CN114312488B - 一种电驱动系统加热控制方法、系统及车辆 - Google Patents

一种电驱动系统加热控制方法、系统及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电驱动系统加热控制方法、系统及车辆,通过引入一个由需求发热功率Pn和所述当前发热功率Pc获得的调节电压,与输出电压、母线电压共同进行电压控制,以改变直轴电流,从而改变输出电流,以产生系统损耗,实现对电驱动系统加热的目的;通过上述控制,使得电机的运行点紧贴等力矩曲线滑动。

Description

一种电驱动系统加热控制方法、系统及车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域,尤其涉及一种电驱动系统加热控制方法、系统及车辆。
背景技术
当前新能源汽车的动力能源主要来自锂电池或者三元电池,电池包的充放电性能直接对整车的动力性能和续航里程产生很大影响。然而有试验证明,-20℃的充放电容量约为常温25℃时的最大充放电容量的75%,可见,低温下电池包的充放电性能比较差。因此,在低温环境下,需要对电池包进行加热,从而提高电池的充放电性能。
发明内容
为了克服上述技术缺陷,本发明的目的在于提供一种通过调节直轴和交轴电流来改变电驱动系统的实际发热功率,从而实现对电驱动系统的加热控制。
本发明公开了一种电驱动系统加热控制方法,包括如下步骤:获取电驱动系统的需求发热功率Pn,并获取当前扭矩指令的最大发热功率Pd;依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc;根据所述需求发热功率Pn和所述当前发热功率Pc获取调节电压X;根据输出电压和母线电压获取第一电压U1;根据调节电压X和第一电压U1获取第二电压U2,U2=U1+X;当所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;当所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率。
优选的,所述当所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;当所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率包括:获取MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb;基于所述电驱动系统发送的扭矩指令获取直轴控制电流Idc;若所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc小于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;若所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc大于等于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则减小直轴控制电流Idc的幅值,且调节所述调节电压X;若所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc小于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率;若所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc大于等于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则减小直轴控制电流Idc的幅值,且调节所述调节电压X。
优选的,所述增加直轴控制电流Idc的幅值包括:增加后的所述直轴控制电流Idc的幅值不超过电流极限圆的范围。
优选的,所述当所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;当所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率后包括:基于修改后的第二电压U2获取新的直轴电流Id,基于扭矩公式计算获取所述新的直轴电流所对应的新的交轴电流Iq,通过所述新的直轴电流Id和所述新的交轴电流Iq获取所述输出电流Is
优选的,所述基于修改后的第二电压U2获取新的直轴电流Id包括:依据扭矩指令、MTPV表格和MTPA表格和修改后的第二电压U2获取新的直轴电流Id
优选的,所述依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc之前还包括:若所述需求发热功率Pn小于等于所述最大发热功率Pd,则依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc,并上报给其他电子单元;若所述需求发热功率Pn大于所述最大发热功率Pd,则上报电机控制系统所述发热控制有误的第一信号,并根据输出电压和母线电压获取第一电压U1,基于所述第一电压U1获取直轴电流Id基于扭矩公式计算获取所述新的直轴电流所对应的新的交轴电流Iq,通过所述新的直轴电流Id和所述新的交轴电流Iq获取所述输出电流Is
优选的,所述扭矩公式为:其中,Np为电机极对数,psi为电机的磁链,Ld为电机的d轴电感,Lq为电机的q轴电感,Id为d轴电流,Iq为q轴电流。
优选的,所述根据所述需求发热功率Pn和所述当前发热功率Pc获取调节电压X包括:获取所述需求发热功率Pn和所述当前发热功率Pc的差值ΔP,将所述ΔP输入调节器进行调节,输出调节电压X;所述调节包括线性调节、非线性调节和累加调节。
本发明还公开了一种电驱动系统加热系统,包括电机和电机控制器;从电机控制器获取电驱动系统的需求发热功率Pn,并获取当前扭矩指令的最大发热功率Pd;依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc;根据所述需求发热功率Pn和所述当前发热功率Pc获取调节电压X;根据输出电压和母线电压获取第一电压U1;根据调节电压X和第一电压U1获取第二电压U2,U2=U1+X;当所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;当所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率。
本发明还公开了一种车辆,依据上述的电驱动系统加热方法来实现对所述电驱动系统的加热控制。
采用了上述技术方案后,与现有技术相比,具有以下有益效果:
1.通过引入一个由需求发热功率Pn和所述当前发热功率Pc获得的调节电压,与输出电压、母线电压共同进行电压控制,以改变直轴电流,从而改变输出电流,以产生系统损耗,实现对电驱动系统加热的目的;通过上述控制,使得电机的运行点紧贴等力矩曲线滑动。
附图说明
图1为本发明提供的电驱动系统的永磁同步电机的MTPA曲线、MTPV曲线电压极限椭圆及电流、电压极限圆示例图;
图2为本发明提供的电驱动系统加热控制方法的流程示意图;
图3为本发明提供的电驱动系统加热控制方法的控制框图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本公开范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,除非另有规定和限定,需要说明的是,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中,使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明,其本身并没有特定的意义。因此,“模块”与“部件”可以混合地使用。
参见附图1,其中,横轴为直轴电流值,纵轴为交轴电流值;实线表示的正圆为电流极限圆,虚线表示的椭圆为电压极限椭圆。还示出了等力矩曲线,即同一等力矩曲线上任一点的交轴电流、直轴电流组合均可以输出相同的电机轴端扭矩,不同的等力矩曲线代表不同的电机轴端扭矩,具体本发明示出了等力矩曲线1和等力矩曲线2。还示出了MTPA曲线和MTPV曲线。内置式永磁同步电机在矢量控制运行时要受到电压和电流双重约束条件的限制,其电压受电压极限椭圆的约束,不能超过逆变器所能输出的最大电压;电流受电流极限圆的约束,不能超过逆变器所能输出的最大电流。
参见附图3,在电驱动系统的当前发热功率不能满足整车所需加热功率时,则需要调整电机的运行电流,电驱动系统根据整车所需加热功率和当前发热功率来确定调节电机运行电流的电流调节幅值。具体地,即计算整车所需发热功率与当前发热功率的功率的差值,根据该功率差值输入调节器来获得电流调节幅值。功率差值越大则电流调节幅值越大,反之,则电流调节幅值越小。通常,在通过控制直轴电流和交轴电流来实现电驱动系统加热的过程中,都需要沿着等力矩曲线来进行。
具体的,参加附图2,包括如下步骤:
S100、获取电驱动系统的需求发热功率Pn,并获取当前扭矩指令的最大发热功率Pd
S200、依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc;根据需求发热功率Pn和当前发热功率Pc获取调节电压X;根据输出电压和母线电压获取第一电压U1;根据调节电压X和第一电压U1获取第二电压U2,U2=U1+X;。
S300、当需求发热功率Pn大于当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;当需求发热功率Pn小于等于当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率。
在步骤S100中,可以从车辆的VCU来获取电机的最大发热功率Pd,该最大发热功率Pd可以理解为电机的属性,对于同一台电机来讲,是固定值,而不同的电机的最大发热功率Pd则可能不同。
而需求发热功率则可以是电机控制器直接发送的,也可以是人为输入的,此处不做限制。
在步骤S200中,获取电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流,然后依据其之间的差值即可计算获得当前发热功率Pc。具体的,当前输出扭矩*电机转速与输入直流电压*输入直流电流之间的差值。
在步骤S300中,将输出电压和母线电压的差值输入调节器,以获得一个调节电压,该调节电压再次被称作第一电压U1;输出电压则是根据直轴电流Id和新的交轴电流Iq计算获得。本发明的调节值X(在本发明中被称为调节电压)则是根据需求发热功率Pn和当前发热功率Pc来获得,即,当需要调节整车发热功率时,通过需求发热功率Pn和当前发热功率Pc来获得来使得所调节的电压能更加灵活。
参见附图3,在得到调节后的第二电压U2后,根据调节后的第二电压U2获取新的直轴电流Id,并且基于扭矩公式计算获取新的直轴电流所对应的新的交轴电流Iq,将新的直轴电流Id和新的交轴电流Iq分别输入各自的控制环里获取输出电流Is,将该输出电流直接送至电机控制器以控制电机运行。
在上述控制过程中,由于电机的固有的MTPV曲线的MTPA曲线的限制,当电流增加到一定程度,便无法再继续增加,故此时,本发明手动增加直轴电流Id,使得跳出MTPV曲线的限制,使得电驱动系统可以继续发热。
具体的,首先获取MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,并且基于电驱动系统发送的扭矩指令获取直轴控制电流Idc
接着,对于需求发热功率Pn大于当前发热功率Pc的情况,若直轴控制电流Idc小于等于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,即没有超出MTPV曲线的限制,则正常的修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;
若直轴控制电流Idc大于等于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,即说明超出了MTPV曲线的限制,则人为的减小直轴控制电流Idc的幅值,且调节调节电压X,在此基础上获得新的第二电压U2,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率。
对于需求发热功率Pn小于等于当前发热功率Pc的情况,若直轴控制电流Idc小于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,即没有超出MTPV曲线的限制,则正常的修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率;
若直轴控制电流Idc大于等于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,即说明超出了MTPV曲线的限制,则人为的减小直轴控制电流Idc的幅值,且调节调节电压X,在此基础上获得新的第一电压U1,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率。
需要说明的是,为了保证电机运行的稳定性,增加后的直轴控制电流Idc的幅值始终不能超过电流极限圆的范围。
每台电机基于其属性都将存在一个MTPV表格和MTPA表格,对于前述的基于修改后的第二电压U2获取新的直轴电流Id,则通常可以依据扭矩指令、MTPV表格和MTPA表格和修改后的第二电压U2获取新的直轴电流Id
较佳的,在实际控制过程中,有可能存在电驱动系统本身无法达到所需的发热功率,此种情况下继续上述的工作也是徒劳。故本发明在依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc之前还将电机的最大发热功率Pd与需求发热功率Pn进行比较,若需求发热功率Pn小于等于最大发热功率Pd,则继续依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc
若需求发热功率Pn大于最大发热功率Pd,则上报电机控制系统发热控制有误的第一信号,表示无法正常进行后续的加热控制。同时,根据输出电压和母线电压获取第一电压U1,基于第一电压U1获取直轴电流Id基于扭矩公式计算获取新的直轴电流所对应的新的交轴电流Iq,通过新的直轴电流Id和新的交轴电流Iq获取输出电流Is
较佳的,扭矩公式采用其中,Np为电机极对数,psi为电机的磁链,Ld为电机的d轴(直轴)电感,Lq为电机的q轴(交轴)电感,Id为d轴电流,Iq为q轴电流。
较佳的,根据需求发热功率Pn和当前发热功率Pc获取调节电压X,具体为获取需求发热功率Pn和当前发热功率Pc的差值ΔP,将ΔP输入调节器进行调节,输出调节电压X。而对ΔP进行调节的方法有很多,包括线性调节、非线性调节和累加调节。线性调节可以理解为比例调节;累加调节则是给与一个累加值,单次累加该累加值进行调节。
本发明还公开了一种电驱动系统加热系统,包括电机和电机控制器。
从电机控制器获取电驱动系统的需求发热功率Pn,并获取当前扭矩指令的最大发热功率Pd。依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc
根据需求发热功率Pn和当前发热功率Pc获取调节电压X;根据输出电压和母线电压获取第一电压U1;根据调节电压X和第一电压U1获取第二电压U2,U2=U1+X。
当需求发热功率Pn大于当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;当需求发热功率Pn小于等于当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率。
进一步的控制依据上述的电驱动系统加热方法来实现,此处不再赘述。
本发明还公开了一种车辆,依据上述的电驱动系统加热方法来实现对电驱动系统的加热控制。
应当注意的是,本发明的实施例有较佳的实施性,且并非对本发明作任何形式的限制,任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例,但凡未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种电驱动系统加热控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
获取电驱动系统的需求发热功率Pn,并获取当前扭矩指令的最大发热功率Pd
依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc
根据所述需求发热功率Pn和所述当前发热功率Pc获取调节电压X;根据输出电压和母线电压获取第一电压U1;根据调节电压X和第一电压U1获取第二电压U2,U2=U1+X;
当所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;当所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率,包括:
获取MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb;基于所述电驱动系统发送的扭矩指令获取直轴控制电流Idc
若所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc小于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;
若所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc大于等于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则减小直轴控制电流Idc的幅值,且调节所述调节电压X;
若所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc小于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率;
若所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc大于等于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则减小直轴控制电流Idc的幅值,且调节所述调节电压X。
2.根据权利要求1所述的电驱动系统加热控制方法,其特征在于,所述增加直轴控制电流Idc的幅值包括:
增加后的所述直轴控制电流Idc的幅值不超过电流极限圆的范围。
3.根据权利要求1所述的电驱动系统加热控制方法,其特征在于,所述当所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;当所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率后包括:
基于修改后的第二电压U2获取新的直轴电流Id,基于扭矩公式计算获取所述新的直轴电流所对应的新的交轴电流Iq,通过所述新的直轴电流Id和所述新的交轴电流Iq获取所述输出电流Is
4.根据权利要求3所述的电驱动系统加热控制方法,其特征在于,所述基于修改后的第二电压U2获取新的直轴电流Id包括:
依据扭矩指令、MTPV表格和MTPA表格和修改后的第二电压U2获取新的直轴电流Id
5.根据权利要求3所述的电驱动系统加热控制方法,其特征在于,所述依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc之前还包括:
若所述需求发热功率Pn小于等于所述最大发热功率Pd,则依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc,并上报给其他电子单元;
若所述需求发热功率Pn大于所述最大发热功率Pd,则上报电机控制系统发热控制有误的第一信号,并根据输出电压和母线电压获取第一电压U1,基于所述第一电压U1获取直轴电流Id基于扭矩公式计算获取所述新的直轴电流所对应的新的交轴电流Iq,通过所述新的直轴电流Id和所述新的交轴电流Iq获取所述输出电流Is
6.根据权利要求3所述的电驱动系统加热控制方法,其特征在于,所述扭矩公式为:其中,Np为电机极对数,psi为电机的磁链,Ld为电机的d轴电感,Lq为电机的q轴电感,Id为d轴电流,Iq为q轴电流。
7.根据权利要求1所述的电驱动系统加热控制方法,其特征在于,所述根据所述需求发热功率Pn和所述当前发热功率Pc获取调节电压X包括:
获取所述需求发热功率Pn和所述当前发热功率Pc的差值ΔP,将所述ΔP输入调节器进行调节,输出调节电压X;
所述调节包括线性调节、非线性调节和累加调节。
8.一种电驱动系统加热控制系统,其特征在于,包括电机和电机控制器;
从电机控制器获取电驱动系统的需求发热功率Pn,并获取当前扭矩指令的最大发热功率Pd
依据电机的当前输出扭矩、电机转速、输入直流电压和输入直流电流计算获取电驱动系统的当前发热功率Pc
根据所述需求发热功率Pn和所述当前发热功率Pc获取调节电压X;根据输出电压和母线电压获取第一电压U1;根据调节电压X和第一电压U1获取第二电压U2,U2=U1+X;
当所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;当所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率,包括:
获取MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb;基于所述电驱动系统发送的扭矩指令获取直轴控制电流Idc
若所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc小于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流Is幅值增加以增加系统发热功率;
若所述需求发热功率Pn大于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc大于等于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则减小直轴控制电流Idc的幅值,且调节所述调节电压X;
若所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc小于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则修改第二电压U2的幅值,使得输出电流幅值减少以减少系统发热功率;
若所述需求发热功率Pn小于等于所述当前发热功率Pc,且直轴控制电流Idc大于等于MTPV曲线标定的当前扭矩下的直轴电流Idb,则减小直轴控制电流Idc的幅值,且调节所述调节电压X。
9.一种车辆,其特征在于,依据上述权利要求1-7任一所述的电驱动系统加热控制方法来实现对所述电驱动系统的加热控制。
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