DE102014118407B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Sperrdifferentialgetriebes - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Steuern eines Sperrdifferentialgetriebes (24) eines Antriebsstrangs (12) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei ein Antriebsmoment (t) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (10) von einer elektrischen Maschine (14) bereitgestellt wird und zum Antreiben von Antriebsrädern (16R, 16L) auf das Sperrdifferentialgetriebe (24) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktionsmoment der elektrischen Maschine (14) verwendet wird, um das Sperrdifferentialgetriebe (24) auf der Grundlage des Reaktionsmoments zu steuern.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Sperrdifferentialgetriebes eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Antriebsmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs von einer elektrischen Maschine bereitgestellt wird und zum Antreiben von Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs auf das Sperrdifferentialgetriebe übertragen wird.
- Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Steuern eines Sperrdifferentialgetriebes eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, mit einer Drehmomenterfassungseinheit, die einer elektrischen Maschine, die zum Ubertragen von Antriebsleistung mit dem Sperrdifferentialgetriebe verbunden ist, zugeordnet ist, um einen Drehmoment der elektrischen Maschine zu bestimmen bzw. zu erfassen und mit einer Steuerung, die dem Sperrdifferentialgetriebe verbunden ist, um einen Sperrwert des Sperrdifferentialgetriebes einzustellen.
- Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einem steuerbaren Sperrdifferentialgetriebe, das mit der elektrischen Maschine verbunden ist, um ein Antriebsmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auf angetriebene Räder zu verteilen.
- Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugantriebstechnik ist es allgemein bekannt, ein Antriebsmoment mittels eines Differentialgetriebes oder eines Ausgleichsgetriebes auf angetriebene Räder zu verteilen, wobei das Differentialgetriebe ein Drehmoment auf angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs gleich verteilt und eine Drehzahl der angetriebenen Räder entsprechend variabel einstellt. Dadurch können insbesondere beim Befahren von Kurven unterschiedliche Raddrehzahlen der angetriebenen Räder angepasst werden und eine entsprechende Verspannung der angetriebenen Achse vermieden werden.
- Es ist weiterhin bekannt Differentialgetriebe von Kraftfahrzeugen situationsbedingt zu sperren, um ein Durchdrehen eines einzelnen Rades in besonderen Situationen zu vermeiden und dadurch eine Traktion der angetriebenen Räder einer Achse zu erzielen. Dabei können sog. Sperrdifferentialgetriebe gezielt fahrsituationsabhängig betätigt und entsprechend gesperrt werden, wie es bspw. in der
DE 101 20 221 A1 gezeigt ist. Ferner kann ein Sperrwert des Sperrdifferentialgetriebes individuell eingestellt werden, um ein Fahrsperrmoment unterhalb eines Vollsperrmomentes einzustellen, wie es bspw. in derDE 102 48 090 B4 gezeigt ist. - Nachteilig bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern der Sperrdifferentialgetriebe ist es, dass die Fahrsituationen bzw. die Antriebssituationen des Kraftfahrzeugs mit hohem Aufwand erfasst werden müssen und das Sperrdifferentialgetriebe mit technisch hohem Aufwand gesteuert werden muss.
- Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern eines Sperrdifferentialgetriebes eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei dem das Sperrdifferentialgetriebe mit technisch geringem Aufwand in Abhängigkeit der Antriebssituation gesteuert werden kann. Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern eines Sperrdifferentialgetriebes eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Es ist schließlich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Vorrichtung zum Steuern des Sperrdifferentialgetriebes bereitzustellen.
- Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass ein Reaktionsmoment der elektrischen Maschine bestimmt bzw. erfasst wird und verwendet wird, um das Sperrdifferentialgetriebe auf der Grundlage des Reaktionsmomentes zu steuern.
- Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung zum Steuern eines Sperrdifferentialgetriebes dadurch gelöst, dass die Drehmomenterfassungseinheit dazu ausgebildet ist, ein Reaktionsmoment der elektrischen Maschine zu bestimmen oder zu erfassen, und wobei die Steuerung mit der Drehmomenterfassungseinheit verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Sperrwert des Sperrdifferentialgetriebes auf der Grundlage des Reaktionsmoments einzustellen.
- Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug gelöst durch eine Vorrichtung zum Steuern des Sperrdifferentialgetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung.
- Dadurch, dass das Reaktionsmoment der elektrischen Maschine erfasst bzw. bestimmt wird, also ein Drehmoment zwischen einem Gehäuse der elektrischen Maschine und einem festen Lager an einem Tragrahmen des Kraftfahrzeugs, kann das von der elektrischen Maschine bereitgestellte und auf das Sperrdifferentialgetriebe übertragene Drehmoment mit technisch geringem Aufwand bestimmt werden und so die Antriebssituation des Kraftfahrzeugs ermittelt werden und entsprechend das Sperrdifferentialgetriebe auf der Grundlage der so bestimmten Antriebssituation beeinflusst werden. Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand eine antriebssituationsbedingte Anpassung des Sperrdifferentialgetriebes bzw. Einstellung eines Sperrwertes erzielt werden.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Reaktionsmoment an einer Lagerung der elektrischen Maschine erfasst.
- Dadurch kann mit geringem konstruktiven Aufwand das von der elektrischen Maschine abgegebene Drehmoment durch die Reaktion an der Lagerung der elektrischen Maschine erfasst werden.
- Es ist weiterhin bevorzugt, wenn ein Sperrwert des Sperrdifferentialgetriebes auf der Grundlage des Reaktionsmomentes eingestellt wird.
- Dadurch ist eine individuelle Steuerung des Differentiales und des jeweils übertragenen Drehmoments auf die angetriebenen Räder möglich.
- Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn der Sperrwert für positive Werte des Reaktionsmomentes erhöht wird.
- Dadurch kann in dem entsprechenden Beschleunigungszustand ein Durchdrehen eines einzelnen Rades vermieden werden.
- Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Sperrwert für negative Werte des Reaktionsmomentes erhöht wird.
- Dadurch kann im Schubbetrieb vermieden werden, dass einzelne der angetriebenen Räder blockieren.
- Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Sperrwert für positive Werte des Reaktionsmomentes verringert wird.
- Dadurch können Verspannungen in der angetriebenen Achse bei Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs vermieden werden.
- Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Sperrwert für negative Werte des Reaktionsmomentes verringert wird.
- Dadurch können Verspannungen in der angetriebenen Achse im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs vermieden werden.
- Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Sperrwert für positive und negative Werte des Reaktionsmomentes erhöht wird.
- Dadurch kann ein Durchdrehen einzelner Räder oder ein Blockieren einzelner Räder insgesamt beim Beschleunigen oder im Schubbetrieb vermieden werden.
- Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Sperrwert für positive und negative Werte des Reaktionsmomentes verringert wird.
- Dadurch können insgesamt für Beschleunigungsvorgänge und im Schubbetrieb Spannungen in der angetriebenen Achse vermieden werden.
- Es ist weiterhin bevorzugt wenn der Sperrwert für positive Werte des Reaktionsmoments erhöht und für negative Werte des Reaktionsmoments verringert wird.
- Dadurch kann ein Durchdrehen einzelner Räder beim Beschleunigen und dadurch können gleichzeitig Verspannungen in der angetriebenen Achse im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs vermieden werden.
- Es ist weiterhin bevorzugt wenn der Sperrwert für positive Werte des Reaktionsmoments verringert und für negative Werte des Reaktionsmoments erhöht wird.
- Dadurch können Verspannungen in der angetriebenen Achse beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs und dadurch kann ein Blockieren einzelner Räder im Schubbetrieb vermieden werden.
- Es ist weiterhin allgemein bevorzugt, wenn zum Erfassen des Reaktionsmomentes die elektrische Maschine drehbar gelagert ist und das Reaktionsmoment zwischen der elektrischen Maschine und einem festen Lager erfasst wird.
- Dadurch ist mit technisch geringem Aufwand ein Erfassen des Reaktionsmomentes möglich.
- Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die elektrische Maschine über eine Drehfeder mit dem festen Lager verbunden ist. Dadurch kann das Reaktionsmoment zuverlässig und reproduzierbar erfasst werden.
- Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Reaktionsmoment über eine Kurvenscheibe oder eine Nockenscheibe auf Sperrlamellen des Sperrdifferentialgetriebes übertragen wird.
- Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand mechanisch ein dem Reaktionsmoment entsprechender Sperrwert in dem Sperrdifferentialgetriebe eingestellt werden, wodurch mit technisch geringem Aufwand eine präzise mechanische Steuerung des Sperrdifferentialgetriebes möglich ist.
- Insgesamt kann durch das Verfahren und die Vorrichtung zum Steuern eines Sperrdifferentialgetriebes eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit technisch geringem Aufwand das von der elektrischen Maschine auf das Sperrdifferentialgetriebe übertragene Antriebsmoment erfasst werden und zuverlässig mit technisch geringem Aufwand das Sperrdifferentialgetriebe entsprechend dem Antriebsmoment gesteuert werden, so dass eine antriebssituationsbedingte mechanische Einstellung des Sperrdifferentialgetriebes möglich ist.
- Es versteht sich, dass die besonderen Ausführungsformen der Erfindung, die in den abhängigen Ansprüchen definiert sind, auch entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zutreffen bzw. anwendbar sind.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in schematischer Form ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang, der eine elektrische Maschine und ein einstellbares Sperrdifferentialgetriebe aufweist; und -
2 in schematischer Form eine elektrische Maschine und ein einstellbares Sperrdifferentialgetriebe, wobei ein Reaktionsmoment der elektrischen Maschine auf das Sperrdifferentialgetriebe übertragen wird. - In
1 ist ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 12 auf, der im vorliegenden Falle eine elektrische Maschine 14 zur Bereitstellung von Antriebsleistung beinhaltet. Der Antriebsstrang 12 dient zum Antreiben von angetriebenen Rädern 16R, 16L des Kraftfahrzeugs 10. Der Antriebstrang 12 kann ein rein elektrisch angetriebener Antriebsstrang sein oder als Hybridantriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein. - Die elektrische Maschine 14 stellt an einer Abtriebswelle 18 ein Antriebsmoment t zum Antreiben der angetriebenen Räder 16R, 16L bereit, wobei die Abtriebswelle 18 über eine Kupplung 20 mit einer Getriebeeinheit 22 verbunden bzw. verbindbar ist, um das Antriebsmoment t auf ein einstellbares Sperrdifferentialgetriebe 24 zu übertragen. Das einstellbare Sperrdifferentialgetriebe 24 dient dazu, das Antriebsmoment t auf die angetriebenen Räder 16R, 16L situationsbedingt zu übertragen und entsprechend individuell die Antriebsmomente tAR, tAL entsprechend auf die angetriebenen Räder 16R, 16L zu verteilen.
- Die elektrische Maschine 14 wird mittels einer Steuereinheit 26 angesteuert bzw. bestromt, um das Antriebsmoment t entsprechend an der Abtriebswelle 18 bereitzustellen. Die elektrische Maschine 14 bzw. ein Gehäuse der elektrischen Maschine 14 ist mittels einer Drehlagerung 28 an einem Tragrahmen 29 des Kraftfahrzeugs 10 drehbar gelagert. Die elektrische Maschine 14 bzw. das Gehäuse der elektrischen Maschine 14 ist ferner über einen Drehmomentsensor 30 bzw. eine mechanische Drehmomenterfassungseinheit 30 mit einem festen Lager bzw. dem Tragrahmen 29 des Kraftfahrzeugs 10 verbunden, um ein Reaktionsmoment der elektrischen Maschine 14 zu erfassen. Das Reaktionsmoment entspricht dem Antriebsmoment t, das von der elektrischen Maschine auf die Abtriebswelle 18 übertragen wird, da sich das Gehäuse der elektrischen Maschine 14 entsprechend an dem Drehmomentsensor 30 bzw. dem Tragrahmen 29 des Kraftfahrzeugs 10 abstützt.
- Der Drehmomentsensor 30 bzw. die mechanische Drehmomenterfassungseinheit 30 weist vorzugsweise eine Drehfederung auf, die zwischen der drehbar gelagerten elektrischen Maschine 14 und dem festen Lager in Form des Tragrahmens 29 des Kraftfahrzeugs 10 gelagert ist.
- In einer alternativen Ausführungsform kann das Reaktionsmoment auch durch ein Momentenmodell ermittelt werden, das bestimmt wird auf der Grundlage der Ansteuerung durch die Steuereinheit 26 bzw. einen Wechselrichter der elektrischen Maschine 14.
- Das so bestimmte Reaktionsmoment der elektrischen Maschine 14 wird durch eine Steuerung 32 auf das einstellbare Sperrdifferentialgetriebe 24 übertragen, um einen Sperrwert des Sperrdifferentialgetriebes 24 auf der Grundlage des Reaktionsmomentes einzustellen.
- Die Steuerung 32 ist vorzugsweise eine mechanische Steuerung, die mittels einer Kurvenscheibe oder einer Nockenscheibe eine Verdrehung der elektrischen Maschine 14 bzw. des Gehäuses der elektrischen Maschine 14 erfasst und entsprechend der Verdrehung eine Kraft auf das Sperrdifferentialgetriebe 24 bzw. auf die Sperrlamellen des Sperrdifferentialgetriebes 24 ausübt, um einen Sperrwert des Sperrdifferentialgetriebes 24 einzustellen, wie es im Folgenden näher erläutert ist.
- Entsprechend der Ausgestaltung der Steuerung 32, also einer Ausgestaltung der Kurvenscheibe bzw. Nockenscheibe, kann der Sperrwert des Sperrdifferentialgetriebes 24 an das übertragene Drehmoment der elektrischen Maschine 14 auf der Grundlage des erfassten bzw. bestimmten Reaktionsmomentes der elektrischen Maschine 14 eingestellt werden und können die Antriebsmomente tAR, tAL entsprechend eingestellt werden.
- Die Einstellung des Sperrwerts des Sperrdifferentialgetriebes 24 kann beliebige Funktionen aufweisen, wobei bei einem positiven Reaktionsmoment, also wenn ein positives Antriebsmoment t von der elektrischen Maschine ausgeübt wird und das Kraftfahrzeug beschleunigt wird, kann der Wert entweder erhöht oder verringert werden. Bei einem negativen Reaktionsmoment, wenn also ein Drehmoment von dem Getriebe 22 auf die elektrische Maschine 14 übertragen wird, und sich das Kraftfahrzeug 10 somit im Schubbetrieb befindet, kann der Sperrwert entweder erhöht oder verringert werden.
- Vorzugsweise wird der Sperrwert bei einem positiven und bei einem negativen Reaktionsmoment gleich eingestellt und kann je nach Fahrzeugtyp oder sonstigen Einstellungen erhöht oder verringert werden.
- In
2 ist eine schematische Detailansicht der elektrischen Maschine 14 mit dem Drehmomentsensor 30 und dem damit verbundenen Sperrdifferentialgetriebe 24 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind. - Das mittels der Drehlagerung 28 verdrehbar gelagerte Gehäuse der elektrischen Maschine 14 ist mittels einer Drehfeder 34 an dem Tragrahmen 29 des Kraftfahrzeugs 10 gelagert, um eine Verdrehung der elektrischen Maschine 14 zu erfassen und über die Verdrehung das Reaktionsmoment entsprechend dem Antriebsmoment t zu bestimmen. Der Drehmomentsensor 30, der vorzugsweise eine Kurvenscheibe oder eine Nockenscheibe aufweist, ist mit dem Gehäuse der elektrischen Maschine 14 verbunden und überträgt entsprechend der Verdrehung des Gehäuses der elektrischen Maschine 14 eine Kraft F auf Sperrlamellen 36 des Sperrdifferentialgetriebes 24, um den Sperrwert des Sperrdifferentialgetriebes 24 einzustellen. Die Verdrehung der elektrischen Maschine 14 wird durch die Kurvenscheibe oder die Nockenscheibe in eine Axialbewegung umgesetzt, die auf die Sperrlamellen 36 wirkt. Eine Feder 38 wirkt der Kraft F entgegen, so dass die Sperrlamellen entsprechend zurückgesetzt werden können, sofern das Antriebsmoment t reduziert wird und entsprechend die Kraft F verringert wird. Dadurch ist eine kontinuierliche Einstellung des Sperrwerts des Sperrdifferentialgetriebes 24 möglich.
- Je nach Ausgestaltung der Kurvenscheibe bzw. der Nockenscheibe kann ein Verlauf des Sperrwerts bei positiven und negativen Reaktionsmomenten eingestellt werden und an eine Charakteristik des Kraftfahrzeugs 10 angeglichen werden.
- Durch die mechanische Lösung und Anbindung der elektrischen Maschine an das Sperrdifferentialgetriebe 24 ist mit technisch geringem Aufwand eine zuverlässige Einstellung des Sperrwerts möglich.
Claims (15)
- Verfahren zum Steuern eines Sperrdifferentialgetriebes (24) eines Antriebsstrangs (12) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei ein Antriebsmoment (t) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (10) von einer elektrischen Maschine (14) bereitgestellt wird und zum Antreiben von Antriebsrädern (16R, 16L) auf das Sperrdifferentialgetriebe (24) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktionsmoment der elektrischen Maschine (14) verwendet wird, um das Sperrdifferentialgetriebe (24) auf der Grundlage des Reaktionsmoments zu steuern.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmoment an einer Lagerung (30) der elektrischen Maschine (14) erfasst wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sperrwert des Sperrdifferentialgetriebes (24) auf der Grundlage des Reaktionsmoments eingestellt wird. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrwert für positive Werte des Reaktionsmoments erhöht wird. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrwert für negative Werte des Reaktionsmoments erhöht wird. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrwert für positive Werte des Reaktionsmoments verringert wird. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrwert für negative Werte des Reaktionsmoments verringert wird. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrwert für positive und negative Werte des Reaktionsmoments erhöht wird. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrwert für positive und negative Werte des Reaktionsmoments verringert wird. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrwert für positive Werte des Reaktionsmoments erhöht und für negative Werte des Reaktionsmoments verringert wird. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrwert für positive Werte des Reaktionsmoments verringert und für negative Werte des Reaktionsmoments erhöht wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis11 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen des Reaktionsmoments die elektrische Maschine (14) drehbar gelagert ist und das Reaktionsmoment zwischen der elektrischen Maschine (14) und einem festen Lager (29) erfasst wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis12 , dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmoment über eine Kurvenscheibe oder eine Nockenscheibe auf Sperrlamellen (36) des Sperrdifferentialgetriebes (24) übertragen wird. - Vorrichtung zum Steuern eines Sperrdifferentialgetriebes (24) eines Antriebsstrangs (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: - einer Drehmomenterfassungseinheit (30), die einer elektrischen Maschine (14), die zum Ubertragen von Antriebsleistung mit dem Sperrdifferenzialgetriebe (24) verbunden ist, zugeordnet ist, um ein Drehmoment (t) der elektrischen Maschine (14) zu erfassen, und - einer Steuerung (32), die mit dem Sperrdifferentialgetriebe (24) verbunden ist, um einen Sperrwert des Sperrdifferentialgetriebes (24) einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomenterfassungseinheit dazu ausgebildet ist ein Reaktionsmoment der elektrischen Maschine (14) zu erfassen, und wobei die Steuerung (32) mit der Drehmomenterfassungseinheit (30) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Sperrwert des Sperrdifferentialgetriebes (24) auf der Grundlage des Reaktionsmoments einzustellen.
- Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: - einer elektrischen Maschine (14) zum Bereitstellen von Antriebsleistung, - einem steuerbaren Sperrdifferentialgetriebes (24), das mit der elektrischen Maschine (14) verbunden ist, um ein Antriebsmoment (t) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (10) auf angetriebene Räder (16R, 16L) zu verteilen, und mit einer Vorrichtung zum Steuern des Sperrdifferentialgetriebes (24) nach
Anspruch 14 .
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