CN115230809A - 转向机构、转向控制方法、作业机械及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转向机构技术领域，提供一种转向机构、转向控制方法、作业机械及电子设备，其中转向机构包括：转向驱动装置、转角传感器和第一ECU；转角传感器用于通过方向盘的转动角度，确定转向需求；第一ECU用于获取转向需求，基于转向需求，生成车轮的转向信号，并将转向信号发送至转向驱动装置，转向信号包括：左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号；转向驱动装置与转向轴连接，用于基于转向信号调整车轮的转动角度，以实现车轮的转向。本发明用以解决现有技术中作业机械因采用机械转向结构，所造成的整车成本及重量增加，且容易使轮胎发生偏磨的缺陷，实现转向机构的简化，从而降低整车成本及重量。

Description

转向机构、转向控制方法、作业机械及电子设备

技术领域

本发明涉及转向机构技术领域，尤其涉及一种转向机构、转向控制方法、作业机械及电子设备。

背景技术

目前，作业机械一般采用机械转向机构。

然而，机械转向机构一方面不能实现实时工况下的最优传动比，且因转向横拉杆的布置，使得外轮无法按照理论转向角执行转向，从而产生转角偏差，容易造成轮胎偏磨风险。另一方面，因为结构复杂，使得整车重量较大，且使用成本较高。

发明内容

本发明提供一种转向机构、转向控制方法、作业机械及电子设备，用以解决现有技术中作业机械因采用机械转向结构，所造成的整车成本及重量增加，且容易使轮胎发生偏磨的缺陷，实现转向机构的简化，从而降低整车成本及重量。

本发明提供一种转向机构，包括：转向驱动装置、转角传感器和第一ECU；

所述转角传感器用于通过方向盘的转动角度，确定转向需求；

所述第一ECU用于获取所述转向需求，基于所述转向需求，生成车轮的转向信号，并将所述转向信号发送至所述转向驱动装置，所述转向信号包括：左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号，所述左侧车轮的转向信号中含有左侧车轮的转动角度，所述右侧车轮的转向信号中含有右侧车轮的转动角度；

所述转向驱动装置与转向轴连接，用于基于所述转向信号调整所述车轮的转动角度，以实现所述车轮的转向。

根据本发明所述的转向机构，所述转向驱动装置包括左侧转向驱动装置和右侧转向驱动装置；

所述左侧转向驱动装置与所述左侧车轮的转向轴连接；

所述右侧转向驱动装置与所述右侧车轮的转向轴连接；

所述第一ECU具体用于向所述左侧转向驱动装置发送第一转向信号，向所述右侧转向驱动装置发送第二转向信号；

其中，所述第一转向信号中含有所述左侧车轮的转动角度，所述第二转向信号中含有所述右侧车轮的转动角度。

根据本发明所述的转向机构，还包括：第二ECU；

所述第二ECU用于基于所述第一转向信号，确定第三转向信号，并向所述右侧转向驱动装置发送所述第三转向信号；基于所述第二转向信号，确定第四转向信号，并向所述左侧转向驱动装置发送所述第四转角指令；

其中，所述第三转向信号中含有所述右侧车轮的转动角度；所述第四转向信号中含有所述左侧车轮的转动角度。

根据本发明所述的转向机构，所述第二ECU分别集成于所述左侧转向驱动装置和所述右侧转向驱动装置中。

根据本发明所述的转向机构，所述第一ECU通过CAN总线与所述转向驱动装置连接。

本发明还提供一种转向控制方法，包括：

获取转向需求，所述转向需求为方向盘的转动角度；

基于所述转向需求，生成车轮的转向信号，所述转向信号包括：左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号，所述左侧车轮的转向信号中含有左侧车轮的转动角度，所述右侧车轮的转向信号中含有右侧车轮的转动角度；

向用于驱动所述车轮转动的转向驱动装置发送所述转向信号，以实现所述车轮的转向。

根据本发明所述的转向控制方法，所述向用于驱动所述车轮转动的转向驱动装置发送所述转向信号，包括：

向驱动所述左侧车轮转动的左侧转向驱动装置发送第一转向信号，所述第一转向信号中含有所述左侧车轮的转动角度；

向驱动所述右侧车轮转动的右侧转向驱动装置发送第二转向信号，所述第二转向信号中含有所述右侧车轮的转动角度。

本发明还提供一种包括如上任一种所述的转向机构的作业机械。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任一种所述的转向控制方法。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一种所述的转向控制方法。

本发明提供的一种转向机构、转向控制方法、作业机械及电子设备，通过包括转角传感器、第一ECU和转向驱动装置的转向机构的构建，首先利用转角传感器通过方向盘的转动角度确定转向需求，然后在第一ECU获取转向需求后，基于转向需求分别生成左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号，最后将得到的转向信号发送至转向驱动装置，以使连接于作业机械的转向轴的转向驱动装置根据转向信号中含有的相应车轮的转动角度，驱动车轮转动相应角度，实现车轮转向。一方面使得转向需求、转向信号通过信号传输，可以实现可变传动比，以及迅速转向；另一方面，使得转向机构的结构大大简化，从而降低了整车成本和重量。

同时，通过转向驱动装置与车轮转向轴的直接连接，避免了转向横拉杆的布置，使得车轮可以直接转向，进而可以实现根据驾驶要求，内外车轮按照转向需求直接执行理论转向角度，避免了转向偏差的产生，从而避免了轮胎偏磨。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种转向机构的结构示意图之一；

图2是本发明实施例提供的转向机构的原理示意图；

图3是本发明实施例提供的一种转向控制方法的流程示意图；

图4是采用本发明实施例提供的转向控制方法进行作业机械的转向控制的控制流程图；

图5是本发明提供的电子设备的结构示意图；

附图标记：

10：转向驱动装置；11：转角传感器；12：第一ECU；13：左侧轮边电机；14：右侧轮边电机；15：转向轴左轮及转向节；16：转向轴右轮及转向节。

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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1和图2描述本发明的一种转向机构，如图1所示，本发明实施例提供的转向机构包括：转向驱动装置10、转角传感器11和第一ECU12；其中，

所述转角传感器11用于通过方向盘的转动角度，确定转向需求；

所述第一ECU12用于获取所述转向需求，基于所述转向需求，生成车轮的转向信号，并将所述转向信号发送至所述转向驱动装置10，所述转向信号包括：左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号，所述左侧车轮的转向信号中含有左侧车轮的转动角度，所述右侧车轮的转向信号中含有右侧车轮的转动角度；

所述转向驱动装置10与转向轴连接，用于基于所述转向信号调整所述车轮的转动角度，以实现所述车轮的转向。

可以理解的是，转向需求为对作业机械期望的转向角度，主要通过驾驶员对方向盘的操作或其他转向指令(例如：对作业机械手柄的操作)决定。

具体地，转角传感器用于测量作业机械转向时方向盘的转动角度，然后基于方向盘的转动角度，就可以确定作业机械的转向需求。然后作业机械的电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)作为第一ECU在由转角传感器获取到转向需求后，可以根据转向需求计算出作业机械的左右轮分别需要的转角数值，进而生成转向信号，在发送给与作业机械的转向轴连接的转向驱动装置后，转向驱动装置就可以基于转向信号，调整车轮的转动角度，从而实现作业机械的转向。

更具体地，转向驱动装置可以是轮边电机或其他可以驱动车轮转向的轮边驱动装置。通过在转向轮上直接安装转向驱动装置，可以实现车轮的直接转向，进而可以根据驾驶要求，使作业机械的内外车轮按照转向需求直接执行理论转向角度，即由第一ECU基于转向需求计算得到的转向角度，避免了转向偏差的产生，避免了轮胎偏磨。

本发明实施例提供的轮边直驱转向机构结构简单，降低了整车成本及重量，且通过在各轮边上安装转向驱动装置，基于信号传输使在接收方向盘或其他转向指令后，直接执行轮边转向，实现了可变传动比，并可以使转向响应迅速且准确。

作为本发明的一种实施例，所述转向驱动装置包括左侧转向驱动装置和右侧转向驱动装置；

所述左侧转向驱动装置与所述左侧车轮的转向轴连接；

所述右侧转向驱动装置与所述右侧车轮的转向轴连接；

所述第一ECU具体用于向所述左侧转向驱动装置发送第一转向信号，向所述右侧转向驱动装置发送第二转向信号；

其中，所述第一转向信号中含有所述左侧车轮的转动角度，所述第二转向信号中含有所述右侧车轮的转动角度。

具体地，以转向驱动装置为轮边电机为例，左侧和右侧车轮处分别设置与转向轴连接的轮边电机，第一ECU在获取到转向需求时，基于转向需求计算出左右侧车轮分别需要的转角数值，生成第一转向信号和第二转向信号后，分别向与左侧车轮的转向轴和右侧车轮的转向轴连接的轮边电机发送，使左侧车轮的轮边电机和右侧车轮的轮边电机分别基于第一转向信号和第二转向信号执行转向，从而保证了转向响应的及时性和准确性。

作为本发明的一种实施例，本发明实施例提供的转向机构中还包括第二ECU；

所述第二ECU用于基于所述第一转向信号，确定第三转向信号，并向所述右侧转向驱动装置发送所述第三转向信号；基于所述第二转向信号，确定第四转向信号，并向所述左侧转向驱动装置发送所述第四转向信号；

其中，所述第三转向信号中含有所述右侧车轮的转动角度；所述第四转向信号中含有所述左侧车轮的转动角度。

可以理解的是，在作业机械转向时，内侧轮转弯角度大于外侧轮转弯角度时，作业机械才可以围绕一个圆心进行转弯，也就是说外侧轮与内侧轮间需要具有转角差，也就是阿克曼角。

具体地，当第一ECU基于作业机械的转向需求，分别计算得到左侧车轮和右侧车轮的转角数值后，基于阿克曼角原理，根据左侧车轮的转角数值或右侧车轮的转角数值可以分别计算得到右侧车轮的转角数值或左侧车轮的转角数值，且得到的转角数值应该是与第一ECU计算得到的相应转角数值相等的。进而通过第二ECU的设置，可以分别基于第一转向信号和第二转向信号计算得到对侧轮的第三转向信号和第四转向信号。

更具体地，通过将第三转向信号和第四转向信号分别发送给右侧转向驱动装置和左侧转向驱动装置，可以在第一ECU向任一转向驱动装置发送转向信号，出现信号输出错误时，左侧车轮和右侧车轮的转向驱动装置依然可以收到转向信号，从而保证两侧车轮仍会有转角输出，即保证转向准确及时执行。

作为本发明的一种实施例，所述第二ECU分别集成于所述左侧转向驱动装置和所述右侧转向驱动装置中。

具体地，通过设置第二ECU集成于转向驱动装置中，使得转向驱动装置在接收到第一ECU发送的转向信号后，基于转向信号可以迅速计算出对侧车轮的转角数值，进而将形成的第三转向信号和第四转向信号发送给对侧的转向驱动装置，从而进一步提高了转向响应的及时性。

作为本发明的一种实施例，所述第一ECU通过CAN总线与所述转向驱动装置连接。

具体地，通过设置第一ECU与转向驱动装置通过CAN总线连接，使得第一ECU可以通过CAN总线将转向信号发送给转向驱动装置。同时，CAN总线在作业机械上本身已有布置，通过CAN总线将转向驱动装置和第一ECU连接，避免了额外布置其他类型线路的麻烦。

综上，以转向驱动装置为轮边电机为例，本发明上述实施例提供的转向机构的原理如图2所示，其中，作业人员通过方向盘的转动，将转角需求传递给转角传感器11，第一ECU12由转角传感器11处获得转角需求A1，从而根据转角需求A1计算出左右侧车轮分别需要的转角数值，进而生成第一转向信号A2和第二转向信号A3，分别发送给左侧轮边电机13和右侧轮边电机14，左侧轮边电机13和右侧轮边电机14在接收到A2和A3后，内部集成的第二ECU分别基于A2和A3计算出对侧车轮的转角数据，进而生成第三转向信号B3和B2，并分别向对侧轮边电机发送，当信号传输正常时，左侧轮边电机13和右侧轮边电机14可以分别收到两个转向信号A2和B2，以及A3和B3，而左侧轮边电机13和右侧轮边电机14又分别连接于转向轴左轮及转向节15和转向轴右轮及转向节16，从而使轮边电机根据转向信号执行转向指令时，能够基于转向轴及转向节使车轮发生转向。

进一步地，当任一侧信号传输异常时，例如：左侧轮边电机13和第一ECU12间信号传输异常，则左侧轮边电机13可以收到转向信号B2，右侧轮边电机14可以收到转向信号A3和B3，右侧轮边电机14可以根据A3或B3执行转向指令，左侧轮边电机13根据B2执行转向指令，因而仍能保证两侧车轮均有转角输出。

下面对本发明提供的一种转向控制方法进行描述，下文描述的一种转向控制方法与上文描述的一种转向机构可相互对应参照。

本发明提供的一种转向控制方法，如图3所示，基于作业机械的ECU执行，包括以下步骤：

301、获取转向需求，所述转向需求为方向盘的转动角度；

302、基于所述转向需求，生成车轮的转向信号，所述转向信号包括：左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号，所述左侧车轮的转向信号中含有左侧车轮的转动角度，所述右侧车轮的转向信号中含有右侧车轮的转动角度；

303、向用于驱动所述车轮转动的转向驱动装置发送所述转向信号，以实现所述车轮的转向。

本发明实施例提供的转向控制方法，首先利用转角传感器通过方向盘的转动角度确定转向需求，然后在获取转向需求后，基于转向需求分别生成左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号，最后将得到的转向信号发送至转向驱动装置，以使连接于作业机械的转向轴的转向驱动装置根据转向信号中含有的相应车轮的转动角度，驱动车轮转动相应角度，实现车轮转向。一方面使得转向需求、转向信号通过信号传输，可以实现可变传动比，以及迅速转向；另一方面，使得转向机构的结构大大简化，从而降低了整车成本和重量。

作为本发明的一种实施例，所述向用于驱动所述车轮转动的转向驱动装置发送所述转向信号，包括：

向驱动所述左侧车轮转动的左侧转向驱动装置发送第一转向信号，所述第一转向信号中含有所述左侧车轮的转动角度；

向驱动所述右侧车轮转动的右侧转向驱动装置发送第二转向信号，所述第二转向信号中含有所述右侧车轮的转动角度。

作为优选的，本发明实施例提供的转向控制方法还可以基于所述第一转向信号，确定第三转向信号，并向所述右侧转向驱动装置发送所述第三转向信号；基于所述第二转向信号，确定第四转向信号，并向所述左侧转向驱动装置发送所述第四转角指令；

其中，所述第三转向信号中含有所述右侧车轮的转动角度；所述第四转向信号中含有所述左侧车轮的转动角度。

优选的，ECU通过CAN总线向用于驱动所述车轮转动的转向驱动装置发送所述转向信号，以实现所述车轮的转向。

具体地，以转向控制装置为集成有ECU的轮边电机为例，采用本发明上述实施例提供的转向控制方法进行作业机械的转向控制的控制流程如图4所示，其中，首先由转角传感器获取作业机械的转向需求后，然后基于转向需求分别计算得到左侧车轮和右侧车轮的转角数值，之后，将左侧车轮和右侧车轮的转角数值分别发送至左侧轮边电机和右侧轮边电机，同时，左侧轮边电机和右侧轮边电机分别基于接收到的转角数值计算得到对侧车轮的转角数值，并将计算得到的转角数值发送给对侧轮边电机，最后左侧轮边电机和右侧轮边电机分别基于接收到的转角数值执行左转角和右转角，从而实现基于轮边直驱的转向。

本发明实施例还提供一种包括如上述任一种实施例所述的转向机构的作业机械。

可以理解的是，包括如上述任一种实施例所述的转向机构的作业机械，具有上述任一实施例提供的转向机构的所有优点和技术效果，此处不再赘述。

具体地，本发明实施例提供的作业机械可以是任意作业机械，例如：重型卡车、轻型卡车等。

图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行一种转向控制方法，所述方法包括：获取转向需求，所述转向需求为方向盘的转动角度；基于所述转向需求，生成车轮的转向信号，所述转向信号包括：左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号，所述左侧车轮的转向信号中含有左侧车轮的转动角度，所述右侧车轮的转向信号中含有右侧车轮的转动角度；向用于驱动所述车轮转动的转向驱动装置发送所述转向信号，以实现所述车轮的转向。

此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Ony Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供一种转向控制方法，所述方法包括：获取转向需求，所述转向需求为方向盘的转动角度；基于所述转向需求，生成车轮的转向信号，所述转向信号包括：左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号，所述左侧车轮的转向信号中含有左侧车轮的转动角度，所述右侧车轮的转向信号中含有右侧车轮的转动角度；向用于驱动所述车轮转动的转向驱动装置发送所述转向信号，以实现所述车轮的转向。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现一种转向控制方法，所述方法包括：获取转向需求，所述转向需求为方向盘的转动角度；基于所述转向需求，生成车轮的转向信号，所述转向信号包括：左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号，所述左侧车轮的转向信号中含有左侧车轮的转动角度，所述右侧车轮的转向信号中含有右侧车轮的转动角度；向用于驱动所述车轮转动的转向驱动装置发送所述转向信号，以实现所述车轮的转向。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种转向机构，其特征在于，包括：转向驱动装置、转角传感器和第一ECU；

所述转角传感器用于通过方向盘的转动角度，确定转向需求；

所述第一ECU用于获取所述转向需求，基于所述转向需求，生成车轮的转向信号，并将所述转向信号发送至所述转向驱动装置，所述转向信号包括：左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号，所述左侧车轮的转向信号中含有左侧车轮的转动角度，所述右侧车轮的转向信号中含有右侧车轮的转动角度；

所述转向驱动装置与转向轴连接，用于基于所述转向信号调整所述车轮的转动角度，以实现所述车轮的转向。

2.根据权利要求1所述的转向机构，其特征在于，所述转向驱动装置包括左侧转向驱动装置和右侧转向驱动装置；

所述左侧转向驱动装置与所述左侧车轮的转向轴连接；

所述右侧转向驱动装置与所述右侧车轮的转向轴连接；

所述第一ECU具体用于向所述左侧转向驱动装置发送第一转向信号，向所述右侧转向驱动装置发送第二转向信号；

其中，所述第一转向信号中含有所述左侧车轮的转动角度，所述第二转向信号中含有所述右侧车轮的转动角度。

3.根据权利要求2所述的转向机构，其特征在于，还包括：第二ECU；

所述第二ECU用于基于所述第一转向信号，确定第三转向信号，并向所述右侧转向驱动装置发送所述第三转向信号；基于所述第二转向信号，确定第四转向信号，并向所述左侧转向驱动装置发送所述第四转向信号；

其中，所述第三转向信号中含有所述右侧车轮的转动角度；所述第四转向信号中含有所述左侧车轮的转动角度。

4.根据权利要求3所述的转向机构，其特征在于，所述第二ECU分别集成于所述左侧转向驱动装置和所述右侧转向驱动装置中。

5.根据权利要求1至3任一项所述的转向机构，其特征在于，所述第一ECU通过CAN总线与所述转向驱动装置连接。

6.一种转向控制方法，其特征在于，包括：

获取转向需求，所述转向需求为方向盘的转动角度；

基于所述转向需求，生成车轮的转向信号，所述转向信号包括：左侧车轮的转向信号和右侧车轮的转向信号，所述左侧车轮的转向信号中含有左侧车轮的转动角度，所述右侧车轮的转向信号中含有右侧车轮的转动角度；

向用于驱动所述车轮转动的转向驱动装置发送所述转向信号，以实现所述车轮的转向。

7.根据权利要求6所述的转向控制方法，其特征在于，所述向用于驱动所述车轮转动的转向驱动装置发送所述转向信号，包括：

向驱动所述左侧车轮转动的左侧转向驱动装置发送第一转向信号，所述第一转向信号中含有所述左侧车轮的转动角度；

向驱动所述右侧车轮转动的右侧转向驱动装置发送第二转向信号，所述第二转向信号中含有所述右侧车轮的转动角度。

8.一种作业机械，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的转向机构。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6或7所述的转向控制方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6或7所述的转向控制方法。

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