JP2003056695A - Hstの制御装置 - Google Patents
Hstの制御装置Info
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Abstract
提供する。 【解決手段】 効率演算手段23内のモータ効率演算手
段によりHST出力トルクに対して油圧モータの取り得
る容積範囲に亙って逐次容積を変更して油圧モータ4の
モータ全効率を演算し、効率演算手段23内のポンプ効
率演算手段により油圧モータ4の容積変更に対応して容
積が変更される油圧ポンプ2の容積変更範囲に亙って油
圧ポンプ2のポンプ全効率を演算し、これらの結果に基
づいて効率評価手段によりHST伝達効率を演算し、演
算結果を初期値若しくは前回以前の演算結果と比較し、
これより上回るHST伝達効率とこのHST伝達効率を
得る油圧ポンプ2および油圧モータ4の各容積を出力
し、これにより油圧ポンプ2および油圧モータ4の容積
を変更する。
Description
よび可変容量モータを動力伝達系に備えたHST(Hy
dro Static Transmission)の
制御装置の改良に関するものである。
ールローダ等の作業車等に搭載されている。この種のH
STは、油圧ポンプと油圧モータとを流体閉回路で連結
し、油圧ポンプをエンジンで回転し、油圧ポンプの吐出
流体で油圧モータを回転させ、油圧モータに連結した駆
動輪を駆動するようにしている。
は、その斜板傾転角度に応じて吐出量および吐出方向が
可変とされ、斜板傾転角度が零となる中立位置で吐出量
が零とされる。また、油圧モータは、速度調節および出
力トルク調節のためにポンプと同様の、例えば、斜板式
油圧モータとされる。
け容積は、エンジン回転速度に応じた信号圧力により、
油圧ポンプの押しのけ容積を大きくするとともに、油圧
モータの押しのけ容積を小さくし、エンジン回転速度が
高まるのに伴ってHSTの変速比を大きくなるよう構成
している。
うな従来のHSTの制御装置にあっては、エンジンの回
転速度に対応して一義的に油圧ポンプおよび油圧モータ
の押しのけ容積が定まるものであり、例えば、その伝達
効率が運転条件、例えば、出力トルク、有効圧力等によ
って一義的に定まってしまい、その時の運転条件によっ
ては、最適な伝達効率から外れ、HST車両の燃費向上
に限界があった。
のであり、伝達効率を最適とできるHSTの制御装置を
提供することを目的とする。
によって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出
する作動油によって駆動される油圧モータと、油圧ポン
プと油圧モータの容積を変化させて変速比を可変とする
HSTの制御装置において、前記油圧モータの容積とH
ST有効圧力と油圧モータ回転数からHST出力トルク
を演算する出力トルク演算手段と、前記出力トルク演算
手段よりのHST出力トルクに対して油圧モータの取り
得る容積範囲に亙って逐次容積を更新して油圧モータの
モータ全効率を演算するモータ効率演算手段と、前記油
圧モータの容積更新に対応して目標変速比を得るよう容
積が変更される油圧ポンプのポンプ全効率を演算するポ
ンプ効率演算手段と、前記モータ効率演算手段およびポ
ンプ効率演算手段よりの出力によりHST伝達効率を演
算し、演算結果を初期値若しくは前回以前の演算結果と
比較し、これより上回るHST伝達効率とこのHST伝
達効率を得る油圧ポンプおよび油圧モータの各容積を記
憶し出力する効率演算手段と、前記出力結果により油圧
ポンプおよび油圧モータの容積を制御する出力手段とか
ら構成したことを特徴とする。
る可変容積型の油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出する
作動油によって駆動される可変容積型の油圧モータと、
油圧ポンプと油圧モータの容積を変化させて変速比を可
変とするHSTの制御装置において、油圧モータの容積
およびHST有効圧力から得られる出力トルクと目標変
速比と目標油圧モータ回転数と実際の油圧ポンプ回転数
と実際の油圧モータ回転数とに対して油圧モータの取り
得る容積範囲に亙って逐次容積を更新して油圧モータの
モータ全効率が演算され、前記油圧モータの容積更新に
対応して目標変速比を得るよう容積が変更される油圧ポ
ンプのポンプ全効率が演算され、モータ全効率とポンプ
全効率によりHST伝達効率が演算され、演算結果を初
期値若しくは前回以前の演算結果と比較してこれより上
回るHST伝達効率とこのHST伝達効率を得る油圧ポ
ンプおよび油圧モータの各容積を記憶した記憶装置と、
稼動中のHSTの油圧モータの容積とHSTの有効圧力
と目標変速比と油圧モータの目標回転数と実際の油圧ポ
ンプ回転数と実際の油圧モータ回転数とから稼動中の運
転条件において最適な伝達効率を得る油圧ポンプおよび
油圧モータの各容積を前記記憶装置から読み出し、油圧
ポンプおよび油圧モータの容積を変更する出力手段とか
ら構成したことを特徴とする。
率演算手段によりHST出力トルクに対して油圧モータ
の取り得る容積範囲に亙って逐次容積を変更して油圧モ
ータのモータ全効率を演算し、ポンプ効率演算手段によ
り油圧モータの容積変更に対応して容積が変更される油
圧ポンプのポンプ全効率を演算し、これらの結果に基づ
いて効率評価手段によりHST伝達効率を演算し、演算
結果を初期値若しくは前回以前の演算結果と比較し、こ
れより上回るHST伝達効率とこのHST伝達効率を得
る油圧ポンプおよび油圧モータの各容積を出力し、これ
により油圧ポンプおよび油圧モータの容積を変更するた
め、HSTをその使用作動条件下で要求されるHST変
速比を満足しつつ最適な伝達効率状態で作動させること
ができ、搭載機械の燃費向上等の省エネルギ化を促進す
ることができる。
容積およびHST有効圧力から得られる出力トルクと目
標変速比と目標油圧モータ回転数と実際の油圧ポンプ回
転数、実際の油圧モータ回転数とに対応した最適なHS
T伝達効率を得る油圧ポンプおよび油圧モータの各容積
を記憶させ、稼動中のHSTの油圧モータの容積とHS
Tの有効圧力と目標変速比と油圧モータの目標回転数と
実際の油圧ポンプ回転数と実際の油圧モータ回転数から
稼動中の運転条件において最適な伝達効率を得る油圧ポ
ンプおよび油圧モータの各容積を前記記憶装置から読み
出し、油圧ポンプおよび油圧モータの容積を変更するた
め、HST伝達効率の計算処理に処理時間を割かれるこ
となく、稼動条件に最適な伝達効率でHSTを運転する
ことができる。
ホイールローダ等の作業車等に搭載されるHSTを適用
した実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
1によって回転駆動される可変容積型の油圧ポンプ2
と、出力軸を回転駆動する可変容積型の油圧モータ4
と、両者を結ぶ閉回路を備え、油圧ポンプ2から吐出さ
れる作動油が油圧モータ4に送られることにより油圧モ
ータ4が回転する。HST6の変速手段として、油圧ポ
ンプ2、油圧モータ4の容積は、例えば、斜板式油圧ポ
ンプ、油圧モータにおいては、斜板傾転角度をそれぞれ
サーボ機構13、サーボ機構15を介してコントローラ
10によって制御される。
バルブを介して調節され、スロットルバルブを開閉駆動
するアクチュエータはコントローラ10によって制御さ
れる。
ロットルバルブの開度、回転速度センサ11によって検
出される油圧ポンプ2の回転速度、油圧回路の圧力セン
サ16,17によって検出されるHST圧力信号、回転
速度センサ18によって検出される油圧モータ4の回転
速度、ポンプ斜板角度信号、モータ斜板角度信号等を入
力し、これらの検出信号を処理し、スロットル開度指令
信号を生成するエンジン制御手段10Aと、ポンプ斜板
角度指令信号、および、モータ斜板指令角度を出力する
HST制御手段10Bとを備えている。
ーラ10のHST制御手段10Bは、運転条件によりH
ST6の出力トルクを演算する出力トルク演算手段20
と、効率演算条件を入力する条件入力手段21と、条件
入力手段21へ入力された条件および出力トルクから油
圧モータ4の押しのけ容積の演算範囲設定手段22と、
条件入力手段21および出力トルクとから油圧ポンプ
2、油圧モータ4の効率を演算範囲に亙り順次演算し最
適伝達効率に達した時の伝達効率、および、油圧ポンプ
モータの押しのけ容積を出力する効率演算手段23と、
ポンプモータ斜板傾角出力手段24と、ポンプモータ斜
板傾角指令演算手段25とから構成されている。
の出力トルクTmを演算するものであり、モータ押しの
け容積(モータ斜板傾角θmから変換する)Dm、有効
圧力(HST圧力p1とHST圧力p2の差)P、およ
び、モータ機械効率ηmmとからモータ出力トルクTm
を下記のごとく求め、演算範囲設定手段22、および、
効率演算手段23に出力する。
するものであり、最大HST有効圧力Px、最大ポンプ
押しのけ容積Dpx、最大モータ押しのけ容積Dmx、
最小モータ押しのけ容積Dmn、目標HST変速比e
t、目標モータ回転速度Nmt、ポンプ回転速度Np、
最適HST伝達効率パラメータXηoの初期値等が入力
される。
演算手段20からの出力トルクTmと前記条件入力手段
21からの最大HST有効圧力Px、最大ポンプ押しの
け容積Dpx、最大モータ押しのけ容積Dmx、最小モ
ータ押しのけ容積Dmn、目標HST変速比etに基づ
いて、効率演算手段23の繰り返し演算のためのモータ
押しのけ容積の下限値Dmlおよび上限値Dmuを設定
する。
タ4の出力トルクTmと押しのけ容積パラメータXDm
(下限値Dmlが設定される)とから油圧モータ4の有
効圧力モータ機械効率パラメータXPηmmが演算さ
れ、次いで、油圧モータ4の有効圧力モータ機械効率パ
ラメータXPηmm、油圧モータ4の押しのけ容積パラ
メータXDm、および、目標モータ回転速度Nmtから
有効圧力パラメータXPが演算され、さらに、有効圧力
パラメータXP、油圧モータ4の押しのけ容積パラメー
タXDm、および、目標モータ回転速度Nmtからモー
タ全効率パラメータXηmが演算される(ここまで、モ
ータ効率の演算)。
ータXDmと目標HST変速比etとよりポンプ押しの
け容積パラメータXDpが演算され、引き続き、有効圧
力パラメータXP、油圧ポンプ2のポンプ押しのけ容積
パラメータXDp、および、ポンプ回転速度Npとから
ポンプ全効率パラメータXηpが演算される(ここま
で、ポンプ効率の演算)。
ンプ全効率パラメータXηpとは掛け合わされてHST
伝達効率パラメータXηが求められ、最適HST伝達効
率パラメータXηoと比較され、これを超える場合に
は、HST伝達効率パラメータXηが最適HST伝達効
率パラメータXηoに代入され、目標ポンプ押しのけ容
積Dpt、および、目標モータ押しのけ容積Dmtに、
ポンプ容積パラメータXDp、および、モータ押しのけ
容積パラメータXDmが入力される(効率評価)。
を超えない場合も含めて、次に、押しのけ容積パラメー
タXDmをΔXDmだけ増分し、再び、上記の再演算が
繰返し行われ、押しのけ容積パラメータXDmが演算範
囲設定手段で設定した上限値Dmuを超えるとき演算動
作が終了される(全範囲繰り返し演算)。
率演算手段23により設定された目標ポンプ押しのけ容
積Dpt、および、目標モータ押しのけ容積Dmtをポ
ンプモータ斜板傾角指令演算手段25に出力し、図1の
油圧ポンプ2、および、油圧モータ4のサーボ機構2
3、15を制御する。
0Bの目標ポンプ押しのけ容積Dpt、および、目標モ
ータ押しのけ容積Dmtの演算ルーチンを示しており、
コントローラ10において一定周期毎に実行される。以
下、これについて説明する。
る。このステップ1で入力される信号は下記のとおりで
ある。 Dm:モータ押しのけ容積(モータ斜板傾角θmから変
換する)、P:有効圧力(HST圧力信号1(p1)と
HST圧力信号2(p2)の差)、Nm:モータ回転速
度、Np:ポンプ回転速度、Px:最大HST有効圧
力、Dpx:最大ポンプ押しのけ容積、Dmx:最大モ
ータ押しのけ容積、Dmn:最小モータ押しのけ容積、
および、et:目標HST変速比、Xηo:最適HST
伝達効率パラメータ。
mが演算される。この出力トルクTmは、下記の演算式
で求められる。 Tm=(1/2π)Dm・P・ηmm ・・・・(1) 上記式(1)において、ηmmはモータ機械効率を示
し、例えば、有効圧力P、モータ押しのけ容積Dm、モ
ータ回転速度Nmをパラメータとしたマップ(図4参
照)により求められる。
5からステップS14の繰り返し演算の実行するため
に、モータ押しのけ容積の下限値Dml、および、上限
値Dmuを設定する。この下限値Dmlおよび上限値D
muは、前記式(1)で求めた出力トルクTm、最大H
ST有効圧力Px、最大ポンプ押しのけ容積Dpx、最
大モータ押しのけ容積Dmx、最小モータ押しのけ容積
Dmn、および、目標HST変速比etから求められ
る。
メータXDmと、最適HST伝達効率パラメータXηo
の初期値を設定する。モータ押しのけ容積パラメータX
Dmの初期値はステップ3で設定したモータ押しのけ容
積の下限値Dmlとなる(ここまでが、前記条件入力手
段21、前記出力トルク演算手段20、演算範囲設定手
段22に相当する)。
mとモータ容積パラメータXDmとから、下記式にて、
有効圧力モータ機械効率パラメータXPηmmを求め
る。 XPηmm=2π(Tm/XDm) ・・・(2) これは、モータ出力トルクTmをモータ容積パラメータ
XDmで出力する際に、油圧モータの有効圧力と機械効
率の積を演算するものである。
効圧力モータ機械効率パラメータXPηmm、モータ容
積パラメータXDm、および、目標モータ回転速度Nm
tから、次式により有効圧力パラメータXPを求める。 XP=map(XPηm,XDm,Nmt) ・・・(3) 具体的には、目標モータ回転速度Nmtに(複数の回転
域に区分された回転域毎に)対応した有効圧力モータ機
械効率パラメータXPηmm、モータ容積パラメータX
Dm、および、有効圧力パラメータXPを夫々パラメー
タとしたマップの図5により求める。
効圧力パラメータXP、モータ容積パラメータXDm、
および、目標モータ回転速度Nmtから、次式によりモ
一タ全効率パラメータXηmを求める。 Xηm=map(XP,XDm,Nmt) ・・・(4) 具体的には、目標モータ回転速度Nmtに(複数の回転
域に区分された回転域毎に)対応した有効圧力パラメー
タXP、モータ容積パラメータXDm、および、モ一タ
全効率パラメータXηmを夫々パラメータとしたマップ
の図6により求める(ここまでは、モータ全効率の演
算)。
Dmと目標HST変速比etとから次式により、 XDp=et・XDm ・・・(5) ポンプ押しのけ容積パラメータXDpを求める。
効圧力パラメータXP、前記式(5)で求めたポンプ容
積パラメータXDp、および、ポンプ回転速度Npか
ら、次式によりポンプ全効率パラメータXηpを求め
る。 Xηp=map(XP,XDp,Np) ・・・(6) 具体的には、ポンプ回転速度Npに(複数の回転域に区
分された回転域毎に)対応した有効圧力パラメータX
P、ポンプ容積パラメータXDp、および、ポンプ全効
率パラメータXηpを夫々パラメータとしたマップの図
7により求める(ここまでは、ポンプ全効率の演算)。
および、ポンプ全効率Xηpから、次式にて、 Xη=Xηp・Xηm ・・・(7) HST伝達効率パラメータXηを求める。
ータXηと最適HST伝達効率パラメータXηoを比較
し、もし、Xη>Xηoならば、ステップ12を実行し
てステップ13に進み、それ以外なら直接ステップ13
を実行する。
ータを更新する。 Xηo=Xη ・・・(8) Dpt=XDp ・・・(9) Dmt=XDm ・・・(10) ここで、Dpt:目標ポンプ押しのけ容積 Dmt:目標モータ押しのけ容積 この更新は、ステップ11において、初期値、若しく
は、前回以前に演算した最適HST伝達効率パラメータ
Xηoよりも効率の高い値のHST伝達効率パラメータ
Xηを得るための、目標ポンプ押しのけ容積Dpt、目
標モータ押しのけ容積Dmtにするものである。
で、△XDm:モータ押しのけ容積パラメータ更新刻
み。
ラメータXDmとモータ押しのけ容積パラメータ上限値
Dmuを比較し、もしXDm>Dmuならば、ステップ
15に進み、それ以外ならステップ5に戻り、更新され
たモータ押しのけ容積パラメータXDmに基づき、ステ
ップ5〜14が繰り返し演算される。
れた目標ポンプ押しのけ容積Dpt、および、目標モー
タ押しのけ容積Dmtを出力し、ポンプモータ斜板傾角
指令演算手段により目標ポンプ斜板傾角θptおよび目
標モータ斜板傾角θmtに変換し、図1に示されたポン
プおよびモータのサーボ機構にて、ポンプおよびモータ
の斜板制御を実行する。
押しのけ容積およびおよびモータ押しのけ容積を、要求
されるHST変速比が満たされる範囲内で種々変化さ
せ、その時のHST伝達効率が逐次演算され、その中で
HST伝達効率が最大となるポンプ押しのけ容積、およ
び、モータ押しのけ容積で制御されるため、要求される
HST変速比を満足しつつ最適なHST伝達効率点で作
動することになる。
過であり、図中の●印を繋げた線がHST伝達効率の推
移を示し、図示のように凸形の線になった場合のその線
の頂点が最適効率点となる。
タ効率演算手段としてのステップ5〜7によりHST出
力トルクに対して油圧モータ4の取り得る容積範囲に亙
って逐次容積を更新して油圧モータ4のモータ全効率を
演算し、ポンプ効率演算手段としてのステップ8、9に
より油圧モータ4の容積変更に対応して容積が変更され
る油圧ポンプ2のポンプ全効率を演算し、これらの結果
に基づいて効率評価手段としてのステップ10、11に
よりHST伝達効率を演算し、演算結果を最適HST伝
達効率の初期値(若しくは前回以前の演算結果により設
定された)と比較し、これより上回るHST伝達効率と
このHST伝達効率ηを得る油圧ポンプ2および油圧モ
ータ4の各容積を記憶し出力し、これにより油圧ポンプ
2および油圧モータ4の容積を変更するため、HST6
をその使用作動条件下で要求されるHST変速比を満足
しつつ最適な伝達効率状態で作動させることができ、搭
載機械の燃費向上等の省エネルギ化を促進することがで
きる。
の実施の態様について説明する。前実施の態様では、効
率演算手段23はパラメータを更新しての繰り返し演算
が含まれているため演算時間を必要とし、CPUの演算
能力に対して重荷となる場合がある。
の態様では、ポンプモータ斜板傾角出力手段24から出
力された目標ポンプ押しのけ容積Dpt、および、目標
モータ押しのけ容積Dmtを使用条件(Dm、P、e
t、Nmt、Np、Nm)とともに記憶する記憶手段で
あり、既に記憶されているマップ内に同一の使用条件
(Dm、P、et、Nmt、Np、Nm)に該当するデ
ータがある場合には、効率演算手段23で再度演算する
ことなく、記憶手段26のデータを出力する。
ことで効率演算の計算処理の負荷を減ずることができ、
また、これは、HSTを搭載するあらゆる車両に適用可
能である。
算し、その演算結果を使用条件−効率マップを作成して
おき、この使用条件−効率マップを車両の記憶手段26
に記憶させておき、走行時等の実行時に参照して目標ポ
ンプ押しのけ容積Dpt、目標モータ押しのけ容積Dm
tを呼び出し、ポンプモータ斜板傾角演算手段25に出
力してHST制御を実行する。
を説明する図3に示すステップS2〜ステップS14の
処理を、次式にて、 Dpt=map(Dm、P、et、Nmt、Np、Nm) ・・・(12) Dmt=Dpt/et ・・・(13) 若しくは、 Dmt=map(Dm,P,et,Nmt,Np,Nm) ・・・(14) Dpt=et・Dmt ・・・(15) により置き換える。
に油圧モータの容積およびHST有効圧力から得られる
出力トルクと目標変速比と目標油圧モータ回転数と実際
の油圧ポンプ回転数、実際の油圧モータ回転数とに対応
した最適なHST伝達効率を得る油圧ポンプおよび油圧
モータの各容積を記憶させ、稼動中のHSTの油圧モー
タ4の容積とHSTの有効圧力と目標変速比と油圧モー
タ4の目標回転数と実際の油圧ポンプ回転数と実際の油
圧モータ回転数から稼動中の運転条件において最適な伝
達効率を得る油圧ポンプ2および油圧モータ4の各容積
を前記記憶装置26から読み出し、油圧ポンプ2および
油圧モータ4の容積を変更するため、HST伝達効率の
計算処理に処理時間を割かれることなく、稼動条件に最
適な伝達効率でHSTを運転することができる。
概略構成図。
機械効率ηmm、および、モータ回転速度Nmを夫々パ
ラメータとしたマップ。
m、モータ容積パラメータXDm、および、有効圧力パ
ラメータXPを夫々パラメータとしたマップ。
タXDm、および、モ一タ全効率パラメータXηmを夫
々パラメータとしたマップ。
タXDp、および、ポンプ全効率パラメータXηpを夫
々パラメータとしたマップ。
Claims (2)
- 【請求項1】 エンジンによって駆動される可変容積型
の油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出する作動油によっ
て駆動される可変容積型の油圧モータと、油圧ポンプと
油圧モータの容積を変化させて変速比を可変とするHS
Tの制御装置において、 前記油圧モータの容積とHST有効圧力と油圧モータ回
転数からHST出力トルクを演算する出力トルク演算手
段と、 前記出力トルク演算手段よりのHST出力トルクに対し
て油圧モータの取り得る容積範囲に亙って逐次容積を更
新して油圧モータのモータ全効率を演算するモータ効率
演算手段と、 前記油圧モータの容積更新に対応して目標変速比を得る
よう容積が変更される油圧ポンプのポンプ全効率を演算
するポンプ効率演算手段と、 前記モータ効率演算手段およびポンプ効率演算手段より
の出力によりHST伝達効率を演算し、演算結果を初期
値若しくは前回以前の演算結果と比較し、これより上回
るHST伝達効率とこのHST伝達効率を得る油圧ポン
プおよび油圧モータの各容積を記憶し出力する効率演算
手段と、 前記出力結果により油圧ポンプおよび油圧モータの容積
を制御する出力手段とから構成したことを特徴とするH
STの制御装置。 - 【請求項2】 エンジンによって駆動される可変容積型
の油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出する作動油によっ
て駆動される可変容積型の油圧モータと、油圧ポンプと
油圧モータの容積を変化させて変速比を可変とするHS
Tの制御装置において、 油圧モータの容積およびHST有効圧力から得られる出
力トルクと目標変速比と目標油圧モータ回転数と実際の
油圧ポンプ回転数と実際の油圧モータ回転数とに対して
油圧モータの取り得る容積範囲に亙って逐次容積を更新
して油圧モータのモータ全効率が演算され、前記油圧モ
ータの容積更新に対応して目標変速比を得るよう容積が
変更される油圧ポンプのポンプ全効率が演算され、モー
タ全効率とポンプ全効率によりHST伝達効率が演算さ
れ、演算結果を初期値若しくは前回以前の演算結果と比
較してこれより上回るHST伝達効率とこのHST伝達
効率を得る油圧ポンプおよび油圧モータの各容積を記憶
した記憶装置と、 稼動中のHSTの油圧モータの容積とHSTの有効圧力
と目標変速比と油圧モータの目標回転数と実際の油圧ポ
ンプ回転数と実際の油圧モータ回転数とから稼動中の運
転条件において最適な伝達効率を得る油圧ポンプおよび
油圧モータの各容積を前記記憶装置から読み出し、油圧
ポンプおよび油圧モータの容積を変更する出力手段とか
ら構成したことを特徴とするHSTの制御装置。
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---|---|---|---|
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001241948A JP4612972B2 (ja) | 2001-08-09 | 2001-08-09 | Hstの制御装置 |
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