CN109804181B - 驱动源控制装置和具有该驱动源控制装置的车辆 - Google Patents
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Abstract
提供驱动源控制装置和具有驱动源控制装置的车辆,在该驱动源控制装置中,可抑制驱动源的旋转速度的上升,并且抑制不需要的横摆力矩的发生,使车辆姿势稳定。该驱动源控制装置(67)包括过度旋转判断机构(68),该过度旋转判断机构判断两个驱动源(2L、2R)各自的旋转速度是否过度旋转;补偿机构(69),该补偿机构(69)按照在通过该过度旋转判断机构(68)而判定至少一个的驱动源的旋转速度为过度旋转时,对由指令机构(66a)所提供的两个驱动源的各自的输出的指令值进行补偿。补偿机构(69)按照旋转速度大的驱动轮的转矩小于补偿之前的场合,并且旋转速度小的驱动轮的转矩小于等于补偿之前的场合的方式,对两个驱动源(2L、2R)的各自的输出的指令值进行补偿。
Description
相关申请
本申请要求申请日为2016年10月12日、申请号为JP特愿2016-201078的申请的优先权,通过参照其整体,将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。
技术领域
本发明涉及驱动源控制装置和包括该驱动源控制装置的车辆,该驱动源控制装置针对从独立的两个驱动源而产生的驱动转矩,对转矩差进行放大,将其传递给左右的驱动轮。
为了实现车辆的顺利的转弯行驶或者抑制极端的转向不足、极端的转向过度等的车辆的举动变化,具有在左右的驱动轮之间产生大的驱动转矩的差的方式是有效的情况。于是,公开有下述的车辆驱动装置,其中,在两个驱动源和左右的驱动轮之间设置组合两个行星齿轮机构的齿轮装置,对转矩的差进行放大(专利文献1、2)。
在这些车辆驱动装置中,根据由高级ECU而指令的左右的驱动轮的转矩指令值,确定而控制两个驱动源的输出转矩。对于驱动源,给出电动机的适用。
在上述的车辆驱动装置中,对两个驱动源的转矩的差进行放大,但是,旋转速度的差缩小,传递给左右的驱动轮。如果转矩的放大率为α(α>1)、减速比为β(β≥1)、分别与左右的驱动轮相对应的两个驱动源的转矩分别为TM1、TM2,左右的驱动轮的转矩为TWL、TWR,则转矩的关系可通过下述式而表示。
TWL+TWR=β(TM1+TM2)…(1)
TWL-TWR=αβ(TM1-TM2)…(2)
同样地,如果分别与左右的驱动轮相对应的两个驱动源的旋转速度分别为ωM1、ωM2,左右的驱动轮的旋转速度为ωWL、ωWR,则旋转速度的关系可通过下述式而进行表示。
ωWL+ωWR=(ωM1+ωM2)/β…(3)
ωWL+ωWR=(ωM1-ωM2)/αβ…(4)
作为电动机过度旋转的场合的对应方法,公开有检测电动汽车的电动机的过度旋转,防止电动机的破损的电动机的控制方法(专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:JP特开2015-21594号公报
专利文献2:JP特许第4907390号公报
专利文献3:JP特开平8-163702号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1和2中所示的车辆驱动装置中,如果根据式(3)、(4),求出两个驱动源的旋转速度ωM1、ωM2,得出下述式。
ωM1=β(1+α)/2·ωWL+β(1-α)/2·ωWR…(5)
ωM2=β(1-α)/2·ωWL+β(1+α)/2·ωWR…(6)
另外,如果根据式(1)、(2)求出左右的驱动轮的转矩TWL、TWR,则得出下述式。
TWL=β(1+α)/2·TM1+β(1-α)/2·TM2…(7)
TWR=β(1-α)/2·TM1+β(1+α)/2·TM2…(8)
如果α>1,β≥1,则各系数的符号分别为:β(1+α)/2>0,β(1-α)/2<0。
在装载上述车辆驱动装置的车辆中,考虑在将驱动转矩提供给左右的驱动轮的状态(TWL>0,并且TWR>0),仅仅左侧的驱动轮空转的场合。如果TWL>0,并且TWR>0,则根据式(1)、(2),TM1>0,并且TM2>0。此时,如果左侧的驱动轮的旋转速度ωML上升,则根据式(5)、(6),与一个驱动源,即左侧的驱动轮相对应的驱动源的旋转速度ωM1大大地上升,与另一驱动源,即右侧的驱动轮相对应的驱动源的旋转速度ωM2减少。
图10表示具体例子。在左右的驱动轮按照100r/min(每圈)而进行旋转的场合,如果α=2,β=10,则像图10的图形(a)所示的那样,与左侧的驱动轮相对应的驱动源M1和与右侧的驱动轮相对应的驱动源M2的旋转速度为1000r/min。如果在这里,左侧的驱动轮的旋转速度上升到200r/min,则像图10的图形(b)所示的那样,驱动源M1的旋转速度上升到2500r/min,驱动源M2的旋转速度降低到500r/min。
下面考察假定驱动源M1的旋转速度超过允许旋转速度,形成过度旋转,采用在专利文献3中公开的电动机的控制方法,使驱动源M1的转矩为零,或产生制动转矩的场合。即,驱动源M1的转矩TM1处于TM1≤0。在于式(7)、式(8)中,TM1≤0,并且维持没有过度旋转的驱动源M2的转矩TM2的场合,左侧的驱动轮的转矩TWL减少,但是,右侧的驱动轮的转矩TWR增加。
图11表示具体例子。像图11的图形(a)所示的那样,在驱动源M1和驱动源M2输出10N·m的转矩的场合,如果α=2,β=10,则左右的驱动轮的转矩为100N·m。在这里,如果像图11的图形(b)所示的那样,将驱动源M1的转矩补偿为零,将驱动源M2的转矩维持在10N·m,则左侧驱动轮的转矩为-50N·m,右侧驱动轮的转矩为150N·m,右侧驱动轮的转矩增加。
以于上述状况,车辆在加速的同时,进行左转弯的场合为例子而考虑。在左转弯的场合,由于左侧驱动轮为转弯内轮,故在转弯横向加速度大的场合,左侧驱动轮产生空转,驱动源M1产生过度旋转。此时,如果驱动源M1的转矩TM1从TM1>0,变为TM1≤0,维持驱动源M2的转矩,由于左侧驱动轮的转矩TWL减少,或形成制动转矩,故有助于左侧驱动轮和驱动源M1的旋转速度的抑制。
但是,具有因右侧驱动源的转矩TWR增加,产生助长转弯的横摆力矩,车辆产生自旋转举动的可能性。另外,如果为转弯内轮空转的程度的急速转弯,由于作为转弯外轮的右侧驱动轮的轮胎负荷也大,故人们还考虑因驱动转矩的增加,产生轮胎的空转,轮胎失去抓握性。在此场合,具有车辆姿势进一步不稳定的可能性。
同样地,即使在于不同低附着系数(split—低μ)路面上出发或加速的情况下,仍具有产生上述状况的可能性。在右侧的驱动轮位于沥青路面上,左侧的驱动轮位于结冰路面上的场合,在出发或加速时,左侧驱动轮容易空转,在与上述情况相同,驱动源M1过度旋转的场合,如果驱动源M1的转矩TM1为零或再生方向,则具有位于沥青上的右侧的驱动轮的转矩增加,车辆在左方向转弯,车辆姿势不稳定的可能性。
本发明的目的在于提供驱动源控制装置和具有驱动源控制装置的车辆,在该驱动源控制装置中,可抑制驱动源的旋转速度的上升,并且抑制不需要的横摆力矩的发生,使车辆姿势稳定。
用于解决课题的技术方案
在下面,为了方便而容易理解,参照实施方式的标号而进行说明。
本发明的驱动源控制装置67为控制车辆的两个驱动源2L,2R的驱动源控制装置,上述车辆包括:上述两个驱动源2L、2R;左右的驱动轮61L、61R;动力传递装置3,该动力传递装置3设置于上述两个驱动源2L、2R和上述左右的驱动轮61L、61R之间,将来自上述两个驱动源2L、2R的动力分配给上述左右的驱动轮61L、61R,并且对上述两个驱动源2L、2R的转矩差进行放大,驱动上述左右的驱动轮61L、61R,
上述驱动源控制装置67包括:过度旋转判断机构68,该过度旋转判断机构68判断上述两个驱动源2L、2R各自的旋转速度是否为过度旋转;
补偿机构69,该补偿机构69按照在通过该过度旋转判断机构68而判定上述两个驱动源中的至少一个的驱动源2L(2R)的旋转速度为过度旋转时,对由指令机构66a而提供的上述两个驱动源2L、2R的各自的输出的指令值进行补偿,其中,按照上述左右的驱动轮61L、61R中的旋转速度大的驱动轮61L(61R)的转矩小于补偿之前、并且旋转速度小的驱动轮61R(61L)的转矩小于等于补偿之前的方式,对上述两个驱动源2L、2R的各自的输出的指令值进行补偿。
也可针对在上述驱动源2L(2R)的各自的旋转速度是否过度旋转,比如,在驱动源2L(2R)的各自的旋转速度超过阈值时,则判定为过度旋转。或者,使驱动轮61L、61R的旋转速度适用左右的驱动轮61L、61R的旋转速度和驱动源2L、2R的旋转速度的关系式,计算驱动源2L、2R的旋转速度,在该已计算的驱动源2L、2R的旋转速度中的至少一者超过阈值时,判定为过度旋转。
此外,过度旋转判断机构68也可不采用上述关系式,而在左右的驱动轮61L、61R的旋转速度满足规定的条件的场合,判断驱动源2L、2R是否过度旋转。
上述阈值为通过设计而任意地确定的阈值,比如,通过借助试验和模拟中的任意者或两者,求出适合的阈值而确定。
按照该方案,过度旋转判断机构68判断驱动源2L、2R的各自的旋转速度是否过度旋转。补偿机构69在通过过度旋转判断机构68判定至少一个驱动源2L(2R)的旋转速度为过度旋转,则对由指令机构66a而提供的两个驱动源2L、2R的各自的输出的指令值进行补偿。
即,补偿机构69按照上述左右的驱动轮61L、61R中的旋转速度大的驱动轮61L(61R)的转矩小于补偿之前、并且旋转速度小的驱动轮61R(61L)的转矩小于等于补偿之前的方式,对两个驱动源2L,2R的各自的输出的指令值进行补偿。补偿量通过比如,试验和模拟中的任意一者或两个而确定。通过像这样,对两个驱动源2L、2R的各自的输出的指令值进行补偿,旋转速度大的驱动轮61L(61R)承受路面和驱动部的机械的阻力而减速,其结果是,抑制驱动源2L(2R)的过度旋转。可伴随该情况,在对应的驱动轮61R(61L)中,抑制转矩增加造成的不需要的横摆力矩的发生,使车辆姿势稳定。
上述补偿机构69按照上述左右的驱动轮61L、61R中的旋转速度大的驱动轮61L(61R)的转矩为制动转矩,并且旋转速度小的驱动轮61R(61L)的转矩小于等于补偿之前的方式,对上述两个驱动源2L、2R的各自的输出的指令值进行补偿。在此场合,由于在旋转速度大的驱动轮61L、61R中,不仅产生路面和驱动部的机械的阻力,而且对驱动源2L(2R)作出响应,产生制动转矩,故可更加有效地抑制驱动源2L(2R)的过度旋转。
上述动力传递装置3也可包括转矩差放大装置30,该转矩差放大装置30包括两个行星齿轮机构30L、30R,对上述两个驱动源2L、2R所产生的转矩的差进行放大。在此场合,通过借助转矩差放大装置30,对两个驱动源2L、2R所产生的转矩的差进行放大,实现车辆的顺利的转弯行驶。
本发明的车辆为上述的车辆,其包括上述驱动源控制装置67。在此场合,比如,可抑制在不同低附着系数(split—低μ)路面等处而产生过度旋转的驱动源2L(2R)的旋转速度的上升,并且抑制不需要的横摆力矩的发生,使车辆姿势稳定。
权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是,权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。
附图说明
根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明,会更清楚地理解本发明。但是,实施形式和附图用于单纯的图示和说明,不应用于限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中,多个附图中的同一部件标号表示同一或各自部分。
图1为表示具有本发明的第1实施方式的驱动源控制装置,与车辆驱动装置的车辆的构思方案的方框图;
图2为图1的车辆驱动装置的剖视图;
图3为以放大方式表示图1的车辆驱动装置的转矩差放大装置部分的剖视图;
图4为表示图1的车辆驱动装置的概况图;
图5为装载图1的车辆驱动装置的电动汽车的说明图;
图6为用于说明图1的车辆驱动装置的转矩差放大率的速度曲线图;
图7为图1的驱动源控制装置的控制系统的方框图;
图8为通过图1的驱动源控制装置而补偿的转矩指令值的一个例子的图;
图9为通过图1的驱动源控制装置而补偿的转矩指令值的另一例子的图;
图10为表示过去的车辆驱动装置的驱动轮旋转速度和驱动源旋转速度的一个例子的图;
图11为表示过去的车辆驱动装置的驱动轮转矩和驱动源转矩的补正前后的一个例子的图。
具体实施方式
根据图1~图9,对本发明的第1实施方式的驱动源控制装置和具有该驱动源控制装置的车辆进行说明。图1为表示具有该驱动源控制装置和车辆驱动装置的车辆(电动汽车)的构思方案的方框图。该车辆为后轮驱动方式,该车辆包括底盘60、作为后轮的驱动轮61L、61R、作为前轮的从动轮62L、62R、车辆驱动装置1、高级ECU66、驱动源控制装置67、电池67和逆变装置64等。
车辆驱动装置1包括第1、第2电动机2L、2R与动力传递装置3。第1、第2电动机2L、2R为装载于车辆上,独立而可控制的两个驱动源。动力传递装置3设置于该第1、第2电动机2L、2R与驱动轮61L、61R之间。另外,本公开中的“第1”和“第2”的术语不表示顺序,其仅仅用于进行区别。另外,同样关于“左侧”和“右侧”的术语,没有“优劣”,其仅仅用于进行区别。
<控制系统的基本结构>
高级ECU66为驱动源控制装置67的高级的控制机构,其具有比如进行车辆整体的总体控制和协调控制的功能,产生左右的驱动轮61L、61R的制驱动轮转矩指令值的功能。高级ECU66根据图示之外的加速操作部所输出的加速指令、图示之外的制动操作部所输出的减速指令、与图示之外的操舵角传感器等所输出的转弯指令,产生左右的制驱动转矩指令值(输出的指令值)。
驱动源控制装置67根据从高级ECU66提供的左右的制驱动转矩指令值,将电动机转矩指令值提供给逆变装置64。由此,分别控制第1、第2电动机2L、2R。逆变装置64将电池63的直流电变换为第1、第2电动机2L、2R的驱动用的交流电。逆变装置64按照第1、第2电动机2L、2R所输出的转矩等于电动机转矩的方式,控制从电池63供给的电流,驱动第1、第2电动机2L、2R。来自车辆驱动装置1的输出经由等速接头,传递给左右的驱动轮61L、61R。另外,驱动源控制装置67由比如微型计算机等的处理器和存储器构成,或由ASIC等的硬件模块构成。在驱动源控制装置67由处理器和存储器构成的场合,该处理器也可执行存储于存储器中的驱动源控制装置67的各机构的算法,即顺序。
<车辆驱动装置1>
<<第1、第2电动机2L、2R>>
在本实施方式中,车辆驱动装置1中的第1、第2电动机2L、2R采用具有相同的最大输出的同一规格的电动机。像图2所示的那样,第1、第2电动机2L、2R包括电动机外壳4L、4R;定子6、6与转子5、5。第1、第2电动机2L、2R为径向间隙型,其中,在电动机外壳4L、4R的内周面上设置定子6、6,在各定子6的内周间隔开地设置转子5。
电动机外壳4L、4R分别包括圆筒形的电动机外壳主体4aL、4aR;外侧壁4bL、4bR与内侧壁4cL、4cR。外侧壁4bL、4bR封闭电动机外壳主体4aL、4aR中的外侧的外侧面。内侧壁4cL、4cR设置于电动机外壳主体4aL、4aR中的内侧的内侧面上,构成与动力传递装置3隔开的隔壁。在内侧壁4cL、4cR上设置使各电动机轴5a伸出到内侧的开口部。另外,在本说明书中,将在车辆驱动装置1装载于车辆上的状态,车辆的车宽度方向的靠近外侧的一侧称为外侧,将车辆的车宽度方向的靠近中间侧的一侧称为内侧。
在电动机外壳主体4aL、4aR的内周面上,分别嵌合固定有定子6、6。在各转子5的中心部具有电动机轴5a。在各自的内侧壁4cL、4cR上,设置滚动轴承8a,还在各自的外侧壁4bL、4bR上,设置滚动轴承8b。各电动机轴5a经由滚动轴承8a、8b,自由旋转地支承于电动机外壳4L、4R上。左右的电动机轴5a、5a设置于同一轴心上(同轴)。
<<动力传递装置3>>
动力传递装置3包括动力传递装置外壳9。动力传递装置3还包括左右两个的输入齿轮轴12L、12R,左右两个中间齿轮轴13L、13R,左右两个输出齿轮轴14L、14R,与转矩差放大装置30。动力传递装置3为下述的装置,其通过转矩差放大装置30将从第1、第2电动机2L、2R的电动机轴5a而输入的转矩(驱动转矩)的差放大,将其传递给驱动轮61L、61R(图1)。
动力传递装置外壳9接纳该齿轮轴和转矩放大装置30。动力传递装置外壳9为三部件结构,其在与上述齿轮轴的轴向相垂直的方向分割为三个部件。具体来说,动力传递装置外壳9包括中间外壳9a与固定在该中间外壳9a的两侧面上的左右的侧面外壳9bL、9bR。
侧面外壳9bL、9bR的外侧的侧面与内侧壁4cL、4cR通过多个螺栓而固定。由此,在动力传递装置外壳9的左右两端固定有两台电动机2L、2R。在中间外壳9a的中间处设置分隔壁11。动力传递装置外壳9通过分隔壁11,在左右而分割为两个,它们接纳有动力传递装置3的主体部。动力传递装置3的主体部为左右对称形,其包括输入齿轮轴12L、12R、中间齿轮轴13L、13R与输出齿轮轴14L、14R以及转矩差放大装置30。
输入齿轮轴12L、12R包括从电动机轴5a而传递动力的输入齿轮12a。在形成于分隔壁11上的轴承嵌合孔中,设置滚动轴承17a,在形成于左右的侧面外壳9bL、9bR上的轴承嵌合孔中,设置滚动轴承17b。输入齿轮轴12L、12R的两端均经由滚动轴承17a、17b,自由旋转地支承于动力传递装置外壳9上。输入齿轮轴12L、12R为中空结构。在该输入齿轮轴12L、12R的中空内部,插入各电动机轴5a的内侧的端部。输入齿轮轴12L、12R与各电动机轴5a还包括花键(“三角花键”)。关于下述的花键,以相同方式(包括“三角花键”)结合。
像图3所示的那样,左右的中间齿轮轴13L、13R设置于相同轴上。中间齿轮轴13L、13R包括与输入齿轮轴12L、12R啮合的大直径的输入侧外齿轮13a、13a与后述的输出齿轮14a、14b啮合的输出侧小直径齿轮13b、13b。在形成于分隔壁11上的轴承嵌合孔19a中设置滚动轴承20a,在形成于左右的侧面外壳9bL、9bR中的轴承嵌合孔19b设置滚动轴承20b。中间齿轮轴13L、13R的各两端经由滚动轴承20a、20b自由旋转地支承于动力传递装置外壳9上。轴承嵌合孔19a、19b分别为滚动轴承20a、20b的外端端面所抵接的带有台阶的形状,按照后述的第1、第2结合部件31、32穿过的方式贯通。
在中间齿轮轴13L、13R上,与该中间齿轮轴13L、13R同轴地组装有转矩差放大装置30。转矩差放大装置30对从两个电动机2L、2R(图2)而提供的转矩(驱动转矩)的差进行放大。该转矩差放大装置30包括3元素2自由度的两个行星齿轮机构30L、30R。在行星齿轮机构30L、30R上,在本例子中采用单小齿轮行星齿轮机构。两个行星齿轮机构30L、30R设置于相同轴上。
行星齿轮机构30L、30R分别包括环齿轮RL、RR、伞齿轮SL、SR、行星齿轮PL、PR与行星支架CL、CR。另外,这些行星齿轮机构30L、30R包括共同的第1、第2结合部件31、32。环齿轮RL、RR为分别组装于中间齿轮轴13L、13R中的输入侧外齿轮13a、13b的内齿轮。伞齿轮SL、SR为设置于与环齿轮RL、RR相同的轴上的太阳齿轮。行星齿轮PL、PR为与环齿轮RL、RR和伞齿轮SL、SR啮合的公转齿轮。行星支架CL、CR分别与行星齿轮PL、PR连接,设置于与环齿轮RL、RR相同的轴上。在行星支架CL、CR上,分别连接中间齿轮轴13L、13R的输出侧小直径齿轮13b、13b。
第1结合部件31将作为图3的纸面左侧的行星齿轮机构30L的结构部件的左侧的行星支架CL、与作为图3的纸面右侧的行星齿轮机构30R的结构部件的右侧的伞齿轮SR结合。第2结合部件32将作为图3的纸面左侧的行星齿轮机构30L的结构部件的左侧的伞齿轮SL与作为图3的纸面右侧的行星齿轮机构30R的结构部件的另一行星支架CR结合。
行星支架CL、CR分别包括支承行星齿轮PL、PR的支架销33、33;外侧的支架法兰34a、34a与内侧的支架法兰34b、34b。行星齿轮PL、PR分别经由针状辊轴承37、37,支承于支架销33、33上。外侧的支架法兰34a、34a分别与支架销33、33的外侧端部连接。内侧的支架法兰34b、34b分别与支架销33、33的内侧端部连接。
外侧的支架法兰34a、34a包括在外侧而延伸的中空轴部35、35。该中空轴部35、35的外侧的端部分别经由滚动轴承20b、20b支承于分别形成在侧面外壳9bL、9bR上的轴承嵌合孔19b、19b中。内侧的支架法兰34b、34b分别包括在内侧而延伸的中空轴部36、36。这些中空轴部36、36的内侧的端部分别经由滚动轴承20a、20a而支承于形成在分隔壁11上的轴承嵌合孔19a、19a中。在纸面左侧的行星齿轮机构30L的支架法兰34a、34b的外周面和环齿轮RL之间以及在纸面右侧的行星齿轮机构30R的支架法兰34a、34b的外周面和环齿轮RR之间,均设置滚动轴承39a、39b。
将两个行星齿轮机构30L、30R相互连接的第1、第2结合部件31、32贯穿左右分隔中间外壳9a(图2)的分隔壁11而组装。第1、第2结合部件31、32相互位于相同的轴上,分别通过推力轴承47,在轴向而自由旋转地支承,并且通过深槽滚珠轴承49,在径向而自由旋转地支承。另外,在第1、第2结合部件31、32之间设置独立于轴承47、49的轴承45、46、推力轴承48。另一轴承45、46分别为针状辊轴承。第2结合部件32包括中空轴,第1结合部件31包括穿过该中空轴的轴。
设置花键,该花键与第2结合部件32中的图3的纸面右侧的外侧的外周面和行星支架CR中的内侧的支架法兰34b的中空轴部36相互啮合。于是,第2结合部件32通过花键嵌合而与行星支架CR连接。于是,作为第2旋转部件的行星支架CR与第2结合部件32形成一体而旋转。
设置花键,该花键与第1结合部件31中的图3的纸面左侧的外侧的外周面、和行星支架CL中的外侧的支架法兰34a的中空轴部35相互啮合。于是,第1结合部件31通过花键嵌合而与行星支架CL连接。于是,作为第1结合部件31的行星支架CL与第1结合部件31形成一体而旋转。
由于像上述那样,第1、第2结合部件31、32分别通过花键而与行星支架CL、CR连接,故两个行星齿轮机构30L、30R可在左右分割,可与其它的减速齿轮轴一起地,从左右组装于三部件结构的动力传递装置外壳9中。在第2结合部件32中的行星齿轮CL侧的端部中,在其外周面上形成构成图3的纸面左侧的行星齿轮机构30L的伞齿轮SL的外齿轮。构成该伞齿轮SL的外齿轮与行星齿轮PL啮合。
第1结合部件31在图3的纸面右侧的行星齿轮机构30R的端部具有大直径部43。在该大直径部43的外周面上,形成图3的纸面右侧的行星齿轮机构30R的构成伞齿轮SR的外齿轮。构成该伞齿轮SR的外齿轮与行星齿轮PR啮合。在第2结合部件32的轴向两端,分别设置花键轴承47、48。通过这些花键轴承47、48分别限制第1、第2结合部件31、32与行星支架CL、CR的花键嵌合部的滑动的轴向移动。在第1结合部件31中,图3的纸面右侧的端部通过深槽滚珠轴承49而支承于行星支架CR上。在第1结合部件31的轴心处,开设供油孔。
像图2所示的那样,输出齿轮轴14L、14R分别包括大直径的输出齿轮14a、14a。在形成于分隔壁11上的轴承嵌合孔中,设置滚动轴承54a、54a,在分别形成于左右的侧面外壳9bL、9bR中的轴承嵌合孔中,设置滚动轴承54b、54b。输出齿轮轴14L、14R均经由滚动轴承54a、54b,自由旋转地支承于动力传递装置外壳9上。
输出齿轮轴14L、14R的外侧的端部分别从形成于侧面外壳9bL、9bR上的开口部伸出到动力传递装置外壳9的外侧。在伸出的伸出齿轮轴14L、14R的外侧的端部的外周面上通过花键而结合等速接头65a的外侧接头部。各等速接头65a经由图示之外的中间轴等,与驱动轮61L、61R(图1)连接。
图4为表示该车辆驱动装置的概况图。图5为装载该车辆驱动装置的电动汽车的说明图。像图4和图5所示的那样,左右的电动机2L、2R可通过驱动源控制装置67(图1)而分别进行控制,产生不同的转矩,对其进行输出。
电动机2L、2R的转矩分别以动力传递装置3中的输入齿轮轴12L、12R的输入齿轮12a、12a与中间齿轮轴13L、13R的大直径的输入侧外齿轮13a、13a的齿数比而放大,传递给转矩差放大装置30的环齿轮RL、RR。另外,通过转矩差放大装置30,对左右的转矩差进行放大,将转矩传递给输出侧小直径齿轮13b、13b。另外,以输出侧小直径齿轮13b、13b和输出齿轮14a、14a的齿数比对转矩分别进行进一步放大,将其输出给驱动轮61L、61R。
转矩差放大装置30中的行星齿轮机构30L、30R分别包括设置于相同轴上的伞齿轮SL、SR和环齿轮RL、RR;位于该伞齿轮SL、SR和环齿轮RL、RR之间的行星齿轮PL、PR;以可旋转的方式支承行星齿轮PL、PR且设置于与伞齿轮SL、SR和环齿轮RL、RR相同轴上的行星支架CL、CR。在这里,伞齿轮SL、SR和行星齿轮PL、PR为在外周上具有齿轮齿的外齿齿轮,环齿轮RL、RR为在内周上具有齿轮齿的内齿齿轮。行星齿轮PL、PR与伞齿轮SL、SR和环齿轮RL、RR啮合。
在行星齿轮机构30L、30R中,在固定行星支架CL、CR的场合,伞齿轮SL、SR和环齿轮RL、RR在相反方向旋转。由此,如果以图6所示的速度曲线图表示,则环齿轮RL、RR和伞齿轮SL、SR设置于与行星支架CL、CR相反的一侧。
像图4和图5所示的那样,该转矩差放大装置30像前述那样,按照下述方式构成,该方式为:左侧的行星齿轮机构30L和右侧的行星齿轮机构30R相互组合于相同轴上,该左侧的行星齿轮机构30L包括伞齿轮SL、行星支架CL、行星齿轮PL和环齿轮RL,该右侧的行星齿轮机构30R包括伞齿轮SR、行星支架CR、行星齿轮PR和环齿轮RR。
作为左侧的行星齿轮机构30L的结构部件的行星支架CL、与作为右侧的行星齿轮机构30R的结构部件的伞齿轮SR结合,形成第1结合部件31。另外,作为左侧的行星齿轮机构30L的结构部件的伞齿轮SL、与作为右侧的行星齿轮机构30R的结构部件的行星支架CR结合,形成第2结合部件32。
通过左侧的电动机2L而产生的转矩TM1从输入齿轮轴12L传递给中间齿轮轴13L。对于传递给该中间齿轮轴13L的转矩,通过转矩差放大装置30,对左右的转矩差进行放大,经由左侧的行星齿轮机构30L,依次输出给中间齿轮轴13L的输出侧小直径齿轮13b、输出齿轮14a、输出齿轮轴14L。将驱动转矩TL(图6)从输出齿轮轴14L输出给驱动轴61L。
通过右侧的电动机2R而产生的转矩TM2从输入齿轮轴12R传递给中间齿轮轴13R。对于传递给该中间齿轮轴13R的转矩,通过转矩差放大装置30对左右的转矩差进行放大,经由右侧的行星齿轮机构30R依次输出给中间齿轮轴13R的输出侧小直径齿轮13b、输出齿轮14a、输出齿轮轴14R。将驱动转矩TR(图6)从输出齿轮轴14R输出给驱动轴61R。
<关于驱动转矩等>
在这里,通过图6所示的速度曲线图,对通过转矩差放大装置30而传递的驱动转矩进行说明。由于转矩差放大装置30按照将两个相同的单小齿轮行星齿轮机构30L、30R组合的方式构成,故可像该图6所示的那样,通过两个速度曲线图而进行表示。在这里,像容易理解的那样,将两个速度曲线图上下错开,在图6的纸面上侧给出左侧的行星齿轮机构30L的速度曲线图,在图6的纸面下侧,给出右侧的行星齿轮机构30R的速度曲线图。
由于本来,像图5所示的那样,从各电动机2L、2R输出的转矩TM1和TM2经由分别与输入齿轮轴12L、12R的输入齿轮12a、12a啮合的输入侧外齿轮13a、13a,分别输入到环齿轮RL、RR中,故转矩TM1和TM2的值对应于减速比而变化。另外,由于从转矩差放大装置30而输出的驱动转矩TL、TR分别经由与输出齿轮14a、14a啮合的输出侧小直径齿轮13b、13b传递给左右的驱动轮61L、61R,故驱动转矩TL,TR的值对应于减速比而变化。
在该车辆驱动装置中,对应于这些减速比变更转矩,但是,在后面,为了容易理解,像图6所示的那样,在速度曲线图和各计算式的说明中,减速比为1,输入到各环齿轮RL、RR中的转矩为TM1、TM2原样,驱动转矩为TL、TR原样。
由于两个单小齿轮行星齿轮机构30L、30R采用相同的齿数的齿轮元件,故在速度曲线图中,环齿轮RL和行星支架CL的距离与环齿轮RR和行星支架CR的距离相等,该距离为“a”。另外,伞齿轮SL和行星支架CL的距离与伞齿轮SR和行星支架CR的距离也相等,该距离为“b”。
从各自的行星支架CL、CR到环齿轮RL、RR的长度与从各自的行星支架CL、CR到伞齿轮SL、SR的长度的比等于环齿轮RL、RR的齿数Zr的倒数(1/Zr)和伞齿轮SL、SR的的齿数Zs的倒数(1/Zs)的比。于是,a=(1/Zr),b=(1/Zs)。
根据以RR的点为基准的力矩M的平衡,下述式(9)成立。另外,在图6中,图中的箭头方向M为力矩的正方向。
a·TR+(a+b)·TL-(b+2a)·TM1=0…(9)
根据以RL的点为基准的力矩M的平衡,下述式(10)成立。
-a·TL-(a+b)·TR+(b+2a)·TM2=0…(10)
通过式(9)+(10),获得下述(11)。
-b·(TR-TL)+(2a+b)·(TM2-TM1)=0
(TR-TL)=((2a+b)/b)·(TM2-TM1)
…(11)
式(11)中的(2a+b)/b为转矩差放大率α。如果代入a=1/Zr,b=1/Zs,则α=(Zr+2Zs)/Zr,获得下述的转矩差放大率α。
α=(Zr+2Zs)/Zr
在本例子中,来自电动机2L、2R(图5)的转矩分别输入到环齿轮RL、RR中,传递给驱动轮61L、61R(图5)的转矩分别从伞齿轮和行星支架SR+CL,SL+CL而输出。
像图5和图6所示的那样,在第1结合部件31和第2结合部件32的旋转速度的差小的场合,如果在两个电动机2L、2R中产生不同的转矩TM1、TM2,赋予输入转矩差ΔTIN(=TM1-TM2),则可在转矩差放大装置30中,将输入转矩差ΔTIN放大,获得大于输入转矩差ΔTIN的驱动转矩差α·ΔTIN。
即,即使在输入转矩差ΔTIN小的情况下,仍可在转矩差放大装置30中,以上述转矩差放大率α(=(Zr+2Zs)/Zr)对驱动转矩差ΔTIN进行放大。于是,可对传递给左驱动轮61L和右驱动轮61R的驱动转矩TL、TR提供大于输入转矩差ΔTIN的驱动转矩差ΔTOUT(=α·(TM2-TM1))。
像图1所示的那样,左右的电动机2L、2R的旋转角速度也根据左右的驱动轮61L、61R的旋转角速度和动力传递装置3所具有的齿轮的齿数而确定。另外,动力传递装置3所具有的齿轮的齿数像图2所示的那样,为输入齿轮轴12L、12R、中间齿轮轴13L、13R、输出齿轮轴14L、14R以及转矩差放大装置30所具有的齿轮的齿数。在下面,将“动力传递装置3所具有的齿轮的齿数”简称为“齿轮的齿数”。
在这里,如果图1的左右的电动机2L、2R的旋转速度分别为ωM1、ωM2,左右的驱动轮61L、61R的旋转角速度分别为ωWL、ωWR,则下述的关系式成立。
ωM1=A1×ωWL-A2×ωWR…(12)
ωM2=-B1×ωWL+B2×ωWR…(13)
其中,A1、A2、B1和B2为根据齿轮的齿数而确定的常数,全部为正值。如果左右的驱动轮61L、61R中的一个旋转,则两个电动机2L、2R的两者旋转。换言之,为了使一个驱动轮61L(61R)旋转,使两个电动机2L、2R的两者旋转。
图7为该驱动源控制装置67的控制系统的方框图。
像图1和图7所示的那样,在驱动源控制装置67中,进行根据从逆变装置64而接收的左右的电动机2L、2R各自的电动机旋转速度,检测电动机2L、2R各自的过度旋转,对其抑制的处理。逆变装置64按照电动机2L、2R所输出的转矩等于电动机转矩指令值的方式,对应于电动机旋转速度,控制从电池63供给的电流,驱动电动机2L、2R。电动机旋转速度分别通过比如安装于电动机2L、2R上的旋转角传感器等的旋转检测机构而进行检测。
驱动源控制装置67从高级ECU66的指令机构66a接收左右的驱动轮61L、61R的制驱动转矩指令值TL、TR,从逆变装置64接收电动机2L、2R的旋转速度ωM1、ωM2。驱动源控制装置67包括过度旋转判断机构68、补偿机构69与转矩变换机构70。过度旋转判断机构68判断左侧的电动机2L和右侧的电动机2R是否分别为过度旋转。具体来说,过度旋转判断机构68将从逆变装置64而接收的各电动机旋转速度ωM1、ωM2与预定的阈值进行比较,在左侧的电动机2L的电动机旋转速度ωM1超过阈值的场合,判定左侧的电动机2L为过度旋转,在右侧的电动机2R的电动机旋转速度ωM2超过阈值的场合,判定右侧的电动机2R为过度旋转,针对至少一个电动机是否为过度旋转这一点,给出判断结果。
补偿机构69包括补偿后转矩设定机构71与转矩指令值切换机构72。在补偿后转矩设定机构71中,从高级ECU66的指令机构66a而输入左右的制驱动转矩指令值,从逆变装置64输入电动机旋转速度ωM1、ωM2与过度旋转判断机构68的判断结果。补偿后转矩设定机构71按照下述的方式设定左右的补偿后制驱动转矩指令值,该方式为:左右的驱动轮61L、61R中的旋转速度大的驱动轮61L(61R)的转矩小于补偿之前的场合,或构成制动转矩,并且旋转速度小的驱动轮61R(61L)的转矩小于等于补偿之前的场合。
左右的驱动轮61L、61R的旋转速度也可根据比如电动机旋转速度而进行计算。也可代替该方式,而通过分别安装于驱动轮61L、61R上的图式之外的旋转传感器而进行检测。通过像前述那样,将左右的制驱动转矩指令值设定在左右的补偿后制驱动转矩指令值,可实质上补偿两个电动机2L、2R的制驱动转矩。
在转矩指令值切换机构72中,按照过度旋转判断机构68的判断结果,通常将从高级ECU66接收的制驱动转矩指令值原样地输出到转矩变换机构70,在左侧的电动机2L和右侧的电动机2R中的至少一者产生过度旋转的场合,输出补偿后制驱动转矩指令值。转矩变换机构70将从高级ECU66接收的制驱动转矩指令值或补偿后驱动转矩指令值变换为电动机转矩指令值,输出给逆变装置64。
图8表示补偿前的转矩指令值和已补偿的转矩指令值的一个例子。在后面,一边还适当参照图1和图7,一边进行说明。在本例子中,转矩差放大率α=2,减速比β=10。在补偿前,像图8的图形(a)所示的那样,电动机转矩指令值为10N·m,左右的驱动轮61L、61R的制驱动转矩指令值均为100N·m。在这里,于左侧的驱动轮61L中产生过度旋转。由此,电动机2L过度旋转,过度旋转判断机构68判定左侧的电动机2过度旋转,输出其判断结果。
像图8的图形(b)所示的那样,补偿后转矩设定机构71按照左侧的驱动轮61L的制驱动转矩指令值为零的方式,并且按照右侧的驱动轮61R的制驱动转矩指令值维持在100N·m的方式,设定补偿后制驱动转矩指令值。通过像这样而设定,左侧的驱动轮61L承受路面和驱动部的机械的阻力而减速,其结果是,抑制电动机2L的过度旋转。上述所设定的电动机2L和电动机2R的电动机转矩指令值,即补偿后制驱动转矩指令值分别为2.5N·m、7.5N·m,对电动机2L、2R的电动机转矩指令值进行补偿。
图9表示补偿前的转矩指令值和补偿后的转矩指令值的另一例子。在本例子中,转矩差放大率α=2,减速比β=10。在补偿前,像图9的图形(a)所示的那样,电动机转矩指令值为10N·m,左右的驱动轮61L、61R的制驱动转矩指令值均为100N·m。在这里,于左侧的驱动轮61L中产生过度旋转。由此,过度旋转判断机构68判定左侧的电动机2L为过度旋转,输出其判断结果。
像图9的图形(b)所示的那样,补偿后转矩设定机构71按照左侧的驱动轮61L的制驱动转矩指令值为100N·m的方式(即,按照在左侧的驱动轮61L中产生制驱动转矩的方式),并且按照右侧的驱动轮61R的制驱动转矩指令值维持在100N·m的方式,设定补偿后制驱动转矩指令值。通过像这样而设定,在左侧的驱动轮61L中,不但产生路面和驱动部的机械的阻力,而且响应于电动机2L,产生制动转矩。由此,与图8的例子相比较,可有效地抑制电动机2L的过度旋转。另外,驱动源控制装置67还可通过控制设置在驱动轮61L上的摩擦制动器(在图中没有示出),降低电动机2L的电动机旋转速度。在图9的图形(b)的例子中,补偿后的电动机2L、2R的电动机指令值分别为-5N·m,5N·m,对电动机2L、2R的电动机转矩指令值进行补偿。
也可通过按照比如,在构成基准的车轮旋转速度以下的方式进行反馈控制,确定旋转速度大的驱动轮的转矩。如果车轮的旋转速度为ω、构成基准的车轮旋转速度为ωtarget、车轮的旋转速度ω和构成基准的车轮的旋转速度ωtarget的差为Δω、来自高级ECU66(图7)的制驱动转矩指令值为T,补偿后制驱动转矩指令值为T’,则可通过式(14)和式(15),对制驱动转矩指令值进行补偿。
Δω=ω-ωtarget…(14)
T'=T-{KP·Δω+K1·∫(Δω)dt+KD·d/dt(Δω)}…(15)
在这里,KP、KI、KD为控制增益。构成基准的车轮旋转速度ωtarget也可根据车辆的从动轮或旋转速度小的驱动轮的车轮旋转速度而确定。还可代替该方式,根据检测过度旋转的驱动轮的过度旋转时的该驱动轮的旋转速度而确定。
按照以上描述的驱动源控制装置67,补偿后转矩设定机构71按照下述的方式,对左右的补偿后制驱动转矩指令值进行设定,该方式为:使左右的驱动轮61L、61R中的旋转速度大的驱动轮61L(61R)的转矩小于补偿之前的场合,或形成制驱动转矩,并且使旋转速度小的驱动轮61R(61L)的转矩小于等于补偿之前的场合。转矩指令值切换机构72按照过度旋转判断机构68的判断结果,通常,将从高级ECU66接收的制驱动转矩指令值输出给转矩变换机构70,在左侧的电动机2L或右侧的电动机2R产生过度旋转的场合,输出补偿后制驱动转矩指令值。转矩变换机构70将从高级ECU66接收的制驱动转矩指令值或补偿后制驱动转矩指令值变换为电动机转矩指令值,输出给逆变装置64。
通过像这样,对两个电动机2L,2R的各自的输出的指令值进行补偿,旋转速度大的驱动轮61L(61R)承受路面和驱动部的机械的阻力而减速,其结果是,抑制电动机2L(2R)的过度旋转。伴随该情况,可在对应的驱动轮61L(61R)中,抑制转矩增加的不需要的横摆力矩的发生,使车辆姿势稳定。
补偿机构69在按照左右的驱动轮61L、61R中的旋转速度大的驱动轮61L(61R)的转矩为制驱动转矩,并且旋转速度小的驱动轮61R(61L)的转矩小于等于补偿之前的场合的方式,对两个电动机2L、2R的各自的输出的指令值进行补偿的场合,由于在旋转速度大的驱动轮61L(61R)中,不仅承受路面和驱动部的机械的阻力,而且响应于电动机2L(2R)产生制动转矩,故可更加有效地抑制电动机2L(2R)的过度旋转。
对第1实施方式的变形例子进行说明。
在以下的说明中,在仅仅对结构的一部分进行说明的场合,对于结构的其它的部分,只要没有特别的记载,与在先说明的方式相同。同一结构,实现同一作用效果。不仅可进行通过实施的各方式而具体描述的部分的组合,而且如果没有特别地对组合产生妨碍,还可部分地将实施的方式之间组合。
在图8和图9中,将补偿后的右侧的驱动轮61R的制驱动转矩指令值维持在补偿前的制驱动转矩指令值,但是,并不限定于此。比如,补偿后转矩设定机构71也可在于左侧的驱动轮61L中检测到过度旋转的场合,对应于左侧的驱动轮61L的制驱动转矩指令值的减少量,降低右侧的驱动轮61R的制驱动轮转矩指令值。
另外,也可这样形成,比如,对于驱动源控制装置67,如果已测定的车辆的横摆角速度与根据已确定的车辆模型而计算的规范横摆角速度(左侧的驱动轮的转矩没有降低而计算的横摆角速度)的差大,则判定车辆的姿势变化大,为了抑制车辆的姿势变化,对应于已测定的横摆角速度和所计算的规范横摆角速度的偏差的尺寸,降低右侧的驱动轮61R的转矩。
此外,作为另一例子,驱动源控制装置67也可根据已测定的车辆的车速和横向加速度与横摆角速度,计算横向滑动角或横向滑动角速度。对于驱动源控制装置67,如果根据已确定的车辆模型而计算的规范横向滑动角或规范横向滑动角速度(左侧的驱动轮的转矩不降低而计算的横向滑动角或横向滑动角速度)的差大,则判定车辆的姿势变化大。另外,为了抑制车辆的姿势变化,驱动源控制装置67对应于根据已测定的车速等而计算的横向滑动角,与所计算的规范横向滑动角的偏差的值或根据已测定的车速等而计算的横向滑动角速度,与所计算的规范横向滑动角速度的偏差的值,降低右侧的驱动轮61R的转矩。
另外,在上述实施方式中,给出驱动源控制装置67的过度旋转判断机构68根据从逆变装置64而输入的电动机旋转速度,判断电动机2L、2R是否过度旋转的例子,但是,本发明的驱动源控制装置67不限于此。即,也可这样形成,驱动源控制装置67接收来自检测左右的驱动轮61L、61R的旋转速度的ABS传感器或脉冲环的输出值,过度旋转判断机构68根据该输出值,判断电动机2L、2R是否过度旋转。具体来说,由于对于电动机2L、2R的转数与左右的驱动轮61L、61R来讲,上述式(12)、(13)的关系成立,故过度旋转判断机构68也可采用该式,计算电动机2L、2R的转数,对其与预定的阈值进行比较,判断电动机2L、2R是否过度旋转。
此外,过度旋转判断机构68也可为不采用上述式(12)、(13),在左右的驱动轮61L、61R的旋转速度满足规定的条件的场合,判断电动机2L、2R是否过度旋转。上述规定的条件通过比如试验和模拟中的任意一者或两者而确定。
可像上述那样,通过对左侧的电动机2L和右侧的电动机2R的转矩进行补偿,减少产生过度旋转的电动机,比如左侧的电动机2L的旋转速度,可还通过防止右侧的驱动轮的转矩的增加抑制电动机转矩补偿后的不需要横摆力矩的发生,使车辆姿势稳定。
在图2和图3所示的实施方式中,将左侧的行星齿轮机构30L的行星支架CL、右侧的行星齿轮机构30R的伞齿轮SR结合,形成第1结合部件31,将左侧的行星齿轮机构30L的伞齿轮SL、与右侧的行星齿轮机构30R的行星支架CR结合,形成第2结合部件32,但是不限于此例子。
比如,形成下述的结构,其中,将左侧的行星齿轮机构30L的伞齿轮SL与右侧的行星齿轮机构30R的环齿轮RR结合,形成第1结合部件31,将左侧的行星齿轮机构30L的环齿轮RL与右侧的行星齿轮机构30R的环齿轮SR结合,形成第2结合部件32。
还有,还可形成将左侧的行星齿轮机构30L的行星支架CL与右侧的行星齿轮机构30R的环齿轮RR结合,形成第2结合部件32的结构。
车辆驱动装置1的驱动源不限于电动机,也可采用汽油发动机等的内燃机。
第1、第2结合部件31、32之间的轴承45、46也可为针状滚珠轴承以外的类型,还可为比如深槽滚珠轴承、角接触滚珠轴承等的滚动轴承。
如上面所述,在参照附图的同时,对优选的实施方式进行了说明,但在不脱离本发明的实质的范围内,可进行各种的追加、变更、删除。于是,这样的方式也包含在本发明的范围内。
标号的说明:
标号2L、2R表示电动机(驱动源);
标号3表示动力传递装置;
标号61L、61R表示驱动轮;
标号66a表示指令机构;
标号67表示驱动源控制装置;
标号68表示过度旋转判断机构;
标号69表示补偿机构。
Claims (4)
1.一种驱动源控制装置,该驱动源控制装置控制车辆的两个驱动源,
上述车辆包括:
上述两个驱动源;
左右的驱动轮;
动力传递装置,该动力传递装置设置于上述两个驱动源和上述左右的驱动轮之间,将来自上述两个驱动源的动力分配给上述左右的驱动轮,并且对上述两个驱动源的转矩差进行放大,驱动上述左右的驱动轮,其特征在于,
上述驱动源控制装置包括:
过度旋转判断机构,该过度旋转判断机构判断上述两个驱动源各自的旋转速度是否为过度旋转;
补偿机构,该补偿机构按照在通过该过度旋转判断机构而判定上述两个驱动源中的至少一个的驱动源的旋转速度为过度旋转时,对由指令机构而提供的上述两个驱动源的各自的输出的指令值进行补偿,其中,按照上述左右的驱动轮中的旋转速度大的驱动轮的转矩小于补偿之前、并且旋转速度小的驱动轮的转矩小于等于补偿之前的方式,对上述两个驱动源的各自的输出的指令值进行补偿。
2.根据权利要求1所述的驱动源控制装置,其中,上述补偿机构按照上述左右的驱动轮中的旋转速度大的驱动轮的转矩为制动转矩,并且旋转速度小的驱动轮的转矩小于等于补偿之前的方式,对上述两个驱动源的各自的输出的指令值进行补偿。
3.根据权利要求1或2所述的驱动源控制装置,其中,上述动力传递装置包括转矩差放大装置,该转矩差放大装置包括两个行星齿轮机构,对上述两个驱动源所产生的转矩的差进行放大。
4.一种车辆,该车辆包括根据权利要求1~3中任一项所述的驱动源控制装置。
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