到合适的温度这一结论。
在车辆已经起动之后,只要记录曲线26的温度保持高于针对曲线28而计算的上一个温度,当每次计算时,估计模块20就增加估计温度28以使得这个曲线26具有最大斜率a。一旦曲线28与曲线26相遇,例如在点31、32或33,曲线28就跟随曲线26直到曲线26的梯度保持小于所强制的最大梯度a。只要曲线26降低或曲线26以低于所强制的最大梯度的速率增加,这两条曲线随后因而是一致的。
对曲线28所强制的最大梯度随着车辆瞬时速度V的变化而变化。在图2所示的例子中,该梯度取两个不同值,第一梯度值对应于低于15公里/小时的速度V,也就是说对于时间段AB、CD和EF,而第二梯度值对应于大于15公里/小时的瞬时速度,换句话说在图2中是时间段BC和FG。
当车辆在时刻E重新起动时,初始化模块19递送车辆外部的空气温度的新的初始值30。当前估计模块20使用该初始值30以重新开始按照之前说明的过程过滤曲线26的值。在图2所示出的情形中,当车辆进行这个第二次“热”重新起动时,冷却液体的温度25和进入内燃机的空气温度26相对较高。初始化模块19因而对该初始温度30指定最大任意值。
图3提供了对图1中的电子控制单元18中的初始化模块19的一个可能的操作模式的简化说明。在图3中,一些元素与图1相同,相同的元素具有相同的参考标记。在ROM存储器39中,初始化模块19处理计算参数ΔT、TLM和TMAX。一旦内燃机汽缸中的燃烧已经开始,状态计数器z就在步骤40中清零,并且初始化模块19经由连接14和15接收代表进入内燃机的空气温度的测量值Tair(z),以及代表内燃机附近的冷却液体的温度的测量值Tliq(z)。在步骤41中,这些测量值被分配给初始值Tair_ini和Tliq_ini。在步骤42和43,对值Tair_ini和Tliq_ini执行测试从而在步骤44和45确定由传感器8测量的Tair_ini或记录在存储器39中Tmax这两个值中的哪一个将被指派给变量Tfiltre(0),该变量将由模块20用作车辆外部的初始温度值。根据测试42和43,如果同时满足以下两个条件,则进入空气的初始温度值Tair_ini被选择成初始值Tfiltre(0):
-进入空气的初始温度Tair_ini与冷却液体的初始温度Tliq_ini之差的绝对值小于存储于ROM存储器39中的值ΔT;
-冷却液体的值Tliq_ini小于存储于ROM存储器39中的最大值。
如果这些条件中的任一个没有满足,则将也存储在ROM存储器39中的任意值Tmax指派给估计的外部温度的初始值Tfiltre(0)。
图4示出了用于当前地估计车辆外部温度的模块20的一个可能的操作模式的简化说明。图4也使用与图1相同的元素,相同的元素用相同的参考标记表示。在ROM存储器49中,估计模块20处理计算参数Vlim、Tmax和A。当图1中的初始化模块19已经确定初始值Tfiltre(0)时,它在步骤50中将其发送给估计模块20。这个初始值Tfiltre(0)被指派给中间计算变量Tc,同时状态指示符z被强制为零。
在步骤51中,状态指示符z增加一个单位,并且估计模块20经由将其连至图1中的传感器8的连接14而接收代表进入内燃机的空气温度的当前值Tair(z)。模块20也从速度估计模块21接收给出车辆瞬时速度的值V(z)。在步骤52中获得的值Tair(z)、Tc和V(z)然后在步骤53和54中被测试,基于该测试,在步骤57中,关于进入内燃机的空气的值Tair(z)被直接指派给已过滤当前值Tfiltre(z),该已过滤当前值在必要时增加最大可接受温度值Tmax;或者判定对之前在步骤55和56中选择的估计外部温度的斜率、最大斜率值a或A在步骤58中实施过滤。如果在测试53中在入口测量的空气温度Tair(z)低于或等于在前一步骤中估计的温度Tc,则触发步骤57。
在相反的情形中,如果车辆的瞬时速度V(z)小于或等于速度Vlim,则测试54被触发以选择第一梯度值“a”,并且在相反的情形中选择梯度值“A”。值a、A、Vlim是记录在ROM存储器49中的参数。在步骤58中,梯度a或梯度A被用来增加针对前一个状态指示符z而估计的值Tc,从而获得与当前状态指示符z相对应的值Tfiltre(z)。
在内燃机入口测量的空气温度的被过滤的或直接相反的值因而被指派给所估计的外部温度的当前值Tfiltre(z)。在任何场景中,估计的温度值Tfiltre(z)增加最大可接受温度值Tmax,该最大可接受温度值是存储在ROM存储器49中的常数。估计的温度值Tfiltre(z)因而被指派给计算中间变量Tc。过程因而在步骤51继续进行到增加状态指示符z。代表估计的外部温度的值Tfiltre(z)因而能够被发送给例如估计耗能构件的温度的其他计算模块。
为了安全性,可以选择通过将例如代表关联于传感器8的测量不确定性的正常数增量δ添加给值Tfiltre(z),来系统地增加该值Tfiltre(z)。
这因而避免了对期望避免其过热的机械构件温度的过低估计。增量δ的添加可以在已经将最大阈值Tmax应用于外部温度值Tfiltre(z)之前或之后来执行。简言之,可以认为估计的温度值一方面增加进入内燃机的空气的测量温度值,这个增加是在步骤57中的测试53之后进行的,而另一方面估计的温度值就斜率或导数而言增加至少两个不同的正梯度值a和A。这个斜率的增加是在已经在步骤55或56中选择合适的梯度值之后在步骤58中进行的。在图4示出的例子中,两个不同的正梯度值a和A根据瞬时车速V是高于还是低于阈值速度Vlim而被强制。
对于高于Vlim的速度的最大可允许梯度值“A”本身大于对于较低速度的可允许梯度值“a”,因为车辆行驶的越快,正温度变量就越有可能反映有效的外部温度变化而不是在内燃机盖下的构件的简单临时升温。可以设想变型实施例,其中限定了几个限制速度,每个都对应于从一个最大梯度到另一个最大梯度的过渡。也可以设想这样的变型,其中最小负梯度被强制给估计温度Tfiltre(z),以使得不对该估计温度传递来自由温度传感器8递送的值的特定量的采集噪声。作为例子,对于存储于图3中的存储器39中的参数而言,可以取以下值:
就内燃机冷却液初始温度和进入内燃机的初始空气温度之间的最大差值ΔT而言,可以取范围从5°至20°的值或更优选地从10°至15°的值。
就冷却液最大温度值TLM而言,其中认为若在该最大值以上则进入内燃机的空气温度不再是可接受的合适空气温度,可以根据车辆所行驶的国家气候来取从20°至50°的值,例如对西欧而言是30°。
就车辆外部的估计温度的最大可接受温度值Tmax而言,针对在气候温和的国家中行驶的车辆可以取从40°到60°的值,例如50°。
就要被系统地增加给估计外部温度的增量值δ而言,将根据温度传感器8的准确度来取值。δ的值可以例如是约为10°C。
就关于图4中的当前估计模块20的存储在存储器49中的参数而言,可以取与图3中的初始化模块19的最大估计温度Tmax相同的值;对于速度阈值和最大梯度也可以选择以下值:速度阈值必须是从10到30公里/小时范围内的速度,例如15公里/小时;当速度低于Vlim时所应用的第一最大正梯度值“a”例如可以是从0.001°C/秒到0.01°C/秒的,例如等于0.006°C/秒;对应于较高速度的梯度A例如可以是从0.005°C/秒到0.05°C/秒的,例如等于0.017°C/秒。
在图4未显示的这一情况下,其中强制给外部估计速度的最大负梯度也被选择,这个最大负梯度可以被选择成绝对值等于最大正梯度中较大的那个的范围在10到100之间的倍数,这里是最大梯度A。例如,在最大梯度A等于1°C/分钟的情况下,最小梯度可以取为等于-1°C/秒。
本发明不限于这里描述的示例性实施例,并且可以通过除了这里已描述的过滤之外还包括附加的过滤构件来以许多变型而被定义。在与四轮驱动车辆或配备有ABS或ESP的车辆不同的车辆的情况下,瞬时车速可以简单地从被置于其中一个车辆上或其中一个车轴上的单个转速计的转速中推导出来。每当完成并发送测量或估计时,可以与该测量或估计的值一起同时发送有效性的布尔Boolean指示符,该有效性对应于所估计或测量的值是否具有足够的可靠性级别。所估计或测量的值因而在随后的步骤中按照其可靠性级别而以不同的方式被处理。各种不同的阈值和梯度值可以取与这里描述的不同的值或者可以针对同一车辆随季节变化而调整。
根据本发明的估计系统使用最少量的输入数据值,这些数据值可以在多数现有车辆上默认地获得。减少的相关传感器数目和算法的简化确保了十分鲁棒的系统。对初始温度的选择也致使至少在内燃机启动之后紧接着的时期内对耗能机械构件的温度的过高估计,其中只要判定内燃机室没有时间冷却到合适的温度就故意地过高估计该初始温度。这个选择导致了具有强制给这些机械构件的有限能耗的操作模式,从而避免它们变得过热。根据本发明的用于估计车辆外部温度的系统因而是鲁棒的、低成本的并且是安全的。
Claims (11)
1.一种用于确定由内燃机(5)驱动的车辆(1)外部的空气温度的估计值(Tfiltre(z))的方法,其中,初始估计值(Tfiltre(O))被指派给所估计的温度,然后进入所述内燃机(5)的空气的温度(Tair(z))被测量并且该车辆的速度(V(z))被估计,其特征在于,对进入所述内燃机(5)的空气的测量温度(Tair(z))执行数学过滤,该过滤对所估计的温度(Tfiltre(z))强制一最大梯度,该最大梯度随时间取至少两个不同的正值(a,A),该最大正梯度值中的每一个都是根据该车辆的瞬时速度(V(z))来选择的。
2.根据权利要求1所述的用于确定外部空气温度的方法,其中,测量进入所述内燃机(5)的空气的初始温度(Tair_ini)和在该内燃机(5)的冷却回路(10)中已经停留一段时间的冷却液体的初始温度(Tliq_ini),并且根据这两个值来推导初始估计温度值(Tfiltre(0))。
3.根据权利要求1或2所述的用于确定外部空气温度的方法,其中,将第一最大温度阈值(Tmax)强制给所估计的空气温度(Tfiltre(z))及其初始值(Tfiltre(0))。
4.根据权利要求2或3所述的用于确定外部空气温度的方法,其中,特别地如果进入所述内燃机(5)的空气的初始温度(Tair_ini)与所述冷却液体的初始温度(Tliq_ini)之差大于第二差异阈值(ΔT),则将所述第一最大温度阈值(Tmax)强制给所述初始估计温度值(Tfiltre(0))。
5.根据权利要求4所述的用于确定外部空气温度的方法,其中,如果进入空气的初始温度(Tair_ini)大于第三阈值(TLM),或如果所述冷却液体的初始温度大于第四阈值(TLM),则将所述第一最大温度阈值(Tmax)强制给所述初始估计值(Tfiltre(0))。
6.根据权利要求4或5所述的用于确定外部空气温度的方法,其中,当初始估计值(Tfiltre(0))与冷却液体的初始温度(Tliq_ini)之差小于所述第二差异阈值(ΔT)时,进入所述内燃机(5)的空气的初始温度(Tair_ini)取该初始估计值或该冷却液体的初始温度。
7.根据前述权利要求之一所述的用于确定外部空气温度的方法,其中,所估计的温度(Tfiltre(z))等于在进入所述内燃机(5)的空气温度降低的时期内进入该内燃机(5)的空气的温度(Tair(z))。
8.根据权利要求1至6所述的用于确定外部空气温度的方法,其中,当所估计的温度增加时,对所估计的温度(Tfiltre(z))强制至少两个不同的最大正梯度(a,A),并且当所估计的温度降低时强制至少一个最小负梯度,该负梯度的绝对值比这两个正梯度中的每一个至少大十倍。
9.根据前述权利要求之一所述的用于确定外部空气温度的方法,其中,所述过滤强制了从0.001°C/s到0.01°C/s范围内的第一最大正梯度(a)和第二最大正梯度(A),该第二最大正梯度等于该第一最大正梯度乘以从2到5范围内的数值。
10.一种用于利用根据权利要求1至9之一的用于估计车辆外部空气温度的方法来估计联接器(4)内部的至少一个温度的方法,所述联接器用于在车辆(1)的两组车轮(2,3)之间传递扭矩。
11.一种用于确定由内燃机(5)驱动的车辆(1)外部的空气温度的估计值的系统,包括:进入所述内燃机的空气温度的传感器(8)、所述内燃机(5)的冷却液体温度的传感器(11)、用于估计所述车辆的瞬时速度(V(z))的设备(21)、能够基于进入所述内燃机(5)的空气的初始温度(Tair_ini)和所述冷却液体的初始温度(Tliq-ini)来确定初始温度(Tfiltre(0))的初始化模块(19)以及估计模块(20),该估计模块被设计成数学地过滤进入所述内燃机(5)的空气温度(Tair(z))以使得对所过滤的值(Tfiltre(z))强制一个最大梯度,该最大梯度随时间取至少两个不同的正值(a,A),该最大正梯度值中的每一个都是根据该车辆的瞬时速度(V(z))来选择的。
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