IT202100010496A1 - Metodo e relativo sistema di stima dell'indice di rugosita' internazionale di un segmento stradale - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
?METODO E RELATIVO SISTEMA DI STIMA DELL'INDICE DI RUGOSIT? INTERNAZIONALE DI UN SEGMENTO STRADALE?
CAMPO TECNICO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione riguarda, in generale, i settori di monitoraggio di pavimentazione stradale e automobilistici. Pi? nello specifico, la presente invenzione riguarda un sistema e un metodo per stimare l'indice di rugosit? internazionale (IRI, International Roughness Index). In particolare, secondo un aspetto della presente invenzione, la stima dell'IRI ? determinata in funzione di quantit? fisiche relative al movimento di un veicolo, per esempio le accelerazioni verticali, e al veicolo stesso, per esempio i coefficienti di ammortizzamento e rigidezza delle sospensioni del veicolo e degli pneumatici montati sul veicolo.
La presente invenzione pu? essere applicata in qualsiasi tipo di veicolo stradale, utilizzato o per trasportare persone, quali un'automobile, un autobus, un camper, eccetera o per trasportare merci, quali veicoli industriali (camion, rimorchio per trattore, eccetera) o veicoli commerciali leggeri o medio-pesanti (quali furgoni, eccetera). Senza alcuna perdita di generalit?, si far? riferimento ad un veicolo a motore, quali una o pi? automobili e/o autobus e/o camion e/o motociclette, eccetera, dotati di motori a combustione interna e/o del tipo/dei tipi ibridi e/o elettrici.
STATO DELLA TECNICA
Come ? noto, le pavimentazioni stradali devono essere progettate per garantire una superficie di rotolamento che sia sostanzialmente regolare e con piccola deformazione per rispettare i requisiti di sicurezza e confortevolezza per veicoli a motore guidati sulle stesse. Infatti, un impatto di una ruota di un veicolo a motore contro/su un ostacolo sulla pavimentazione stradale (quale una buca o un dosso) pu? causare un danno allo pneumatico della ruota, in particolare alla sua carcassa (ovvero, l'involucro). Per esempio, una protuberanza esterna sul fianco di uno pneumatico tipicamente indica che le tortiglie si sono rotte all'interno della carcassa per via di un impatto contro/su un ostacolo, dato che la guida su oggetti quali dossi e buche pu? causare la rottura di singole tortiglie. Se uno pneumatico danneggiato (per esempio, uno pneumatico con alcune tortiglie danneggiate) non viene prontamente rilevato e, quindi, non viene prontamente riparato/sostituito, se il conducente continua a guidare con detto pneumatico danneggiato, vi ? il rischio di rompere/distruggere completamente la carcassa dello pneumatico e anche di danneggiare il cerchione della ruota e/o la sospensione (per esempio, in caso di ulteriori impatti dello pneumatico danneggiato contro/su altri ostacoli).
Oggigiorno, il monitoraggio periodico del livello di regolarit?/levigatezza di singole strade viene eseguito di volta in volta, principalmente con lo scopo di pianificare lavori di manutenzione. Tipicamente, detto monitoraggio ? basato su un calcolo dell'indice di rugosit? internazionale (IRI), che ? l'indice di rugosit? utilizzato pi? comunemente per l'irregolarit? di pavimentazioni stradali. L'IRI ? tipicamente ottenuto misurando profili stradali longitudinali (pi? nello specifico, i profili longitudinali di elevazione di pavimentazioni stradali), in particolare utilizzando un modello matematico di veicolo quarter-car (anche noto come modello Quarter-Car, abbreviato come QCM) o un modello matematico di veicolo full-car (anche noto come modello Full-Car, abbreviato come FCM), la cui risposta viene accumulata per ottenere un indice di rugosit? con unit? di pendenza (pollici/m, m/km, eccetera).
Sfortunatamente, le misurazioni di IRI sono effettivamente piuttosto costose e difficili da eseguire su grande scala sull'intera rete stradale gestita da una societ?.
Pertanto, nei settori di monitoraggio di pavimentazione stradale e automobilistici ? fortemente sentita la necessit? di soluzioni tecniche innovative per consentire un rilevamento pi? rapido e pi? facile di irregolarit?/disuniformit? di pavimentazione stradale.
Un esempio di una soluzione nota ? descritto, per esempio, nella domanda di brevetto WO2020/225699A1 che descrive un metodo e un sistema per il riconoscimento di irregolarit? di una pavimentazione stradale. In particolare, WO2020/225699A1 riguarda un metodo comprendente:
a) una fase di test preliminare includente a sua volta: - una sotto-fase in cui vengono eseguiti test con pneumatici che avanzano su e/o urtano contro diverse irregolarit? a diverse velocit? di un veicolo a motore;
- una sotto-fase in cui durante il test viene acquisita l'accelerazione verticale (vantaggiosamente ad un tasso di campionamento di almeno 10 Hz); e
- una sotto-fase per la costruzione di almeno un primo modello per l'associazione della deviazione standard dell'accelerazione verticale in relazione ai test eseguiti con le irregolarit? sulla pavimentazione stradale; e
b) una fase di riconoscimento effettivo includente a sua volta:
- una sotto-fase in cui viene acquisita l'accelerazione verticale (vantaggiosamente ad un tasso di campionamento di almeno 10 Hz);
- una sotto-fase in cui ? implementato il filtraggio passa-alto dell'accelerazione verticale, in cui una soglia di filtraggio minima del filtro passa-alto ? preferibilmente minore di o uguale a 0,1 Hz e in cui la sotto-fase di filtraggio ? eseguita su una sezione di riferimento della pavimentazione stradale di lunghezza variabile avente una lunghezza tra 2 e 25 metri lineari, preferibilmente tra 5 e 10 metri lineari;
- una sotto-fase in cui l'accelerazione verticale ? elaborata per mezzo di una trasformata rapida di Fourier (FFT, Fast Fourier Transform);
- una sotto-fase in cui la deviazione standard dell'accelerazione verticale elaborata viene calcolata per mezzo di una FFT alle frequenze relative, in cui le frequenze relative comprendono un primo intervallo di frequenze di vibrazione del sistema di sospensione di un veicolo a motore che ? preferibilmente tra 1,5 Hz e 3 Hz; e
- riconoscere la presenza e le dimensioni delle irregolarit? sulla pavimentazione stradale sulla base di un confronto tra detto primo modello e la deviazione standard dell'accelerazione verticale elaborata per mezzo di una FFT alle frequenze relative.
Secondo WO2020/225699A1, le frequenze relative comprendono vantaggiosamente un secondo intervallo di frequenze di vibrazione del telaio del veicolo a motore, la fase b) comprende vantaggiosamente le ulteriori sotto-fasi di acquisire informazioni riguardanti la posizione del veicolo per mezzo di un segnale GPS e localizzare qualsiasi irregolarit? a seconda della posizione del veicolo e la fase a) comprende vantaggiosamente le ulteriori sotto-fasi di eseguire i test facendo avanzare e/o urtare diversi tipi di pneumatici su diversi tipi di veicoli a motore e di costruire un numero di modelli per associare la deviazione standard dell'accelerazione verticale al tipo di pneumatico e/o veicolo a motore.
In aggiunta, secondo WO2020/225699A1, la fase a) preferibilmente include anche:
- una sotto-fase in cui, durante i test eseguiti, vengono acquisite le velocit? di ruota e le velocit? del veicolo a motore e in cui le velocit? di ruota normalizzate relative ai test eseguiti vengono calcolate per mezzo del rapporto tra le velocit? di ruota e le rispettive velocit? del veicolo a motore; e
- una sotto-fase per la costruzione di almeno un secondo modello per associare la deviazione standard delle velocit? di ruota normalizzate alle irregolarit? sulla pavimentazione stradale.
Infine, secondo WO2020/225699A1, la fase b) preferibilmente include:
- una sotto-fase in cui viene acquisito l'angolo di sterzo della ruota di detto veicolo a motore;
- una sotto-fase in cui viene acquisito l'angolo di sterzo della ruota di detto veicolo a motore per mezzo di una FFT;
- una sotto-fase in cui viene determinata una soglia minima entro il contenuto di frequenza dell'angolo di sterzo della ruota elaborato per mezzo della FFT;
- una sotto-fase in cui vengono acquisite le velocit? di ruota;
- una sotto-fase in cui vengono acquisite le velocit? del veicolo a motore;
- una sotto-fase in cui vengono calcolate le velocit? di ruota normalizzate per mezzo del rapporto tra le velocit? di ruota e le rispettive velocit? del veicolo a motore;
- una sotto-fase in cui viene eseguito filtraggio passaalto delle velocit? di ruota o delle velocit? di ruota normalizzate durante l'applicazione di detta soglia minima; e
- una sotto-fase in cui viene calcolata la deviazione standard delle velocit? di ruota normalizzate;
in cui la sotto-fase di riconoscere la presenza di irregolarit? sulla pavimentazione stradale vantaggiosamente implica utilizzare sia il confronto tra il primo modello e la deviazione standard dell'accelerazione verticale elaborata per mezzo di una FFT alle frequenze relative sia il confronto tra il secondo modello e la deviazione standard delle velocit? di ruota normalizzate.
SCOPO E RIEPILOGO DELL'INVENZIONE
Alla luce di quanto sopra, la Richiedente ha percepito la necessit? di eseguire uno studio approfondito per tentare di sviluppare una soluzione tecnica innovativa per consentire, in generale, la quantificazione pi? rapida e pi? facile della rugosit? di pavimentazioni stradali e, in particolare, una stima simile a IRI, che siano pi? facili da eseguire e che possano essere effettuate pi? frequentemente rispetto alle misurazioni di IRI tradizionali, arrivando cos? alla presente invenzione.
Quindi, lo scopo della presente invenzione ? quello di fornire una soluzione tecnica per implementare, in generale, una quantificazione pi? rapida e pi? facile di rugosit? di pavimentazioni stradali e, in particolare, una stima simile a IRI, che siano pi? facili da eseguire e che possano essere effettuate pi? frequentemente rispetto alle tradizionali misurazioni di IRI.
Questo e altri scopi sono conseguiti dalla presente invenzione per il fatto che riguarda un sistema e un metodo per stimare l'IRI, come definito nelle rivendicazioni allegate.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Per una migliore comprensione della presente invenzione, le forme di realizzazione preferite, che sono intese puramente come esempi non limitativi, verranno ora descritte con riferimento ai disegni allegati (tutti non in scala), in cui:
? le figure 1 e 2 illustrano schematicamente e rispettivamente una fase preliminare e una fase di stima di IRI di un metodo di stima di IRI secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione.
? La figura 3 illustra schematicamente una fase di una fase preliminare per determinare parametri relativi ad un veicolo;
? la figura 4 mostra schematicamente le tendenze per valori di accelerazione verticale secondo diversi profili stradali;
? la figura 5 illustra schematicamente una fase di una fase preliminare per convalidare parametri relativi ad un veicolo;
? la figura 6 mostra schematicamente un tracciato che correla valori quadratici medi di rispettivi valori di accelerazione verticale di un veicolo ottenuti secondo profili stradali reale e digitalizzato,
? la figura 7 mostra schematicamente tracciati che correlano i valori di IRI con valori quadratici medi di valori di accelerazione verticale di un veicolo a diverse velocit? di veicolo costanti; e
? le figure da 8 a 10 illustrano schematicamente le forme di realizzazione preferite di un sistema di stima di IRI.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FORME DI REALIZZAZIONE
PREFERITE DELL'INVENZIONE
La presente invenzione verr? ora descritta in dettaglio con riferimento alle figure allegate per consentire ad un esperto di realizzarla e utilizzarla. Varie modifiche alle forme di realizzazione descritte risulteranno immediatamente evidenti ad un esperto e i principi generici descritti possono essere applicati ad altre forme di realizzazione e applicazioni senza scostarsi cos? dall'ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Pertanto, la presente invenzione non dovrebbe essere considerata limitata alle forme di realizzazione descritte e illustrate nella presente, ma dovrebbe essere accordata all'ambito di protezione pi? ampio coerentemente alle caratteristiche descritte e rivendicate.
Salvo definito in altro modo, tutti i termini tecnici e scientifici utilizzati nella presente hanno lo stesso significato comunemente utilizzato dai comuni esperti nel campo attinente alla presente invenzione. In caso di conflitto, questa descrizione, incluse le definizioni fornite, sar? vincolante. Inoltre, gli esempi sono forniti soltanto per scopi illustrativi e in quanto tali non dovrebbero essere considerati come limitativi.
In particolare, i diagrammi a blocchi inclusi nelle figure allegate e descritti di seguito non sono intesi come una rappresentazione delle caratteristiche strutturali, o di limitazioni costrittive, ma devono essere interpretati come una rappresentazione di caratteristiche funzionali, ovvero propriet? intrinseche dei dispositivi e definite dagli effetti ottenuti o da limitazioni funzionali e che possono essere implementate in modi diversi, pertanto al fine di proteggere la funzionalit? delle stesse (possibilit? di funzionamento).
Per facilitare la comprensione delle forme di realizzazione descritte nella presente, si far? riferimento ad alcune forme di realizzazione specifiche e verr? utilizzato un linguaggio specifico per descriverle. La terminologia utilizzata nella presente ha lo scopo di descrivere soltanto particolari forme di realizzazione e non intende limitare l'ambito di protezione della presente invenzione.
La presente invenzione riguarda un metodo per stimare l'indice di rugosit? internazionale (IRI), in particolare in funzione di quantit? fisiche relative al movimento di un veicolo, per esempio le accelerazioni verticali, e al veicolo stesso, per esempio i coefficienti di ammortizzamento e rigidezza delle sospensioni del veicolo e degli pneumatici montati sul veicolo.
Con riferimento alle figure 1 e 2, il metodo secondo la presente invenzione comprende una fase preliminare 1 e una fase di stima di IRI 10. Inoltre, qui di seguito si far? riferimento ad un veicolo a motore come una o pi? automobili e/o autobus e/o camion e/o motociclette, eccetera, dotati di motori a combustione interna e/o del tipo/dei tipi ibridi e/o elettrici.
In particolare, la figura 1 illustra schematicamente la fase preliminare 1 del metodo per stimare l'IRI secondo la presente invenzione. In dettaglio, la fase preliminare 1 comprende:
- raccogliere (blocco 2) valori dei coefficienti di ammortizzamento e/o rigidezza di pneumatico di veicolo Ct, Kt di uno o pi? pneumatici (non mostrati) di uno o pi? veicoli a motore;
- raccogliere (blocco 3):
a) primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo misurati su uno o pi? veicoli a motore guidati a una o pi? velocit? costanti date lungo una o pi? strade o segmenti stradali a cui sono associati valori di indice di rugosit? internazionale noti o primi profili stradali profilor noti;
b) primi dati di geo-referenziazione di veicolo associati ai primi valori di accelerazione verticale misurati Azveicolo; e
c) primi dati di velocit? di veicolo indicativi della data velocit? costante/delle date velocit? costanti associati ai primi valori di accelerazione verticale misurati Azveicolo; e
- determinare (blocco 4) secondi profili stradali profilod in base ai primi valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di pneumatico di veicolo Ct, Kt, ai primi dati di geo-referenziazione di veicolo, ai primi dati di velocit? di veicolo e ai primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo.
La fase preliminare 1 comprende inoltre:
- determinare (blocco 5) secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c, k) in base ai secondi profili stradali profilod, a secondi dati di georeferenziazione di veicolo dei secondi valori di accelerazione verticale Azuscita - f(c, k), ai secondi dati di velocit? di veicolo indicativi della data velocit? costante/delle date velocit? costanti associati ai primi valori di accelerazione verticale misurati Azveicolo e ai valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di pneumatico di veicolo Ct, Kt;
- determinare (blocco 6) valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo Cs, Ks di una o pi? sospensioni di uno o pi? veicoli;
- determinare (blocco 7) primi e secondi valori quadratici medi dei primi e dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo Azuscita - f(c, k), rispettivamente; e
- determinare (blocco 8), in base ai valori dell'indice di rugosit? internazionale noti o ai primi profili stradali profilor, ai secondi valori quadratici medi dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c, k), ai secondi dati di geo-referenziazione di veicolo e ai secondi dati di velocit? di veicolo, una o pi? funzioni di trasferimento del veicolo che correlano matematicamente i secondi valori quadratici medi dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c, k) e i valori dell'indice di rugosit? internazionale alla data velocit? costante/alle date velocit? costanti,
La figura 2 illustra schematicamente la fase di stima di IRI 10 del metodo per stimare l'IRI secondo la presente invenzione. In particolare, la fase di stima di IRI 10 comprende:
- acquisire (blocco 11) terzi valori di accelerazione verticale di veicolo Az misurati su un dato veicolo a motore guidato ad una velocit? di guida su una data strada o un dato segmento stradale, terzi dati di geo-referenziazione di veicolo associati ai terzi valori di accelerazione verticale del veicolo Az e ai terzi dati di velocit? di veicolo indicativi della data velocit? di guida del veicolo a motore;
- calcolare (blocco 12) terzi valori quadratici medi dei terzi valori di accelerazione verticale di veicolo Az; e
- stimare un valore di indice di rugosit? internazionale (IRI) (blocco 13) della data strada o del dato segmento stradale in base a una o pi? funzioni di trasferimento di veicolo determinate nella fase preliminare 1 e in base ai terzi valori quadratici medi dei terzi valori di accelerazione verticale di veicolo Az e ai terzi dati di geo-referenziazione di veicolo associati e ai terzi dati di velocit? di veicolo.
Secondo un aspetto della presente invenzione, i terzi dati di geo-referenziazione di veicolo del dato veicolo a motore sono soltanto dati indicativi della posizione 2D/3D, per esempio posizione GPS, del dato veicolo a motore.
Secondo un aspetto da presente invenzione, i primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo, i primi dati di geo-referenziazione di veicolo e i primi dati di velocit? di veicolo vengono raccolti nelle fasi a), b) e c) relativamente a uno o pi? veicoli a motore del medesimo tipo di veicolo dato e/o del medesimo modello di veicolo dato guidato a una o pi? date velocit? costanti lungo una o pi? strade o uno o pi? segmenti stradali per cui sono noti i valori di indice di rugosit? internazionale o i primi profili stradali profilor; inoltre, i secondi profili stradali profilod sono specifici per detto dato tipo e/o modello di veicolo.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione, i primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo, i primi dati di geo-referenziazione di veicolo e i primi dati di velocit? di veicolo vengono raccolti nelle fasi a), b) e c) relativamente a ciascuno di uno o pi? veicoli a motore di diversi dati tipi di veicolo e/o di diversi dati modelli di veicolo; inoltre, i secondi profili stradali profilod sono specifici per ciascuno di detti dati tipi e/o modelli di veicolo.
Pertanto, secondo un aspetto la presente invenzione, i valori di indice di rugosit? internazionale sono stimati (blocco 13) utilizzando una funzione di trasferimento di veicolo specifica per tipo/modello di veicolo del dato veicolo a motore determinato nella fase preliminare 1.
Ancora con riferimento alla figura 1, nella fase preliminare 1, i coefficienti di smorzamento e rigidezza di pneumatico di veicolo Ct, Kt vengono determinati attraverso test su pneumatici, quali, per esempio, test di flessione dedicati.
Inoltre, secondo un aspetto della presente invenzione, la fase di raccogliere (blocco 3) primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo, primi dati di geo-referenziazione di veicolo e primi dati di velocit? di veicolo includono una acquisizione di dati telemetrici di veicolo, in cui i veicoli sono vantaggiosamente dotati di un'unit? di registrazione di dati che acquisisce le prime accelerazioni verticali di veicolo Azveicolo e i primi dati di geo-referenziazione di veicolo quali posizioni GPS dei veicoli con predeterminate frequenze di acquisizione. Inoltre, i dati telemetrici vengono trasmessi automaticamente ad un sistema di calcolo remoto (per esempio, un sistema di calcolo su cloud) attraverso una connessione senza fili (per esempio, basata su tecnologia cellulare 2G, 3G, 4G o 5G). In particolare, la frequenza di acquisizione per i primi dati di geo-referenziazione di veicolo ? per esempio maggiore di 1 Hz. Inoltre, per determinare i primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo, il veicolo ? guidato attraverso dossi di geometria nota (ovvero, secondo, per esempio, il primo profilo stradale profilor) a bassa velocit? (per esempio, fino a 40 km/h); in ulteriore dettaglio la frequenza di acquisizione dei primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo ? maggiore di o uguale a 10 Hz. In aggiunta, un periodo di tempo predefinito (per esempio, di tre mesi) pu? essere vantaggiosamente considerato per l'acquisizione di dati telemetrici di veicolo, in cui detto periodo di tempo predefinito preferibilmente include la data di misurazione dei valori di IRI.
Secondo un aspetto dell'invenzione, nella fase preliminare 1, qui i valori di IRI correlati ad una strada sono determinati secondo un corrispondente primo profilo stradale profilor, quest'ultimo essendo determinato secondo procedure standardizzate; per esempio, il primo profilo stradale profilor ? determinato mediante interpolazione di valori misurati in precedenza di accelerazioni verticali, determinati secondo date condizioni (per esempio, bassa velocit? e con una predeterminata frequenza di acquisizione) specifiche per il tipo/modello di veicolo del dato veicolo a motore.
Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, il GPS ? utilizzato per posizionare i veicoli sulla strada in cui vengono effettuate le misurazioni nella fase preliminare 1 e nella fase di stima di IRI 10.
Con riferimento alla figura 1, nella fase preliminare 1, la fase di determinare (blocco 5) i secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c, k) comprende determinare:
- quarti valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita che sono i valori di accelerazione emessi dai secondi profili stradali profilod quando immessi con i valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di pneumatico di veicolo Ct, Kt; e
- una funzione di accelerazione verticale di veicolo f(c, k) dipendente dai parametri c e k.
In particolare, i parametri c e k sono valori di coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo di una o pi? sospensioni (non mostrate) del veicolo considerato. Pertanto, l'uscita dei secondi profili stradali profilod (che sono valori di accelerazioni verticali di veicolo) dipende direttamente dai valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo c, k dell'una o pi? sospensioni del veicolo a motore considerato.
Con riferimento alla figura 3, la fase di determinare (blocco 6) i valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo Cs, Ks dell'una o pi? sospensioni dell'uno o pi? veicoli comprende:
- determinare (blocco 21), per i valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo c0, k0 delle sospensioni del veicolo emessi nei secondi profili stradali profilod, corrispondenti secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c, k), anche indicati come Azuscita - f(c0, k0); e
- verificare (blocco 22) se i secondi profili di accelerazione generati dai secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c0, k0) si adattano ai primi profili di accelerazione generati dai primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo.
Inoltre, la fase di determinare (blocco 6) i valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo Cs, Ks dell'una o pi? sospensioni dell'uno o pi? veicoli comprende inoltre:
- se i secondi profili di accelerazione generati dai secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c0, k0) si adattano ai primi profili di accelerazione generati dai primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo, determinare (blocco 23) che i valori di coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di veicolo di test c0, k0 delle sospensioni del veicolo sono i coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo Cs, Ks; o
- se i secondi profili di accelerazione generati dai secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c0, k0) non si adattano ai primi profili di accelerazione generati dai primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo, determinare (blocco 24) nuovi valori per i valori di coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo di test c0, k0.
Pertanto, secondo un aspetto della presente invenzione, le fasi di determinazione (blocco 21) e verifica (blocco 22) vengono ripetute finch? i valori di coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di veicolo di test c0, k0 delle sospensioni del veicolo soddisfano il requisito della fase di verifica (blocco 22) e, quindi, possono essere definiti come i coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo Cs, Ks.
Al termine della fase di determinazione (blocco 6) i valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo Cs, Ks dell'una o pi? sospensioni dell'uno o pi? veicoli sono determinati come un'uscita del secondo profilo stradale profilod.
La figura 4 mostra schematicamente esempi del primo e del secondo profilo di accelerazione generati dal primo e dal secondo valore di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo, Azuscita - f(c, k), in cui c e k sono uguali ai valori di coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo Cs, Ks.
Inoltre, con riferimento alla figura 5, nella fase preliminare 1, la fase di determinare (blocco 7) i primi e i secondi valori quadratici medi dei primi e dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo, Azuscita - f(c, k), rispettivamente comprende:
- calcolare (blocco 31) primi valori quadratici medi dei primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo in base ai primi profili stradali profilor e relativamente ad un veicolo a motore guidato su una strada nota a diverse velocit? note;
- determinare (blocco 32) secondi valori quadratici medi dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c, k) in base ai secondi profili stradali profilod, ai valori di coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo Cs, Ks e relativamente ad un veicolo a motore guidato sulla stessa strada nota e alle stesse diverse velocit? note; e
- tracciare (blocco 33) i primi valori quadratici medi dei primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo rispetto ai secondi valori quadratici medi dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c, k), qui di seguito indicati anche come Azuscita - f(Cs, Ks), verificando cos? se i secondi profili stradali profilod sono stati adattati sufficientemente bene da corrispondere ai risultati dei primi profili stradali profilor.
In particolare, la fase di tracciamento (blocco 33) viene effettuata tracciando la prima RMSVA dei primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo rispetto alla seconda RMSVA dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(Cs, Ks) insieme a valori di IRI noti della strada considerata. La figura 6 mostra il tracciato ottenuto attraverso la fase di tracciamento (blocco 33) effettuata tracciando la prima RMSVA dei primi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo, filtrati a 1,5 Hz, rispetto alla seconda RMSVA dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(Cs, Ks). Come si pu? vedere nella figura 6, vengono considerate diverse velocit?.
Inoltre, nella fase preliminare 1, determinare (blocco 8), in base ai valori di indice di rugosit? internazionale noti o ai primi profili stradali profilor, ai secondi valori quadratici medi dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c, k), ai secondi dati di geo-referenziazione di veicolo e ai secondi dati di velocit? di veicolo, una o pi? funzioni di trasferimento di veicolo che correlano matematicamente i secondi valori quadratici medi dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(c, k) e i valori di indice di rugosit? internazionale alla data velocit? costante/alle date velocit? costanti, comprende identificare una correlazione matematica correlata tra i valori di IRI e la seconda RMSVA dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(Cs, Ks), per cui viene determinata una funzione di trasferimento di veicolo A tal proposito, la figura 7 mostra esempi di grafici di
a diverse velocit? di veicolo costanti, in cui sono tracciati i valori di IRI a diverse velocit? di veicolo costanti e in cui ? tracciata la seconda RMSVA determinata dai secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azuscita - f(Cs, Ks); in particolare, un esempio di una funzione di trasferimento mostrata nella figura 7 ? il seguente:
in cui ? indica la velocit? del veicolo.
Di nuovo con riferimento alla figura 2, nella fase di stima di IRI 10 e relativamente ai terzi valori di accelerazione verticale di veicolo Az, la fase di stimare un valore di indice di rugosit? internazionale (blocco 13) della data strada o del dato segmento stradale in base a una o pi? funzioni di trasferimento di veicolo determinate nella fase preliminare 1 e ai terzi valori quadratici medi dei terzi valori di accelerazione verticale di veicolo Az e ai terzi dati di geo-referenziazione di veicolo associati e ai terzi dati di velocit? di veicolo ? eseguita effettuando un calcolo inverso. Infatti, una volta determinata almeno una funzione di trasferimento nella fase preliminare 1, sono noti i terzi valori quadratici medi determinati dai terzi valori di accelerazione verticale di veicolo Az e dalla velocit? di guida ? di un dato veicolo su una strada generica, ? possibile calcolare un valore di IRI stimato.
La presente invenzione riguarda anche un sistema progettato per eseguire il metodo di stima di IRI di cui sopra. A tale proposito, la figura 8 illustra schematicamente, per mezzo di un diagramma a blocchi, un'architettura funzionale di un sistema di stima di IRI 50 secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione.
In particolare, il sistema di stima di IRI 50 include un dispositivo di acquisizione 51 che ?:
- installato a bordo di un veicolo a motore (non mostrato nella figura 8), quale un'automobile o un autobus o un camion o una motocicletta, eccetera, che ? dotato di un motore a combustione interna o del tipo ibrido/elettrico;
- accoppiato ad un bus di veicolo 60 (per esempio basato su un bus di rete di area di controllore, CAN (Controller Area Network) standard) di detto veicolo a motore; e
- configurato per acquisire, da detto bus di veicolo 60, accelerazioni verticali di veicolo e dati di georeferenziazione e velocit? di veicolo.
Secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, un rispettivo dispositivo di acquisizione 51 ? installato a bordo di:
- ogni veicolo a motore utilizzato per eseguire la fase preliminare 1 per acquisire, da un rispettivo bus di veicolo 60 di detto veicolo a motore, i primi e i secondi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo, Azuscita - f(c, k) e i primi e i secondi dati di geo-referenziazione di veicolo e i primi e i secondi dati di velocit? di veicolo; e
- ogni dato veicolo a motore coinvolto nella fase di stima di IRI 10 per acquisire, da un rispettivo bus di veicolo 60 di detto dato veicolo a motore, i terzi valori di accelerazione verticale di veicolo Az e i terzi dati di georeferenziazione e velocit? di veicolo.
In aggiunta, il sistema di stima di IRI 50 include inoltre mezzi di elaborazione 52 connessi, mediante fili o senza fili, al dispositivo/ai dispositivi di acquisizione 51 per ricevere da essi i primi, i secondi e i terzi valori di accelerazione verticale di veicolo Azveicolo, Azuscita - f(c, k), Az e i primi, i secondi e i terzi dati di georeferenziazione di veicolo e i primi, i secondi e i terzi dati di velocit? di veicolo e programmati per:
- calcolare i primi e i secondi valori quadratici medi Azveicolo, Azuscita - f(c, k) e determinare (blocco 8) la funzione/le funzioni di trasferimento di veicolo; e
- calcolare i terzi valori quadratici medi e stimare il valore/i valori di IRI (blocco 13).
Le figure 9 e 10 illustrano schematicamente ulteriori forme di realizzazione preferite per implementare i mezzi di elaborazione 52 del sistema 50 della figura 8.
In particolare, con riferimento alla figura 9, in una prima forma di realizzazione preferita (indicata nel complesso con 70), i mezzi di elaborazione 52 sono implementati/eseguiti per mezzo di un sistema di calcolo su cloud 72 che ? connesso senza fili e da remoto al dispositivo/ai dispositivi di acquisizione 51 (per esempio, attraverso una o pi? tecnologie cellulari, quali GSM, GPRS, EDGE, HSPA, UMTS, LTE, LTE Advanced, 5G, eccetera) e che ? vantaggiosamente utilizzato per eseguire sia la fase preliminare 1 sia la fase di stima di IRI 10.
Invece, con riferimento alla figura 10, in una seconda forma di realizzazione preferita (indicata nel complesso con 100), i mezzi di elaborazione 52 sono implementati/eseguiti per mezzo di un'unit? di controllo elettronica (ECU, Electronic Control Unit) (automobilistica) 102 installata a bordo di un veicolo a motore 110, in cui detta ECU 102 pu? vantaggiosamente essere una ECU specificatamente dedicata alla stima di IRI o una ECU dedicata a diversi compiti inclusa anche la stima di IRI.
Preferibilmente, il sistema di calcolo su cloud 72 ? utilizzato per eseguire la fase preliminare 1, mentre la ECU 102 ? utilizzata per eseguire la fase di stima di IRI 10. In particolare, una rispettiva ECU 102 pu? essere vantaggiosamente installata a bordo di ogni dato veicolo a motore 110 coinvolto nella fase di stima di IRI 10 per acquisire, dal rispettivo dispositivo di acquisizione 51, i secondi valori di accelerazione verticale di veicolo e i secondi dati di geo-referenziazione e velocit? di veicolo.
Da quanto precede, i vantaggi tecnici e le caratteristiche innovative della presente invenzione risultano immediatamente chiari agli esperti nella tecnica.
In particolare, il presente metodo consente di sfruttare i valori di accelerazione verticale di veicolo a una data velocit? costante per misurare valori di IRI preliminari sulle strade percorse con maggiore frequenza rispetto ai normali metodi comuni utilizzati nelle procedure di misurazione di strade.
Inoltre, il presente metodo ha una rete di misurazione pi? ampia e pi? frequente che consentirebbe alle societ? di gestione di strade di dare priorit? a misurazioni pi? precise in segmenti stradali specifici.
In aggiunta, il presente metodo consente di implementare una quantificazione pi? rapida e pi? facile di rugosit? di pavimentazioni stradali e, in particolare, una stima simile a IRI, che sia pi? facile da eseguire e possa essere eseguita pi? frequentemente rispetto alle tradizionali misurazioni di IRI.
In conclusione, ? evidente che ? possibile apportare numerose modifiche e varianti alla presente invenzione, che rientrano nell'ambito di protezione dell'invenzione come definito nelle rivendicazioni allegate.
Claims (13)
1. Metodo di stima di un indice di rugosit? internazionale (IRI) di una strada o di un segmento stradale, comprendente una fase preliminare (1) e una fase di stima dell'indice di rugosit? internazionale (10);
la fase preliminare (1) comprende:
- raccogliere (2) valori di coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di pneumatico di veicolo (Ct, Kt) di uno o pi? pneumatici di uno o pi? veicoli a motore;
- raccogliere (3):
a) primi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo) misurati su uno o pi? veicoli a motore guidati ad una o pi? date velocit? costanti lungo una o pi? strade o uno o pi? segmenti stradali a cui sono associati valori di indice di rugosit? internazionale noti o primi profili stradali noti (profilor);
b) primi dati di geo-referenziazione di veicolo associati ai primi valori di accelerazione verticale misurati (Azveicolo); e
c) primi dati di velocit? di veicolo indicativi della data velocit? costante/delle date velocit? costanti associati ai primi valori di accelerazione verticale misurati (Azveicolo); e
- determinare (4) secondi profili stradali (profilod) in base ai valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di pneumatico di veicolo (Ct, Kt), ai primi dati di geo-referenziazione di veicolo, ai primi dati di velocit? di veicolo e ai primi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo),
in cui la fase preliminare (1) comprende inoltre:
- determinare (5) secondi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azuscita -f(c, k)) in base ai secondi profili stradali (profilod), ai secondi dati di georeferenziazione di veicolo dei secondi valori di accelerazione verticale (Azuscita- f(c, k)), ai secondi dati di velocit? di veicolo indicativi della data velocit? costante/delle date velocit? costanti associati ai primi valori di accelerazione verticale misurati (Azuscita - f(c, k)) e ai valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di pneumatico di veicolo (Ct, Kt);
- determinare (6) valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni (Cs, Ks) di una o pi? sospensioni di uno o pi? veicoli;
- determinare (7) primi e secondi valori quadratici medi dei primi e dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo, Azuscita - f(c, k)), rispettivamente; e
- determinare (8), in base ai valori di indice di rugosit? internazionale noti o ai primi profili stradali (profilor), ai secondi valori quadratici medi dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azuscita - f(c, k)), ai secondi dati di geo-referenziazione di veicolo e ai secondi dati di velocit? di veicolo, una o pi? funzioni di trasferimento di veicolo che correlano matematicamente i secondi valori quadratici medi dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azuscita - f(c, k)) e i valori di indice di rugosit? internazionale alla data velocit? costante/alle date velocit? costanti;
e in cui la fase di stima dell'indice di rugosit? internazionale (10) comprende:
- acquisire (11) terzi valori di accelerazione verticale di veicolo (Az) misurati su un dato veicolo a motore guidato ad una data velocit? di guida su una data strada o un dato segmento stradale, terzi dati di georeferenziazione di veicolo associati ai terzi valori di accelerazione verticale di veicolo (Az) e ai terzi dati di velocit? di veicolo indicativi della data velocit? di guida del veicolo a motore;
- calcolare (12) terzi valori quadratici medi dei terzi valori di accelerazione verticale di veicolo (Az); e
- stimare un valore di indice di rugosit? internazionale (13) della data strada o del dato segmento stradale in base a una o pi? funzioni di trasferimento di veicolo determinate nella fase preliminare (1) e in base ai terzi valori quadratici medi dei terzi valori di accelerazione verticale di veicolo (Az) e ai terzi dati di geo-referenziazione di veicolo associati e ai terzi dati di velocit? di veicolo.
2. Metodo di stima dell'indice di rugosit? internazionale secondo la rivendicazione 1, in cui i primi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo), i primi dati di geo-referenziazione di veicolo e i primi dati di velocit? di veicolo sono raccolti nelle fasi a), b) e c) rispetto a uno o pi? veicoli a motore del medesimo dato tipo di veicolo e/o del medesimo dato modello di veicolo guidato a una o pi? date velocit? costanti lungo una o pi? strade o uno o pi? segmenti stradali a cui sono associati valori di indice di rugosit? internazionale noti o i primi profili stradali (profilor);
e in cui i secondi profili stradali (profilod) sono specifici per detto dato tipo e/o modello di veicolo.
3. Metodo di stima dell'indice di rugosit? internazionale secondo la rivendicazione 1, in cui i primi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo), i primi dati di geo-referenziazione di veicolo e i primi dati di velocit? di veicolo sono raccolti nelle fasi a), b) e c) rispetto a ciascuno di uno o pi? veicoli a motore di dati tipi di veicolo diversi e/o di dati modelli di veicolo diversi;
e in cui i secondi profili stradali (profilod) sono specifici per ciascuno di detti dati tipi e/o modelli di veicolo.
4. Metodo di stima dell'indice di rugosit? internazionale secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui il valore di indice di rugosit? internazionale ? stimato (13) utilizzando una funzione di trasferimento di veicolo specifica per tipo/modello di veicolo del dato veicolo a motore determinato nella fase preliminare (1).
5. Metodo di stima dell'indice di rugosit? internazionale secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui la fase di determinare (6) i valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo (Cs, Ks) dell'una o pi? sospensioni dell'uno o pi? veicoli comprende:
- determinare (21), per valori di coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo di test (c0, k0) delle sospensioni del veicolo immessi nei secondi profili stradali (profilod), corrispondenti secondi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azuscita - f(c0, k0)); e
- verificare (22) se i secondi profili di accelerazione generati dai secondi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azuscita - f(c0, k0)) si adattano ai primi profili di accelerazione generati dai primi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo);
e in cui la fase di determinare (6) i valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo (Cs, Ks) dell'una o pi? sospensioni dell'uno o pi? veicoli comprende inoltre:
- se i secondi profili di accelerazione generati dai secondi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azuscita - f(c0, k0)) si adattano ai primi profili di accelerazione generati dai primi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo), determinare (23) che i valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di veicolo di test (c0, k0) delle sospensioni del veicolo sono i coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo (Cs, Ks); o
- se i secondi profili di accelerazione generati dai secondi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azuscita - f(c0, k0)) non si adattano ai primi profili di accelerazione generati dai primi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo), determinare (24) nuovi valori per i valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo di test (c0, k0).
6. Metodo di stima dell'indice di rugosit? internazionale secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui la fase di determinare (7) i primi e i secondi valori quadratici medi dei primi e dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo, Azuscita - f(c, k)), rispettivamente comprende:
- calcolare (31) primi valori quadratici medi dei primi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo) in base ai primi profili stradali (profilor) e relativamente ad un veicolo a motore guidato su una strada nota a diverse velocit? note;
- determinare (32) secondi valori quadratici medi dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azuscita - f(c, k)) in base ai secondi profili stradali (profilod), ai valori dei coefficienti di ammortizzamento e rigidezza di sospensioni di veicolo (Cs, Ks) e relativamente ad un veicolo a motore guidato sulla stessa strada nota e alle stesse velocit? diverse note; e
- tracciare (33) i primi valori quadratici medi dei primi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo) rispetto ai secondi valori quadratici medi dei secondi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azuscita - f(Cs, Ks)), verificando cos? se i secondi profili stradali (profilod) sono stati adattati sufficientemente bene da corrispondere ai risultati dei primi profili stradali (profilor).
7. Sistema di stima dell'indice di rugosit? internazionale (50, 70, 100) progettato per eseguire il metodo di stima dell'indice di rugosit? internazionale come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6.
8. Sistema di stima dell'indice di rugosit? internazionale secondo la rivendicazione 7 e comprendente: - per ogni veicolo a motore (90, 110) utilizzato per eseguire la fase preliminare (1) di detto metodo di stima dell'indice di rugosit? internazionale, un rispettivo primo dispositivo di acquisizione (51) che ?
- installato a bordo di detto veicolo a motore (90, 110),
- accoppiato ad un rispettivo bus di veicolo (60) di detto veicolo a motore (90, 110), e
- configurato per acquisire, da detto rispettivo bus di veicolo (60), accelerazioni verticali di veicolo e dati di geo-referenziazione e velocit? di veicolo;
- per ogni dato veicolo a motore (90, 110) coinvolto nella fase di stima di indice di rugosit? internazionale (10) di detto metodo di stima dell'indice di rugosit? internazionale, un rispettivo secondo dispositivo di acquisizione (51) che ?
- installato a bordo di detto dato veicolo a motore (90, 110),
- accoppiato ad un rispettivo bus di veicolo (60) di detto dato veicolo a motore (90, 110) e
- configurato per acquisire, da detto rispettivo bus di veicolo (60), i terzi valori di accelerazione verticale di veicolo (Az) e i terzi dati di geo-referenziazione di veicolo e i terzi dati di velocit?; e
- mezzi di elaborazione (52) che sono connessi al primo e al secondo dispositivo di acquisizione (51) per ricevere da essi i primi, i secondi e i terzi valori di accelerazione verticale di veicolo (Azveicolo, Azuscita - f(c, k), Az), i primi, i secondi e i terzi dati di geo-referenziazione di veicolo e i primi, i secondi e i terzi dati di velocit? di veicolo e configurati per:
- calcolare i primi e i secondi valori quadratici medi e determinare la funzione/le funzioni di trasferimento di veicolo; e
- calcolare i terzi valori quadratici medi e stimare il valore/i valori di indice di rugosit? internazionale.
9. Sistema di stima dell'indice di rugosit? internazionale secondo la rivendicazione 8, in cui i mezzi di elaborazione (52) includono un sistema di calcolo su cloud (72) che ? connesso da remoto al dispositivo/ai dispositivi di acquisizione (51) e che ? utilizzato per eseguire sia la fase preliminare (1) sia la fase di stima dell'indice di rugosit? internazionale (10).
10. Sistema di stima dell'indice di rugosit? internazionale secondo la rivendicazione 8, in cui i mezzi di elaborazione (52) includono:
- un sistema di calcolo su cloud (72) che ? connesso da remoto al primo/ai primi dispositivo/dispositivi di acquisizione (51) ed ? configurato per eseguire la fase preliminare (10); e
- per ogni dato veicolo a motore (90, 110) coinvolto nella fase di stima dell'indice di rugosit? internazionale (10), una rispettiva unit? di controllo elettronica (102) che ? installata a bordo di detto dato veicolo a motore (90, 110), connessa al rispettivo secondo dispositivo di acquisizione (51) e configurata per eseguire la fase di stima dell'indice di rugosit? internazionale (10).
11. Sistema di calcolo su cloud (72) configurato per eseguire sia la fase preliminare (1) sia la fase di stima dell'indice di rugosit? internazionale (10) del metodo di stima dell'indice di rugosit? internazionale come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6 o soltanto la sua fase preliminare (1).
12. Unit? di controllo elettronica (102) progettata per essere installata a bordo di un veicolo a motore (90, 110) e configurata per eseguire la fase di stima dell'indice di rugosit? internazionale (10) del metodo di stima dell'indice di rugosit? internazionale come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6.
13. Prodotto di programma per computer comprendente una o pi? porzioni di codice software e/o firmware che sono:
- caricabili su mezzi di elaborazione (52, 72, 102); e - tali da fare in modo che, quando caricate, detti mezzi di elaborazione (52, 72, 102) risultino configurati per eseguire la fase preliminare (1) e/o la fase di stima dell'indice di rugosit? internazionale (10) del metodo di stima dell'indice di rugosit? internazionale come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6.
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2022
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