DE102012021390A1 - Verfahren und System zur Vermeidung einer Satellitenverbindungsunterbrechung - Google Patents
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Abstract
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Fahrzeugelektroniksysteme und insbesondere Steuersysteme dafür.
- Hintergrund der Erfindung
- Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugkonstruktion ist die Kraftstoffeffizienz eine wichtige Überlegung bei der Konstruktion eines Fahrzeugs. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen wird auf Kraftstoffeffizienz Wert gelegt. Eine bei der Hybridfahrzeugkonstruktion angewendete Technik zur Erhöhung der Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs ist eine Stopp-Start-Technik, mit der der Motor bei Stillstand des Autos abgeschaltet und der Motor wieder angelassen wird, wenn das Gaspedal wieder betätigt wird. Beim Wiederanlassen des Motors ist die Verwendung des elektrischen Motoranlassers erforderlich, und dies verursacht aufgrund der hohen Stromaufnahme des elektrischen Anlassers zwangläufig eine kurze Verringerung der Spannung, mit der die elektrischen Systeme des Fahrzeugs versorgt werden.
- Ein elektrisches System, das manche Fahrzeuge aufweisen, ist ein Airbag-Entfaltungssystem, das einen Airbag-Status überwacht und Informationen wie etwa Ort, Geschwindigkeit, Motorstatus etc. aufzeichnet, wenn sich ein Airbag entfaltet. Diese Informationen können dann aus dem verunfallten Fahrzeug abgerufen werden, und die Umstände des Aufpralls und dessen Ursache können nachvollzogen werden und bewirken aufgrund der inneren Spannungsabfälle der Spannungsversorgung der Beschleunigungssensoren, dass sich die Schnittstelle abschaltet.
- Kurzfassung der Erfindung
- Offenbart wird ein Verfahren zur Steuerung elektronischer Systeme in einem Fahrzeug mit einer Stopp-Start-Motorfunktion, das die folgenden Schritte umfasst: eine Spannung einer ersten Batterieklemme wird während eines Stopp-Start-Ereignisses überwacht, und dadurch wird festgestellt, wenn die Spannung unter einen Schwellenwert fällt, und ein elektronisches System wird einen vorbestimmten Zeitraum lang an eine Reserveenergiequelle angeschlossen, um den Beschleunigungssensoren Energie zuzuführen, wenn die Spannung unter den Schwellenwert fällt.
- Ferner offenbart wird ein Fahrzeugsteuersystem mit: einer Steuereinrichtung, die Anweisungen zum Betreiben eines Fahrzeugs in einer Stopp-Start-Betriebsart und Anweisungen zum Versetzen des Fahrzeugs in eine Autarkiebetriebsart enthält, einem elektrischen System, das über wenigstens eine in Reihe geschaltete elektronische Vorrichtung an die Steuereinrichtung angeschlossen ist, einem Spannungsausgleicher, der die Batterieklemmenspannung an die Steuereinrichtung anschließt, wobei der Spannungsausgleicher so betreibbar ist, dass er eine erfasste Batterieklemmenspannung um wenigstens einen Spannungsabfall der in Reihe geschalteten elektronischen Vorrichtung verringert, und einer Reserveleistungsunterstützung, die an das elektrische System angeschlossen ist.
- Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind am besten aus der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen verständlich, die im Folgenden kurz beschrieben werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 stellt schematisch ein elektrisches System für ein Fahrzeug dar. -
2 stellt schematisch ein beispielhaftes Steuersystem für das Fahrzeug aus1 dar. -
3 stellt ein Betriebsspannungs- und Autarkie-Schwellenwert-Diagramm dar. -
4 ist ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zur Aufrechterhaltung von Satellitenverbindungen dargestellt ist. -
5 ist ein Ablaufdiagramm, in dem die Aktionen eines Airbag-Entfaltungssystems beim Eintritt eines Fahrzeugs in die Autarkiebetriebsart dargestellt sind. - Ausführliche Beschreibung
- In der
1 ist schematisch ein elektrisches System für ein Fahrzeug10 dargestellt. Das Fahrzeug10 weist einen Benzinmotor20 und einen Generator22 (wie etwa eine Lichtmaschine) auf, der mechanische Bewegung innerhalb des Benzinmotors20 in elektrische Energie umwandelt. Der Generator22 ist an eine Batterie30 angeschlossen und führt die erzeugte elektrische Energie der Batterie30 zu. Der Benzinmotor20 ist auch über eine Stromleitung24 unmittelbar mit der Batterie30 verbunden. Der Benzinmotor20 zieht während des Anlassens des Benzinmotors20 aufgrund der Verwendung eines elektrischen Anlassers einen hohen Strom von der Batterie30 . - Die Batterie
30 ist auch an mehrere elektrische Systeme40 im gesamten Fahrzeug10 angeschlossen. Zu den elektrischen Systemen40 können ein Airbag-Entfaltungssystem, elektrische Fensterheber/Zentralverriegelung, Funksysteme bzw. beliebig viele andere elektrische Systeme40 gehören. Bei dem dargestellten Fahrzeug10 sind die elektrischen Systeme jeweils über eine Leitung42 an die Batterie30 angeschlossen. Bei einer praktischen Ausführung weist jede der Leitungen42 mehrere zwischengeschaltete Elektronikelemente auf, die die an dem elektrischen System40 anstehende Spannung auf einen geringeren Wert als die an den Klemmen der Batterie30 anstehende Spannung senken können. - Manche Fahrzeuge, besonders Hybridfahrzeuge, weisen ein Start-Stopp-System auf, das zur Verringerung der Zeitdauer, die der Motor
20 im Leerlauf verbringt, den Motor20 automatisch abschaltet und wieder anlässt, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs10 verbessert wird und die entsprechenden Emissionen reduziert werden. Die Stopp-Start-Einrichtung ist bei Fahrzeugen10 , die in Verkehrsstaus häufig zum Stillstand kommen, besonders effektiv. Die Stopp-Start-Einrichtung ist im Airbag-Steuermodul40 enthalten, das einen Teil der Funktionen des Motors10 steuern kann. - Bei einer beispielhaften Fahrzeuganordnung führt eine Reserveleistungsunterstützung bestimmten elektrischen Systemen
40 weiterhin Strom zu, wenn die Spannung an der Batterie30 wegen eines Wiederanlassens des Motors20 von der Stopp-Start-Funktion verringert ist. Die Betriebsart der Fahrzeugvorgänge, bei denen die Reserveleistungsunterstützung während des Stopp-Start-Ereignisses einen Unterstützungsstrom liefert, wird als „Autarkiebetriebsart” bezeichnet. Das Airbag-Steuermodul40 stellt anhand einer Messung der Spannung an den Klemmen der Batterie30 fest, wann Fahrzeugsysteme in die Autarkiebetriebsart zu versetzen sind. Die gemessene Batterieklemmenspannung wird mit einem Autarkie-Schwellenwert verglichen, und wenn die Spannung unter den Autarkie-Schwellenwert fällt, versetzt das Airbag-Steuermodul40 das Fahrzeug10 in die Autarkiebetriebsart. Wenn das Airbag-Steuermodul40 feststellt, dass das Fahrzeug10 in die Autarkiebetriebsart versetzt werden sollte, gibt die Stromversorgung des Airbag-Steuermoduls40 eine mit einem Merker versehene „Autarkie”-Statusausgabe an alle von der Autarkiebetriebsart betroffenen Fahrzeugsysteme aus. - Der Autarkiebetriebsart-Schwellenwert ist im Airbag-Steuermodul
40 festgesetzt und ist nicht für zusätzliche Elektronik verantwortlich, die zwischen die Batterie30 und ein entsprechendes elektrisches System40 geschaltet ist. Von daher kann an einem System, wie etwa einem Airbag-Entfaltungssystem, eine Spannung unterhalb des Autarkiebetriebsart-Schwellenwerts anstehen, bevor die Steuereinrichtung50 das System in die Autarkiebetriebsart versetzt. - Ein elektrisches System, das in vielen Hybridfahrzeugen enthalten ist, ist ein Airbag-Entfaltungssystem. In
2 ist eine beispielhafte Steuereinrichtung150 zur Verwendung im Fahrzeug10 aus1 dargestellt. Die Steuereinrichtung150 weist einen Batteriespannungseingangsstift102 auf, der ein Eingangsspannungssignal empfängt, das der Batteriespannung entspricht. Die Steuereinrichtung150 vergleicht die erfasste Spannung mit dem Autarkie-Schwellenwert in der Steuereinrichtung150 und gibt über einen Ausgangsstift104 einen Autarkiemerker aus, wenn die Spannung unter den Autarkie-Schwellenwert fällt. Zwischen die Batterie130 und den Eingangsstift102 ist ein Satz diskreter Standardschaltungselemente geschaltet, die die Klemmenspannung der Batterie130 abtasten. Die diskreten Schaltungselemente werden als Spannungserfassungsschaltung132 bezeichnet. Ein Spannungsausgleicher110 ist zwischen die Standardspannungserfassungsschaltung132 und den Eingangsstift102 geschaltet. Der Spannungsausgleicher110 verringert die erfasste Spannung, die am Spannungseingangsstift102 ansteht. Bei einem Beispiel ist der Spannungsausgleicher110 ein Spannungsteiler. - Ein zweiter Steuerausgang
108 am Stift30 der Steuereinrichtung150 liefert die Energiereservespannung für die Beschleunigungssensorsatelliten122 . Wenn die Spannung unter einen Schwellenwert fällt, gehen die Verbindungen zu den Beschleunigungssensoren verloren, und das Airbag-Entfaltungssystem ist dann nicht in der Lage, Beschleunigungsdaten aufzuzeichnen, bis die Satellitenverbindung wieder hergestellt ist. - Eine Energiereserve kann über einen inneren Schalter
130 an die Airbag-Aufwärtsspannung128 angeschlossen werden, um106 und128 an die Energiereserve der Beschleunigungssensorsatelliten VBSAT122 anzuschließen, um die Satellitensysteme betriebsbereit zu halten und auch um für wenigstens 100 ms nach dem Leistungsverlust an den Beschleunigungssensorsatelliten VBSAT122 einen Unterstützungsstrom zu liefern. Aufgrund der verschiedenen Elektronik wie etwa der mehreren Widerstände124 und der Dioden126 , über die die Airbag-Versorgungsspannung120 mit der Steuereinrichtung150 verbunden ist, ist die an der Satellitenversorgungsspannung VBSAT122 anstehende Spannung gegenüber der von der Batterie130 tatsächlich erzeugten Spannung verringert. Die zwischengeschalteten Elektronikelemente werden alternativ als in Reihe geschaltete Elektronik bezeichnet. Bei einigen Beispielen beträgt die Spannungsverringerung zwischen 1,5 V und 2 V. Die Steuereinrichtung150 nutzt den Autarkiebetriebsartausgang104 zur Feststellung, wann die Reserveleistung zur Anwendung kommen sollte, damit Satellitenverbindungen im Airbag-Entfaltungssystem120 aufrechterhalten werden. - Bei herkömmlichen Steuersystemen kann die am Airbag-Entfaltungssystem
120 anstehende Spannung unter den Autarkie-Schwellenwert fallen, bevor die Steuereinrichtung150 das System aufgrund der Verluste von den Widerständen124 und den Dioden126 (der in Reihe geschalteten Elektronik) in die Autarkiebetriebsart versetzt. Um diese Differenz auszugleichen, befindet sich ein Spannungsausgleicher110 zwischen der Standardspannungserfassungsschaltungsanordnung132 und dem Batteriespannungseingangsstift102 . Der Spannungsausgleicher110 verringert die Spannung je nach den Widerständen der Widerstände112 ,114 innerhalb des Spannungsausgleichers110 um einen gesteuerten Betrag. Somit verringert der Spannungsausgleicher110 die erfasste Spannung um einen vorbestimmten Betrag. Die Spannungsverringerung ist so festgesetzt, dass sie die gleiche wie oder höher als die Spannungsverringerung aufgrund der in Reihe geschalteten Elektronik124 ,126 zwischen dem Airbag-Entfaltungssystem120 und der Steuereinrichtung150 ist. - Auf diese Weise ist die Steuereinrichtung
150 gezwungen, anhand der am Spannungsausgleicher110 in Bezug auf die Airbag-Versorgung130 anliegenden Spannung in die Autarkiebetriebsart einzutreten. Dieser Vorgang ermöglicht es der Reserveleistung der VBSAT122 , die allgemeine Energiereserve128 über einen inneren Schalter zwischen106 und108 zu unterstützen, wenn die an dem Satellitensystem anstehende Spannung unter einen notwendigen Schwellenwert (den Autarkie-Schwellenwert) fällt. - Bei einigen weiteren beispielhaften Systemen weist die Steuereinrichtung
150 eine Schaltungsanordnung auf, die den Zeitraum begrenzt, während dessen die Reserveleistungsunterstützungen122 infolge des Eintritts in die Autarkiebetriebsart an die Airbag-Energiereserve128 angeschlossen sind. Indem der Zeitraum auf einen Zeitraum begrenzt wird, der länger als ein erwarteter Motorstart, aber dennoch relativ kurz ist, kann die Steuereinrichtung150 sicherstellen, dass eine Verbindung zu den Satelliten während eines Stopp-Start-Ereignisses aufrechterhalten wird und dass die Reserveleistungsunterstützungen nicht bei anderen Niederspannungsereignissen verbraucht werden. In3 ist ein beispielhaftes Schwellenwert-Diagramm dargestellt, das dem Steuersystem100 aus2 entspricht, unter Einbeziehung des Spannungsausgleichers110 auf der rechten Seite und ohne Einbeziehung des Spannungsausgleichers110 auf der linken Seite. Auf der linken Seite des Schwellenwert-Diagramms200 ist ohne den Spannungsausgleicher110 die Versorgungsspannung an die Satelliten des (in2 dargestellten) Airbag-Entfaltungssystems120 bis zu einem Niederspannungsschwellenwert210 voll betriebsfähig, an dem die Spannung nicht mehr ausreichend ist, um Satellitenverbindungen aufrechtzuerhalten. Sobald die Spannung genügend absinkt (einen Autarkie-Schwellenwert220 überquert), versetzt die (in2 dargestellte) Steuereinrichtung150 das Fahrzeug in die Autarkiebetriebsart und wird die Reserveleistung am Airbag-Entfaltungssystem120 eingeschaltet. - Auf der rechten Seite des Schwellenwert-Diagramms
200 wird durch die Einbeziehung des Spannungsausgleichers110 der Autarkie-Schwellenwert220 so verschoben, dass er oberhalb des Niederspannungsschwellenwerts210 liegt. Da das Anschließen der Reserveleistungssysteme des Airbag-Entfaltungssystems120 mit der Autarkiebetriebsart verknüpft ist, wird das Reserveleistungssystem geringfügig vor der Überquerung des Niederspannungsschwellenwerts210 eingeschaltet. Somit wird durch die Einbeziehung des Spannungsausgleichers110 die Lücke beseitigt, wo eine dem Airbag-Entfaltungssystem vor dem Eintritt in die Autarkiebetriebsart zugeführte Leistung ungenügend ist, um die Verbindung zu den Satelliten aufrechtzuerhalten. - In der
4 ist ein Ablaufdiagramm gezeigt, in dem der Vorgang dargestellt ist, durch den Reserveleistung an die Versorgungsspannungen der Satelliten VBSAT122 aus2 angeschlossen wird. Zunächst misst eine Steuereinrichtung wie etwa die in1 dargestellte Steuereinrichtung50 in einem „Messe Batterieklemmenspannung”-Schritt310 die Klemmenspannung einer Batterie30 . Die gemessene Batteriespannung wird dann unter Verwendung eines Spannungsausgleichers wie etwa eines Spannungsteilers in einem „Gleiche in Reihe geschaltete Elektronik aus”-Schritt320 verringert. - Die Steuereinrichtung
50 vergleicht dann die Messung der kompensierten Spannung in einem „Überprüfe Autarkie-Schwellenwert”-Schritt330 mit einem in der Steuereinrichtung gespeicherten Autarkie-Schwellenwert. Wenn die kompensierte Spannung den Autarkie-Schwellenwert übersteigt, wird von der Steuereinrichtung50 nichts unternommen. Wenn die kompensierte Spannung kleiner oder gleich dem Autarkie-Schwellenwert ist, dann versetzt die Steuereinrichtung50 die Fahrzeugsysteme in einem „Versetze Fahrzeugsysteme in die Autarkiebetriebsart”-Schritt340 in die Autarkiebetriebsart. Die Fahrzeugsysteme werden unter Verwendung eines Autarkiebetriebsart-Merkers, der von der Steuereinrichtung ausgegeben wird, in die Autarkiebetriebsart versetzt. Der Merker wird mit allen möglicherweise betroffenen Systemen wie etwa dem Airbag-Entfaltungssystem verbunden und zeigt immer dann, wenn die Spannung an dem Merkerausgang einen hohen Pegel annimmt, an, dass sich das Fahrzeug in einer Autarkiebetriebsart befindet. Jedes betroffene elektrische System40 kann dann alle eventuell erforderlichen Maßnahmen zur Aufrechterhaltung von Arbeitsabläufen während der Autarkiebetriebsart ergreifen. -
5 ist ein Ablaufdiagramm, in dem der vom (in2 dargestellten) Airbag-Entfaltungssystem120 beim Eintritt des Fahrzeugs in die Autarkiebetriebsart ausgeführte Vorgang dargestellt ist. Zunächst überprüft der Versorgungsspannungsmesseingang102 in einem „Überprüfe Autarkiemerkereingang”-Schritt410 einen Autarkiemerkereingang. Ist der Autarkiemerkereingang hoch, erkennt die Steuereinrichtung150 , dass das Fahrzeug in die Autarkiebetriebsart eingetreten ist. Sobald es sich in der Autarkiebetriebsart befindet, wird das Airbag-Entfaltungssystem in einem „Schließe an Reserveleistungsversorgung an”-Schritt420 über den inneren Schalter130 an den Ausgang108 an eine Reserveleistungsunterstützung128 angeschlossen, die eine Mindestspannungspegelversorgung aufrechterhält. - Sobald das Airbag-Entfaltungssystem an die Reserveleistungsunterstützung
128 angeschlossen ist, stellt es in einem „Stelle Reserveleistungsversorgungsanschlusszeit fest”-Schritt430 fest, wie lange der Anschluss an die Reserveleistungsunterstützung128 aufrechterhalten worden ist. Wenn die Airbag-Satelliten VBSAT122 eine vorbestimmte Zeit lang an die Reserveleistungsunterstützung angeschlossen waren, dann wird das Airbag-Entfaltungssystem in einem „Trenne von Reserveleistungsversorgung”-Schritt440 von der Reserveleistungsunterstützung getrennt und nimmt den normalen Betrieb wieder auf. Die Länge der Verbindungszeit ist vorbestimmt und ist entweder im Airbag-Entfaltungssystem120 oder in der in2 dargestellten Steuereinrichtung150 hinterlegt. Die Verbindungszeit ist so eingestellt, dass die Satellitenversorgungsspannung VBSAT122 für die Dauer eines üblichen Motorneustarts eine angemessene Leistung zur Aufrechterhaltung einer Verbindung zu einem Satellitensystem empfängt und dann von der Reserveleistungsunterstützung128 getrennt wird. Auf diese Weise wird die Reserveleistungsunterstützung128 während eines Stopp-Start-Ereignisses nicht völlig erschöpft, und es wird eine ausreichende Reserveleistung aufrechterhalten, damit Notbetriebsabläufe des Airbag-Entfaltungssystems berücksichtigt sind, sollte die Batterieleistung verloren gehen. Bei einem beispielhaften System ist die Verbindungszeit auf 100 ms festgelegt. - Es ist zwar eine Ausführungsform dieser Erfindung offenbart worden, der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet erkennt jedoch, dass bestimmte Abänderungen in den Umfang dieser Erfindung fallen. Aus dem Grunde sollten die nachstehenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Gehalt dieser Erfindung festzustellen.
Claims (10)
- Verfahren zur Steuerung elektronischer Systeme in einem Fahrzeug mit einer Stopp-Start-Motorfunktion, das die folgenden Schritte umfasst: eine Spannung einer ersten Batterieklemme wird während eines Stopp-Start-Ereignisses überwacht, und dadurch wird festgestellt, wenn die Spannung unter einen Schwellenwert fällt, und ein elektronisches System wird einen vorbestimmten Zeitraum lang an eine Reserveenergiequelle angeschlossen, wenn die Spannung unter den Schwellenwert fällt.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei dem Schritt des Überwachens einer Spannung einer ersten Batterieklemme während eines Stopp-Start-Ereignisses festgestellt wird, wenn die Spannung unter einen Autarkie-Schwellenwert fällt, wodurch das Fahrzeug in eine Autarkiebetriebsart versetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, bei dem bei dem Schritt des Überwachens einer Spannung einer ersten Batterieklemme während eines Stopp-Start-Ereignisses und des dadurch Feststellens, wenn die Spannung unter einen Schwellenwert fällt, ferner eine erfasste Spannung unter Verwendung eines Spannungsausgleichers um einen vorbestimmten Spannungsverringerungsbetrag verringert wird, wodurch in Reihe geschaltete Elektronik zwischen einem Airbag-Entfaltungssystem und einer Steuereinrichtung ausgeglichen wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der vorbestimmte Spannungsverringerungsbetrag ein Spannungsbetrag ist, der erforderlich ist, um den Autarkie-Schwellenwert zumindest gleich hoch wie eine Satellitenverbindungsmindestspannung eines Airbag-Entfaltungssystems zu setzen.
- Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt, bei dem die Reserveenergiequelle von dem Fahrzeugsystem getrennt wird, wenn der vorbestimmte Zeitraum abgelaufen ist, wodurch verhindert wird, dass die Reserveenergie während eines Stopp-Start-Ereignisses unter einen Mindestleistungsschwellenwert fällt.
- Fahrzeugsteuersystem mit: einer Steuereinrichtung, die Anweisungen zum Betreiben eines Fahrzeugs in einer Stopp-Start-Betriebsart und Anweisungen zum Versetzen des Fahrzeugs in eine Autarkiebetriebsart enthält, einem Batterieklemmenspannungssensor, der an eine Batterieklemme angeschlossen ist, einem elektrischen System, das über wenigstens eine in Reihe geschaltete elektronische Vorrichtung an die Steuereinrichtung angeschlossen ist, einem Spannungsausgleicher, der die Batterieklemmenspannung an die Steuereinrichtung anschließt, wobei der Spannungsausgleicher so betreibbar ist, dass er eine erfasste Batterieklemmenspannung um wenigstens einen Spannungsabfall der in Reihe geschalteten elektronischen Vorrichtung verringert, und einer Reserveleistungsunterstützung, die umschaltbar an das elektrische System angeschlossen ist.
- Fahrzeugsteuersystem nach Anspruch 6, bei dem das elektrische System ein Airbag-Entfaltungssystem ist, das über die wenigstens eine in Reihe geschaltete elektronische Vorrichtung an die Steuereinrichtung angeschlossen ist, und bei dem das Airbag-Entfaltungssystem eine der Satellitenverbindung zur Verfügung stehende Energiereserve aufweist.
- Fahrzeugsteuersystem nach Anspruch 6, bei dem der Ausgleicher der erfassten Spannung ein Spannungsteiler mit einem ersten Widerstand und einem zweiten Widerstand ist.
- Fahrzeugsteuersystem nach Anspruch 6, bei dem die Anweisungen zum Versetzen des Fahrzeugs in eine Autarkiebetriebsart einen ersten Autarkie-Schwellenwert enthalten und bei dem das Fahrzeug in die Autarkiebetriebsart versetzt wird, wenn eine erfasste Batterieklemmenspannung unterhalb des Autarkie-Schwellenwerts liegt.
- Fahrzeugsteuersystem nach Anspruch 9, bei dem der Spannungsausgleicher so betreibbar ist, dass er den Autarkie-Schwellenwert auf einen höheren Schwellenwert verschiebt.
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