CN105270384A - 用于车辆的控制设备 - Google Patents

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木下刚生
森田泰毅
泉冈太辅
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Abstract

提供了一种用于车辆(1)的控制设备。车辆(1)包括发动机(3)和变速器(4,6)。变速器(4,6)构造成连续地改变发动机运转点，所述发动机运转点由发动机(3)的转速和发动机(3)的转矩限定。控制设备包括电子控制单元(40)。电子控制单元(40)构造成在目标发动机需求功率响应于再加速操作而增大时，设定转速和转矩，以在保持转速等于或高于再加速操作时的转速的同时使发动机(3)的功率达到目标发动机需求功率。电子控制单元(40)构造成基于设定的转速和设定的转矩来控制发动机运转点。

Description

用于车辆的控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的控制设备。所述控制设备应用于发动机运转点可以连续地改变的车辆，比如装备有差速机构(发动机和电动发电机联接至差速机构)的混合动力车辆等。
背景技术
作为用于混合动力车辆的控制设备，已知一种在加速时沿着最优燃料经济性曲线控制发动机运转点的设备，所述最优燃料经济性曲线确定上限发动机转矩(参见日本专利申请公报No.2010-47127(JP2010-47127A))。另外，与本发明有关的相关技术文献包括日本专利申请公报No.2006-217750(JP2006-217750A)、日本专利申请公报No.2000-87774(JP2000-87774A)、和日本专利申请公报No.2008-195088(JP2008-195088A)。
发明内容
日本专利申请公报No.2010-47127(JP2010-47127A)的控制设备在通过使加速器踏板返回然后下压加速器踏板而执行再加速操作时，考虑到燃料经济性优先，通过沿着最优燃料经济性曲线降低发动机转速、然后再次增大发动机转速，来升高发动机功率。但是，使用这种控制设备，发动机转速响应于再加速操作而暂时地降低。因此，在自然吸气式发动机的情况下，发动机转速可能会偏离确保惯性增压效果的范围。在这种情况下，再加速操作的加速响应性恶化。此外，在设置有涡轮增压器的发动机的情况下，由发动机转速的暂时降低引起的涡轮转速的降低导致增压延迟，因此再加速操作的加速响应性恶化。
本发明提供了一种用于车辆的控制设备，所述控制设备能够抑制再加速操作的加速响应性的恶化。
提供了根据本发明的一个方面的用于车辆的控制设备。所述车辆包括发动机和变速器。所述变速器构造成连续地改变发动机运转点，所述发动机运转点由发动机的转速和发动机的转矩限定。所述控制设备包括电子控制单元(ECU)。ECU构造成在目标发动机需求功率响应于再加速操作而增大时，设定转速和转矩，以在保持转速等于或高于再加速操作时的转速的同时使发动机的功率达到目标发动机需求功率。ECU构造成基于设定的转速和设定的转矩来控制发动机运转点。
根据本发明的这个方面，在不响应于再加速操作降低转速的情况下控制发动机运转点。因此，在自然吸气式发动机的情况下，转速不可能偏离确保惯性增压效果的范围，并且在装备有涡轮增压器的发动机的情况下，抑制了增压延迟而没有引起涡轮转速的降低。这样，能够抑制再加速操作的加速响应性恶化。
在本发明的前述方面中，ECU可以构造成在发动机的功率在发动机运转点达到发动机的上限转矩之前达到目标发动机需求功率时，沿着等于目标发动机需求功率的等功率曲线，将发动机运转点控制为发动机的上限发动机转矩。根据本发明的这个方面，在达到发动机需求功率时，沿着等功率线控制发动机运转点。因此，发动机转矩可以在保持目标发动机需求功率的同时增大到上限发动机转矩。
在本发明的前述方面中，ECU可以构造成设定由上限发动机转矩和目标发动机需求功率限定的发动机运转点的目标转速。ECU可以构造成在目标转速高于再加速操作时的转速时，控制发动机运转点，以使转速随着发动机的功率的增大而升高。根据本发明的这个方面，控制发动机运转点，以使转速随着发动机功率的增大而升高。因此，与转速在发动机的功率达到目标发动机需求功率之前保持等于再加速操作时的转速的情况下相比，加速响应性更高。
如上所述，根据本发明的前述方面中的每一个方面，在不响应于再加速操作降低转速的情况下控制发动机运转点。因此，在自然吸气式发动机的情况下，转速不太可能偏离确保惯性增压效果的范围，并且在装备有涡轮增压器的发动机的情况下，能够抑制增压延迟而没有引起涡轮转速的降低。因而，可以抑制再加速操作的加速响应性的恶化。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术重要性和工业重要性，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中:
图1是示出了应用了根据本发明的第一实施例的控制设备的车辆的总体构造的视图；
图2是显示了发动机转速和发动机需求功率随时间变化的时间图；
图3是显示了从执行再加速操作到发动机运转点达到目标点期间的发动机运转点的变化的视图；
图4是显示了在发动机运转点在达到目标发动机需求功率之前已经到达作为上限转矩的最优燃料经济性曲线的情况下的发动机运转点的变化的视图；
图5是显示了根据本发明的第一实施例的主程序的一个示例的流程图；
图6是显示了图5中限定的根据本发明的第一实施例的驱动力优先控制的一个示例的流程图；
图7是显示了在执行根据本发明的第二实施例的驱动力优先控制的情况下的运转点变化的视图；
图8是显示了图5中限定的根据本发明的第二实施例的驱动力优先控制的一个示例的流程图；和
图9是显示了图8中限定的运转点控制的一个示例的流程图。
具体实施方式
首先，将描述本发明的第一实施例。如图1所示，车辆1构造为包含多个动力源的混合动力车辆。车辆1装备有作为行驶动力源的发动机3和两个电动发电机4和5。发动机3是装备有四个气缸10的直列四气缸型内燃机。
进气通路11和排气通路12连接至发动机3的各个气缸10。进气通路11包括将吸入的空气分配至各个气缸10的进气歧管11a。排气通路12包括汇集各个气缸10中的排出气体的排气歧管12a。进气通路11设置有用于过滤空气的空气滤清器13、能够调整空气流量的节流阀14、涡轮增压器15的压缩机15a、和中间冷却器16。排气通路12设置有涡轮增压器15的涡轮15b、主要在冷状态下净化排气的起动催化剂(startcatalyst)17、和净化排气中的有害成分的NOx催化剂18。NOx催化剂18是众所周知的吸藏-还原型(occlusion-reduction)NOx催化剂。
发动机3设置有将排气的一部分再循环至进气系统的EGR装置20。EGR装置20装备有将排气通路12和进气通路11相连的EGR通路21、冷却引导至EGR通路21的排气的EGR冷却器22、和调整EGR气体流量的EGR阀23。EGR通路21在其排气侧的一个端部处在起动催化剂17和NOx催化剂18之间连接至排气通路12，并且在其进气侧的另一端部处在节流阀14和涡轮增压器15的压缩机15a之间连接至进气通路11。
发动机3和第一电动发电机4连接至动力分配机构6。动力分配机构6的输出被传递到输出齿轮30。输出齿轮30和第二电动发电机5彼此联接，并且彼此一体地旋转。来自输出齿轮30的动力输出经由减速齿轮31和差动齿轮32传递至驱动轮33。第一电动发电机4具有定子4a和转子4b。第一电动发电机4用作发电机(其在接收到由动力分配机构6分配的发动机3的动力时产生电力)，并且还用作由交流电驱动的电动机。同样地，第二电动发电机5具有定子5a和转子5b，并且相应地用作电动机和发电机。各个电动发电机4和5经由电动机控制装置35连接至电池36。电动机控制装置35将由各个电动发电机4和5产生的电力转换成直流电力，以将该直流电力储存在电池36中，并且将电池36的电力转换成交流电力，以供给各个电动发电机4和5。
动力分配机构6构造为单个小齿轮型行星齿轮机构，并且具有太阳轮S、齿圈R、和行星齿轮架C，所述行星齿轮架C保持与太阳轮S和齿圈R啮合的小齿轮P，使得小齿轮P能够围绕自身旋转并且能够围绕行星齿轮架C旋转。太阳轮S联接至第一电动发电机4的转子4b，齿圈R联接至输出齿轮30，并且行星齿轮架C联接至发动机3的曲轴7。发动机3和第一电动发电机4联接至作为差速机构的动力分配机构6的相应的旋转元件。因此，发动机3的发动机运转点(其由发动机转速和发动机转矩限定)能够通过控制第一电动发电机4而连续地改变。结果，动力分配机构6和第一电动发电机4的组合等同于根据本发明的变速机构。顺便提及，在曲轴7和行星齿轮架C之间存在阻尼器8。阻尼器8吸收发动机3的转矩波动。
车辆1由电子控制单元(ECU)40控制。ECU40执行用于发动机3和各个电动发电机4和5的各种控制。将在下面描述由ECU40执行的与本发明相关的主要控制。多个传感器的信号被输入到ECU40。但是，作为与本发明相关的信号，以下信号被输入到ECU40：输出与加速器踏板(未显示)的下压量(加速器开度)相对应的信号的加速器开度传感器41的信号；输出与车辆1的速度(车速)相对应的信号的车速传感器42的信号；输出与电池36的蓄电率相对应的信号的SOC传感器43的信号；输出与第一电动发电机4的电动机转速相对应的信号的第一分解器(resolver)44的信号；输出与第二电动发电机5的电动机转速相对应的信号的第二分解器45的信号；以及输出与发动机3的发动机转速相对应的信号的曲柄转角传感器46的信号。
ECU40参照加速器开度传感器41的输出信号和车速传感器42的输出信号来计算驾驶员要求的需求功率，并且在各种模式之中进行转换的同时控制车辆1，以针对需求功率对系统效率进行优化。例如，在发动机3的热效率降低的低负荷范围中，选择EV模式，在该EV模式中，停止发动机3的燃烧并驱动第二电动发电机5。另外，当参照SOC传感器43的信号确定电池36的蓄电率变得不足时，选择发动机行驶模式，以执行用于抑制电池36消耗电力的控制。此外，在发动机3不能单独确保充足的转矩的情况下，选择混合动力模式，在该混合动力模式中，发动机3和第二电动发电机5用作用于行驶的驱动源。当选择混合动力模式时，需求功率通过发动机3的发动机功率和第二电动发电机5的电功率的总和输出。众所周知，在重视燃料经济性的情况下，控制发动机3，使得发动机运转点主要沿着最优燃料经济性曲线移动，所述最优燃料经济性曲线被事先设定以优化热效率。顺便提一下，发动机运转点由发动机转速和发动机转矩限定。
根据本发明的第一实施例的控制的特征在于再加速操作时(即，在车辆1的加速器踏板被释放之后再次下压的时候)的控制内容。在描述由ECU40执行的具体处理之前，将结合对比示例、参照在图2至图4中示出的控制结果的示例来描述根据本发明的第一实施例的控制的概要。
图2显示了从在发动机转速为4000rpm时实施再加速操作到发动机运转点达到目标点期间、发动机转速和发动机需求功率随时间的变化。图3显示了这种情况下的发动机运转点的变化。图2和图3的虚线表示对比示例。
如图2所示，当在t0时刻执行再加速操作时，根据加速器开度的变化来设定目标发动机需求功率，并且发动机需求功率上升。在示出的示例中，目标发动机需求功率被设定为70kW。然后，每一个时刻的发动机需求功率被设定成使得发动机需求功率从时刻t0以预定速率增加并且在t7时刻达到目标发动机需求功率。在根据由实线示出的本发明的当前实施例的控制的情况下，发动机转速保持等于4000rpm(其为执行再加速操作时的发动机转速)，直至达到目标发动机需求功率为止。
因而，如图3的实线所示，发动机运转点移动至70kw(其为目标发动机需求功率)的等功率线Lp，使得发动机转矩在发动机转速保持恒定的同时从t1时刻到t7时刻逐渐增大。在示出的示例中，发动机运转点在达到确定上限发动机转矩的图3的最优燃料经济性曲线L之前就已经达到目标发动机需求功率。因此，发动机运转点沿着70kw(其为目标发动机需求功率)的等功率线Lp移动到最优燃料经济性曲线L，并达到目标点。顺便提及，图4显示了在达到目标发动机需求功率之前发动机运转点已经达到作为上限发动机转矩的最优燃料经济性曲线L的情况。在这种情况下，发动机转矩在发动机转速保持等于3000rpm(其为执行再加速操作时的发动机转速)的情况下增大，并且发动机运转点在到达最优燃料经济性曲线L之后沿着最优燃料经济性曲线L移动至目标点。
另一方面，在由图2和图3中的虚线表示的对比示例的情况下，发动机运转点在t0时刻的再加速操作之后通过暂时地降低发动机转速而移动至目标点，使得发动机运转点沿着最优燃料经济性曲线L移动，然后发动机转矩在发动机转速逐渐增大的同时升高。这样，在对比示例的情况下，发动机转速暂时降低，直至发动机运转点从起始点达到目标点为止。因此，涡轮增压器15的涡轮转速随着发动机转速的降低而下降。因此，引起了发动机3的增压延迟，从而可能导致加速响应性恶化。相反，根据本发明的当前实施例的控制确保了，在发动机转速在发动机运转点从起始点达到目标发动机需求功率的这段时间内保持等于执行再加速操作时的发动机转速之后，发动机运转点到达目标点。因此，涡轮转速没有响应于再加速操作而回落，并且避免了发动机3的增压延迟。结果，抑制了加速响应性的恶化。
接下来，将描述由ECU40执行以实现前述控制的具体处理。如图5所示，在步骤S1中，ECU40判定是否已经执行了再加速操作。例如，ECU40参照加速器开度传感器41的信号，并在加速器开度已经从等于或小于10％的状态增大时、在加速器开度已经从为0％(加速器踏板返回)的状态变得大于0％时等，判定已经执行了再加速操作。如果已经执行了再加速操作，则ECU40进行至步骤S2。否则，ECU40进行至步骤S5，以执行沿着最优燃料经济性曲线(参见图3的虚线)操作发动机运转点的正常发动机控制。
在步骤S2中，ECU40参照曲柄转角传感器46的信号，获得发动机转速Ne、并判定发动机转速Ne是否等于或高于预定的最低转速Nemin。最低转速Nemin被适当地设定为前述当前控制的执行条件，并例如被设定为1000rpm。如果发动机转速Ne等于或高于最低转速Nemin，则ECU40进行至步骤S3。否则，ECU40进行至步骤S5，以执行正常发动机控制。
在步骤S3中，ECU40判定驱动力优先的运转条件是否成立以及目标发动机需求功率Tag_Pe是否大于当前发动机需求功率Pe。驱动力优先的运转条件是例如加速器开度等于或大于90％的条件、或者是在车辆1构造成允许驾驶员通过操作运动模式开关来选择运动模式(所述运动模式下的运动性能高于正常模式下的运动性能)作为车辆1的行驶模式的情况下、通过将运动模式开关(未显示)转变为ON来选择运动模式的条件。目标发动机需求功率Tag_Pe和发动机需求功率Pe基于诸如加速器开度、车辆速度等操作参数、通过执行控制程序(未显示)来计算。但是，由于控制程序是已知的，将省略其详细的描述。如果在步骤S3中得到肯定的判定，则ECU40进行至步骤S4，以执行图6中显示的驱动力优先控制。如果在步骤S3中得到否定的判定，则ECU40进行至步骤S5，以执行正常发动机控制。
如图6所示，在步骤S411中，ECU40将在图5的步骤S2中获得的发动机转速Ne储存为当前发动机转速Tmp_Ne。在步骤S412中，ECU40从当前发动机需求功率Pe确定随后的发动机需求功率Pe_n。在这种情况下，如参照图2所描述的那样，ECU40将通过将常数Kp增加至当前发动机需求功率Pe使得发动机需求功率以特定速率增加而获得的值确定为随后的发动机需求功率Pe_n。顺便提及，诸如随后的发动机需求功率Pe_n的术语指的是施加到当前执行的程序中的控制对象的操作量。
在步骤S413中，ECU40通过比较目标发动机需求功率Tag_Pe和在步骤S412中确定的发动机需求功率Pe_n来判定发动机运转点是否已经达到了目标发动机需求功率Tag_Pe。如果发动机运转点尚未达到目标发动机需求功率Tag_Pe，则ECU40进行至步骤S414，以如参照图2描述的那样将发动机转速保持为恒定。即，ECU40将随后的发动机转速Ne_n选择为在步骤S411中储存的当前发动机转速Tmp_Ne。然后，ECU40进行至步骤S419。
另一方面，如果发动机运转点已经达到目标发动机需求功率Tag_Pe，则ECU40进行至步骤S415，以将随后的发动机需求功率Pe_n固定为目标发动机需求功率Tag_Pe。在步骤S416中，ECU40从当前发动机转速Tmp_Ne确定随后的发动机转速Ne_n。在图2和图3的情况下，ECU40将通过从当前发动机转速Tmp_Ne减去常数Kn获得的值确定为随后的发动机转速Ne_n，使得发动机转速以特定的速率降低。
在步骤S417中，ECU40判定发动机运转点是否已经达到了最小发动机转速Min_Ne[Tag_Pe]，所述最小发动机转速可以在最优燃料经济性曲线L(其限定了发动机的上限转矩)上通过目标发动机需求功率Tag_Pe实现。在这种情况下，ECU40通过确认在步骤S416中确定的发动机转速Ne_n是否已经变得等于或低于最小发动机转速Min_Ne[Tag_Pe]来判定发动机运转点是否已经达到最小发动机转速Min_Ne[Tag_Pe]。如果发动机运转点已经达到了最小发动机转速Min_Ne[Tag_Pe]，则发动机运转点位于目标发动机需求功率Tag_Pe的等功率线和最优燃料经济性曲线的交点。如果发动机运转点已经达到了最小发动机转速Min_Ne[Tag_Pe]，则ECU40进行至步骤S418，以确定发动机运转点。否则，ECU40进行至步骤S419。
在步骤S419中，ECU40通过基于在前述处理中已经确定的发动机需求功率Pe_n和发动机转速Ne_n设定的随后的发动机转矩Te_n来确定发动机运转点。然后，ECU40操作第一电动发电机4，使得发动机3运转在步骤S419中确定的发动机运转点。顺便提及，用于设定发动机转矩Te_n的函数F(a,b)通过下面显示的表达式1限定。
F(a,b)＝a*60*1000/(2π*b)…1
如参照图2所描述的那样，通过执行图5和图6的控制程序，发动机转速在发动机运转点达到目标发动机需求功率之前保持等于执行再加速操作时的发动机转速。因此，涡轮转速没有响应于再加速操作而下降，并且避免了发动机3的增压延迟。结果，抑制了加速响应性的恶化。然后，在发动机运转点已经达到目标发动机需求功率之后，通过图6的步骤S415至步骤S418的处理，发动机转速在发动机需求功率保持等于目标发动机需求功率的同时以特定速率降低。因此，发动机运转点沿着等于目标发动机需求功率的等功率线移动。ECU40通过执行图5和图6的控制程序而用作根据本发明的发动机转矩设定机构和运转点控制机构。
接下来，将参照图7至图9描述本发明的第二实施例。本发明的第二实施例除了在图5中限定的驱动力优先控制的内容之外均与本发明的第一实施例相同。因此，下面将不描述与本发明的第一实施例相同的图5的主程序、图1的车辆的物理构造等。
如图7中的虚线所示，根据本发明的当前实施例的控制设计成：在由确定上限发动机转矩的最优燃料经济性曲线L和目标发动机需求功率确定的目标转速(约3800rpm)高于再加速操作时的转速(3000rpm)的情况下，控制发动机运转点，使得转速随着发动机功率的增加而增大。因此，在发动机运转点达到目标发动机需求功率之前，如图7中的虚线所表示的那样，发动机转速保持高于再加速操作时的发动机转速。结果，加速响应性比本发明的第一实施例中的加速响应性高，在所述第一实施例中，发动机转速保持等于再加速操作时的发动机转速，直至发动机功率达到目标发动机需求功率为止。
基于图8和图9中显示的控制程序执行根据本发明的当前实施例的驱动力优先控制。如通过比较图6和图8而清楚地得知的那样，图8的控制程序除了在步骤S424中限定的发动机运转点控制之外均与图6的控制程序相同。因此，下面将不描述与图6相同的步骤，即：步骤S421至步骤S423以及步骤S425至步骤S429。
如果在图8的步骤S423中判定还没有达到目标发动机需求功率Tag_Pe，则执行在步骤S424中限定的图9的运转点控制。如图9所示，在步骤S4241中，ECU40判定储存在图8的步骤S421中存储的当前发动机转速Tmp_Ne是否低于目标发动机转速Tag_Ne。目标发动机转速Tag_Ne通过目标发动机需求功率Tag_Pe和上限发动机转矩确定。即，目标发动机转速Tag_Ne是在如图7所示的目标发动机需求功率Tag_Pe的等功率线Lp和确定上限发动机转矩的最优燃料经济性曲线L的交点(目标点)处的发动机转速。如果当前发动机转速Tmp_Ne低于目标发动机转速Tag_Ne，则ECU40进行至步骤S4242。否则，ECU40进行至步骤S4243。
在步骤S4242中，ECU40从当前发动机转速Tmp_Ne确定随后的发动机转速Ne_n。在这种情况下，ECU40将通过将常数Kn_up加到当前发动机转速Tmp_Ne上获得的值确定为随后的发动机转速Ne_n，使得发动机转速随着发动机功率的增大而以特定速率增大，然后结束处理。顺便提及，发动机转速随着发动机功率的增大而以特定速率增大不过是一个示例。例如，所述速率可以根据目标发动机转速Tag_N和当前发动机转速Tmp_Ne之间的偏差而变化。
在步骤S4243中，ECU40保持发动机转速恒定。即，ECU40将随后的发动机转速Ne_n设定成等于在步骤S411中储存的当前发动机转速Tmp_Ne，然后结束处理。
根据图8和图9的控制程序，在当前发动机转速Tmp_Ne低于目标发动机转速Tag_Ne时，发动机转速随着发动机功率的增大而增大。因此，加速响应性高于在发动机转速保持等于再加速操作时的发动机转速(如本发明的第一实施例)的情况下的加速响应性。ECU40通过执行图5、图8和图9的控制程序而用作本发明的发动机转矩设定机构和运转点控制机构。
本发明并不局限于本发明的前述第一实施例和第二实施例，而是可以在本发明的要旨范围内以各种模式实施。在本发明的前述实施例的每一个中，本发明应用于装备有涡轮增压器的发动机。但是，本发明还可以应用于自然进气式发动机。此外，混合动力车辆的构造并不局限于图1的构造，只要能够通过操作联接至差速机构的电动发电机来任意地控制发动机的运转点即可。此外，本发明不仅适用于这种混合动力车辆，而且还适用于装备有能够连续地改变发动机运转点的变速机构的车辆。例如，具有作为唯一的行驶动力源的发动机以及接收经由无级变速器传递的发动机的输出的驱动轮的车辆允许连续地改变发动机运转点。因此，根据本发明的控制设备也适用于装备有该无级变速器的车辆。在这种情况下，无级变速器等同于根据本发明的变速机构。

Claims (3)

1.一种用于车辆(1)的控制设备，所述车辆(1)包括发动机(3)和变速器(4,6)，所述变速器(4,6)构造成连续地改变发动机运转点，所述发动机运转点由所述发动机(3)的转速和所述发动机(3)的转矩限定，其特征在于，所述控制设备包括：
电子控制单元(40)，所述电子控制单元构造成在目标发动机需求功率响应于再加速操作而增大时，设定所述转速和所述转矩，以在保持所述转速等于或高于再加速操作时的转速的同时使所述发动机(3)的功率达到所述目标发动机需求功率，所述电子控制单元(40)构造成基于所设定的转速和所设定的转矩来控制所述发动机运转点。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其中
所述电子控制单元(40)构造成在所述发动机的功率在所述发动机运转点到达所述发动机的上限转矩之前到达所述目标发动机需求功率时，沿着等于所述目标发动机需求功率的等功率线将所述发动机运转点控制为所述发动机(3)的所述上限转矩。
3.根据权利要求1所述的控制设备，其中
所述电子控制单元(40)构造成设定由所述发动机的上限转矩和所述目标发动机需求功率确定的所述发动机运转点的目标转速，
所述电子控制单元(40)构造成在所述目标转速高于所述再加速操作时的转速时，控制所述发动机运转点，以使所述转速随着所述发动机的功率的增大而升高。
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