CN201024823Y - 智能防夹自动车窗关闭器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车车窗自动控制领域，特别涉及一种智能防夹自动车窗关闭器，其包括：控制单元、与车体原有车窗中央控制开关插座相配合的开关插头、与车体原有车窗中央控制开关线束插头相配合的线束插座；所述开关插头和线束插座与所述控制单元相连。本实用新型有利于市场推广，其在出厂时就可以根据不同车型，配备相应的插头和插座，通过调整插头的连线做成标准产品；用户只要根据自己的车型购买相应型号即可安装本装置；安装方便、可靠；对于有集中窗户锁止开关的车辆，本装置增加了第五继电器电路，若驾驶员无意中按下锁止开关，该装置照常可以实现关窗操作。

Description

智能防夹自动车窗关闭器

[技术领域]

本实用新型涉及汽车车窗自动控制领域，特别涉及一种智能防夹自动车窗关闭器。

[背景技术]

目前，中高档汽车都配有电动车窗，但是只有少数高级汽车才具有车窗自动关闭功能：在汽车锁定后，防盗系统对车窗检测并自动关闭未关闭的车窗。但是这套系统结构复杂，造价昂贵，一般的中高档车都没有这种功能。但是停车后忘记关窗户的事情经常发生，轻者导致车内物品丢失，重则车辆失盗，损失难以预计。同时，现有车窗自动关闭系统还存在以下缺陷：

1：现在产品的工作原理是检测汽车点火开关的电源和防盗报警器的触发信号等，并通过控制车窗电机以实现自动关窗功能。但是上述信号在汽车内的分布很分散，若增加该装置，需要对汽车电气部分作相当大的改动，添加一些辅助检测器件或者对汽车内线束改动。有些还需要剪断原车线束重新接线，这样的改动，可能成为将来故障的诱导因素。同时，添加该装置需要对该型号汽车的电气原理非常熟悉才可以施工，这样直接导致这些产品很难被市场广泛接受。

2：现在的产品中检测车窗是否到位基本上都是采用互感器或者采用电热保护器件，通过检测电机负载来检测是否关窗到位。无论采用互感器还是采用电热保护器件，其功耗和误差都很大，动作延迟大，只能作为关窗到位的检测。倘若关窗过程中夹住人体或东西，就无法做到及时停止关窗的动作。这样，如果夹住的是小孩或身体的部位，其后果可想而知。

[发明内容]

本实用新型的目的在于提供一种安装方便、安装时不需改变汽车里面原始接线的智能防夹自动车窗关闭器，其可以实现精确的电流检测，达到快速响应的目的。同时，采用两次扫描，第一次遇到较轻负载就停止关窗动作，防止对人或物的夹伤，第二次遇到较大的负载才停止关窗，保证窗户可靠的关闭。

本实用新型的技术方案是：一种智能防夹自动车窗关闭器，其包括：控制单元、与车体原有车窗中央控制开关插座相配合的开关插头、与车体原有车窗中央控制开关线束插头相配合的线束插座；所述开关插头和线束插座与所述控制单元相连。

作为本实用新型的一个改进，本实用新型中还包括与所述控制单元相连的控制信号插座。

进一步的，所述控制单元包括：

用于对各车窗电机电流进行检测的负载检测电路；

用于对所述开关插头和控制信号插座输入的信号、以及所述负载检测电路的输出信号进行处理的微控制器电路；

以及继电器电路，其受微控制器电路控制，与所述开关插头和线束插座对应端子相连。

进一步的，所述继电器电路包括四个继电器，每个继电器中线圈的输入端与微控制器电路的对应控制输出端相连，其线圈输出端与开关插头中对应的动力电源端相连，其常开触点通过检流电阻与开关插头中对应的动力电源端相连，其常闭触点与开关插头中的对应的开关信号端相连，其开关公共端与线束插座中的对应的车窗电机线端相连，开关公共端同时与一续流二极管的阴极相连，所述续流二极管的阳极与开关插头中的搭铁端相连。

作为本实用新型的一个改进，所述控制单元还包括第五继电器，其线圈的输入端与开关插头中的搭铁端、以及开关公共端相连，同时与车窗集中锁止开关的一端相连，其线圈输出端与开关插头中对应的点火电源端相连，其常闭触点与开关插头中的所述车窗集中锁止开关的另一端相连，使得第五继电器未吸合时旁路所述车窗集中锁止开关。

进一步的，控制单元中还包括达林顿反相驱动器，连接在微控制器电路与继电器电路之间。

进一步的，所述微控制器电路是由单片机及其外围电路组成，所述单片机的复位端通过一复位电路与开关插头上的动力电源端相连，其第一中断输入端通过一门触发电路与开关插头上的门触发信号电连接，其第二中断输入端通过点火电源触发电路与开关插头上点火电源触发信号电连接，其串行口RXD和TXD分别作为轻过载检测端和重过载检测端。

上述负载检测电路主要包括第一到第四运算放大器，第一运算放大器的反相输入端通过第十二电阻与所述检流电阻的一端相连，其正相输入端通过第十五电阻与检流电阻的另一端相连，并通过第十七电容接搭铁端、通过第十七电阻接第二电源，其输出端通过第十四电阻与第二运算放大器的正相输入端相连；还包括跨接在第一运算放大器的反相输入端与输出端之间的阻容并联支路；所述第二运算放大器的正相输入端还通过阻容并联支路接搭铁端，其反相输入端通过第九电阻接第二电源，其输出端通过第十三电阻分别与第三和第四运算放大器的反相输入端相连；还包括跨接在第二运算放大器的反相输入端与输出端之间的阻容并联支路；所述第三运算放大器的正相输入端分别通过第五电阻和第七电阻接第二电源和搭铁端，其输出端通过第二十三电阻与所述微控制器电路的轻过载检测端相连；第四运算放大器的正相输入端分别通过第十六电阻和第十八电阻接第二电源和接搭铁端，其输出端通过第八电阻与所述微控制器电路的重过载检测端相连。

本实用新型还提供了一种智能防夹自动车窗关闭器，其包括串联连接在动力电源与车窗电机之间的检流电阻、负载检测电路和微控制器电路；所述负载检测电路主要包括第一到第四运算放大器，第一运算放大器的反相输入端通过第十二电阻与所述检流电阻的一端相连，其正相输入端通过第十五电阻与检流电阻的另一端相连，并通过第十七电容接搭铁端、通过第十七电阻接第二电源，其输出端通过第十四电阻与第二运算放大器的正相输入端相连；还包括跨接在第一运算放大器的反相输入端与输出端之间的阻容并联支路；所述第二运算放大器的正相输入端还通过阻容并联支路接搭铁端，其反相输入端通过第九电阻接第二电源，其输出端通过第十三电阻分别与第三和第四运算放大器的反相输入端相连；还包括跨接在第二运算放大器的反相输入端与输出端之间的阻容并联支路；所述第三运算放大器的正相输入端分别通过第五电阻和第七电阻接第二电源和搭铁端，其输出端通过第二十三电阻与所述微控制器电路相连；第四运算放大器的正相输入端分别通过第十六电阻和第十八电阻接第二电源和搭铁端，其输出端通过第八电阻与所述微控制器电路相连。

本实用新型的有益效果是：①有利于市场推广。本实用新型在出厂时就可以根据不同车型，配备相应的插头和插座，通过调整插头的连线做成标准产品。用户只要根据自己的车型购买相应型号即可安装本装置。②安装方便、可靠。安装本装置时，只要直接拔下车窗集中控制开关的线束插座，将该装置串接在车窗集中控制开关和线束间即可，不需对原来的汽车电气作改动，不需要任何汽车电器知识，只要购买的产品和该车型号相符就可。③本实用新型装置串接在车窗集中控制开关和线束中，实际上设计为与原来的控制电路并联冗余的方式，在不做关窗户操作时，该装置不工作，即使在该装置故障的情况下，对原来的汽车使用都毫无影响。④安全可靠。本实用新型中负载检测部分采用分流器和运算放大器检测，实现精确的电流检测，同时实现小的功率消耗；采用两个负载比较点，可以对小负载(夹人体或物时)实现快速响应。采用微控制器控制，可以实现对车窗实现两次循环扫描的方式，第一次关窗扫描时检测到较轻的负载就停止关窗动作，第二次扫描检测到较大的负载才停止关窗，保证车窗可靠关闭，同时防止对人的夹伤。⑤对于有集中窗户锁止开关的车辆，本装置增加了第五继电器电路，若驾驶员无意中按下锁止开关，该装置照常可以实现关窗操作。

[附图说明]

图1是本实用新型装置在应用中的结构框图。

图2是本实用新型中控制单元的部分电路结构原理图。

图3是本实用新型中继电器电路的电路结构原理图。

图4是本实用新型中负载检测电路的电路结构原理图。

图5是本实用新型中门触发电路的电路结构原理图。

图6是本实用新型中点火电源触发电路的电路结构原理图。

图7是本实用新型实施例二中对第五继电器电路结构原理图。

[具体实施方式]

下面根据附图和具体实施例对本实用新型做进一步阐述。

如图1所示，本实用新型一种智能防夹自动车窗关闭器包括：控制单元、与车体原有车窗集中控制开关插座(简称中控开关插座)相配合的开关插头、以及与车体原有车窗中控开关线束插头相配合的线束插座。其中，开关插头和线束插座与控制单元相连。作为本实用新型的一个改进，还配备有根据不同车型，可能扩展的控制信号插座，适应不同车型控制信号的接入。这样，安装本装置时，只要直接拔下车窗集中控制开关的线束插座，将该装置串接在车窗集中控制开关和线束间即可，不需对原来的汽车电气作改动，不需要任何汽车电器知识，只要购买的产品和该车型号相符就可。

实施例一：

如上图2到图4所示，控制单元包括微控制器电路、达林顿反相驱动器、继电器电路和负载检测电路。本实施例中，微控制器电路主要由单片机及其外围电路组成。其中单片机采用89C2051，其使用的第二电源VCC1(+5V)由动力电源12V经过78L05获得。单片机89C2051的第一中断输入端INT0通过一门触发电路(如图5)与开关插头上的门触发信号TRIGE电连接，其第二中断输入端INT1通过点火电源触发电路(如图6)与开关插头上点火电源触发信号KEY电连接，其串行口RXD和TXD分别作为轻过载检测端OC1和重过载检测端OC2与图4所示的负载检测电路的输出端相连。达林顿反相驱动器采用ULN2003D。继电器采用12V的一组常开常闭触点的继电器。图中，IN1指与中控开关插座相连的端口，OUT1指线束插座上的端口，VCC电源直接接12V动力电池，搭铁端GND搭铁。

平时单片机工作于睡眠状态，功耗极小，由78L05芯片等器件组成复位电路输出复位信号RST保证初次上电时对单片机的可靠复位。单片机输出控制信号到达林顿反相驱动器ULN2003D，上述控制信号经放大后输出到继电器电路(如图3所示继电器电路)，控制继电器电路中的开关动作，从线束插座输出信号，达到控制车窗电机的目的。负载检测电路用于对车窗电机电流进行检测。

继电器电路主要包括四个继电器K1到K4，每个继电器中线圈的管脚2分别与达林顿反相驱动器ULN2003D的16到13管脚相连，通过达林顿反相驱动器与单片机89C2051的对应控制输出端相连，其线圈管脚1与开关插头中对应的动力电源端VCC(12V)相连，其常开触点(管脚5)通过检流电阻R19与动力电源端VCC相连，其常闭触点(管脚4)与开关插头中的对应的开关信号端相连，其公共端(管脚3)与线束插座中的对应的车窗电机线端相连，公共端(管脚3)同时与一续流二极管的阴极相连，所述续流二极管的阳极与开关插头中的搭铁端GND相连。其中，二极管D1，D3，D5，D6用于对继电器触点续流，在继电器断开时起到灭弧作用，延长继电器的触点寿命。在正常情况下，继电器都不动作，常闭触点将各窗户控制开关到电机的引线直接短接，在关窗时，继电器吸合，将动力电源VCC(12V)导入电机，实现关窗动作。而关窗时的负载检测靠串接在动力电源上的检流电阻R19实现。图中的标识为19IN1和19OUT1的符号是控制单元上预留的可能需要的信号焊盘，对不同的车型，配不同的插头和插座，引出所需的信号即可。

如图4所示，负载检测电路主要包括第一到第四运算放大器(U1、U2、U3和U4)。第一运算放大器U1的反相输入端通过第十二电阻R12与继电器电路中的检流电阻R19的一端(CURT2)相连，其正相输入端通过电阻R15与检流电阻R19的另一端(CURT1)相连，并通过第十七电容C17接搭铁端GND、通过第十七电阻R17接第二电源VCC1，其输出端通过第十四电阻R14与第二运算放大器U2的正相输入端相连。还包括跨接在第一运算放大器U1的反相输入端与输出端之间的阻容并联支路。第二运算放大器U2的正相输入端还通过阻容并联支路接搭铁端GND，其反相输入端通过第九电阻R9接第二电源VCC1，其输出端通过第十三电阻R13分别与第三和第四运算放大器(U3和U4)的反相输入端相连。还包括跨接在第二运算放大器U2的反相输入端与输出端之间的阻容并联支路。第三运算放大器U3的正相输入端分别通过第五电阻R5和第七电阻R7接+5V电源和搭铁端GND，其输出端通过第二十三电阻R23与所述微控制器电路中的轻过载检测端OC1相连。第四运算放大器U4的正相输入端分别通过第十六电阻R16和第十八电阻R18接第二电源VCC1和搭铁端GND，其输出端通过第八电阻R8与所述微控制器电路中的重过载检测端OC2相连。本实施例中，第二电源VCC1的大小是+5V，该电源由12V动力电源经过7805得到，作为微处理器的电源。

上述负载检测电路的工作原理是：电流采样电阻R16的信号通过运放U1放大后进入U2放大，运放采用普通的单电源运放，由于U1输入信号很小，为了保证两级运放正常的工作点，不会进入运放的截至区域，所以通过R17转移运放的工作点，同时合理分配两级运放的放大辈数，保证运放都工作于正常放大状态。所以U1的放大辈数取得较小，主要作用为转移运放的工作点，保证自己也工作于正常放大状态。同时保证输出信号送到第二级运放后，使后级运放工作在正常的放大工作状态。采用差动输入，提高检测精度，U2的运放输入为U1的输出，所以设置较大的放大辈数，同时实现减法，将U1上为了转移工作点所加的偏置减掉，保证U2的输出电压等于两级运放放大辈数和采样电阻上信号的乘积：比如采样电阻为40毫欧，电流为5A，第一级运放放大2倍，第二级运放放大10倍，则U2的输出就直接为4V。由于转移了工作点，采用差动运放方式，保证了较好的电流检测精度和反应速度。U3和U4两个运放作为比较器使用，U3设置较低的比较点，U4设置较大的比较点，比较输出信号OC1，OC2送入单片机检测，通过单片机程序运行，保证第一次关窗有较小的阻力就停机，防止夹伤，第二次关窗较大的阻力时停机，保证可靠关闭。

上图6中所示是单片机通过检测KEY-IN信号，检测点火电源触发信号KEY的状态，以得到钥匙是否插入锁中，作为唤醒单片机的触发信号，同时作为是否关窗的判断条件之一。上述KEY-IN信号是通过对点火电源的12V电源分压获得。

图7所示，单片机通过信号TRIGE-IN检测车门是否关闭，作为唤醒单片机的信号，同时作为判断车窗是否需要关闭的条件之一。电路中的三极管的作用是对信号倒相。本实施例中关闭车门时需要获得下降缘的触发信号(TRIGE)，因此需要三极管进行倒相，如果是其它触发信号，可以通过删减上图器件，以适应不同车型。

单片机89C2051上烧有程序，当拔下点火钥匙，使点火电源掉电时(点火电源触发信号KEY)，触发单片机，唤醒单片机工作，单片机马上检测门触发信号TRIGE，若门关闭到位，启动车窗巡检关闭程序，实现关窗操作。结束后继续进入睡眠状态。若触发后，检测到门没有关闭，也直接进入睡眠状态。同理：当门关闭时，门锁到位开关一压合(门触发信号TRIGE)，也唤醒单片机，程序马上检测点火电源是否掉电(通过检测KEY信号)，若点火电源掉电，就启动车窗关闭巡检程序，若点火电源还有电，也直接进入睡眠状态。即：判断是否关窗的条件为点火电源掉电，门锁到位，缺一不可。为了适应不同车型，这两个信号都是分压后直接到单片机的中断口，两个信号都是通过边缘触发中断。在中断程序中再检测这两个口的电平状况，条件满足就关窗，不满足就退出。有些汽车在拔下点火开关后延迟几分钟才断电，这样的程序设计，保证车窗关闭操作不会误动作，同时适应各种车型。软件上，本实用新型设计成对车窗两次循环扫描的方式，第一次检测到较轻的负载就停止关窗动作，第二次检测到较大的负载才停止关窗，保证车窗可靠关闭，同时防止对人的夹伤。

实际上，需要引入本实用新型控制单元的信号主要包括四个电机的关窗控制线(如图3所示的8IN1、16IN1、1IN1和7IN1端)，搭铁线(GND端)，12V动力电源，点火电源(图6所示的KEY端)，门锁到位信号(即门触发信号TRIGE，或防盗装置的触发信号)共8个信号线。但是为了方便系统拓展，实际上车窗中控开关插座上的信号数量远多于上述8根信号线，所以不用的信号直接由本实用新型装置上的开关插头过渡到线束插座上，其他的信号从开关插头引入控制单元上，经过控制单元后引出到线束插座，这样的目的是便于用户安装时只是拔下线束，插上本实用新型，不需要任何其它的改动。不同车型在集中控制开关插座上不能找到所有的控制信号，为适应不同车型，所以又引出一个控制信号插座，引入相应的控制信号线，所述控制信号插座上配备有与对应的插头。以东风颐达车为例：装配时直接将车窗中控开关线束拔下，将本实用新型串接到中控开关插座和中控线束插头之间。由于车上中控开关插座上没有门触发信号TRIGE，于是将TRIGE信号做到所述控制信号插座上，装配时将门锁电机线拔下，将控制信号插座串入门锁电机和线束间就可以。但是为了用户方便安装，附加的插座上有和原来的电机插座和线束连接的插座和插头。

本实施例中的信号标识比如17IN1，17OUT1是以东风颐达车集中控制开关插座的信号定义，对不同车型，配接相应插座和插头，就可以做成标准产品。

实施例二：

本实施例与实施例一相比，多了一个第五继电器电路，如图7所示。主要应用于带集中锁止开关的汽车。第五继电器K5的线圈的输入端(管脚2)与开关插头中的搭铁端GND、以及开关公共端(管脚3)相连，同时与所述集中锁止开关的一端相连，其线圈管脚1与开关插头中对应的点火电源端KEY相连，其常闭触点(管脚4)与所述车窗集中锁止开关的另一端相连。继电器K5在点火钥匙插入时吸合，断开常闭触点对集中锁止信号的旁路，在没有钥匙插入时，继电器断开，常闭点旁路集中锁止开关，防止该装置在驾驶员无意中按下锁止开关时，本实用新型无法关窗。对于没有集中锁止开关的汽车，不用焊接第五继电器电路。

Claims (9)

1.智能防夹自动车窗关闭器，其特征在于包括：控制单元、与车体原有车窗中央控制开关插座相配合的开关插头、与车体原有车窗中央控制开关线束插头相配合的线束插座；所述开关插头和线束插座与所述控制单元相连。

2.根据权利要求1所述的智能防夹自动车窗关闭器，其特征在于：还包括与所述控制单元相连的控制信号插座。

3.根据权利要求1或2所述的智能防夹自动车窗关闭器，其特征在于，所述控制单元包括：

用于对各车窗电机电流进行检测的负载检测电路；

用于对所述开关插头和控制信号插座输入的信号、以及所述负载检测电路的输出信号进行处理的微控制器电路；

以及继电器电路，其受微控制器电路控制，与所述开关插头和线束插座对应端子相连。

4.根据权利要求3所述的智能防夹自动车窗关闭器，其特征在于：所述继电器电路包括四个继电器，每个继电器中线圈的输入端与微控制器电路的对应控制输出端相连，其线圈输出端与开关插头中对应的动力电源端(VCC)相连，其常开触点通过检流电阻(R19)与开关插头中对应的动力电源端(VCC)相连，其常闭触点与开关插头中的对应的开关信号端相连，其开关公共端与线束插座中的对应的车窗电机线端相连，开关公共端同时与一续流二极管的阴极相连，所述续流二极管的阳极与开关插头中的搭铁端(GND)相连。

5.根据权利要求3所述的智能防夹自动车窗关闭器，其特征在于：所述控制单元还包括第五继电器，其线圈的输入端与开关插头中的搭铁端(GND)、以及开关公共端相连，同时与车窗集中锁止开关的一端相连，其线圈输出端与开关插头中对应的点火电源端(KEYIN)相连，其常闭触点与开关插头中的所述车窗集中锁止开关的另一端相连，使得第五继电器未吸合时旁路所述车窗集中锁止开关。

6.根据权利要求3所述的智能防夹自动车窗关闭器，其特征在于：还包括达林顿反相驱动器，连接在微控制器与继电器电路之间。

7.根据权利要求3所述的智能防夹自动车窗关闭器，其特征在于：所述微控制器电路是由单片机及其外围电路组成，所述单片机的复位端通过一复位电路与开关插头上的动力电源端(VCC)相连，其第一中断输入端通过一门触发电路与开关插头上的门触发信号(TRIGE)电连接，其第二中断输入端通过点火电源触发电路与开关插头上点火电源触发信号(KEY)电连接，其串行口RXD和TXD分别作为轻过载检测端(OC1)和重过载检测端(OC2)。

8.根据权利要求4所述的智能防夹自动车窗关闭器，其特征在于：所述负载检测电路主要包括第一到第四运算放大器(U1、U2、U3或U4)，第一运算放大器(U1)的反相输入端通过第十二电阻(R12)与所述检流电阻(R19)的一端相连，其正相输入端通过第十五电阻(R15)与检流电阻(R19)的另一端相连，并通过第十七电容(C17)接搭铁端(GND)、通过第十七电阻(R17)接第二电源(VCC1)，其输出端通过第十四电阻(R14)与第二运算放大器(U2)的正相输入端相连；还包括跨接在第一运算放大器(U1)的反相输入端与输出端之间的阻容并联支路；所述第二运算放大器(U2)的正相输入端还通过阻容并联支路接搭铁端(GND)，其反相输入端通过第九电阻(R9)接第二电源，其输出端通过第十三电阻(R13)分别与第三和第四运算放大器(U3和U4)的反相输入端相连；还包括跨接在第二运算放大器(U2)的反相输入端与输出端之间的阻容并联支路；所述第三运算放大器(U3)的正相输入端分别通过第五电阻(R5)和第七电阻(R7)接第二电源(VCC1)和搭铁端(GND)，其输出端通过第二十三电阻(R23)与所述微控制器电路的轻过载检测端(OC1)相连；第四运算放大器(U4)的正相输入端分别通过第十六电阻(R16)和第十八电阻(R18)接第二电源(VCC1)和搭接铁端(GND)，其输出端通过第八电阻(R8)与所述微控制器电路的重过载检测端(OC2)相连。

9.根据权利要求4所述的智能防夹自动车窗关闭器，其特征在于：包括串联连接在动力电源(VCC)与车窗电机之间的检流电阻(R19)、负载检测电路和微控制器电路；所述负载检测电路主要包括第一到第四运算放大器(U1、U2、U3和U4)，第一运算放大器(U1)的反相输入端通过第十二电阻(R12)与所述检流电阻(R19)的一端相连，其正相输入端通过第十五电阻(R15)与检流电阻(R19)的另一端相连，并通过第十七电容(C17)接搭铁端(GND)、通过第十七电阻(R17)接第二电源(VCC1)，其输出端通过第十四电阻(R14)与第二运算放大器(U2)的正相输入端相连；还包括跨接在第一运算放大器(U1)的反相输入端与输出端之间的阻容并联支路；所述第二运算放大器(U2)的正相输入端还通过阻容并联支路接搭铁端(GND)，其反相输入端通过第九电阻(R9)接第二电源，其输出端通过第十三电阻(R13)分别与第三和第四运算放大器(U3和U4)的反相输入端相连；还包括跨接在第二运算放大器(U2)的反相输入端与输出端之间的阻容并联支路；所述第三运算放大器(U3)的正相输入端分别通过第五电阻(R5)和第七电阻(R7)接第二电源(VCC1)和搭铁端(GND)，其输出端通过第二十三电阻(R23)与所述微控制器电路相连；第四运算放大器(U4)的正相输入端分别通过第十六电阻(R16)和第十八电阻(R18)接第二电源(VCC1)和搭铁端(GND)，其输出端通过第八电阻(R8)与所述微控制器电路相连。

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