CN105584471B - 一种集成助力功能的电动车用制动操纵机构 - Google Patents

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    • B60T13/68—Electrical control in fluid-pressure brake systems by electrically-controlled valves

Abstract

本发明公开了一种集成助力功能的电动车用制动操纵机构，由新型助力机构和集成式制动主缸组成；所述新型助力机构包括电动机、主动齿轮、减速齿轮、助力活塞、减压切断电磁阀、回油切断电磁阀、增压切断电磁阀、储液杯和助力机构壳体；所述集成式制动主缸包括制动踏板、踏板角位移传感器、主缸壳体、第一活塞、第二活塞、失效备份活塞、主缸推杆、增压腔回油电磁阀、失效备份腔切断电磁阀、踏板行程模拟器切断阀；本发明在于提供一种带有助力功能的制动操纵机构，替代目前电动车上广泛使用的电动真空助力制动操纵机构，本发明具有响应迅速和可控性好的特点，可以改善制动能量回收系统的工作效果，提升电动车的经济性和安全性。

Description

一种集成助力功能的电动车用制动操纵机构
技术领域
本发明属于汽车制动系统技术领域，涉及一种应用于电动车制动系统的操纵装置，更确切地说，本发明涉及一种集成助力功能的电动车用制动操纵机构。
背景技术
传统的伺服制动系统以发动机的进气负压为动力，对液压制动系统施加助力，以便获得足够的制动力，此类系统被称为真空助力制动系统。在新能源汽车出现之前，真空助力制动系统被广泛应用于传统汽车。但在电动车上，发动机不会持续工作(如带有发动机启停功能的混合动力汽车)，甚至发动机彻底被电动机替代(纯电动汽车)，这就导致进气负压不会一直存在，甚至完全消失，从而导致传统的真空助力制动系统无法直接应用在电动车上。
针对这一问题，国内部分企业提出了采用电动真空泵和真空存储装置来提供负压的解决方法，如重庆长安汽车股份有限公司的“一种纯电动汽车真空助力制动系统及控制方法”(中国专利申请公布号CN101927761A)和奇瑞汽车有限公司的“电动真空助力制动装置及其控制方法”(中国专利申请公布号CN101100187)。此类解决方案虽然解决了传统的真空助力制动系统在电动车上的应用问题，但却带来了真空泵噪音大及系统集成度低等新问题。同时，此类系统由于采用传统的真空助力操纵机构，导致系统的制动力可控性差、响应速度慢。
为了解决这些问题，有必要开发一种全新的制动操纵机构，这种操纵机构不再使用真空进行助力，而是采用新型助力机构，应具有响应迅速、可控性好的特点，以便满足集成制动能量回收功能的电动车制动系统的要求。
发明内容
本发明在于提供一种带有助力功能的制动操纵机构；该装置可以替代目前电动车上广泛使用的电动真空助力制动操纵机构，同时该装置具有响应迅速和可控性好的特点。通过装备该装置，可以改善制动能量回收系统的工作效果，提升电动车的经济性和安全性。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
一种集成助力功能的电动车用制动操纵机构，所述集成助力功能的电动车用制动操纵机构由新型助力机构和集成式制动主缸组成；
所述新型助力机构包括电动机102、主动齿轮103、减速齿轮101、助力活塞104、减压切断电磁阀107、回油切断电磁阀108、增压切断电磁阀110、储液杯109和助力机构壳体105；
所述电动机102通过主动齿轮103与减速齿轮101连接，减速齿轮101通过助力活塞杆上的齿条结构与助力活塞104连接；所述助力活塞104设置于助力机构壳体105内；
所述集成式制动主缸包括制动踏板220、踏板角位移传感器218、主缸壳体205、第一活塞210、第二活塞212、失效备份活塞217、主缸推杆219、增压腔回油电磁阀221、失效备份腔切断电磁阀222、踏板行程模拟器切断阀223；
所述第一活塞210与主缸壳体205构成第一空腔233；
所述第一活塞210、第二活塞212与主缸壳体205构成第二空腔234；
所述第二活塞212与主缸壳体205构成增压腔230和减压腔229；
所述主缸推杆219与失效备份活塞217连接，所述失效备份活塞217与主缸壳体205构成失效备份腔231；所述失效备份活塞217的一端部分插入第二活塞212内部且二者之间具有一定的空行程214；
所述助力活塞104与助力机构壳体105构成助力腔112；
第一空腔233、第二空腔234分别与储液杯109相通；
增压腔230分别与增压切断电磁阀110、增压腔回油电磁阀221、失效备份腔切断电磁阀222相通；
减压腔229分别与减压切断电磁阀107、回油切断电磁阀108相通；
失效备份腔231分别与失效备份腔切断电磁阀222、踏板行程模拟器切断阀223、储液杯109相通；
助力腔112分别与储液杯109、减压切断电磁阀107、增压切断电磁阀110相通；
制动踏板220与主缸推杆219铰接，制动踏板220上设有踏板角位移传感器218。
技术方案中所述第一空腔233内设置第一活塞回位弹簧208，第一空腔233处的主缸壳体205上设有第一腔补偿孔207；在第一活塞210与第二活塞212之间设置第二活塞回位弹簧228；第二空腔234处的主缸壳体205上设有第二腔补偿孔206；第一活塞回位弹簧208和第二活塞回位弹簧228分别用于第一活塞210和第二活塞212的回位；
失效备份腔231内的失效备份活塞217上套有失效备份活塞回位弹簧216；失效备份活塞回位弹簧216一端支撑在主缸壳体205上，另一端支撑在失效备份活塞217上；
所述失效备份腔231处的主缸壳体205上设有失效备份腔补偿孔202、失效备份腔出油孔215；
所述失效备份腔补偿孔202、第一腔补偿孔207和第二腔补偿孔206分别用于各腔补偿制动液，压力建立时，这些孔会被相应的活塞封堵住。
技术方案中所述助力腔112的助力机构壳体105上设有助力机构进出油孔106、助力机构补偿孔111；
所述助力机构进出油孔106分别与减压切断电磁阀107、增压切断电磁阀110相连接，减压切断电磁阀107另一端与回油切断电磁阀108、减压腔进出油孔204相连接，回油切断电磁阀108另一端与储液杯109相连接，增压切断电磁阀110另一端与增压腔进出油孔203连接。
技术方案中所述增压腔230处的主缸壳体205开设增压腔进出油孔203、增压腔备用进油孔213，增压腔进出油孔203与增压切断电磁阀110连接，增压腔备用进油孔213分别与增压腔回油电磁阀221、失效备份腔切断电磁阀222连接；
所述减压腔229处的主缸壳体205开设减压腔进出油孔204；减压腔进出油口204分别与回油切断电磁阀108、减压切断电磁阀107连接。
技术方案中所述失效备份腔231通过主缸壳体205上的失效备份腔补偿孔202与储液杯109连接，所述失效备份腔231通过主缸壳体205上的失效备份腔出油孔215分别与失效备份腔切断电磁阀222、踏板行程模拟器切断阀223相连接，踏板行程模拟器切断阀223的另一端与踏板感觉模拟器中的踏板行程模拟器进出油口224连接。
技术方案中所述失效备份腔切断电磁阀222连接的制动管路分为两个支路，其中一个支路连接到增压腔备用进油孔213，另一个支路连接到增压腔回油电磁阀221，增压腔回油电磁阀221另一端连接到储液杯109。
技术方案中所述失效备份活塞217与第二活塞212之间有一段空行程214，空行程214小于失效备份活塞217的极限行程，以便失效备份腔231发生制动液泄露时，依然可以提供一定的制动力；
技术方案中所述踏板感觉模拟器中的踏板行程模拟器进出油口224设置在踏板行程模拟器壳体225上，踏板行程模拟器壳体225内设有踏板行程模拟器活塞226和踏板行程模拟器弹簧227。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明中的集成助力功能的电动车制动操纵机构集成度高，自身的功能相对完整，且接口简单，可以方便的集成在现有的液压制动系统当中，无需对管路设计进行改动。
2.本发明中的集成助力功能的电动车制动操纵机构带有新型助力功能，不再需要真空源，方便布置在新能源汽车上。
3.本发明中的集成助力功能的电动车制动操纵机构带有踏板行程模拟功能，使得该制动操纵机构的踏板力特性与传统真空助力制动系统的踏板力特性接近，从而可以使驾驶员更容易适应此套系统。
4.本发明中的集成助力功能的电动车制动操纵机构可进行精确的压力调节，其附带的踏板行程模拟装置可以使踏板与制动系统完全解耦，增大压力调节范围，可以让液压制动与电机制动更好的配合，最大程度的发挥电机再生制动的能力，大幅提升混合动力汽车和纯电动汽车的经济性。
5.本发明中的集成助力功能的电动车制动操纵机构带有液压备份机构，在外部电源失效时依然可以产生一定的制动力。
6.本发明中的集成助力功能的电动车制动操纵机构的液压备份机带有机械备份功能，在其液压管路泄漏时依然可以产生一定的制动力。
7.本发明中的集成助力功能的电动车制动操纵机构在整车制动控制方面可以集成更多的传统制动系统技术(如ABS、ESP、ADAS等)，实现协调控制。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明进行助力时的示意图；
图3是本发明撤去助力时的示意图；
图4是本发明保压时的示意图；
图5是本发明电源失效时的示意图；
图6是本发明液压备份失效时的示意图；
图中：101.减速齿轮；102.电动机；103.主动齿轮；104.助力活塞；105.助力机构壳体；106.助力机构进出油孔；107.减压切断电磁阀；108.回油切断电磁阀；109.储液杯；110.增压切断电磁阀；111.助力机构补偿孔；112.助力腔；201.踏板支座；202.失效备份腔补偿孔；203.增压腔进出油孔；204.减压腔进出油孔；205.主缸壳体；206.第二腔补偿孔；207.第一腔补偿孔；208.第一活塞回位弹簧；209.第一腔出油孔；210.第一活塞；211.第二腔出油孔；212.第二活塞；213.增压腔备用进油孔；214.活塞空行程；215.失效备份腔出油孔；216.失效备份活塞回位弹簧；217.失效备份活塞；218.踏板角位移传感器；219.主缸推杆；220.制动踏板；221.增压腔回油电磁阀；222.失效备份腔切断电磁阀；223.踏板行程模拟器切断阀；224.踏板行程模拟器进出油孔；225.踏板行程模拟器壳体；226.踏板行程模拟器活塞；227.踏板行程模拟器弹簧；228.第二活塞回位弹簧；229.减压腔；230.增压腔；231失效备份腔；232.踏板行程模拟器腔；233.第一空腔234.第二空腔214.空行程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
所述的集成助力功能的电动车用制动操纵机构，所述的集成助力功能的电动车用制动操纵机构由新型助力机构和集成式制动主缸组成。
所述的新型助力机构包括电动机102、主动齿轮103、减速齿轮101、助力活塞104、减压切断电磁阀107、回油切断电磁阀108、增压切断电磁阀110和助力机构壳体105。
所述的集成式制动主缸包括制动踏板220、踏板角位移传感器218、主缸壳体205、第一活塞210、第一活塞回位弹簧208、第二活塞212、第二活塞回位弹簧228、失效备份活塞217、失效备份活塞回位弹簧216、主缸推杆219、增压腔回油电磁阀221、失效备份腔切断电磁阀222、踏板行程模拟器切断阀223；所述的电动机102通过主动齿轮103与减速齿轮101连接，减速齿轮101通过助力活塞杆上的齿条结构与助力活塞104连接。
所述的助力活塞推杆上有齿条结构，助力活塞104初始位置处的助力机构壳体105上开设与储液杯109连接的助力机构补偿孔111。
所述的助力机构进出油孔106与减压切断电磁阀107、增压切断电磁阀110相连接，减压切断电磁阀107另一端与回油切断电磁阀108、减压腔进出油孔204相连接，回油切断电磁阀108另一端与储液杯109相连接，增压切断电磁阀110另一端与增压腔进出油孔203连接。
所述的主缸推杆219与失效备份活塞217连接，失效备份活塞217与主缸壳体205组成失效备份腔231，该失效备份腔231内的失效备份活塞217上套有失效备份活塞回位弹簧216。
所述的失效备份腔231通过主缸壳体205上的失效备份腔补偿孔202与储液杯109连接，该失效备份腔231通过主缸壳体205上的失效备份腔出油孔215与失效备份腔切断电磁阀222、踏板行程模拟器切断阀223相连接，踏板行程模拟器切断阀223的另一端与踏板模拟器进出油口连接。
所述的失效备份活塞217的一端部分插入第二活塞212内部且二者之间具有一定的空行程，第二活塞212的另一端与第二活塞回位弹簧228连接。
所述的第二活塞212与主缸壳体205组成增压腔230和减压腔229，增压腔230处的主缸壳体205开设增压腔进出油孔203、增压腔备用进油孔213，增压腔进出油孔203与增压切断电磁阀110连接，增压腔备用进油孔213分别与增压腔回油电磁阀221、失效备份腔切断电磁阀222连接。
本发明的结构参阅图1所示，电动机102的轴上连接着主动齿轮103，其本身与助力机构壳体105位置相对固定；主动齿轮103与减速齿轮101相啮合，助力活塞104上带有一齿条结构，该齿条结构与减速齿轮101相啮合；助力活塞104安装于助力机构壳体105内；助力机构壳体105上有助力机构进出油孔106；助力机构进出油孔106通过制动管路连接到减压切断电磁阀107；减压切断电磁阀107一端连接助力机构进出油孔106，另一端分为两个支路，分别连接回油切断电磁阀108和减压腔进出油孔204；回油切断电磁阀108一端连接减压切断电磁阀107，另一端连接储液杯109；同时，助力机构进出油孔106还通过增压切断电磁阀110连接增压腔进出油孔203。助力机构补偿孔111用于补充助力机构内的制动液，压力建立时，这个孔会被活塞封住。
踏板支座201固定在汽车的防火墙上，其上固定有踏板角位移传感器218；制动踏板220绕踏板支座201上的铰链运动，其运动时会使踏板角位移传感器218输出与制动踏板角度成线性关系的电信号。制动踏板220与主缸推杆219通过一铰链连接在一起；主缸推杆219通过一个球形铰链与失效备份活塞217连接在一起；失效备份活塞回位弹簧216一端支撑在主缸壳体205上，另一端支撑在失效备份活塞217上，为失效备份活塞217提供回位力。失效备份活塞217与第二活塞212之间有一段空行程，空行程小于失效备份活塞217的极限行程，以便失效备份腔231发生制动液泄露时，依然可以提供一定的制动力；同时，空行程的尺寸大于所有常规制动情况下失效备份活塞217的行程。第一活塞回位弹簧208和第二活塞回位弹簧228分别用于第一活塞210和第二活塞212的回位。失效备份腔补偿孔202、第一腔补偿孔207和第二腔补偿孔206分别用于各腔补偿制动液，压力建立时，这些孔会被活塞封堵住。
失效备份腔出油孔215通过制动管路分成两个分支，分别连接失效备份腔切断电磁阀222和踏板行程模拟器切断阀223。踏板行程模拟器切断阀223连接到踏板行程模拟器进出油孔224。踏板行程模拟器壳体225内有踏板行程模拟器活塞226和踏板行程模拟器弹簧227。失效备份腔切断电磁阀222连接的制动管路分为两个支路，其中一个支路连接到增压腔备用进油孔213，另一个支路连接到增压腔回油电磁阀221，增压腔回油电磁阀221另一端连接到储液杯109。
本发明一共有六种工作模式，分别为空闲模式、助力模式、撤去助力模式、保压模式、电源失效模式和液压失效模式。
当本发明工作在空闲模式(即未进行制动)时，其状态如图1所示。
当本发明工作在助力模式(即进行制动)时，其状态如图2所示。驾驶员踩下制动踏板220，踏板行程模拟器切断阀223打开，失效备份腔切断电磁阀222关闭，失效备份活塞217向左移动，将失效备份腔补偿孔202封堵住，失效备份腔231内开始建立压力，其内部的制动液流向踏板行程模拟器腔232，进行踏板行程和踏板力模拟。减压切断电磁阀107关闭，增压切断电磁阀110打开，电动机102带动主动齿轮103旋转，主动齿轮103带动减速齿轮101顺时针旋转，进而带动助力活塞104向左运动，将助力机构补偿孔111封堵后，助力腔112内开始建立压力，制动液从助力腔112流向增压腔230从而推动第二活塞212运动，第二活塞212会推动第二活塞回位弹簧228，进而推动第一活塞210，使高压制动液从第一腔出油孔209和第二腔出油孔211流出。
当本发明工作在助力撤去模式(即解除制动)时，其状态如图3所示。此时踏板行程模拟器及相关电磁阀的工作和增压模式相同。
踏板感觉模拟器由踏板行程模拟器进出油孔224、踏板行程模拟器壳体225、踏板行程模拟器活塞226、踏板行程模拟器弹簧227和踏板行程模拟器腔232共同组成。
减压切断电磁阀107打开，回油切断电磁阀108关闭，增压切断电磁阀110关闭，增压腔回油电磁阀221打开。电动机102带动主动齿轮103旋转，主动齿轮103带动减速齿轮101顺时针旋转，进而带动助力活塞104向左运动，将助力机构补偿孔111封堵后，助力腔112内开始建立压力，制动液从助力腔112流向减压腔229，推动第二活塞212向增压向反方向运动，从而使第一腔出油孔209和第二腔出油孔211处的制动液压力下降。
当本发明工作在保压模式时，其状态如图4所示。此时踏板行程模拟器及相关电磁阀的工作和增压模式相同。减压切断电磁阀107关闭，回油切断电磁阀108关闭，增压切断电磁阀110关闭，增压腔回油电磁阀221关闭。电动机102停止转动，此时第一腔出油孔209和第二腔出油孔211处的制动液将保持不变。
当本发明工作在电源失效模式时，其状态如图5所示。此时各电磁阀保持其初始状态(即不通电的状态)，电动机102停止转动。驾驶员踩下制动踏板220，主缸推杆219推动失效备份活塞217，失效备份腔231中的制动液将流向增压腔230，推动第二活塞212运动，从而使高压制动液从第一腔出油孔209和第二腔出油孔211流出。此时利用失效备份活塞217与第二活塞212之间的承压面积之差，依然可以获得一定的增力效果。
当本发明工作在液压备份失效模式时，其状态如图6所示。由于液压备份失效，增压腔230和失效备份腔231内无压力，踩下制动踏板220后，失效备份活塞217持续运动，直至活塞空行程214减为0，失效备份活塞217将直接推动第二活塞212，从而使第一腔出油孔209和第二腔出油孔211处的制动液获得一定的压力。
最后应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照具体的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种集成助力功能的电动车用制动操纵机构，其特征在于：所述集成助力功能的电动车用制动操纵机构由新型助力机构和集成式制动主缸组成；
所述新型助力机构包括电动机(102)、主动齿轮(103)、减速齿轮(101)、助力活塞(104)、减压切断电磁阀(107)、回油切断电磁阀(108)、增压切断电磁阀(110)、储液杯(109)和助力机构壳体(105)；
所述电动机(102)通过主动齿轮(103)与减速齿轮(101)连接，减速齿轮(101)通过助力活塞杆上的齿条结构与助力活塞(104)连接；所述助力活塞(104)设置于助力机构壳体(105)内；
所述集成式制动主缸包括主缸壳体(205)、第一活塞(210)、第二活塞(212)、失效备份活塞(217)、主缸推杆(219)、增压腔回油电磁阀(221)、失效备份腔切断电磁阀(222)、踏板行程模拟器切断阀(223)；
所述第二活塞(212)与主缸壳体(205)构成增压腔(230)和减压腔(229)；
所述主缸推杆(219)与失效备份活塞(217)连接，所述失效备份活塞(217)与主缸壳体(205)构成失效备份腔(231)；所述失效备份活塞(217)的一端部分插入第二活塞(212)内部且二者之间具有一定的空行程(214)；
所述助力活塞(104)与助力机构壳体(105)构成助力腔(112)；
增压腔(230)分别与增压切断电磁阀(110)、增压腔回油电磁阀(221)、失效备份腔切断电磁阀(222)相通；
减压腔(229)分别与减压切断电磁阀(107)、回油切断电磁阀(108)相通；
失效备份腔(231)分别与失效备份腔切断电磁阀(222)、踏板行程模拟器切断阀(223)、储液杯(109)相通；
助力腔(112)分别与储液杯(109)、减压切断电磁阀(107)、增压切断电磁阀(110)相通；
所述第一活塞(210)与主缸壳体(205)构成第一空腔(233)；
所述第一活塞(210)、第二活塞(212)与主缸壳体(205)构成第二空腔(234)；
第一空腔(233)、第二空腔(234)分别与储液杯(109)相通；
所述第一空腔(233)内设置第一活塞回位弹簧(208)，第一空腔233处的主缸壳体(205)上设有第一腔补偿孔(207)；在第一活塞(210)与第二活塞(212)之间设置第二活塞回位弹簧(228)；第二空腔234处的主缸壳体(205)上设有第二腔补偿孔(206)；第一活塞回位弹簧(208)和第二活塞回位弹簧(228)分别用于第一活塞(210)和第二活塞(212)的回位；
失效备份腔(231)内的失效备份活塞(217)上套有失效备份活塞回位弹簧(216)；失效备份活塞回位弹簧(216)一端支撑在主缸壳体(205)上，另一端支撑在失效备份活塞(217)上；
所述失效备份腔(231)处的主缸壳体(205)上设有失效备份腔补偿孔(202)、失效备份腔出油孔(215)；
所述失效备份腔补偿孔(202)、第一腔补偿孔(207)和第二腔补偿孔(206)分别用于各腔补偿制动液，压力建立时，这些孔会被相应的活塞封堵住；
所述助力腔(112)的助力机构壳体(105)上设有助力机构进出油孔(106)、助力机构补偿孔(111)；
所述助力机构进出油孔(106)分别与减压切断电磁阀(107)、增压切断电磁阀(110)相连接，减压切断电磁阀(107)另一端与回油切断电磁阀(108)、减压腔进出油孔(204)相连接，回油切断电磁阀(108)另一端与储液杯(109)相连接，增压切断电磁阀(110)另一端与增压腔进出油孔(203)连接；
所述增压腔(230)处的主缸壳体(205)开设增压腔进出油孔(203)、增压腔备用进油孔(213)，增压腔进出油孔(203)与增压切断电磁阀(110)连接，增压腔备用进油孔(213)分别与增压腔回油电磁阀(221)、失效备份腔切断电磁阀(222)连接；
所述减压腔(229)处的主缸壳体(205)开设减压腔进出油孔(204)；减压腔进出油口(204)分别与回油切断电磁阀(108)、减压切断电磁阀(107)连接；
所述失效备份腔(231)通过主缸壳体(205)上的失效备份腔补偿孔(202)与储液杯(109)连接，所述失效备份腔(231)通过主缸壳体(205)上的失效备份腔出油孔(215)分别与失效备份腔切断电磁阀(222)、踏板行程模拟器切断阀(223)相连接，踏板行程模拟器切断阀(223)的另一端与踏板感觉模拟器中的踏板行程模拟器进出油口(224)连接；
所述失效备份腔切断电磁阀(222)连接的制动管路分为两个支路，其中一个支路连接到增压腔备用进油孔(213)，另一个支路连接到增压腔回油电磁阀(221)，增压腔回油电磁阀(221)另一端连接到储液杯(109)；
失效备份活塞(217)与第二活塞(212)之间有一段空行程(214)，空行程(214)小于失效备份活塞(217)的极限行程，以便失效备份腔(231)发生制动液泄露时，依然可以提供一定的制动力。
2.根据权利要求1所述的一种集成助力功能的电动车用制动操纵机构，其特征在于：
所述集成式制动主缸还包括制动踏板(220)、踏板角位移传感器(218)；
制动踏板(220)与主缸推杆(219)铰接，制动踏板(220)上设有踏板角位移传感器(218)。
3.根据权利要求1所述的一种集成助力功能的电动车用制动操纵机构，其特征在于：
踏板感觉模拟器中的踏板行程模拟器进出油口(224)设置在踏板行程模拟器壳体(225)上，踏板行程模拟器壳体(225)内设有踏板行程模拟器活塞(226)和踏板行程模拟器弹簧(227)。
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