DE102004036087A1 - Steuerung und Verfahren zum sicheren Betreiben eines Kraftfahrzeuges - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung und ein Verfahren zum sicheren Betreiben eines Kraftfahrzeuges.
- Durch die stärkere Systemintegration in Kraftfahrzeugen wird es möglich, Betriebsdaten aus unterschiedlichen Fahrzeugbereichen abzurufen und zu verarbeiten. Zunehmend werden umwelterfassende Sensoren eingesetzt, die u. a. auch die Wetterbedingungen und damit verbundene Reibwerte erfassen können. Zum Verbessern der Fahrsicherheit können davon Fahrzeugbereiche, wie Fahrwerk (Chassis), Struktur (Body), Antriebsstrang (Powertrain) und Klima (HVAC, Heating Ventilation and Air Condition), profitieren. Dies erfordert allerdings eine zuverlässige Beurteilung der jeweiligen Betriebssituation und eine Abstimmung einer Vielzahl unterschiedlicher Systeme.
- Die
DE 197 00 353 A1 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose, Steuerung, Übertragung und Speicherung sicherheitsrelevanter Systemzustandsgrößen eines Kraftfahrzeuges. Zum Entlasten des Fahrers werden mit dem System alle Prozessparameter erfasst und über einen Soll-Ist-Vergleich derart verarbeitet, dass sicherheitsrelevante gefährliche Zustände mit instabilem Sys temverhalten schnell erkannt, bewertet, angezeigt sowie in Steueroperationen umgesetzt werden können. - Die
DE 199 37 119 C2 beschreibt eine Scheinwerferanlage für ein Kraftfahrzeug, bei der Feuchtigkeit und Schnee in der Umgebung des Kraftfahrzeuges detektiert wird. Zum Verbessern der Fahrsicherheit wird weiterhin ein Radschlupf der Antriebsräder des Kraftfahrzeuges erfasst. Die Signale werden ausgewertet und die Charakteristik eines von den Scheinwerfern ausgesandten Lichtbündels an die Umgebungssituation angepasst. - Die
EP 0 890 483 A2 offenbart eine Einrichtung zum Anpassen von Steuereinrichtungen eines Kraftfahrzeuges an äußere Bedingungen. Zum Entlasten des Fahrers sind dabei Meldungen, die insbesondere Wetterbedingungen betreffen, von einer zentralen Einrichtung empfangbar und auswertbar. Die ausgewerteten Meldungen sind Steuereinrichtungen zuführbar. - Allen diesen Offenbarungen ist gemein, dass sie entweder nur Teilaspekte der Fahrsicherheit oder nur bestimmte Betriebssituationen betrachten, auf welche ein nur eingeschränkt flexibles Antwortverhalten vorgesehen ist.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung zum sicheren Betreiben eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen, welche die Fahrsicherheit umfassend verbessert, einfach aufgebaut und kostengünstig ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum sicheren Betreiben eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen, welches die Fahrsicherheit umfassend verbessert, leicht umzusetzen und zuverlässig ist.
- Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Steuerung mit einer zentralen Datenspeichereinheit zum Aufnehmen von Betriebsdaten damit verbundener Fahrzeugesensoren und wenigstens einer Datenverarbeitungseinheit, die unter Berücksichtigung dieser Betriebsdaten zum Ermitteln einer konsistenten Beschreibung der aktuellen Betriebssituation und zum Bestimmen eines zugehörigen Betriebsmodus für Fahrzeugkomponenten ausgebildet ist, in dem das Kraftfahrzeug unter der gegebenen Betriebssituation sicher betrieben werden kann und der zum Einstellen von Funktionskomponenten an deren Steuereinheiten übermittelt wird.
- Ein wesentlicher Vorteil der Steuerung besteht einerseits darin, dass erst die zentrale Erfassung der Betriebsdaten an der Datenspeichereinheit eine Grundlage für die konsistente Beschreibung der aktuellen Betriebssituation, insbesondere Fahrzeugzustand, Fahrzustand, Umgebungszustand, bietet. Damit wird die Erkennungssicherheit von Betriebssituationen deutlich erhöht. Zudem wird eine mehrfache Bestimmung der gleichen Werte überflüssig, was zu einer geringeren Prozessorbelastung führt. Es können weiterhin zusätzliche Fahrzeugsensoren vermieden werden, was den einzelnen Fahrzeugsensor durch seine Mehrfachnutzung preiswerter macht.
- Andererseits wird erst durch die Einführung von Betriebsmodi eine spezifische Anpassung der Funktionskomponenten an die jeweils erkannte Betriebssituation möglich. Damit wird die Reaktionssicherheit auf erkannte Betriebssituationen deutlich erhöht. Gleichzeitig sind die Betriebsmodi von der Konfiguration unterschiedlicher Fahrzeugmodelle unabhängig. Das System, welches den Betriebsmodus sendet, muss nicht die Anzahl und Art der Empfängersysteme kennen. Ein Betriebsmodus muss lediglich beim Design der Funktionskomponenten (Fahrwerk, Motor, Armaturen usw.) spezifiziert worden sein. Dadurch wird die Bandbreite von Kraftfahrzeug-Datenbussen gering belastet.
- In Ausgestaltung der Erfindung sind zum Bestimmen eines Betriebmodus Schwellwerte vorgesehen, deren Über- oder Unterschreiten durch die Betriebsdaten der Fahrzeugsensoren wechselnde Betriebssituationen des Kraftfahrzeuges anzeigt. Dadurch wird eine besonders einfache und zuverlässige Einstufung verschiedener Betriebsituationen erzielt. Eine konsistente Beschreibung einer Betriebssituation wird insbesondere dann erreicht, wenn die Schwellwerte z. B. von Niederschlag, Temperatur, Luftfeuchtigkeit u. Ä. voneinander abhängig sind. Wird ein solcher Schwellwert von den übermittelten Sensordaten über- oder unterschritten, kann ein neuer Betriebsmodus bestimmt und zum Einstellen von Funktionskomponenten übermittelt werden.
- Bevorzugt umfasst die Ermittlung einer konsistenten Beschreibung der aktuellen Betriebssituation des Kraftfahrzeuges an der Datenverarbeitungseinheit ein Zusammenführen und Auswerten von Betriebsdaten. Die zusammengeführten Daten lassen sowohl direkte als auch indirekte Rückschlüsse auf eine bestimmte Betriebssituation zu und machen somit deren Beurteilung aussagekräftiger und sicherer. Dabei werden z. B. die an der Datenspeichereinheit hinterlegten Wetter- und/oder Klimadaten unterschiedlicher Fahrzeugesensoren mit Fahrzeugdaten des Bremssystems zusammengeführt und ausgewertet, um den Reibwert einer Straßenoberfläche zu ermitteln.
- Vorteilhafterweise umfassen die Betriebsdaten der Fahrzeugsensoren Kraftfahrzeug- und/oder Umgebungs- und/oder Telematikdaten. Umso konsistenter die Beschreibung der Wettersituation ist, umso genauer kann die Schätzung des wichtigen Straßenreibwerts gelingen. Dazu ist eine breite Datenbasis von Vorteil, wozu insbesondere auch die Nutzung von Telematikdiensten beiträgt.
- Nach einer Weiterbildung sieht eine Übermittlung eines Betriebsmodus keine Adressierung von Funktionskomponenten vor. Grundsätzlich lässt sich ein Betriebsmodus durch direkte Verdrahtung der Datenverarbeitungseinheit mit den adressierten Steuereinheiten oder deren Adressierung über ein Datenbus-Protokoll übertragen. Dies erfordert entweder eine aufwändige Verkabelung oder einen Kommunikationsmehraufwand. Wird der Betriebsmodus aber ohne Adressierung einer Steuereinheit auf einen Kraftfahrzeug-Datenbus signalisiert, dann werden alle vorhandenen Funktionskomponenten umgestellt, an deren Steuereinheiten ein solcher Betriebsmodus vorgesehen ist. Eine solche Übermittlung ist zudem unabhängig von Typ und Ausstattung des Kraftfahrzeuges. Dabei ist jeder Betriebsmodus plattformübergreifend standardisiert. Dies erspart Entwicklungskosten für die Datenverarbeitungseinheit und/oder die Steuereinheiten, für die in einer definierten Betriebssituation immer der gleiche Betriebsmodus gilt. Dabei kann jede Funktionskomponente auch mehrere Betriebsmodi aufweisen, die abhängig von definierten Betriebssituationen an ihren Steuereinheiten ansprechbar sind. Damit ist das Fahrzeugverhalten an jede spezifische Betriebsituation optimal abstimmbar.
- Zweckmäßigerweise ist ein Betriebsmodus ein Schlechtwettermodus (Safe Driving Mode, Bad Weather Mode). Dadurch wird die Fahrsicherheit in einer besonders gefahrenträchtigen Betriebssituation verbessert. Dieser kann den verschiedenen Bereichen im Kraftfahrzeug ein entsprechendes Umschalten in diesen Betriebsmodus erlauben. Im Umfang des Schlechtwettermodus ist auch die Unterteilung in weitere Betriebsmodi, wie z. B. Geländemo dus, Bergmodus, Autobahnmodus usw., auch in Verbindung mit/ohne Beladung oder Anhänger denkbar. Hierbei ist im Schlechtwettermodus wenigstens eine der Funktionskomponenten Armatur, Motor, Fahrwerk, Scheiben und/oder Klimaanlage adressiert. Dabei kann z. B. für die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI, Human Maschine Interface) eine auf wesentliche Daten reduzierte Anzeige vorgesehen sein, um eine Ablenkung des Fahrers zu verhindern und seine Aufmerksamkeit auf seine Fahrtätigkeit zu lenken. Zudem können die Fahrwerkseinstellungen einer z. B. glatten Straßenoberfläche angepasst und/oder die maximale Höchstgeschwindigkeit begrenzt werden. Um ein Beschlagen der Scheiben zu vermeiden, kann auch die Klimaanlage und/oder die Belüftung und/oder die Scheibenheizung entsprechend prophylaktisch reagieren.
- Bei einer weiteren Ausführung sind jedem Betriebsmodus zugehörige Einstellungen für Funktionskomponenten an deren Steuereinheiten hinterlegt. Grundsätzlich ist es auch möglich, diese Einstellungen z. B. über ein Datenbus-Protokoll zu übermitteln. Das dazu notwendige Verwalten und Verarbeiten der Einstellungen würde aber einerseits Speicherplatz benötigen sowie andererseits eine entsprechende Prozessorleistung der Datenverarbeitungseinheit erfordern und zudem mehr Datenverkehr auf dem Kraftfahrzeug-Datenbus bedeuten. Weiterhin wäre das System nicht ohne weiteres in andere Plattformumgebungen portabel. Durch das dezentrale Hinterlegen der Einstellungen an den Steuereinheiten der Funktionskomponenten des Kraftfahrzeuges werden alle diese Nachteile vermieden.
- Zweckmäßigerweise ist die Funktion der Datenverarbeitungseinheit durch eine auf dieser ablauffähige Software verwirklicht. Dadurch wird die Datenverarbeitungseinheit kostengünstig und leicht wartbar (Software- Patches, Updates, Upgrades). Dabei ist die wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit einheitlich mit einer Steuereinheit für Funktionskomponenten ausgeführt. Damit nimmt die Datenverarbeitungseinheit im Kraftfahrzeug keinen weiteren Raum in Anspruch, da sie hardwareseitig mit einer Steuereinheit identisch sein kann. Ihre Software kann dann z. B. mit der Software dieser Steuereinheit über entsprechende sockets, threads u. Ä. kommunizieren und für eine Betriebssituation den zugehörigen Betriebsmodus zur Verfügung stellen. In einem datenbus-basierten Netzwerk kann sie Betriebsdaten an der zentralen Datenspeichereinheit abrufen und den bestimmten Betriebsmodus anderen Steuereinheiten im Netz bereitstellen.
- Weiterhin ist bevorzugt wenigstens ein Teil der Komponenten über einen Kraftfahrzeug-Datenbus miteinander vernetzt. Wie vorstehend erwähnt, ist grundsätzlich auch eine Direktverkabelung der Steuerkomponenten, wie Datenspeichereinheit, Datenverarbeitungseinheit, Steuereinheiten, Sensoren usw., mit einigem Aufwand möglich. Über einen Kraftfahrzeug-Datenbus, wie z. B. einen CAN (Controller Area Network)-Bus, bieten sich aber die schon vorstehend genannten Vorteile einfacher Bereitstellung des bestimmten Betriebmodus.
- Gelöst wird die vorstehend genannte Aufgabe auch durch ein Verfahren, bei dem aus zentral erfassten Betriebsdaten von Fahrzeugesensoren eine konsistente Beschreibung einer aktuellen Betriebssituation ermittelt und ein zugehöriger Betriebsmodus für Funktionskomponenten des Kraftfahrzeuges bestimmt wird, in dem dieses in der gegebenen Betriebssituation sicher betrieben werden kann und der zum Einstellen der Funktionskomponenten an deren Steuereinheiten übermittelt wird.
- Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass auf der Grundlage zentraler Datenerfassung ein jeweiliger Betriebsmodus ermittelbar ist, der in qualitativer und quantitativer Hinsicht eine besonders gute Abstimmung des Fahrzeugverhaltens an die erkannte Betriebssituation erlaubt. Dadurch wird die Fahrsicherheit erheblich verbessert.
- Vorteilhafterweise werden zum Ermitteln einer aktuellen Betriebssituation zentral erfasste Betriebsdaten zusammengeführt und ausgewertet. Die zusammengeführten Daten lassen dabei direkte wie indirekte Rückschlüsse auf eine bestimmte Betriebssituation zu und machen somit deren Beurteilung aussagekräftiger und sicherer.
- Bevorzugt wird zum Bestimmen eines Betriebmodus ein Feststellen des Über- oder Unterschreitens von Schwellwerten von Betriebsdaten durchgeführt, das wechselnde Betriebssituationen anzeigt. Dadurch wird eine besonders einfache und zuverlässige Einstufung verschiedener Betriebsituationen erzielt.
- Es bleibt anzumerken, dass die beschriebene Steuerung und das Verfahren grundsätzlich zum sicheren Betreiben von Kraftfahrzeugen aller Art in wechselnden Betriebssituationen anwendbar ist.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigt:
-
1 eine schematische Übersicht über die von einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerung erfassten Betriebsdaten und -
2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerung der1 . - Der linksseitige Block der
1 zeigt, dass zum Ermitteln einer konsistenten Beschreibung der Wetterbedingungen unter Heranziehen von heuristischen Verfahren eine Reihe von zentral erfassten Betriebsdaten zusammengeführt (Datenfusion) und ausgewertet werden, die den Umgebungszustand des Kraftfahrzeuges hinsichtlich Außentemperatur, Luftfeuchtigkeit, Nebel (Lidar, Light Detection and Ranging), Scheibenwischerstatus, telematische Wetterdaten, Regen, Beleuchtungsstatus, Licht und einem Rot/Weiß-Sensor umfassen. Regen, Schnee, Nebel, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Beleuchtung können direkt mit unterschiedlichen Sensorprinzipien gemessen werden. Mit Lidar lässt sich außer der Unterscheidung von unterschiedlichen Niederschlägen auch die Dichte und Größe der Tropfen bestimmen. Außerdem kann eine zusätzliche Wetterinformation über Telematikdienste abgerufen und mitverwendet werden. - Der rechtsseitige Block der
1 zeigt, dass zum Ermitteln einer (Straßen)Reibung Fahrzeugdaten des Bremssystems (ABS, Anti-Blockier-System) unter Heranziehung von heuristischen Verfahren ausgewertet werden. Bei dieser Auswertung finden auch die zusammengeführten Betriebsdaten gemäß dem linksseitigen Block Berücksichtigung. Mit Hilfe der Fahrzeugdaten des Bremssystems lässt sich dabei gemeinsam mit den Wetterdaten eine Schätzung des wichtigen Straßenreibwerts bestimmen. - Gemäß
2 werden die Betriebsdaten an einer Datenspeichereinheit10 aufgenommen. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist hier nur eine beschränkte Anzahl von Fahrzeugsensoren beispielhaft dargestellt, die sich auf einen Fahrzeugesensor20 für Regen, einen Fahrzeugesensor21 für Temperatur und einen Fahrzeugesensor22 für Telematikdaten beschränken. Die an der Datenspeichereinheit10 abgelegten Betriebsdaten der Fahrzeugsensoren20 ,21 ,22 können von einer Datenverarbeitungseinheit30 abgerufen werden, an der eine konsistente Beschreibung der Wettersituation erfolgt und ein zugehöriger Betriebsmodus B (SW, Schlechtwetter) ermittelt wird, in dem das Kraftfahrzeug sicher betrieben werden kann. - In dem Schlechtwettermodus SW lassen sich Steuereinheiten für Fahrwerk
40 und Armaturen42 umstellen, an denen ein solcher Modus vorgesehen ist. Eine Steuereinheit für die Lenkung41 wird nicht umgestellt, da ihr Design einen Schlechtwettermodus nicht umfasst. Die Kommunikation aller Komponenten10 ,20 ,21 ,22 ,30 ,40 ,41 ,42 findet über einen Kraftfahrzeug-Datenbus50 statt, auf den der Betriebsmodus B von der Datenverarbeitungseinheit30 signalisiert wird. Eine spezifische Adressierung der Steuereinheiten40 ,41 ,42 angesprochener Funktionskomponenten (Fahrwerk, Lenkung, Armaturen) ist nicht notwendig, womit das Zusammenwirken der Komponenten30 ,40 ,41 ,42 einem dezentralen Konzept folgt. Liegt ein Modus an einer der Steuereinheiten40 ,41 ,42 an, stellt dese ihren Betrieb um, wenn sie über einen entsprechenden Modus verfügt. - Die zentrale Erfassung der Betriebsdaten in Verbindung mit der Einführung von Betriebsmodi lässt eine optimale Abstimmung des Fahrzeugverhaltens auf die erkannten Betriebssituationen zu. Nur beispielhaft wurde vorstehend eine Steuerung in Reaktion auf einen Umgebungszustand beschrieben. Die Betriebssituationen können neben einem Umgebungszustand aber auch einen Fahrzeugzustand oder einen Fahrzustand umfassen, wodurch die Fahrsicherheit erheblich verbessert wird. Die Steuerung ist einfach aufgebaut sowie zuverlässig und durch die einfache Adressierung der Steuereinheiten
40 ,41 ,42 schnell und kostengünstig. -
- 10
- Datenspeichereinheit
- 20
- Fahrzeugesensor für Regen
- 21
- Fahrzeugesensor für Temperatur
- 22
- Fahrzeugesensor für Telematikdaten
- 30
- Datenverarbeitungseinheit
- 40
- Steuereinheit für Fahrwerk
- 41
- Steuereinheit für Lenkung
- 42
- Steuereinheit für Armaturen
- 50
- Kraftfahrzeug-Datenbus
- B
- Betriebsmodus
Claims (15)
- Steuerung zum sicheren Betreiben eines Kraftfahrzeuges mit einer zentralen Datenspeichereinheit (
10 ) zum Aufnehmen von Betriebsdaten damit verbundener Fahrzeugesensoren (20 ,21 ,22 ) und wenigstens einer Datenverarbeitungseinheit (30 ), die unter Berücksichtigung dieser Betriebsdaten zum Ermitteln einer konsistenten Beschreibung der aktuellen Betriebssituation und zum Bestimmen eines zugehörigen Betriebsmodus (B) für Fahrzeugkomponenten ausgebildet ist, in dem das Kraftfahrzeug unter der gegebenen Betriebssituation sicher betrieben werden kann und der zum Einstellen von Funktionskomponenten an deren Steuereinheiten (40 ) übermittelt wird. - Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen eines Betriebmodus (B) Schwellwerte vorgesehen sind, deren Über- oder Unterschreiten durch die Betriebsdaten der Fahrzeugsensoren (
20 ,21 ,22 ) wechselnde Betriebssituationen des Kraftfahrzeuges anzeigt. - Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung einer konsistenten Beschreibung der aktuellen Betriebssituation des Kraftfahrzeuges an der Datenverarbeitungseinheit (
30 ) ein Zusammenführen und Auswerten von Betriebsdaten umfasst. - Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdaten der Fahrzeugsensoren (
20 ,21 ,22 ) Kraftfahrzeug- und/oder Umgebungs- und/oder Telematikdaten umfassen. - Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übermittlung eines Be triebsmodus (B) keine Adressierung von Funktionskomponenten vorsieht.
- Steuerung Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Betriebsmodus (B) plattformübergreifend standardisiert ist.
- Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus (B) ein Schlechtwettermodus ist.
- Steuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schlechtwettermodus wenigstens eine der Funktionskomponenten Armatur, Motor, Fahrwerk, Scheiben und/oder Klimaanlage adressiert ist.
- Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Betriebsmodus (B) zugehörige Einstellungen für Funktionskomponenten an deren Steuereinheiten (
40 ,41 ,42 ) hinterlegt sind. - Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der Datenverarbeitungseinheit (
30 ) durch eine auf dieser ablauffähige Software verwirklicht ist. - Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (
30 ) einheitlich mit einer Steuereinheit für Funktionskomponenten ausgeführt ist. - Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Komponenten (
10 ,20 ,21 ,22 ,30 ,40 ,41 ,42 ) über einen Kraftfahrzeug-Datenbus (50 ) miteinander vernetzt ist. - Verfahren zum sicheren Betreiben eines Kraftfahrzeuges, bei dem aus zentral erfassten Betriebsdaten von Fahrzeugesensoren (
20 ,21 ,22 ) eine konsistente Beschreibung einer aktuellen Betriebssituation ermittelt und ein zugehöriger Betriebsmodus (B) für Funktionskomponenten des Kraftfahrzeuges bestimmt wird, in dem dieses in der gegebenen Betriebssituation sicher betrieben werden kann und zum Einstellen der Funktionskomponenten an deren Steuereinheiten (40 ,41 ,42 ) übermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln einer aktuellen Betriebssituation zentral erfasste Betriebsdaten zusammengeführt und ausgewertet werden.
- Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen eines Betriebmodus (B) ein Feststellen des Über- oder Unterschreitens von Schwellwerten von Betriebsdaten durchgeführt wird, das wechselnde Betriebssituationen anzeigt.
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