DE4431045A1 - Sensor system for common measurement of two variables esp. wheel rpm and temp. for controlling braking system in motor vehicle - Google Patents
Sensor system for common measurement of two variables esp. wheel rpm and temp. for controlling braking system in motor vehicleInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum gemeinsamen Messen zweier Größen, insbesondere der Drehzahl eines Rades eines Kraftfahrzeuges und der Temperatur des Sensors nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a sensor arrangement for common Measuring two quantities, especially the speed of a wheel of a motor vehicle and the temperature of the sensor the genus of the main claim.
Es ist bekannt, induktive Sensoren gleichzeitig zum Messen eines Weges oder einer Bewegung sowie der Temperatur einzusetzen. Dabei wird ein Sensor mit wenigstens einer Spule verwendet, die ihre elektrischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Meßgröße, beispielsweise von der Verschiebung sowie von der herrschenden Temperatur verändert.It is known to measure inductive sensors simultaneously of a path or a movement as well as the temperature to use. A sensor with at least one Coil uses its electrical properties in Dependence on the measured variable, for example on the Shift as well as from the prevailing temperature changed.
Eine solche Meßanordnung ist beispielsweise aus der EP-A1 0 049 304 bekannt. Bei dieser Anordnung wird ein induktives Abstandsmeßgerät mit einer Meßspule eingesetzt. Diese Meßspule wird zum einen mit einem hochfrequenten Wechselstrom und zum anderen mit einem Gleichstrom oder einem niederfrequenten Strom beaufschlagt. Aus den induzierten Wirbelstromverlusten läßt sich die Impedanz der Spule und damit letztendlich die Lage der Meßspule bestimmen. Aufgrund des ohmschen Widerstandes der Meßspule fällt an der Spule eine Spannung ab die mit Hilfe eines Tiefpaßfilters zu einem Gleichspannungswert weiterverarbeitet wird. Da sich der ohmsche Widerstand der Meßspule mit der Temperatur ändert, ist der Gleichspannungswert zugleich ein Maß für die Temperatur der Meßspule und kann zur Kompensation des eigentlichen Meßsignales herangezogen werden. Es wäre auch möglich, diese Spannung direkt als Temperaturmaß weiterzuverarbeiten, dies wird jedoch in der erwähnten Druckschrift nicht vorgeschlagen.Such a measuring arrangement is for example from the EP-A1 0 049 304 known. With this arrangement, a inductive distance measuring device used with a measuring coil. This measuring coil is on the one hand with a high frequency Alternating current and the other with a direct current or a low-frequency current. From the induced eddy current losses can be the impedance of the Coil and ultimately the position of the measuring coil determine. Due to the ohmic resistance of the measuring coil a voltage drops at the coil with the help of a Low pass filter to a DC voltage value is processed further. Since the ohmic resistance of the Measuring coil changes with temperature, is the DC voltage value also a measure of the temperature of the Measuring coil and can be used to compensate for the actual Measurement signals are used. It would also be possible to do this Process voltage directly as a temperature measure, this will not, however, in the document mentioned suggested.
Aus der EP-B1 0 332 196 ist bekannt, einen Induktivsensor zur Messung der Drehzahl eines Rades in einer blockiergeschützten Fahrzeugbremsanlage einzusetzen. Die zugehörige Auswerteschaltung berücksichtigt dabei, daß die entsprechend der Drehzahl induzierten elektromagnetischen Signale sowohl in Amplitude als auch Frequenz mit der Drehzahl beträchtlich wachsen und deshalb geeignete Kompensationsmaßnahmen vorzusehen sind. Weiterhin wird angesprochen, daß sich der Innenwiderstand des Drehzahlfühlers temperaturabhängig verändert. Es ist deshalb vorgesehen, zur Erhöhung der Genauigkeit der Auswertung eine Temperaturkompensation vorzunehmen, wobei vorgeschlagen wird, daß entweder die Temperatur des Drehzahlfühlers mit einem getrennten Sensor ermittelt wird oder daß vorab die Temperaturabhängigkeit des Innenwiderstandes des Drehzahlfühlers ermittelt und im auswertenden Mikroprozessor als Eichkurve abgespeichert wird. Die getrennte Messung von Drehzahl und Temperatur wird nicht vorgeschlagen. Es ist auch nicht bekannt, die Temperatur des Drehzahlfühlers als Maß für die Temperatur der Bremsen zu verwenden.An inductive sensor is known from EP-B1 0 332 196 for measuring the speed of a wheel in a anti-lock vehicle brake system. The associated evaluation circuit takes into account that the according to the speed induced electromagnetic Signals in both amplitude and frequency with the Speed increase considerably and therefore suitable Compensation measures are to be provided. Will continue addressed that the internal resistance of the Speed sensor changed depending on temperature. It is therefore provided to increase the accuracy of the evaluation Make temperature compensation, being proposed is that either the temperature of the speed sensor with a separate sensor is determined or that the Temperature dependence of the internal resistance of the Speed sensor determined and in the evaluating microprocessor is saved as a calibration curve. The separate measurement of Speed and temperature are not suggested. It is also not known as the temperature of the speed sensor Measure the temperature of the brakes.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung zur gemeinsamen Messung zweier Größen mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen hat den Vorteil, daß auf besonders einfache Weise sowohl die Drehzahl als auch die Temperatur an der Stelle, an der sich der Meßfühler befindet, mit Hilfe des Meßfühlers selbst ermittelt werden kann. Dabei besteht der besondere Vorteil darin, daß die Sensoranordnung zur Messung der Drehzahl eines Rades eines Kraftfahrzeuges verwendet werden kann. Durch Anordnung des induktiven Aufnehmers in unmittelbarer Nähe der Bremsen wird der induktive Aufnehmer abhängig von der auftretenden Bremsentemperaturen selbst mehr oder weniger erwärmt. Mit Hilfe einer geeigneten Auswerteschaltung und der Zuführung von Testimpulsen können die Signalanteile, die von der Rotation des Rades herrühren, getrennt von dem vom Innenwiderstand der Spule verursachten Spannungsabfall bzw. vom entsprechenden Offset verarbeitet werden. Es läßt sich daher sowohl die Drehzahl als auch die Temperatur des Sensors und damit der Bremsen gleichzeitig oder nach Bedarf ermitteln.The sensor arrangement according to the invention for common measurement two sizes with the features mentioned in the main claim has the advantage that both the Speed as well as the temperature at the point where the sensor is located with the help of the sensor itself can be determined. There is a particular advantage here in that the sensor arrangement for measuring the speed a wheel of a motor vehicle can be used. By arranging the inductive transducer in the immediate The proximity of the brakes makes the inductive sensor dependent on of the occurring brake temperatures themselves more or less heated. With the help of a suitable Evaluation circuit and the supply of test pulses can the signal components that result from the rotation of the wheel, separated from that caused by the internal resistance of the coil Voltage drop or processed by the corresponding offset will. It can therefore both the speed and the Temperature of the sensor and thus the brakes at the same time or determine as needed.
Besonders vorteilhaft ist, daß bei Erreichen einer Grenztemperatur des Aufnehmers, die von einer besonders hohen Temperatur der Bremse verursacht wird, Anzeigemittel ausgelöst werden können und bei Fahrzeugen mit Antiblockiersystem (ABS), Antriebsschlupfregelung (ASR) oder elektronisch geregelter Bremse (ELB) direkt Maßnahmen zur Beeinflussung dieser Regelungen getroffen werden können.It is particularly advantageous that when a Limit temperature of the sensor, that of a particular high temperature caused by the brake, display means can be triggered and in vehicles with Anti-lock braking system (ABS), traction control system (ASR) or electronically controlled brake (ELB) directly measures for Influencing these regulations can be made.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Sensoranordnung zur Messung zweier Größen nach dem Hauptanspruch möglich. By the measures listed in the subclaims advantageous developments and improvements to Sensor arrangement for measuring two sizes according to the Main claim possible.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigtThe invention is illustrated in the drawing and is in the following description explained. It shows
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Weiterleitung der Testimpulse und Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugbremse samt dem zugehörigen Drehzahl- bzw. Temperatursensor. Fig. 1 shows an embodiment of the invention, Fig. 2 shows a circuit arrangement for forwarding the test pulses, and Fig. 3 is a schematic representation of a vehicle brake including the associated speed or temperature sensor.
In Fig. 1 ist eine Auswerteschaltung dargestellt, mit der das Ausgangssignal des Sensors 10 zur Ermittlung einer Drehzahl und einer Temperatur ausgewertet wird. Der Sensor 10 ist ein Induktivsensor, dessen Induktivität mit L bezeichnet ist und dessen Innenwiderstand mit Ri angegeben ist. Der Induktivsensor tastet den sich drehenden Körper, dessen Drehzahl ermittelt werden soll, beispielsweise einen sich drehenden Impulsring ab. In der Induktivität L wird durch Änderung des magnetischen Flusses eine Spannung U1 induziert.In Fig. 1, an evaluation circuit is shown, with which the output signal of the sensor 10 is evaluated for determining a rotational speed and a temperature. The sensor 10 is an inductive sensor, the inductance of which is denoted by L and whose internal resistance is denoted by Ri. The inductive sensor scans the rotating body whose speed is to be determined, for example a rotating pulse ring. A voltage U1 is induced in the inductance L by changing the magnetic flux.
Die beiden Anschlüsse des Sensors 10 sind über Widerstände R1, R2 und über die Koppelkapazität C1 mit der Drehzahlfühler-Signalauswerteeinheit 11, in der die Drehzahl bestimmt wird und gegebenenfalls auch Fehlererkennungen bezüglich abgerissener Leitung oder Kurzschluß oder Überwachung der Amplitude erfolgen. Die Widerstände R1, R2 sind Schutzwiderstände für die Drehzahlauswerteeinheit. Das Sensorsignal wird allgemein mit UF bezeichnet.The two connections of the sensor 10 are via resistors R1, R2 and via the coupling capacitance C1 with the speed sensor signal evaluation unit 11 , in which the speed is determined and, if necessary, also fault detections with regard to a broken line or short circuit or monitoring of the amplitude. The resistors R1, R2 are protective resistors for the speed evaluation unit. The sensor signal is generally referred to as UF.
In einer Einrichtung 12, die beispielsweise zwei Schalter 13, 14 umfaßt, werden Testimpulse UT erzeugt, die über die Widerstände R1, R2 auf den Sensor 10 gegeben werden und somit einen Gleichstrom durch den Sensor erzeugen. Die Ansteuerung der Einheit 12 kann beispielsweise mit Hilfe eines Mikrocomputers 15 erfolgen, der auch für weitere Auswertungen verwendet wird.In a device 12 , which comprises, for example, two switches 13 , 14 , test pulses UT are generated, which are applied to the sensor 10 via the resistors R1, R2 and thus generate a direct current through the sensor. The unit 12 can be controlled, for example, with the aid of a microcomputer 15 , which is also used for further evaluations.
Neben der Drehzahlfühler-Signalauswerteeinheit 11 sind weitere Schaltungsmittel vorhanden, mit deren Hilfe der temperaturabhängige Innenwiderstand Ri des Sensors 10 ausgewertet wird. Diese Schaltungsmittel umfassen einen ersten Tiefpaß TP1 mit den Widerständen R3 und R4 sowie den Kondensator C2. Der Tiefpaß TP1 ist einerseits an den Anschluß H des Sensors 10 angeschlossen und führt andererseits über einen Widerstand R5 zum nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP.In addition to the speed sensor signal evaluation unit 11, there are further circuit means with the aid of which the temperature-dependent internal resistance Ri of the sensor 10 is evaluated. These circuit means comprise a first low-pass filter TP1 with the resistors R3 and R4 and the capacitor C2. The low-pass filter TP1 is connected on the one hand to the connection H of the sensor 10 and on the other hand leads via a resistor R5 to the non-inverting input of an operational amplifier OP.
Der zweite Tiefpaß TP2, der die Widerstände R6 sowie R7 und einen Kondensator C3 umfaßt, ist mit dem Anschluß L des Sensors 10 sowie über einen weiteren Widerstand R8 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP verbunden. Zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers, an dem die Spannung Ua auftritt und dem nicht invertierenden Eingang liegt ein Widerstand R9. Die Einstellung des Verstärkungsfaktors des Operationsverstärkers OP erfolgt mit Hilfe der Widerstände R9 sowie R8.The second low-pass filter TP2, which comprises the resistors R6 and R7 and a capacitor C3, is connected to the terminal L of the sensor 10 and, via a further resistor R8, to the inverting input of the operational amplifier OP. A resistor R9 is located between the output of the operational amplifier at which the voltage Ua occurs and the non-inverting input. The amplification factor of the operational amplifier OP is set with the aid of the resistors R9 and R8.
Der Ausgang des Operationsverstärkers OP führt auf den integrierten Schaltkreis bzw. Mikrocomputer 15, der, wie bereits erwähnt, auch zur Ansteuerung der Einrichtung 12 zur Testpulserzeugung verwendet werden kann.The output of the operational amplifier OP leads to the integrated circuit or microcomputer 15 , which, as already mentioned, can also be used to control the device 12 for generating the test pulse.
Mit Hilfe der integrierten Schaltung 15 ist eine Warneinrichtung, beispielsweise eine Lampe 16 über Schaltmittel 17 betätigbar, mit der eine erkannte Übertemperatur der Bremse angezeigt wird. With the aid of the integrated circuit 15 , a warning device, for example a lamp 16, can be actuated via switching means 17 , by means of which a detected excess temperature of the brake is displayed.
Fig. 2 zeigt eine konkrete Schaltungsanordnung, mit der Testimpulse über die im Mikrocomputer 15 bzw. im vorliegenden Fall dem Steuergerät vorhandenen Schutzwiderstände auf den Sensor geschaltet werden. Im einzelnen umfaßt diese Schaltung einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R10 und R11, über den die Testimpulse vom Mikrocomputer bzw. integrierten Schaltkreis 15 auf die Basis der Transistoren T1, T2 geführt werden. Der Kollektor des Transistors T1 ist über einen weiteren Widerstand R12 mit der Basis eines Transistors T3 verbunden, dessen Emitter auf einer Spannung von beispielsweise 5 Volt liegt und dessen Kollektor über den Schutzwiderstand R13 zum Eingang H des Steuergerätes gelangt. Der Kollektor des Transistors T2 ist über den Schutzwiderstand R14 mit dem Eingang L des Steuergerätes verbunden. Der Widerstand R1 nach Fig. 1 entspricht dem Widerstand R13 nach Fig. 2, R2 entspricht R14. Fig. 2 shows a concrete circuit arrangement, with the test pulses via the control unit existing protective resistors are connected to the sensor in the microcomputer 15 or in the present case. In detail, this circuit comprises a voltage divider, consisting of resistors R10 and R11, via which the test pulses are passed from the microcomputer or integrated circuit 15 to the base of transistors T1, T2. The collector of the transistor T1 is connected via a further resistor R12 to the base of a transistor T3, the emitter of which is at a voltage of, for example, 5 volts and the collector reaches the input H of the control device via the protective resistor R13. The collector of transistor T2 is connected to input L of the control unit via protective resistor R14. The resistor R1 according to FIG. 1 corresponds to the resistor R13 according to FIG. 2, R2 corresponds to R14.
In Fig. 3 ist schließlich schematisch eine Scheibenbremse 18 dargestellt, die auf ein sich drehendes Teil 19, beispielsweise ein Rad eines Fahrzeugs, einwirkt. Der Sensor 10 ist dabei dem sich drehenden Teil 19 bzw. der Bremse 18 räumlich benachbart zugeordnet. Er soll einerseits die Drehzahl des sich drehenden Teiles 19 mit magnetisch unterschiedlichen Bereichen 20 bestimmen und andererseits die Temperatur der Bremse 18 messen. Da der Sensor 10 sehr nahe an der Bremse 18 ist, weist er in etwa die Temperatur der Bremse auf. Da der Sensor wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ein induktiver Sensor ist, dessen magnetischen Fluß vom rotierenden Teil 19 beeinflußt wird und dessen Innenwiderstand Ri sich abhängig von der Temperatur des Sensors verändert, kann mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sowohl die Drehzahl des rotierenden Teiles 19 als auch die Temperatur des Sensors und damit der Bremse bestimmt werden. Finally, FIG. 3 schematically shows a disc brake 18 , which acts on a rotating part 19 , for example a wheel of a vehicle. The sensor 10 is spatially adjacent to the rotating part 19 or the brake 18 . On the one hand, it should determine the rotational speed of the rotating part 19 with magnetically different areas 20 and, on the other hand, it should measure the temperature of the brake 18 . Since the sensor 10 is very close to the brake 18 , it has approximately the temperature of the brake. Since the sensor can be seen in Fig. 1, is an inductive sensor whose magnetic flux is influenced by the rotating part 19 and whose internal resistance Ri changes depending on the temperature of the sensor, both with the circuit arrangement shown in Fig. 1 Speed of the rotating part 19 and the temperature of the sensor and thus the brake can be determined.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird in der Einrichtung 11 zur Drehzahlfühler-Signalauswertung in üblicher Weise die Ausgangsspannung UF des Sensors 10 zur Drehzahlermittlung verarbeitet. Dabei werden beispielsweise Pulsabstände ausgemessen und die erhaltenen Zeitwerte in Drehzahlwerte umgerechnet.In the arrangement shown in FIG. 1, the output voltage UF of the sensor 10 for speed determination is processed in the device 11 for speed sensor signal evaluation in the usual way. For example, pulse intervals are measured and the time values obtained are converted into speed values.
Zur Temperaturmessung wird der Innenwiderstand Ri bestimmt. Da sich der statische Anteil des Innenwiderstandes entsprechend den Temperaturkoeffizienten des verwendeten Materials, bei Kupfer um etwa 40 Prozent pro 100 Grad, ändert, kann mit Hilfe von Testimpulsen, die dem Sensor 10 zugeführt werden, ein Spannungsabfall am Sensoreingang erzeugt und gemessen werden. Dazu wird zur Ausblendung des Nutzsignales, also des drehzahlabhängigen Signales, ein Tiefpaßfilter verwendet, bzw. gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei Tiefpaßfilter eingesetzt. Diese Tiefpaßfilter ermöglichen es, daß dem Verstärker OP nur noch eine Spannung zugeführt wird, die ein Maß für den Innenwiderstand Ri des Sensors ist. Diese Spannung wird im Operationsverstärker in geeigneter Weise verstärkt und als Ausgangsspannung Ua dem Mikrorechner 15 zugeführt.The internal resistance Ri is determined for temperature measurement. Since the static component of the internal resistance changes according to the temperature coefficient of the material used, for copper by about 40 percent per 100 degrees, a voltage drop at the sensor input can be generated and measured with the aid of test pulses that are supplied to the sensor 10 . For this purpose, a low-pass filter is used to mask out the useful signal, that is to say the speed-dependent signal, or two low-pass filters are used in accordance with the exemplary embodiment shown. These low-pass filters enable the amplifier OP to only be supplied with a voltage which is a measure of the internal resistance Ri of the sensor. This voltage is amplified in a suitable manner in the operational amplifier and supplied to the microcomputer 15 as the output voltage Ua.
Wie Versuche gezeigt haben, sind für eine zuverlässige Messung Testpulse von etwa 100 ms Dauer erforderlich, bei einer Zeitkonstanten der Tiefpaßfilter von ca. 50 ms. Bei niedrigen Geschwindigkeiten kleiner 10 km/h nimmt die Filterwirkung ab, d. h. große Signalamplituden können das Meßergebnis beeinflussen. Es bietet sich daher die Möglichkeit an, die Aktivierung der Testimpulse bei Geschwindigkeiten unter 10 km/h zu unterlassen und Temperaturmessungen nur oberhalb dieser Grenzgeschwindigkeit durchzuführen. As trials have shown, are reliable Measurement test pulses of approximately 100 ms duration required at a time constant of the low-pass filter of approx. 50 ms. At low speeds of less than 10 km / h Filtering effect, d. H. large signal amplitudes can do that Influence measurement result. It therefore offers the Possibility to activate the test impulses at Refrain from speeds below 10 km / h and Temperature measurements only above this limit speed perform.
Die Schaltung zur Filterung und Verstärkung des Gleichspannungsanteiles kann als integrierte Schaltung aufgebaut sein. Ebenso ist eine Integration in eine bereits vorhandene integrierte Schaltung zur Sensorsignalauswertung denkbar. Die Auswertung des gefilterten und verstärkten Testsignals ist in analoger Weise möglich. Der Offset-Abgleich und die Einbringung einer Lernfunktion für den Kaltwiderstand kann durch geeignete Software realisiert werden.The circuit for filtering and amplifying the DC voltage component can be used as an integrated circuit be constructed. Integration into one is already existing integrated circuit for sensor signal evaluation conceivable. The evaluation of the filtered and amplified Test signal is possible in an analog way. Of the Offset adjustment and the introduction of a learning function for the cold resistance can be implemented using suitable software will.
Eine Auswertung des eigentlichen Nutzsignales, also die Drehzahlmessung kann während der Temperaturmessung erfolgen, es ist auch möglich, auf eine Ermittlung des Nutzsignales während der Dauer der zugeführten Testimpulse zu verzichten.An evaluation of the actual useful signal, that is Speed measurement can take place during temperature measurement, it is also possible to determine the useful signal to waive during the duration of the test impulses supplied.
Die bei ABS-Drehzahlmessungen üblicherweise durchgeführten Riß- und Kurzschlußerkennungen müssen während der Dauer der Testimpulse unterdrückt werden.The ones usually performed for ABS speed measurements Crack and short circuit detections must be carried out during the duration of the Test impulses are suppressed.
Das am Sensor anliegende Signal wird hochohmig abgegriffen, der Wechselanteil wird üblicherweise mittels zweier Tiefpässe beidseitig herausgefiltert. In einer vereinfachten Version könnte ein Tiefpaßfilter entfallen, es würden dann jedoch Einbußen beim Störabstand auftreten. Bei einer solchen vereinfachten Schaltung sind außerdem durch die Festlegung eines der Eingänge des Operationsverstärkers die Absolutwerte am Ausgang des Operationsverstärkers abhängig vom Ruhepotential am Drehzahlfühlereingang. Dies kann durch Softwareabgleich weitgehend kompensiert werden.The signal at the sensor is tapped with high resistance, the alternating component is usually determined by means of two Low pass filters filtered out on both sides. In a simplified Version a low pass filter could be omitted, it would however, there are losses in the signal-to-noise ratio. At a such simplified circuit are also by the Definition of one of the inputs of the operational amplifier Absolute values dependent on the output of the operational amplifier of the resting potential at the speed sensor input. This can be done by Software comparison can be largely compensated.
Die Erfindung wurde für einen induktiven Drehzahlfühler erläutert. Ihr Einsatz ist besonders bei Anti-Blockier-Systemen (ABS), Antriebs-Schlupf-Regelsystemen (ASR) oder bei Systemen mit elektronisch geregelten Bremsen (ELB) vorteilhaft möglich. Bei ABS-, ASR- bzw. ELB-Systemen sind üblicherweise mehrere solcher Sensoren vorhanden. Für deren Auswertung können getrennte Schaltungen vorgesehen sein oder es kann mit Hilfe geeigneter Umschaltungen mittels eines Multiplex-Betriebes zumindest ein Teil der Schaltung nach Fig. 1 gemeinsam genutzt werden.The invention has been explained for an inductive speed sensor. Their use is particularly advantageous for anti-lock braking systems (ABS), traction control systems (ASR) or for systems with electronically controlled brakes (ELB). ABS, ASR or ELB systems usually have several such sensors. Separate circuits can be provided for their evaluation, or at least part of the circuit according to FIG. 1 can be shared with the aid of suitable switchovers by means of a multiplex operation.
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