CN114810372A - 一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，包括MC模块控制单元、交变信号控制模块和ECM模块控制单元；MC模块控制单元、交变信号控制模块和ECM模块控制单元组成通信网络，交变信号逻辑控制计算单元计算并发送交变油门信号至所述通信网络，在发动机功能设定转速解除后使发动机的油门达到归零状态，随后发动机按照MC模块控制单元的油门信号转速自动运行。本发明在发动机功能设定转速解除后通过周期性发送交变油门信号，使发动机的油门达到归零操作，避免发动机因功能设定转速与主控制器初档位设定转速不一致需要再次熄火才能满足油门归零操作的情况，有效降低发动机频繁启动，延长启动马达和电瓶的使用寿命。

Description

一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，属于发动机转速控制技术领域。

背景技术

目前，液压挖掘机发动机的转速控制方式为恒转速控制，调节方式是全程调速调节，其转速根据设定的档位不同进行划分，档位普遍划分为10挡，每个档位的设定转速均不同，常见的初档位(1挡)时，发动机的转速为800～1000rpm范围内，发动机初始程序中设定了最低怠速转速，常见为600rpm，矿用挖掘机发动机排量大，缸数多，如12V/16V/20V等，在特殊条件下(高海拔/极低温度)发动机机油及冷却液温度很低，机油粘度高，不利于在发动机内部旋转摩擦面形成油膜，因此发动机设计了功能设定转速控制，在功能打开状态下，发动机启动后的转速维持在发动机内部ECM程序初设定值，不响应外部转速输入信号，由于发动机的功能设定转速往往低于整车控制器设定的初档位(1挡)转速，因此整机控制器发送的目标转速值大于“0₁₀”，即发动机出现“非零”油门启动情况，而“非零”油门启动在发动机启动过程中是禁止行为，所以在功能设定转速指令解除后，需要关闭发动机，再次启动，这样才能顺利启动并运转发动机，此种方式将会导致以下两个主要问题：

第一、发动机频繁启动，降低了启动马达和电瓶的使用寿命；

第二、操作员(司机)无法掌握判断功能设定转速指令的解除时间，只能去尝试关闭再启动发动机，此种方式不可取。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，包括MC模块控制单元、交变信号控制模块和ECM模块控制单元；

所述MC模块控制单元、交变信号控制模块和ECM模块控制单元组成通信网络，所述交变信号控制模块中的交变信号逻辑控制计算单元计算并发送交变油门信号至所述通信网络，在发动机功能设定转速解除后使发动机的油门达到归零状态，随后发动机按照MC模块控制单元的油门信号转速自动运行。

作为改进，所述交变油门信号作用于发动机启动转速控制阶段，当发动机正常工作中，此交变油门信号不起作用。

作为改进，所述交变油门信号呈周期性发送，且发送开始的时刻为发动机功能设定转速解除的时刻，结束时刻为ECM模块控制单元检测到油门归零。

作为改进，所述交变信号逻辑控制计算单元发送的周期性交变油门信号满足J1939发动机通信协议规定。

作为改进，所述交变信号控制模块自带自动检测功能，当周期内交变油门信号控制程序运行错误或不起作用时，此模块发出报警失效指令。

作为改进，所述交变油门信号的发送周期时间T₀＝2S，发送周期次数为T_Z＝3次，在周期次数范围内，转速差值为零时，MC模块控制单元判断未建立正常有效通信，仪表报故障，并提醒驾驶员停机检查通信故障。

作为改进，所述交变油门信号的发送值为0₁₀和X₁₀值，其中X值为0～254的任意值。

作为改进，在交变油门信号发送周期内，ECM模块控制单元实时监测发动机的转速：

当N_C＝|N_S-N₀|＞0时，交变油门信号指令关闭同时激活线性油门信号指令；

当N_C＝|N_S-N₀|＝0时，交变油门信号指令持续打开同时线性油门信号指令关闭；

其中，功能设定转速为N₀、实时转速为N_S、转速差值为N_C。

作为改进，所述交变信号逻辑控制计算单元用于以下发动机工况：

1)具有功能设定转速控制的发动机，当功能设定转速＝MC模块控制单元设定的初档位设定转速时，发动机先解除功能设定转速，然后同时运行MC模块控制单元设定的初档位设定转速和交变信号油门指令；

2)具有功能设定转速控制的发动机，当功能设定转速≠MC模块控制单元设定的初档位设定转速，发动机先解除功能设定转速，然后运行交变油门信号指令，再运行MC模块控制单元设定的初档位设定转速；

3)不具有功能设定转速控制的发动机，直接运行MC模块控制单元设定的初档位设定转速，运算时，直接跳出交变油门信号发生程序。

作为改进，所述的功能设定转速是用于发动机在特定环境中启动维持最初设定的转速运行，所述特定环境包括低温、高海拔。

作为改进，所述功能设定转速激活并运行一段时间，在实时温度因子加权值大于设定值后，功能设定转速关闭。

作为改进，在功能设定转速关闭，交变油门信号屏蔽输出后，线性油门指令被激活，此时线性油门指令由MC模块控制单元发送到ECM模块控制单元，并根据ECM模块控制单元定义的转速表运行。

作为改进，所述线性油门指令包括发动机转速控制的各类油门信号，如电压信号、开度信号和转速信号。

作为改进，所述交变油门信号作用结束后可同时激活主控制器原有线性油门指令，且兼容多类型线性油门指令，实现自动切换。

作为改进，所述线性油门指令由MC模块控制单元通过J1939通信协议发送到ECM模块控制单元。

与现有技术相比，本发明的基于交变信号的发动机启动转速控制方法，在发动机功能设定转速解除后通过周期性发送交变油门信号，使发动机的油门达到归零操作，避免发动机因功能设定转速与主控制器初档位设定转速不一致，需要再次熄火才能满足油门归零操作的情况，有效降低发动机频繁启动，延长了启动马达和电瓶的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的逻辑控制图；

图3为本发明的交变信号发生时序图；

图4为本发明实施例1中发动机转速及油门信号指令图；

图5为本发明实施例2中发动机转速及油门信号指令图；

图6为本发明实施例3中发动机转速及油门信号指令图；

图中：1、油门旋钮信号，2、MC模块控制单元，3、交变信号控制模块，31、交变信号逻辑控制计算单元，4、ECM模块控制单元，5、功能设定转速信号，6、环境温度信号，7、油液温度信号，8、喷油器控制信号。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1、图2和图3所示，一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，包括油门旋钮信号1、MC模块控制单元2、交变信号控制模块3、ECM模块控制单元4、功能设定转速信号5、环境温度信号6、油液温度信号7和喷油器控制信号8；

所述MC模块控制单元2、交变信号控制模块3和ECM模块控制单元4组成通信网络，MC模块控制单元2与油门旋钮信号1通信，所述ECM模块控制单元4分别与功能设定转速信号5、环境温度信号6、油液温度信号7和喷油器控制信号8通信；所述交变信号控制模块3中的交变信号逻辑控制计算单元31计算并发送交变油门信号至所述通信网络；

在发动机功能设定转速解除后通过周期性发送交变油门信号，使发动机的油门达到归零状态，随后发动机按照MC模块控制单元2的油门信号转速自动运行，避免发动机因功能设定转速与主控制器初档位设定转速不一致，需要再次熄火才能满足油门归零操作的情况，有效降低发动机频繁启动。

如图2所示，所述发动机启动转速控制方法的具体步骤为：

首先，交变信号逻辑控制计算单元31通过设计开发程序运算并发送交变油门信号，此交变油门信号通过J1939通信协议发送到包括MC模块控制单元2与ECM模块控制单元4的通信网络中；

其次，交变油门信号用于解决发动机启动时在发动机功能设定转速解除后，与MC主控制器发送目标转速不一致而导致油门信号不响应的现象，通过设计开发交变信号逻辑控制计算单元31，在一定周期内发送交变数据，使油门实现归零状态，消除非零油门启动操作，实现发动机顺利启动并建立有效通信数据；该交变油门信号作用于发动机启动转速控制阶段，当发动机正常工作中，此交变油门信号不起作用；

再有，交变信号逻辑控制计算单元31开始发送交变油门信号是建立在发动机功能设定转速解除后，且按照规定周期性发送的，在周期内，检测到发动机实时转速偏离功能设定转速后，此验证交变油门信号发送成功，如在设定周期内，不能检测到实时转速偏离功能设定转速，则仪表报错，并提醒驾驶员停机检查J1939通信数据网络；

最后，发动机的ECM模块控制单元4与MC模块控制单元2建立线性油门通信信号，并按照通信数据要求全转速表转速输出。

作为实施例的改进，交变信号逻辑控制计算单元31通过设计开发程序运算并发送交变油门信号，此交变油门信号呈周期性发送，且发送开始的时刻为发动机功能设定转速解除的时刻，进一步的，交变信号逻辑控制计算单元31发送的周期性交变油门信号满足J1939发动机通信协议规定，且交变油门信号周期性发送到由MC模块控制单元2、交变信号控制模块3和ECM模块控制单元4组成的通信网络。

作为实施例的改进，交变信号逻辑控制计算单元31的交变信号程序设计开发基本满足所有工况下(带档位)的发动机转速控制，其程序设计开发包括如下几种位置因素：

第一种、具有功能设定转速控制的发动机，当功能设定转速＝MC模块控制单元2设定的初档位设定转速，先解除功能设定转速，然后同时运行MC模块控制单元2设定的初档位设定转速和交变信号油门指令；

第二种、具有功能设定转速控制的发动机，当功能设定转速≠MC模块控制单元2设定的初档位设定转速，先解除功能设定转速，然后运行交变油门信号指令，再运行MC模块控制单元2设定的初档位设定转速；

第三种、不具有功能设定转速控制的发动机，直接运行MC模块控制单元2设定的初档位设定转速，运算时，直接跳出交变油门信号发生程序。

作为实施例的改进，结合图3所示，所述交变信号控制模块3自带自动检测功能，当周期内交变油门信号控制程序运行错误或不起作用时，此模块发出报警失效指令。对交变油门信号的发送周期和次数有明确的要求，发送周期时间T₀＝2S，发送周期次数为T_Z＝3次，在周期次数范围内，转速差值如无变化(差值为零)，此时，MC模块控制单元2判断未建立正常有效通信，仪表报故障，并提醒驾驶员停机检查通信故障。

作为实施例的进一步改进，交变油门信号为周期性信号，其发送值为0₁₀和X₁₀值，其中X值为0～254的任意值，但是为避免交变油门信号运行时发动机转速波动太大，X值尽量选小一些，根据调试中经验，X≤5₁₀，即可；再有，交变油门信号单周期运算的时间为T₀＝2S；理论上交变油门信号单周期运算的时间大于等于1S(1个交变周期，两个数值)即可，考虑到实际应用，取2S。

作为实施例的改进，在交变油门信号发送周期内，发动机的ECM模块控制单元4实时监测发动机的转速，现做如下的定义：

功能设定转速N0，实时转速NS，转速差值NC；

当NC＝|NS-N0|＞0时，交变油门信号指令关闭同时激活线性油门信号指令；

当NC＝|NS-N0|＝0时，交变油门信号指令持续打开同时线性油门信号指令关闭。

作为实施例的改进，所述功能设定转速是用于发动机在特定环境中启动维持最初设定的转速运行，此恒定转速不受外部输入转速要求影响，此功能用于发动机在低温、高海拔等条件下启动的自我保护。功能设定转速激活并运行一段时间，由于燃烧室放热，实时温度因子加权值大于设定值后，功能设定转速保护即关闭。

在功能设定转速关闭，交变油门信号屏蔽输出后，线性油门指令被激活，此时，线性油门指令(电压信号/开度信号/转速信号)由MC模块控制单元2通过J1939通信协议发送到ECM模块控制单元4，并根据ECM模块控制单元定义的转速表运行。交变油门信号作用结束后可同时激活主控制器原有线性油门指令，且兼容多类型线性油门指令，实现自动切换，转速平顺运行无波动。

本发明基于实际发动机启动及运转反馈的问题，讨论设计开发交变数据计算模块，并应用于挖掘机发动机启动过程中，有效解决目前启动运转指令不执行故障，以下主要从设计开发过程结合发动机运转实例来详细说明：

实施例1

现有故障问题(未开发交变信号逻辑控制计算单元)：

发动机具有功能设定转速；

变量：当前环境温度T_HJ＝5℃；MC模块控制单元设定整机初档位转速N₁＝800rpm；

设定值：ECM初设定转速信号为N₀＝600rpm；温度因子加权值设定为T_WD＝15℃；

发动机启动及运转逻辑为：

在环境温度T_HJ＝5℃情况下启动发动机，温度因子加权值设定为T_WD＝15℃＞T_HJ＝5℃；因此发动机启动后按照ECM初设定转速运行，即N₀＝600rpm；当发动机运转一段时间，由于燃料燃烧放热，机油及发动机冷却液在机体内部循环，机油及发动机冷却液温度逐步升高，最终综合温度因子加权值逐步升高，当温度因子加权值设定为T_WD＞15℃时，发动机功能设定转速保护功能关闭，此时由于ECM初设定转速运行，即N₀＝600rpm，总线油门开度信号值为“0₁₀”，而MC模块控制单元设定整机初档位转速N₁＝800rpm，即总线油门开度信号值为X＝“5₁₀”；形成带非“零”油门启动状态，因此发动机ECM控制不执行MC模块控制单元发送指令，即发动机不能完成全转速输出。

此种状态下的发动机转速及油门信号指令如下图4所示：图中(1)启动阶段；(2)功能设定转速运转阶段；(3)功能设定转速解除后运行阶段；

ECM模块控制单元初设定功能设定转速油门按照“1’”、“2’”路线；

MC模块控制单元发送油门按照“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”路线，在(2)、(3)阶段不能实现“零”油门同步，不能完成全转速输出。

实施例2

开发交变信号逻辑控制计算单元：

发动机具有功能设定转速；

一、变量：当前环境温度T_HJ＝5℃；MC模块控制单元设定整机初档位转速N₁＝800rpm；

设定值：ECM初设定转速信号为N₀＝600rpm，温度因子加权值设定为T_WD＝15℃，交变油门信号发送数据位“0₁₀”、“4₁₀”，交变油门信号发送数据频率为H_Z＝50ms，交变油门信号发送数据周期T₀＝2S，交变油门信号发送数据周期数T_Z＝3，交变信号发送期间实时转速N_S，交变信号发送期间转速差值N_C，油门控制方式为总线J1939油门开度油门指令；

发动机启动及运转逻辑为：

在环境温度T_HJ＝5℃情况下启动发动机，温度因子加权值设定为T_WD＝15℃＞T_HJ＝5℃；因此发动机启动后按照ECM初设定转速运行，即N₀＝600rpm；当发动机运转一段时间，由于燃料燃烧放热，机油及发动机冷却液在机体内部循环，机油及发动机冷却液温度逐步升高，最终综合温度因子加权值逐步升高，当温度因子加权值设定为T_WD＞15℃时，发动机功能设定转速保护功能关闭，此时由于ECM初设定转速运行，即N₀＝600rpm，总线油门开度信号值为“0₁₀”，而MC模块控制单元设定整机初档位转速N₁＝800rpm，即总线油门开度信号值为X＝“5₁₀”；形成带非“零”油门启动状态，因此发动机ECM控制不执行MC模块控制单元发送指令，此时交变信号控制模块输出交变油门控制信号，按照原设定程序中规定发送周期和周期数执行，即发送数据“0₁₀”、“4₁₀”，当发送数据“0₁₀”时，ECM模块控制单元执行“0₁₀”油门，完成“零”操作指令，当发送数据“4₁₀”时，ECM模块控制单元执行“4₁₀”油门，发动机的实时转速为N_S＞N₀＝600rpm，即N_C＝|N_S-N₀|＞0，此时，交变油门信号屏蔽输出，线性油门信号指令激活，发动机ECM控制执行MC模块控制单元发送指令，并控制喷油器电磁阀，控制喷油量，进而完成发动机的全转速输出；

此种状态下的发动机转速及油门信号指令如下图5所示：图中(1)启动阶段；(2)功能设定转速运转阶段；(3)交变油门信号指令发送阶段；(4)交变油门信号指令转速偏移；(5)交变油门信号/线性指令切换/MC控制器设定“X1”挡油门信号；(6)MC控制器设定“X2”挡油门信号；(7)MC控制器设定“X3”挡油门信号；

ECM模块控制单元初设定功能设定转速油门按照“1’”、“2’”路线；MC模块控制单元发送油门按照“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”、“10”路线，在“2’”实现“零”油门同步，完成全转速输出。

实施例3

开发交变信号逻辑控制计算单元：

发动机具有功能设定转速；

变量：当前环境温度T_HJ＝5℃；MC模块控制单元设定整机初档位转速N₁＝800rpm；

设定值：ECM初设定转速信号为N₀＝800rpm，温度因子加权值设定为T_WD＝15℃，交变油门信号发送数据为“0₁₀”、“4₁₀”，交变油门信号发送数据频率为H_Z＝50ms，交变油门信号发送数据周期T₀＝2S，交变油门信号发送数据周期数T_Z＝3，交变信号发送期间实时转速N_S，交变信号发送期间转速差值N_C，油门控制方式为总线J1939油门开度油门指令；

发动机启动及运转逻辑为：

在环境温度T_HJ＝5℃情况下启动发动机，温度因子加权值设定为T_WD＝15℃＞T_HJ＝5℃；因此发动机启动后按照ECM初设定转速运行，即N₀＝800rpm；当发动机运转一段时间，由于燃料燃烧放热，机油及发动机冷却液在机体内部循环，机油及发动机冷却液温度逐步升高，最终综合温度因子加权值逐步升高，当温度因子加权值设定为T_WD＞15℃时，发动机功能设定转速保护功能关闭，此时由于ECM初设定转速运行，即N₀＝800rpm，总线油门开度信号值为“0₁₀”，而MC模块控制单元设定整机初档位转速N₁＝800rpm，即总线油门开度信号值为X＝“0₁₀”，形成“零”油门启动状态，因此发动机ECM控制执行MC模块控制单元发送指令，交变油门信号屏蔽输出，线性油门指令激活，发动机ECM控制执行MC模块控制单元发送指令，并控制喷油器电磁阀，控制喷油量，进而完成发动机的全转速输出；

此种状态下的发动机转速及油门信号指令如下图6所示：图中(1)启动阶段；(2)功能设定转速运转阶段；(3)功能设定转速解除后运行阶段；(4)线性指令切换/MC控制器设定“X1”挡油门信号；(5)MC控制器设定“X2”挡油门信号；(6)MC控制器设定“X3”挡油门信号；

ECM模块控制单元初设定功能设定转速油门按照“1’”、“2’”路线；

MC模块控制单元发送油门按照“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”路线；在“2’”实现“零”油门同步，完成全转速输出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，包括MC模块控制单元(2)、交变信号控制模块(3)和ECM模块控制单元(4)；

所述MC模块控制单元(2)、交变信号控制模块(3)和ECM模块控制单元(4)组成通信网络，所述交变信号控制模块(3)中的交变信号逻辑控制计算单元(31)计算并发送交变油门信号至所述通信网络，在发动机功能设定转速解除后使发动机的油门达到归零状态，随后发动机按照MC模块控制单元(2)的油门信号转速自动运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述交变油门信号作用于发动机启动转速控制阶段，当发动机正常工作中，此交变油门信号不起作用。

3.根据权利要求1所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述交变油门信号呈周期性发送，且发送开始的时刻为发动机功能设定转速解除的时刻，结束时刻为ECM模块控制单元(4)检测到油门归零。

4.根据权利要求3所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述交变信号逻辑控制计算单元(31)发送的周期性交变油门信号满足J1939发动机通信协议规定。

5.根据权利要求3所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述交变信号控制模块(3)自带自动检测功能，当周期内交变油门信号控制程序运行错误或不起作用时，此模块发出报警失效指令。

6.根据权利要求5所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述交变油门信号的发送周期时间T₀＝2S，发送周期次数为T_Z＝3次，在周期次数范围内，转速差值为零时，MC模块控制单元(2)判断未建立正常有效通信，仪表报故障，并提醒驾驶员停机检查通信故障。

7.根据权利要求1或3所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述交变油门信号的发送值为0₁₀和X₁₀值，其中X值为0～254的任意值。

8.根据权利要求1或3所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，在交变油门信号发送周期内，ECM模块控制单元(4)实时监测发动机的转速：

当N_C＝|N_S-N₀|＞0时，交变油门信号指令关闭同时激活线性油门信号指令；

当N_C＝|N_S-N₀|＝0时，交变油门信号指令持续打开同时线性油门信号指令关闭；

其中，功能设定转速为N₀、实时转速为N_S、转速差值为N_C。

9.根据权利要求1所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述交变信号逻辑控制计算单元(31)用于以下发动机工况：

1)具有功能设定转速控制的发动机，当功能设定转速＝MC模块控制单元(2)设定的初档位设定转速时，发动机先解除功能设定转速，然后同时运行MC模块控制单元(2)设定的初档位设定转速和交变信号油门指令；

2)具有功能设定转速控制的发动机，当功能设定转速≠MC模块控制单元(2)设定的初档位设定转速，发动机先解除功能设定转速，然后运行交变油门信号指令，再运行MC模块控制单元(2)设定的初档位设定转速；

3)不具有功能设定转速控制的发动机，直接运行MC模块控制单元(2)设定的初档位设定转速，运算时，直接跳出交变油门信号发生程序。

10.根据权利要求1所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述的功能设定转速是用于发动机在特定环境中启动维持最初设定的转速运行，所述特定环境包括低温、高海拔。

11.根据权利要求10所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述功能设定转速激活并运行一段时间，在实时温度因子加权值大于设定值后，功能设定转速关闭。

12.根据权利要求1所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，在功能设定转速关闭，交变油门信号屏蔽输出后，线性油门指令被激活，此时线性油门指令由MC模块控制单元(2)发送到ECM模块控制单元(4)，并根据ECM模块控制单元(4)定义的转速表运行。

13.根据权利要求12所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述线性油门指令包括发动机转速控制的电压信号、开度信号和转速信号。

14.根据权利要求12所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述交变油门信号作用结束后可同时激活主控制器原有线性油门指令，且兼容多类型线性油门指令，实现自动切换。

15.根据权利要求12所述的一种基于交变信号的发动机启动转速控制方法，其特征在于，所述线性油门指令由MC模块控制单元(2)通过J1939通信协议发送到ECM模块控制单元(4)。

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