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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Steuergerät bzw. ein Verfahren zur
Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug
nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
DE 10 2004 056 415
A1 ist ein integrierter Schaltkreis bekannt, der verschiedene
Funktionen für ein Airbagsteuergerät aufweist.
Dazu gehören beispielsweise Schnittstellen zur Anbindung
von außerhalb des Steuergeräts befindlichen Sensoren. In
dem integrierten Schaltkreis kann auch ein sogenannter Safety-Controller
vorgesehen sein, der parallel zu einem Mikrocontroller die Sensorwerte
auswerte, so dass zwei unterschiedliche hardwaremäßig getrennte
Auswertepfade vorliegen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Steuergerät bzw. das
erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung von
Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug mit den Merkmalen
der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber
den Vorteil, dass nunmehr sowohl der Safety-Controller, als auch
die Auswerteschaltung, beispielsweise ein Mikrocontroller, jeweils Schnittstellen
für einen steuergeräteexternen Bus aufweisen.
D. h. der steuergeräteexterne Bus wird in das Steuergerät
hineingeführt und direkt an den Safety-Controller bzw.
die Auswerteschaltung angebunden. Damit werden auch auf diese Daten
das Prinzip der unabhängigen Auswertepfade, die auf unterschiedlichen
Hardware-Bausteinen realisiert sind, ausgeweitet. Damit kann in
Bezug auf diese Busdaten ein nicht mehr funktionstüchtiger
Prozessor als Auswerteschaltung keinen negativen Einfluss entfalten,
da der Safety-Controller getrennt von dieser Hardware ist und daher
unabhängig davon die Busdaten auswertet.
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Vorliegend
ist ein Steuergerät ein elektrisches Gerät, das
Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale
für die Personenschutzmittel erzeugt. Ansteuern der Personenschutzmittel,
wie Airbags, Gurtstraffer, crashaktive Kopfstützen usw.
bedeutet dabei das Aktivieren dieser Personenschutzmittel beispielsweise,
indem ein sogenannter Zündstrom zum Zünden von
Zündelementen für Airbags ausgegeben wird.
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Die
Auswerteschaltung kann vorliegend hard- und/oder softwaremäßig
ausgebildet sein, insbesondere können alle möglichen
Prozessortypen wie der oben genannte Mikrocontroller, Mehrkernrechner
usw. für die Auswerteschaltung verwendet werden. Dabei
können integrierte Schaltungen, aber auch diskrete Schaltungen
oder Mischformen davon verwendet werden.
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Die
Entscheidung für die Ansteuerung beinhaltet zum einen die
Aussage, ob Personenschutzmittel anzusteuern sind, wie diese Personenschutzmittel
anzusteuern sind und welche Personenschutzmittel anzusteuern sind.
Auch zeitliche Abfolgen können in dieser Entscheidung festgelegt
werden.
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Das
erste Sensorsignal, das einen Unfall kennzeichnet, ist beispielsweise
ein Drehbewegungssignal oder ein ESP-Signal oder ein ABS-Signal
oder andere fahrdynamische Größen.
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Bei
dem Safety-Controller handelt es sich üblicherweise um
einen Teil eines integrierten Schaltkreises, der unabhängig
von den Schaltkreisen für die Auswerteschaltung ist. Der
Safety-Controller kann auch als autarker integrierter Schaltkreis
bereitgestellt werden. Der Safety-Controller weist die Auswertefunktionen
als Hardwareschaltungen auf. Es ist jedoch auch möglich,
diese in Software vorzusehen.
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Das
Freigabesignal kann sehr einfach gestaltet sein, beispielsweise
0 oder 1. Es kann jedoch auch komplexer sein und insbesondere dann
jeweilige Personenschutzmittel einzeln freigeben.
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Bei
der Ansteuerschaltung handelt es sich ebenfalls beispielsweise um
einen Teil eines integrierten Schaltkreises oder auch um voneinander
getrennte elektronische Bauelemente, die zumindest in der Lage sind,
die Entscheidung und das Freigabesignal auszuwerten und die Auswerteergebnisse
miteinander zu verknüpfen. Nur, wenn sowohl die Entscheidung,
als auch das Freigabesignal anzeigen, dass die Personenschutzmittel
anzusteuern sind, erfolgt auch diese Ansteuerung.
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Bei
der Schnittstelle handelt es sich um eine hard- oder softwaremäßige
Ausprägung für die Anbindung des steuergeräteexternen
Busses. Die Aufgabe der Schnittstelle ist es, die Daten zu lesen
und dann die Nutzdaten in ein für das steuergeräteinternes
lesbares Format umzuwandeln, um dann diese Daten in diesem Format
an die jeweiligen Auswertebausteine, wie die Auswerteschaltung und
den Safety-Controller, weiterzugeben.
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Bei
dem Bus, der beispielsweise nach den abhängigen Ansprüchen
definiert sein kann, handelt es sich üblicherweise um einen
elektrischen, beispielsweise zweiadrigen oder dreiadrigen bzw. einen faseroptischen
Bus. Dieser Bus ist als steuergeräteextern definiert, da
dieser Bus verschiedene Steuergeräte und ggf. auch andere
Komponenten im Fahrzeug miteinander verbindet.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen
des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen
Steuergeräts bzw. Verfahrens zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln
für ein Fahrzeug möglich.
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Vorteilhaft
ist dabei, dass die wenigstens eine Schnittstelle einen CAN-Bus
und/oder eine Flexray-Schnittstelle ist. Bei diesen Bussen, dem CAN-Bus
(Controller Area Network) bzw. dem Flexray-Bus handelt es sich um
in der Fahrzeugtechnik geläufige Bustechnologien, die hohe
Flexibilität und hohe Übertragungsraten ermöglichen.
Um eine Schnittstelle an einem Flexray-Bus zu betreiben, braucht
man zwei Komponenten: den Bus-Transceiver und den Communication-Controller.
Der Bus-Transceiver stellt die direkte Verbindung zur Datenleitung
her. Einerseits schreibt er logische Informationen, die versendet
werden sollen, in Form von Spannungspulsen auf den Bus, andererseits
liest er die Signale aus, die von anderen Teilnehmern auf den Bus
gesendet werden. Diese Ebene wird als physikalische Bitübertragungsschicht
oder Physical Layer bezeichnet. Außerdem umfasst Flexray
noch das Busprotokoll. Das Busprotokoll regelt, wie ein Netzwerk
startet, wie ein Bus etabliert wird und welche Steuergeräte
zu welchem Zeitpunkt senden dürfen. Der Communication Controller
setzt das Busprotokoll in jedem Steuergerät um, beispielsweise
verpackt er die zu übertragenen Informationen in ein Datenpaket und übergibt
dieses Datenpaket zum richtigen Zeitpunkt zur Übertragung
an den Bus-Transceiver. Beim CAN-Bus läuft das entsprechend.
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Darüber
hinaus ist es vorteilhaft, dass die Auswerteschaltung mit der jeweils
wenigstens einen Schnittstelle auf einem ersten integrierten Schaltkreis angeordnet
ist. D. h. die Auswerteschaltung, beispielsweise ein Prozessor,
ist mit der Schnittstelle auf einem IC integriert. Dies gilt entsprechend
für den Safety-Controller und dessen Schnittstelle.
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In
einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass sowohl die Auswerteschaltung,
als auch der Safety-Controller eine sogenannte SPI (Serial Peripherial Interface)-Schnittstelle
aufweisen, wobei die jeweilige SPI-Schnittstelle wenigstens ein
zweites Sensorsignal bereitstellt, das in Kombination mit dem wenigstens
einen ersten Sensorsignal für die Bildung der Entscheidung
und für die Erzeugung des Freigabesignals jeweils von der
Auswerteschaltung und dem Safety-Controller ausgewertet wird. Das
bedeutet, über die SPI-Schnittstelle werden auch Unfallsensorsignale
bereitgestellt, wie beispielsweise ein Beschleunigungssignal, ein
pragmatisch integriertes Beschleunigungssignal, ein Luftdrucksignal
oder andere Sensorsignale. Auch beliebige Formen der Verarbeitung,
wie Integrationen und Ableitungen, Faktorisierungen usw. sind vorliegend
möglich.
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Als
vorteilhafte Variante hat es sich ergeben, dass die jeweiligen Sensorsignale,
nämlich das vom Bus und das vom SPI jeweils Schwellwertvergleichen unterzo gen
werden und diese Schwellwertvergleiche bezüglich ihres
Ergebnisses dann miteinander verknüpft werden. So gelingt
dann die Ansteuerentscheidung.
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Alternativ
dazu ist es möglich, nur eine Schwellwertentscheidung vorzusehen
und das andere Signal für die Beeinflussung wenigstens
eines Schwellwerts in dieser einen Schwellwertentscheidung vornehmen
zu können. Ist nämlich beispielsweise das zweite
Sensorsignal sehr hoch, dann ist eine starke Absenkung des Schwellwerts
angezeigt.
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Bei
dem Arbeitssignal handelt es sich um einen vom Sensorsignal abgeleitetes
Signal, das beispielsweise integriert abgeleitet, mehrfach abgeleitet oder
mehrfach integriert eine Mittelwertbildung, einer Nummierung usw.
unterzogen werden kann. Bei dem Arbeitssignal kann es sich auch
um das Sensorsignal, beispielsweise nach einer Tiefpassfilterung selbst
handeln.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuergeräts
mit angeschlossenen Komponenten,
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2 ein
erstes Blockschaltbild,
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3 ein
zweites Blockschaltbild und
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4 ein
Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
in einem Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
Steuergeräts SG in einem Fahrzeug FZ mit den angeschlossenen
Komponenten: ein Sensorsteuergerät DCU, einer Luftdrucksensorik für
die Seitenaufprallsensierung PPS, sowie den Personenschutzmitteln
PS. Weitere angeschlossene Komponenten, die für den Betrieb
notwendig sind, bzw. auch solche Komponenten innerhalb des Steuergeräts
SG, die für den Betrieb notwendig sind, aber nicht für
das Verständnis der Erfindung, sind der Einfachheit halber
weggelassen worden.
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Das
Sensorsteuergerät DCU weist eine Sensorik S auf, beispielsweise
eine Drehraten- und/oder Beschleunigungs- und/oder Körperschallsensorik, die
ihr Messsignal an eine Schnittstelle IF1 innerhalb des Steuergeräts
DCU überträgt, wobei die Schnittstelle IF1 vorliegend
als CAN-Busschnittstelle ausgebildet ist und über den CAN-Bus
BUS die Daten an das Steuergerät SG und damit das erste
Sensorsignal überträgt. Dieser steuergeräteexterne
Bus ist in das Steuergerät SG, vorliegend ein Airbagsteuergerät,
hineingeführt und dabei direkt an die Schnittstellen 10 und 11 des
Mikrocontrollers μC als der Auswerteschaltung, sowie des
Safety-Controllers SCON als redundanten Hardwareauswertepfad.
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Die
Luftdrucksensorik PPS, die üblicherweise in den Seitenteilen
des Fahrzeugs für die Seitenaufprallsensierung angeordnet
ist, ist an die Schnittstelle IF2 angebunden. Die Luftdrucksensorik
PPS überträgt ihre Daten mittels des sogenannten PSI5-Protokolls,
das im Internet unter www.psi5.org abrufbar ist.
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Die
Schnittstelle IF2 wandelt dann die Daten in ein für das
Steuergerät SG lesbares Format um, vorliegend das Serial
Peripherial Interface (SPI). Auch hierfür weisen der Mikrocontroller μC
eine eigene Schnittstelle 12 bzw. der Safety-Controller
eine Schnittstelle 13 auf.
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Weitere,
nicht dargestellte Sensorsignale können zusätzlich
verarbeitet werden.
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Der
Mikrocontroller μC benutzt nun sein Auswertealgorithmus,
um die Sensorsignale zu verarbeiten. Dafür werden üblicherweise
Schwellwertvergleiche, Klassifizierungen, Mustererkennungen usw. ausgeführt.
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Der
Safety-Controller ist üblicherweise Teil eines integrierten
Schaltkreises, bei dem hardwaremäßig Auswerteroutinen
vorliegen, die beispielsweise einfache Schwellwertvergleiche lediglich
ausführen. Der Safety-Controller erzeugt ein Freigabesignal,
wenn die Sensorsignale einen Unfall anzeigen. Dieses Freigabesignal
wird der Ansteuerschaltung FLIC, die ebenfalls Teil eines integrierten
Schaltkreises sein kann, übertragen und wird dort als Freigabe einer
Ansteuerungsentscheidung, die vom Mikrocontroller μC übertragen
wird, interpretiert.
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Auch
diese Übertragung kann beispielsweise im sogenannten SPI-Format
erfolgen.
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Die
Ansteuerschaltung FLIC weist eine Logik auf, um die beiden Signale,
nämlich die Entscheidung und das Freigabesignal verarbeiten
zu können und die entsprechenden Ansteuerungen von Leistungsschaltern
vornehmen zu können. Die Leistungsschalter sind dabei üblicherweise
als MOSFET's oder andere Leistungstransistoren ausgeführt. Schalten
diese Leistungsschalter durch, dann wird die entsprechende Zündenergie,
beispielsweise zu einem Zündelement eines Airbags außerhalb
des Steuergeräts SG geleitet und führt dort zur
Explosion und damit zur Aufblähung des Airbags. Auf der
gleichen Weise können pyrotechnische Gurtstraffer angesteuert
werden, auch andere pyrotechnischen Elemente können so
angesteuert werden. Aber auch eine elektromagnetische Aktuatorik
kann auf diese Weise aktiviert werden.
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2 zeigt
in einem Blockschaltbild, wie die Sensorsignale, die zum einen über
den Bus, und zum anderen von der Luftdrucksensorik PPS stammen, jeweils
im Mikrocontroller μC und/oder dem Safety-Controller SCON
verarbeitet werden können. Anstatt des Luftdrucksignals
kann auch ein anderes Sensorsignal, wie das eines Beschleunigungssensors,
Körperschallsensors, Umfeldsensors (Radar-, Ultraschall-,
Video) oder Sitzbelegungssensors ausgewertet werden. Auch ESP-Signale
usw. können berücksichtigt werden. Das Sensorsignal
S1, das über den Bus in das Steuergerät SG gelangt,
wird im Block 200 vorverarbeitet, um das Arbeitssignal
A1 zu erzeugen. Die Vorverarbeitung 200 kann eine Filterung,
Integration, Mittelwertbildung, gewichtete Integration usw. sein.
Auch die Identifikation von Maxima, Minima, Ableitung usw. können
als Vorverarbeitung auch in Kombination verwendet werden. Das Arbeitssignal
A1 wird dann dem Schwellwertentscheider 201 zugeführt,
um festzustellen, ob das Arbeitssignal A1 einen vorgegebenen Schwellwert übertrifft
oder nicht. In Abhängigkeit davon wird das Ergebnissignal E1
ausgegeben, das in ein Und-Gatter 202 geführt wird.
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In
gleicher Art und Weise wird das Sensorsignal S2 vorliegend von der
Sensorik PPS verarbeitet, wobei die Vorverarbeitung 203 zur
Erzeugung des Arbeitssignals A2 unterschiedlich von dem Block 200 aber
auch gleich sein kann. Das Arbeitssignal A2 wird dann dem Schwellwertentscheider 204 zugeführt,
um auch hier einen Schwellwertvergleich entsprechend durchzuführen.
In Abhängigkeit von diesem Schwellwertvergleich wird das
Ergebnissignal E2 erzeugt, das ebenfalls in das UND-Gatter 202 geführt
wird. In Abhängigkeit von der Und-Verknüpfung des
Gatters 202 der Signale E1 und E2 wird das Ausgangssignal 205 erzeugt,
das dann beispielsweise das Freigabesignal des Safety-Controllers
SCON ist oder die Entscheidung zur Ansteuerung durch den Mikrocontroller μC.
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Diese
Verarbeitung der Sensorsignale ist die Grundstruktur. Sie kann in
verschiedenster Art und Weise variiert werden. Insbesondere können Schwellwerte
abhängig von Zeit oder anderen Sensorsignalen, wie Körperschallsignalen,
Umfeldsignalen usw. gestaltet sein. Alternativ sind auch Klassifizierungsansätze,
Mustervergleiche usw. möglich.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Verarbeitung der Sensorsignale
S1 und S2. Das Signal S1 wird wiederum in einem Vorverarbeitungsblock 300 zu
einem Arbeitssignal A3 verarbeitet, das dem Schwellwertentscheider 301 für
einen Schwellwertvergleich zugeführt wird. Der Schwellwert
des Schwellwertentscheiders 301 wird vorliegend veränderlich
in Abhängigkeit vom Sensorsignal S2 ausgestaltet, in dem
das Sensorsignal S2 durch einen Vorverarbeitungsblock 302 zu
einem Arbeitssignal A4, beispielsweise durch Integration oder Ableitung
oder Filterung umgewandelt wird. Das Signal A4 bestimmt dann die
Höhe des Schwellwerts über eine Abbildungsvorschrift.
Das Ausgangssignal 303 des Schwellwertentscheiders 301 ist
dann die Entscheidung zur Ansteuerung bzw. das Freigabesignal.
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Die
Ausführungsformen gemäß 2 bzw. 3 können
miteinander kombiniert werden oder eine Ausführungsform
wird in der Auswerteschaltung und die andere Ausführungsform
im Safety-Controller implementiert.
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4 zeigt
in einem Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren.
In Verfahrensschritt 400 wird die Entscheidung für
die Ansteuerung der Personenschutzmittel durch den Mikrocontroller μC
als der Auswerteschaltung gebildet. In Verfahrensschritt 401 wird
anhand der Sensorsignale das Freigabesignal durch den Safety-Controller
SCON erzeugt. In Verfahrensschritt 402 wird in der Ansteuerschaltung FLIC
die Entscheidung für die Ansteuerung sowie das Freigabe signal
miteinander verknüpft, beispielsweise logisch. In Abhängigkeit
von dieser Verknüpfung wird in Verfahrensschritt 403 geprüft,
ob die Verknüpfung aussagt, dass eine Ansteuerung der Personenschutzmittel
PS erfolgen soll. Dies ist dann der Fall, wenn sowohl das Freigabesignal,
als auch die Entscheidung für die Ansteuerung dies anzeigen.
Sobald zumindest eines dieser Ausgangssignale, nämlich
das Freigabesignal und/oder die Entscheidung für die Ansteuerung
negativ sind, erfolgt keine Ansteuerung und das Verfahren endet
in Verfahrensschritt 404. Soll die Ansteuerung jedoch erfolgen, wird
in Verfahrensschritt 405 die Ansteuerung durch die Bestromung,
beispielsweise von Zündelementen durch die Ansteuerschaltung
FLIC durchgeführt.
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Die
Entscheidung für die Ansteuerung kann nicht nur enthalten
die Entscheidung überhaupt Personenschutzmittel anzusteuern,
sondern auch wie und welche und wann. Diese Angaben können
auch nur jeweils einzeln der Entscheidung hinzugefügt werden,
so dass andere Angaben sich aus anderen Gegebenheiten des Steuergeräts
ergeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004056415
A1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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