CN103216172B - 一种电动车窗防夹参数自学习方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动车窗防夹参数自学习方法,包括以下步骤:车窗控制器通电后,启动车窗上升按钮,中断单元定时发送中断请求信号分别到电流采集器和霍尔计数器,直到车窗控制器断电,中断单元停止工作;判断单元判断车窗的运动过程是否构成一次合理的学习过程;在合理的学习过程中,车窗控制器对电机电流和车窗高度进行自学习,得到电流阈值和车窗高度;将自学习所得到的电流阈值和车窗高度进行存储;完成一次存储后,将车窗到过底的标志清除,在车窗到底停止后,将霍尔计数值置0,将自学习得到的参数设定为预设值,在车窗运行时,每通过定时中断,获得新的电流采样值和车窗高度与预设值进行比较,判断车窗的运动状态;在车窗不断运动过程中,对参数实时进行自学习,并根据新参数对车窗的状态进行实时判断。
Description
技术领域
本发明涉及汽车车窗的智能电子控制领域,特别是关于一种电动车窗防夹参数自学习方法。
背景技术
目前,现有的防夹持电动车窗的设计,一般只需要考虑举升电机电流与车窗玻璃受到的外力大小的线性关系,而且防夹功能只需要在上升过程中启动。因此,由车窗防夹控制器检测车窗玻璃上升时举升电机电流的大小,当电流超过了预先通过实验测量设定好的电流阈值,则认为电机堵转,车窗遇到了障碍物;然后利用由霍尔计数器读出霍尔传感器的值确定车窗玻璃相对与车窗框的位置(车窗高度),从而判断车窗的状态是发生了夹持,还是已经到达了顶部。为了对车窗的状态做出准确地判断,需要预先设定若干电流和位置的阈值,以区分车窗正常运行、车窗玻璃到达车窗顶部以及车窗玻璃发生夹持的状态。而这些实现防夹持功能所需要的防夹参数,目前多数是通过对具体的某型号车窗,预先在一种或者若干种环境及车况的情况下进行实验以完成标定,之后再将标定得到的防夹参数写入到车窗控制器中。因此,在之后车窗的使用中,防夹参数是一直不变的。然而,考虑到不同的季节所导致的温度和湿度的变化,随着车窗的使用带来的摩擦条的老化、车窗机械结构的磨损,以及车辆行驶于不平路面上的颠簸,这些因素都会对车窗的运行产生不小的影响,使得预先设定的防夹参数变得不再适用,从而导致防夹效果变差甚至失效。
由此可见,现有的防夹车窗的防夹功能的实现,没有对环境变化的检测功能,使用时缺乏对防夹参数的更新以适应不同的情况,在面对多变的使用情况时稳定性会出现下降,当缺乏对环境的适应时,车窗系统受到各种影响后,可能出现上升阻力增大、机械尺寸变化、连接部件的间隙改变等情况,使得继续使用之前的参数后,可能出现车窗上升途中非夹持自动回退的误动作,或发生夹持后车窗继续上顶而不回退,以及到达上下止点电机不停止,导致部件损坏。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种电动车窗防夹参数自学习方法,可以使防夹参数能够随环境变化不断进行自我优化,避免出现防夹效果变差甚至失效的情况。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种电动车窗防夹参数自学习方法,包括以下步骤:1)设置包括有电机、电流传感器、霍尔传感器、电流采集器、霍尔计数器和车窗控制器的车窗防夹持控制系统,车窗控制器中设置有判断单元、电流计算 单元、车窗高度计算单元、防夹参数自学习单元、中断单元和存储单元;2)车窗控制器通电后,对标记车窗起始运动状态的相关参数进行初始化;3)启动车窗上升按钮,电机控制车窗上下运动,同时中断单元定时发送中断请求信号分别到电流采集器和霍尔计数器,直到车窗控制器断电,中断单元才停止工作;4)判断单元实时对车窗的运动过程是否构成一次合理学习过程进行判断,即在车窗上升过程中,当得知车窗上升到顶部停止后,对本次到顶和前一次到顶之间车窗是否有到达最底的动作进行判断,若该次上升停止之前,车窗到过底部,且车窗从底部上升的过程连续未中断,认为此次车窗从底到顶的上升是一个合理学习过程,则进入步骤5)对此过程的防夹参数进行自学习;如果认为此次车窗上升没有构成一次合理学习过程,则将车窗退回到底部,同时将霍尔计数器置为零,对车窗的后续运动过程重新进行判断;5)在一次合理学习过程中,防夹参数自学习单元对电机电流和车窗高度进行自学习,得到电流阈值INew和车窗高度阈值L,具体过程为:①车窗由底上升到顶的整个过程中,车窗控制器的中断单元定时发送中断请求信号分别到电流采集器和霍尔计数器,电流采集器响应中断请求信号通过电流传感器获取电机采样电压,并将采样电压通过电流传感器发送到电流计算单元计算得到电机电流,电流计算单元将合理学习过程中获取的不同采样时刻的电机电流进行记录;霍尔计数器响应中断请求统计霍尔传感器中所采集的方波脉冲信号的个数,并将个数值发送到车窗高度计算单元计算得到车窗高度,并将合理学习过程中获取不同时刻对应的霍尔计数器统计个数和车窗高度值进行记录;②根据步骤①记录的不同采样时刻的电机电流值和霍尔计数器统计个数分别对应绘制电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线,并通过对电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线进行分析,确定整个车窗上升过程中电流的最大值Imax和触顶电流Itop,通过计算Imax与Itop的平均值,得到自学习过程的电流阈值INew和车窗高度阈值L;6)将自学习过程所得到的电流阈值INew和车窗高度阈值L发送到存储单元进行存储;7)完成一次存储后,将车窗到过底的标志清除,当检测到车窗为下降状态时,在车窗到底停止后,将此时的霍尔计数值更新为0,并将自学习得到的电流阈值INew和车窗高度阈值L设定为防夹参数阈值,在车窗运行时,每通过定时中断,获得一个新的电机电流采样值和车窗高度值与预设的电流阈值和车窗高度阈值进行比较,判断车窗的运动状态;8)在车窗不断运动过程中,一旦车窗的运动满足合理学习过程,则根据步骤5)~7)重新对电流阈值INew和车窗高度阈值L进行自学习,并根据新获得电流阈值和车窗高度阈值对车窗的状态进行实时判断。
所述步骤6)将自学习过程所得到的电流阈值INew和车窗高度阈值L发送到存储单元进行存储,具体存储过程为:每通过一次自学习过程学习到一个新的电流阈值后, 将其放入到一电流阈值数组中,每次都将最新学习到的电流阈值放在电流阈值数组的第一个位置,遵循先进先出的原则,不断的进行更新,车窗高度阈值L的存储方式与电流阈值INew相同。
当车窗已经进行过若干次自学习,如果保存自学习的防夹参数数组已经填满的情况下,计算这数组中对应自学习防夹参数的平均值μ和标准差σ,若自学习过程新获得的电流阈值INew和车窗高度阈值L在各自所计算的μ±3σ范围内,则更新替换电流和车窗高度阈值参数到相应数组中,如果学习过程新获得的电流阈值INew和车窗高度阈值L不在各自的μ±3σ范围内,则对此学习过程所获得的电流阈值INew和车窗高度阈值L不进行保存。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、本发明通过判断单元实时对车窗是否构成合理的学习过程进行判断,如果一旦判断得知车窗的运动构成合理学习过程,防夹参数自学习单元对电机电流和车窗高度进行自学习,在车窗运行时,每通过定时中断,获得一个新的电机电流采样值和车窗高度与自学习得到的电流阈值和车窗高度阈值进行比较,判断车窗的实时运动状态,并且该自学习行为能够在车窗使用寿命内随时进行,无需用户干预,使用方便,保证在各种情况下车窗防夹功能都能稳定运行,因此使防夹参数能够随环境变化不断进行参数自我优化,避免出现防夹效果变差甚至失效的情况发生。2、本发明通过自学习过程更新的防夹参数会通过车窗控制器保存在EEPROM中,即使车窗断电,也能保证恢复使用后车窗的防夹功能采用最新学习到的电流阈值和车窗高度阈值,有效保证了自学习的连贯性。3、本发明当车窗已经进行过若干次自学习,如果保存自学习的参数数组已经填满的情况下,计算这数组中对应自学习参数的平均值μ和标准差σ,若自学习过程新获得的电机电流阈值INew和车窗高度阈值L在各自所计算的μ±3σ范围内,则更新替换电流和车窗高度阈值到相应数组中,如果学习过程新获得的电流阈值INew和车窗高度阈值L不在各自的μ±3σ范围内,则对此学习过程所获得的电流阈值INew和车窗高度阈值L不进行保存,因此能够对新学习到的防夹参数更新具有勘误能力,防止因为特殊情况使车窗学习到并不适用于当前环境的防夹参数。4、本发明的车窗防夹持控制系统采用了通用化的、基于主流防夹硬件的设计,使用时仅仅需根据实际使用汽车改变相应参数,无需改动硬件,可以广泛应用于其他采用相同硬件结构的车窗上,可移植性好。本发明可以广泛应用在汽车的车窗控制中。
附图说明
图1是本发明的防夹参数自学习过程中的车窗动作流程示意图;
图2是本发明的车窗控制器的结构示意图;
图3是本发明车窗上升阶段的后半段电流曲线示意图、霍尔计数曲线示意图和电流差分曲线示意图;
图4是本发明的自学习所得防夹参数保存方式的示意图;
图5是本发明车窗上升全程的传感器数据曲线及参数更新范围的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示,本发明的电动车窗防夹参数自学习方法,包括以下步骤:
1、如图2所示,设置一车窗防夹持控制系统,它包括一设置在车窗玻璃下部用于控制车窗运动的电机1,电机1的输入电路上设置一用于获取电机电流的采样电阻作为电流传感器2,电流传感器2将采样电阻两端的电压值通过一电流采集器3发送到车窗控制器,由车窗控制器根据欧姆定律计算出电机电流值;电机1的输出端设置一霍尔传感器4,霍尔传感器4用于获取车窗运动距离的方波脉冲信号,方波脉冲信号通过一霍尔计数器5进行计数后发送到车窗控制器,车窗玻璃上升时霍尔计数器5加1,车窗玻璃下降时霍尔计数器5减1,车窗玻璃到底时霍尔计数器5置0;车窗控制器中设置有判断单元、电流计算单元、车窗高度计算单元、防夹参数自学习单元、中断单元和存储单元。
2、车窗控制器通电后,对标记车窗起始运动状态的相关参数进行初始化,需要初始化的参数包括车窗到过底的标志BF,霍尔计数器值、防夹参数阈值(包括电机电流阈值和车窗高度)及防夹区和顶区的分界值,上述参数均为车窗控制器通电前在车窗控制器的内存中已保存的信息。
3、启动车窗上升按钮,电机控制车窗上下运动,同时中断单元定时发送中断请求信号分别到电流采集器3和霍尔计数器5,直到车窗控制器断电,中断单元才停止工作。
4、判断单元判断实时对车窗玻璃的运动过程是否构成一次合理学习过程进行判断,即在车窗玻璃上升过程中,当判断得知车窗上升到顶部停止后,对本次到顶和前一次到顶之间车窗玻璃是否有到达最底的动作进行判断,若该次上升停止之前,车窗玻璃到过底部(该动作将导致BF由0变为1),且车窗玻璃从底部上升的过程连续未中断,则认为此次车窗玻璃从底到顶的上升是一个合理学习过程,如果构成一次合理学习过程,则进入步骤5对此过程的防夹参数进行自学习;如果没有构成一次合理学习过程,若原因为发生夹持,则将车窗退回到底部,同时将霍尔计数器置零;若原因为人为操作按钮使车窗停止,则将到底标志BF由1改回0,对车窗的后续运动过程重新进行判断。
5、在一次合理学习过程中,车窗控制器对电机电流和车窗高度两个防夹参数进行自学习,得到电机电流阈值INew和车窗高度阈值L,包括以下步骤:
1)车窗玻璃由底上升到顶的过程中,车窗控制器的中断单元定时(本发明的中断间隔设置为10ms,但是不限于此,可以根据实际需要进行确定)发送定时中断请求信号分别到电流采集器3和霍尔计数器5,电流采集器3响应中断请求定时通过电流传感器2采集电机采样电压值,并将采样电压通过电流传感器2发送到电流计算单元,电流计算单元将采样电阻两端的电压值除以采样电阻阻值转换为电机电流,电流计算单元将合理学习过程中计算得到的不同时刻的电机电流进行记录;霍尔计数器5响应中断请求定时统计霍尔传感器5中所采集的方波脉冲信号的个数,并将个数值发送到车窗高度计算单元,车窗高度计算单元根据预设的公式(由于不同车窗电机转动与车窗高度的关系不唯一,所以可以根据实际需要进行确定,在此不作限制)得到车窗高度值,霍尔高度计算单元将合理学习过程中计算得到的不同时刻对应的霍尔计数器5统计个数和车窗高度值进行记录;
2)根据步骤1)记录的不同采样时刻的电机电流值和霍尔计数器统计个数分别对应绘制电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线,并通过对电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线进行分析,确定整个车窗上升过程中电流的入槽电流Imax和触顶电流Itop,通过计算Imax与Itop的平均值,得到自学习过程的电机电流阈值INew和的车窗高度阈值L,包括以下步骤:
①根据不同采样时刻对应的电机电流对应绘制电流曲线;并根据不同采样时刻的霍尔计数器计算的个数对应绘制车窗位置霍尔计数值曲线;将电机电流值通过采用后一采样点减去间隔一点的前一采样点的方法进行绘制,得到电流差分曲线。如图3所示,x轴为车窗玻璃由底部到顶部上升过程中的采样时间,y轴对于不同的曲线有不同的意义:电流曲线中y坐标表示不同采样时刻电机电流大小,车窗位置曲线y坐标是车窗由底到当前采样时刻所经历的方波脉冲个数,电流差分曲线中y坐标为某一采样时刻的后一采样点减去间隔一点的前一采样点的电流差值。电流曲线和电流差分曲线的纵坐标为若干个~几百个10mA,车窗位置霍尔计数值曲线的纵坐标为若干个~几百个位置个数值,仅仅考虑坐标数值大小,电流与位置都是102量级的,两者比较接近,作图时比例也合适,为了方便三种曲线的对比分析,本发明忽略三种曲线的纵坐标单位,将三种曲线放置在一个坐标系中。
②根据电流曲线,通过对当前采样点电流值和历史数据(当前采样点之前的采样点的电流值)的比较,找出电机启动过程完成后到车窗玻璃接触窗顶摩擦条的时为止(图3中的A*点),整个车窗上升过程电流的最大值即入槽电流Imax(A*所对应的电机 电流),由于A*点对应的是车窗玻璃接触窗顶摩擦条的时机,因此Imax反映了车窗正常运行未遇到障碍时的最大电流,由于Imax是通过不断的比较直接在电流曲线上取到,所以确定Imax的重点是A*的确定。
电流差分曲线反映了电流曲线的变化率,在车窗正常上升的过程中,由于电流的变化十分小,因此变化率的值也非常小,都在零附近波动,只有在遇到夹持物或者是到达了车窗顶部,才会有明显的变增大,通过设定一个合理的阈值(该阈值为经验值,通过采集若干次到顶的电流差分曲线,由实际曲线统计出来,如图3所示,通常取比电流差分曲线的A点所对应的最值点小10%-20%即可),如图3中的L2直线所示,当电流差分曲线首次超过L2时,如果由车窗位置曲线判断出车窗此时已经处于接近顶部的位置了,取出用于计算该时刻点A的电流曲线上的两点中的后一点,即为点A*(差分曲线上第k个点是由电流曲线上的第k个点和第k-2个点相减得到的,当根据设定的L2由差分曲线判断出A*点已经出现时,可以读到A*点所对应的时刻编号,如果为k,那么就找到电流曲线上同样时刻编号为k的那个数值即为A*)。
③根据所采用的车窗顶摩擦条的高度(车窗运动方向),测量出车窗玻璃在顶部摩擦条中运行的时间T,得出从A*之后经过T时间的采样时刻对应的电流(如图3所示B*点),称为触顶电流Itop,计算Imax与Itop的平均值,该值就是自学习过程新获得的电流阈值INew。
④根据车窗位置曲线确定车窗玻璃确实的到达顶部静止后(如图3所示的C’点处),此时所对应的车窗高度,即为自学习过程中新获得的车窗高度阈值L。
6、将此次合理学习过程所得到的电流阈值INew和车窗高度阈值L发送到存储单元进行存储。
7、完成存储后,将车窗到过底的标志清除,以防止用户在之后未将车窗降到底又上升到顶时控制器也进行自学习的过程,当检测到车窗为下降状态时,在车窗到底停止后,将此时的霍尔计数值更新为0,这样确保车窗上升时的霍尔计数的基准都是从一个固定的位置开始。将自学习得到的电流阈值INew和车窗高度阈值L设定为防夹参数阈值,在车窗运行时,每通过定时中断,获得一个新的电机电流采样值ik和车窗高度值hk,将ik和INew比较,如果ik<INEW则认为正常,不作任何处理;如果ik>INEW,则继续比较hk与0.9L(防夹区和顶区的分界值)大小,如果hk<0.9L,则认为车窗处于防夹区,令车窗回退,如果hk>0.9L,那说明车窗已经在顶区,ik的增大是因为顶部条的额外的摩擦力导致,一般来说这个时候车窗还没有到上止点,应该还可以上行一段,而且在车窗继续上升中会一直满足ik>INEW且hk>0.9L,此时对每获得一个新的车窗高度采样值hk,判断hk是否等于hk-1,如果连续五个采样点,这个位置相等判断都成立,
8、在车窗不断运动过程中,一旦车窗的运动满足合理学习过程,则根据步骤5~7重新对电流阈值INew和车窗高度阈值L进行自学习,并根据新获得电流阈值和车窗高度阈值对车窗的状态进行实时判断。
上述实施例中,步骤6中将自学习过程所得到的电流阈值INew和车窗高度阈值L发送到存储单元进行存储,具体存储过程为:每通过一次自学习过程学习到一个新的电流阈值后,将它放入一个专用的电流阈值数组里(数组长度可以根据实际需要进行设置,本发明实施例中的电流阈值数组长度设置为10),每次都将最新学习到的电流阈值放在电流阈值数组的第一个位置,遵循先进先出的原则,不断的进行更新,其他的数据如图4中所示,依次向后移一位,通过这种方式,使得这个数组里面一直保存着到当前为止最新学习到的10个电流阈值,每次数组更新完毕之后,都会将整个数组写入到车窗控制器带的EEPROM中,保证即使车窗控制器断电,数据也不会丢失。车窗高度阈值L的存储方法与电流阈值存储方式相同,也采用10元素的车窗高值数组,遵循先进先出的原则,不断的进行更新。
上述各实施例中,保存最近学习到的参数值的目的是为了判断本次学习的结果是否可用,在车窗已经进行过若干次自学习,如果保存自学习的防夹参数数组已经填满的情况下,计算这数组中对应自学习参数的平均值μ和标准差σ,考虑到在一段时间内,车窗的状态变化认为比较缓慢,参数的波动近似可以认为符合正态分布,由统计学的知识可知,新学习到的防夹参数,应该落在μ±3σ的范围之内,即如图5所示的阈值均值的上限和下限之间。通过这样的方法,可以避免在自学习的过程中受到突然出现的干扰而学习到错误的参数的情况,若自学习过程新获得的电流阈值INew和车窗高度阈值L在各自所计算的μ±3σ范围内,则更新替换电流和位置阈值参数,如果学习过程新获得的电流阈值INew和车窗高度阈值L不在各自的μ±3σ范围内,则对此学习过程所获得的电流阈值INew和车窗高度阈值L不进行保存。
上述各实施例仅用于说明本发明,其中实施方法的步骤等都是可以有所变化的,凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进,均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (3)
1.一种电动车窗防夹参数自学习方法,包括以下步骤:
1)设置包括有电机、电流传感器、霍尔传感器、电流采集器、霍尔计数器和车窗控制器的车窗防夹持控制系统,车窗控制器中设置有判断单元、电流计算单元、车窗高度计算单元、防夹参数自学习单元、中断单元和存储单元;
2)车窗控制器通电后,对标记车窗起始运动状态的相关参数进行初始化;
3)启动车窗上升按钮,电机控制车窗上下运动,同时中断单元定时发送中断请求信号分别到电流采集器和霍尔计数器,直到车窗控制器断电,中断单元才停止工作;
4)判断单元实时对车窗的运动过程是否构成一次合理学习过程进行判断,即在车窗上升过程中,当得知车窗上升到顶部停止后,对本次到顶和前一次到顶之间车窗是否有到达最底的动作进行判断,若该次上升停止之前,车窗到过底部,且车窗从底部上升的过程连续未中断,认为此次车窗从底到顶的上升是一个合理学习过程,则进入步骤5)对此过程的防夹参数进行自学习;如果认为此次车窗上升没有构成一次合理学习过程,则将车窗退回到底部,同时将霍尔计数器置为零,对车窗的后续运动过程重新进行判断;
5)在一次合理学习过程中,防夹参数自学习单元对电机电流和车窗高度进行自学习,得到电流阈值INew和车窗高度阈值L,具体过程为:
①车窗由底上升到顶的整个过程中,车窗控制器的中断单元定时发送中断请求信号分别到电流采集器和霍尔计数器,电流采集器响应中断请求信号通过电流传感器获取电机采样电压,并将采样电压通过电流传感器发送到电流计算单元计算得到电机电流,电流计算单元将合理学习过程中获取的不同采样时刻的电机电流进行记录;霍尔计数器响应中断请求统计霍尔传感器中所采集的方波脉冲信号的个数,并将个数值发送到车窗高度计算单元计算得到车窗高度,并将合理学习过程中获取不同时刻对应的霍尔计数器统计个数和车窗高度值进行记录;
②根据步骤①记录的不同采样时刻的电机电流值和霍尔计数器统计个数分别对应绘制电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线,并通过对电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线进行分析,确定整个车窗上升过程中电流的最大值Imax和触顶电流Itop,通过计算Imax与Itop的平均值,得到自学习过程的电流阈值INew和车窗高度阈值L;
6)将自学习过程所得到的电流阈值INew和车窗高度阈值L发送到存储单元进行存储;
7)完成一次存储后,将车窗到过底的标志清除,当检测到车窗为下降状态时,在车窗到底停止后,将此时的霍尔计数值更新为0,并将自学习得到的电流阈值INew和车窗高度阈值L设定为防夹参数阈值,在车窗运行时,每通过定时中断,获得一个新的电机电流采样值和车窗高度值与预设的电流阈值和车窗高度阈值进行比较,判断车窗的运动状态;
8)在车窗不断运动过程中,一旦车窗的运动满足合理学习过程,则根据步骤5)~7)重新对电流阈值INew和车窗高度阈值L进行自学习,并根据新获得电流阈值和车窗高度阈值对车窗的状态进行实时判断。
2.如权利要求1所述的一种电动车窗防夹参数自学习方法,其特征在于:所述步骤6)将自学习过程所得到的电流阈值INew和车窗高度阈值L发送到存储单元进行存储,具体存储过程为:每通过一次自学习过程学习到一个新的电流阈值后,将其放入到一电流阈值数组中,每次都将最新学习到的电流阈值放在电流阈值数组的第一个位置,遵循先进先出的原则,不断的进行更新,车窗高度阈值L的存储方式与电流阈值INew相同。
3.如权利要求2所述的一种电动车窗防夹参数自学习方法,其特征在于:当车窗已经进行过若干次自学习,如果保存自学习的防夹参数数组已经填满的情况下,计算这数组中对应自学习防夹参数的平均值μ和标准差σ,若自学习过程新获得的电流阈值INew和车窗高度阈值L在各自所计算的μ±3σ范围内,则更新替换电流和车窗高度阈值参数到相应数组中,如果学习过程新获得的电流阈值INew和车窗高度阈值L不在各自的μ±3σ范围内,则对此学习过程所获得的电流阈值INew和车窗高度阈值L不进行保存。
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