JP2005069295A - シフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両走行中に、シフトバイワイヤ式自動変速機のアクチュエータが失陥し、メインモータが誤作動してレンジ位置がパーキングレンジ方向へ切換わる場合において、メインモータからサブモータへの切り替え制御が間に合わないために、パーキングレンジ位置に切換わることを防止する。
【解決手段】 レンジ切換え装置のディテントプレート１については、パーキングレンジＰに対応するディテント溝１−Ｐと、ディテント溝１−Ｐに隣接するディテント溝１−Ｒとの間における山１ｃを従来のものより高く形成するとともに、パーキングレンジ以外のレンジからパーキングレンジへ切換えを実行する、もしくはパーキングレンジからパーキングレンジ以外のレンジへ切換えを実行する場合には、高トルク特性のサブモータ１６を作動させ、パーキングレンジ以外のレンジ同士の間で切換えを実行する場合には、高回転特性のメインモータ１５を作動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気的な目標レンジ信号に応動するアクチュエータにより目標レンジへの切換えを行うようにしたシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置に関し、特に、上記アクチュエータとしてフェールセーフ用に２個のアクチュエータを具え、いずれのアクチュエータにてもレンジ切換えが可能なレンジ切換え装置の更なる改良提案に係わる。

アクチュエータが失陥した場合であっても、運転者のレンジ切換え操作に合致するようシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジを切換える発明としては従来、例えば特許文献１に記載のごときものが知られている。
実開平７−０１６０６０号公報

特許文献１に記載のシフトバイワイヤ式自動変速機は、運転者が操作するレンジ切換えスイッチと、該レンジ切換えスイッチから電気的な目標レンジ信号を受信するコントロールユニットとを具え、自動変速機のマニュアル弁と機械的に連結したアクチュエータとしてメインモータおよびサブモータの２つのモータを設けたものである。
そして通常時には、コントロールユニットがメインモータを動作させて当該自動変速機の全レンジ間でのレンジ切換えを行い、メインモータの失陥時にはコントロールユニットが、サブモータを動作させて当該自動変速機の全レンジ間でのレンジ切換えを行うものである。

しかし、上記従来のようなシフトバイワイヤ式自動変速機にあっては、上記２個のモータが共に同じように機能する必要があることから、同じ高トルク特性を持ったものであることを要し、常用のメインモータに故障が発生したとき、メインモータを用いたレンジ切換え制御からサブモータを用いたレンジ切換え制御に切り替わった時に以下のような問題の発生が懸念される。
つまり、常用のメインモータの故障でメインモータを用いたレンジ切換え制御からサブモータを用いたレンジ切換え制御に切り替わるまでに、ノイズによる誤作動防止等のために設定した待ち時間などの影響で一定のモータ切換応答遅れ時間が発生する。

ここで、故障したメインモータが例えばレンジ切換えスイッチからの目標レンジ信号を無視して、ドライブ（Ｄ）レンジからパーキング（Ｐ）レンジ方向に作動し続ける場合について述べると、上記のモータ切換応答遅れ時間中メインモータは目標レンジ信号を無視してドライブ（Ｄ）レンジからパーキング（Ｐ）レンジに向けて作動し続けることとなる。
ところで、メインモータが上記したごとく高トルク型であることから、ドライブ（Ｄ）レンジからパーキング（Ｐ）レンジに向けて作動する時に自動変速機のパークロック操作系から負荷抵抗を受けても、ほとんど速度低下することなくパーキング（Ｐ）レンジに向かう。
このため、上記のモータ切換応答遅れ時間をかけてメインモータからサブモータに切り替わる前にＰレンジに切換わってしまうおそれがあり、変速機出力軸とともに回転しているパーキングギアがパーキングポールを連続的に跳ね上げて不快な騒音が発生したり、パークロック機構が破損する懸念があった。

本発明は、パーキングレンジに無関係なレンジ切換えと、パーキングレンジに係わるレンジ切換えとを、別個のアクチュエータにより実行させるようにすると共にこれらアクチュエータのトルク特性を異ならせることで、上記のモータ（アクチュエータ）切換応答遅れ時間中にＰレンジに切換わってしまうことのないようにし、これにより上記の問題を解消し得るようにしたレンジ切換え装置を提供することを目的とする。

この目的のため本発明によるシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置は、請求項１に記載のごとく、
電気的な目標レンジ信号に応動して目標レンジへの切換えを実行するアクチュエータとして、低トルク用に有利な低トルク型アクチュエータと、高トルク用に有利な高トルク型アクチュエータとを具え、これらを以下のように使い分ける。
つまり、パーキングレンジ以外のレンジからパーキングレンジへの、もしくはパーキングレンジからパーキングレンジ以外のレンジへのレンジ切換え（パーキングレンジに係わるレンジ切換え）を実行する場合、高トルク型アクチュエータを作動させて当該レンジ切換えを行うようにし、
パーキングレンジ以外のレンジ間でのレンジ切換え（パーキングレンジに無関係なレンジ切換え）を実行する場合、低トルク型アクチュエータを作動させて当該レンジ切換を行うようにする。

かかる本発明の構成によれば、低トルク型アクチュエータが失陥した後、高トルク型アクチュエータへの切り換えが完了する前に、低トルク型アクチュエータが失陥によりＰレンジ方向へ作動し続けた場合であっても、低トルク型アクチュエータがその低トルク故に、Ｐレンジ位置の手前でパークロック装置の動作に伴う負荷抵抗などを受けて速度低下され、低トルク型アクチュエータから高トルク型アクチュエータに切り替わる前にＰレンジに切換わってしまうのを防止でき、パーキングギアから不快な騒音が発生したり、パークロック機構が破損する懸念を払拭することができる。

以下本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の構成になるシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置を模式的に例示する全体構成図である。

図１において、１はディテントプレートで、その基端１ａに軸２を設けると共にこの軸２に中心歯車３を固設して、ディテントプレート１を軸２と共にその軸線周りで矢印方向に回動可能とする。
ディテントプレート１の遊端面１ｂには図２に明示するように、自動変速機に順次設定されたパーキング（Ｐ）レンジ、後退走行（Ｒ）レンジ、中立（Ｎ）レンジ、前進自動変速（Ｄ）レンジ、２速(II)レンジ、１速(I)レンジにそれぞれ対応したディテント溝1−Ｐ，１−Ｒ，１−Ｎ，１−Ｄ，１−II，１−Iを相互に隣り合わせて形成する。

図１および図２に示すごとく、ディテントプレート１の遊端面１ｂに対向させてディテントスプリング４を設け、その図示せざる一端を固定すると共に遊端にディテントピン５を設ける。
ディテントスプリング４は、遊端のディテントピン５をディテントプレート１の遊端面１ｂに押し付ける板バネ形式のものとし、これにより、ディテントプレート１の回動時にディテントピン５が順次ディテント溝1−Ｐ，１−Ｒ，１−Ｎ，１−Ｄ，１−II，１−I内に陥入するようになし、また、ディテントピン５がディテント溝1−Ｐ，１−Ｒ，１−Ｎ，１−Ｄ，１−II，１−I間で往来する間にこれらディテント溝間の山を乗り越えることで適度の負荷抵抗をディテントプレート１の回動に対して付与するようになす。
しかして本実施例では図２に明示するように、ディテント溝1−Ｐおよび１−Ｒ間における山１ｃを、一般的には破線で示すごときものであったが、他のディテント溝１−Ｒ，１−Ｎ，１−Ｄ，１−II，１−I間における山よりも高くし、これにより、ディテントピン５がディテント溝1−Ｐ，１−Ｒ間を往来する時の負荷抵抗を、ディテント溝１−Ｒ，１−Ｎ，１−Ｄ，１−II，１−I間を往来する時の負荷抵抗よりも大きくする。

図１に示すように、ディテントプレート１の遊端部にはマニュアルシャフト６を介して図示せざるマニュアル弁を連結し、このマニュアル弁は、ディテントプレート１の回動によりストロークされて自動変速機の変速動作形態（レンジ）を決定するものとする。
ディテントプレート１の遊端部には更にパークロッド７を連結し、このパークロッド７を、ディテントプレート１の回動につれてストローク可能とする。
パークロッド７上には、円錐形状のパーキングカム８を摺動自在に嵌合して設け、このカム８をバネ９によりストローク方向所定位置に弾支する。

カム８は、図示せざる変速機出力軸と共に回転するパーキングギア１０と、その外周歯溝に係合してパーキングギア１０（変速機出力軸）の回転を止めるためのパーキングポール１１と共に、自動変速機のパークロック装置を構成し、パーキングポール１１をピン１２により変速機ケースに枢支する。
このパークロック装置は以下のように作用して、自動変速機をパークロック状態となす。
ディテントプレート１のＰレンジ方向への回動によりパークロッド７を矢印方向にストロークさせると、バネ９を介してカム８が同方向に変位される。
これによりカム８の円錐先細端がパーキングポール１１の下にもぐり込んでパーキングポール１１を図１の上方に回動させ、その爪１１ａがパーキングギア１０の外周歯溝に進入することで、パーキングギア１０（変速機出力軸）を回転止めしたパークロック状態を得ることができる。

図１に示すように、ディテントプレート１に結合した中心歯車３には、２つのピニオン１３，１４を噛合させ、一方のピニオン１３は、低トルク用に有利な低トルク型アクチュエータとしての高回転・低トルク型メインモータ１５の出力軸に結合し、他方のピニオン１４は高トルク用に有利な高トルク型アクチュエータとしての低回転・高トルク型サブモータ１６の出力軸に結合する。

メインモータ１５およびサブモータ１６はそれぞれ、コントローラ１７により駆動制御し、コントローラ１７には、運転者が希望するレンジに応じて対応する位置へ回転操作するレンジセレクタ１８からの電気的な目標レンジ信号Srと、ディテントプレート１の回動位置（選択中のレンジ）を検出する角度センサ１９からの電気的な選択レンジ信号Spとを入力する。
レンジセレクタ１８は、中心にセレクト摘み１８ａを具え、運転者がこのセレクト摘み１８ａを回転操作して、自分が希望するレンジに対応した位置Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｒ，II，Iをセレクト摘み１８ａが指示するようにするとき、レンジセレクタ１８は希望するレンジに対応した目標レンジ信号Srを出力するものとする。

コントローラ１７は、入力された目標レンジ信号Srおよび選択レンジ信号Spに基づき、これらが一致していなければ、低トルク型メインモータ１５または高トルク型サブモータ１６を適宜駆動させ、ピニオン１３または１４を介して中心歯車３を回転させることにより、ディテントプレート１を目標レンジ信号Srに対応した位置に回動せしめ、自動変速機を希望のレンジが選択された状態にする。
ここで、低トルク型メインモータ１５または高トルク型サブモータ１６をの何れを用いて上記のレンジ選択を行うかは、図３の制御プログラムによりこれを決定することとする。

図３の制御プログラムは、レンジセレクタ１８の摘み１８ａを運転者が回転操作してレンジ切換えを行った時に、つまり、レンジセレクト操作があった時に開始される。
先ずステップＳ１において、選択レンジ信号Spをもとに現在選択中のレンジがＰレンジか否かを、つまり、今回のレンジセレクト操作がＰレンジからのレンジ切換え指令であるのか否かを判定する。
今回のレンジセレクト操作がＰレンジからのレンジ切換え指令でなければ、ステップＳ２において、目標レンジ信号Srをもとに指令中の目標レンジがＰレンジか否かを、つまり、今回のレンジセレクト操作がＰレンジへのレンジ切換え指令であるのか否かを判定する。

ステップＳ１およびステップＳ２でＰレンジに無関係なレンジ切換え指令であると判定された場合、つまり、Ｐレンジ以外のレンジ間でのレンジ切換え指令であると判定された場合、ステップＳ３において、低トルク型のメインモータ１５を作動させて対応するレンジ切換えを実行する。
しかし、ステップＳ１でＰレンジからＰレンジ以外のレンジへのレンジ切換え指令であると判定された場合や、ステップＳ２でＰレンジ以外のレンジからＰレンジへのレンジ切換え指令であると判定された場合、つまり、Ｐレンジに係わるレンジ切換え指令であると判定された場合、ステップＳ４において、高トルク型のサブモータ１６を作動させて対応するレンジ切換えを実行する。

ここでレンジ切換え動作を説明するに、メインモータ１５（Ｐレンジに関係ないレンジ切換え時）もしくはサブモータ１６（Ｐレンジに係わるレンジ切換え時）がピニオン１３または１４を介して中心歯車３を回動させると、ディテントプレート１も一体的に回動する。
かかるディテントプレート１の回動により、マニュアルシャフト６が図示せざるマニュアル弁をストロークさせ、ディテントプレート１の回動位置信号である選択レンジ信号Spが目標レンジ信号Srに一致したところで、ディテントプレート１を回動させていたメインモータ１５またはサブモータ１６の停止させる。
かくてマニュアル弁も目標レンジ信号Srに対応した位置にストロークしたところで停止し、自動変速機を目標レンジ信号Srに対応したレンジが選択された状態にすることができる。

なお、サブモータ１６によりディテントプレート１がＲレンジ位置からＰレンジ方向へ回動される間は、パークロッド７が図１の矢印方向にストロークされ、自動変速機を前記したようにパークロック状態にすることができる。
一方、ディテントプレート１の回動による上記レンジ切換えに伴い、ディテントピン５がディテントプレート外周面のディテント溝1−Ｐ，１−Ｒ，１−Ｎ，１−Ｄ，１−II，１−Iのうち、目標レンジに対応したディテント溝内に陥入してディテントプレート１を目標レンジに対応した回動位置に保持し、目標レンジが選択された状態を保つことができる。

次に、上記実施例においてメインモータ１５が故障などにより失陥した場合のフェールセーフ機能を、図４のタイムチャートにもとづき説明する。

図４に示すように、Ｄレンジでの走行中、時刻ｔ０に運転者がレンジセレクタ１８をＮレンジ位置にシフト操作したが、メインモータ１５の失陥によりマニュアルシャフト６がＤレンジ位置からＮレンジ位置を超えてＰレンジ方向へ移動し続ける誤作動を生じた場合、上記のフェールセーフ機能は以下のごときものである。

時刻ｔ１にマニュアルシャフト６がＮレンジ位置を通過した後なおもＲレンジ位置に向かおうとする時コントローラ１７は、角度センサ１９からの選択レンジ信号Spをもとに、マニュアルシャフト６が目標レンジ位置であるＮレンジ位置を通過したフェール状態であることを検知する。
しかして、このフェール検知がノイズによる誤検知かもしれないことから、誤検知防止用の所定時間Δｔだけ待機し、フェール検知時ｔ１からこの所定時間Δｔが経過した時刻ｔ２に至っても未だマニュアルシャフト６が目標レンジ位置であるＮレンジ位置から遠ざかっている状態をもって上記のフェール状態が確実なものであるとし、時刻ｔ２にフェール発生との判定を下す。

フェール判定時刻ｔ２にコントローラ１７は、正常なサブモータ１１の発電制動を利用したモータブレーキにより、故障しているメインモータ１５を制動する。
なお、当該モータブレーキのみではメインモータ１５の速度低下不足からマニュアルシャフト１をＰレンジ位置への移動前にを完全に停止させることができないといった状況も懸念されるため、図２につき前述したごとくディテントプレート１のディテント溝１−Ｐおよび１−Ｒ間における山１ｃを他のディテント溝間における山よりも高くする。

この高い山１ｃは、ディテントスプリング４によるバネ力とで、マニュアルシャフト１がＲレンジ位置からＰレンジ位置へストロークするのに大きな負荷抵抗を与え、この負荷抵抗と、上記のモータブレーキと、前記パークロック装置の動作に伴う負荷抵抗とで、マニュアルシャフト１がＰレンジ位置へ到達する前の時刻ｔ３に、マニュアルシャフト１（メインモータ１５）を完全停止させることができる。

メインモータ１５の誤作動によるマニュアルシャフト１のＰレンジ位置へのストロークが完全停止した時刻ｔ３の後速やかに、コントローラ１７は正常なサブモータ１６を作動させてディテントプレート１の逆方向回動によりマニュアルシャフト１を図４に示すごとく、目標レンジに対応したＮレンジ位置に復帰させ、当該復帰が完了した時刻ｔ４にＮレンジへの切換えを完了する。
なお以後、コントローラ１７は故障したメインモータ１５を用いず、正常なサブモータ１６の作動により全てのレンジ間での切換えを行わせる。

また、逆にサブモータ１６が故障した時コントローラ１７は、故障したサブモータ１６を用いず、正常なメインモータ１５の作動により全てのレンジ間での切換えを行わせる。
このため、メインモータ１５は低トルク型とはいえども、上記した構成のもと全てのレンジ間での切換えを行わせ得る程度のトルクを発生するものあることは言うまでもない。

以上説明したところから明かなように本実施例によれば、Ｐレンジに係わるレンジ切換えを、高トルク型アクチュエータであるサブモータ１６により行わせ、Ｐレンジに無関係なレンジ切換えを、低トルク型アクチュエータであるメインモータ１５により行わせるため、
低トルク型アクチュエータ（メインモータ１５）が失陥した後、高トルク型アクチュエータ（サブモータ１６）への切り換えが完了する前に、低トルク型アクチュエータ（メインモータ１５）が失陥によりＰレンジ方向へ作動し続けた場合であっても、低トルク型アクチュエータ（メインモータ１５）がその低トルク故に、Ｐレンジ位置の手前で前記モータブレーキや、図２における山１ｃに伴う負荷抵抗や、パークロック装置の動作に伴う負荷抵抗などを受けて確実に速度低下され、失陥した低トルク型アクチュエータ（メインモータ１５）から正常な高トルク型アクチュエータ（サブモータ１６）に切り替わる前にＰレンジに切換わってしまうのを防止でき、パーキングギア１０から不快な騒音が発生したり、パークロック機構が破損する懸念を払拭することができる。

また、低トルク型メインモータ１５と、高トルク型サブモータ１６とを使い分けてフェールセーフ対策を上記の通りに行うことから、２個のモータが共に大型であるを要する従来の構成に較べ、少なくとも低トルク型メインモータ１５についてその小型化および低廉化を図ることができ、装置の小型化および低廉化の点で有利である。

更に、上記した本実施例によれば、Ｐレンジに係わるレンジへ切換えを実行する場合には、高トルク特性のサブモータ１６を作動させるため、
坂道にてＰレンジ停車中、レンジ切換え操作をして発進する際に、パーキングギア１０からパーキングポール１１を抜くのに大きな力が必要であるといえども、難なくパーキングギア１０からパーキングポール１１を抜いて当該発進時のレンジ切換えを迅速、且つ、確実に行わせることができる。

また一般に、シフトバイワイヤ式のレンジ切換え装置では、運転者によるシフト操作後にアクチュエータが作動するため、図６のタイムチャートに示すように従来のケーブル式レンジ切換え装置と比較して、レンジ切換えのタイムラグｔ_Lが発生してしまうところ、本実施例においては、Ｐレンジ以外のレンジ同士の間でレンジ切換えを実行する場合、例えば、ＮレンジからＤレンジに切換える時は、低トルク特性（従って高回転特性）のメインモータ１５を作動させるため、速やかに当該レンジ切換えを実行でき、タイムラグｔ_L を低減することができる。

なお上記した実施例では、図２に示すごとくディテント溝１−Ｐおよび１−Ｒ間における山１ｃを、同図に破線で示す一般的な山の高さよりも高くして、Ｐレンジに係わるレンジ切換えを実行する時、Ｐレンジに無関係なレンジ切換えを実行する場合よりも大きな負荷抵抗を付与するディティント手段としたが、
この代わりに図５に示すごとく、山１ｃの高さは図２に破線で示す一般的な山の高さと同じ程度にし、図２におけるディテント溝１−Ｒ，１−Ｎ，１−Ｄ，１−II，１−I間における他の山をなくして、Ｐレンジに無関係なレンジ切換えを実行する間は負荷抵抗を発生することのないようにすることで、Ｐレンジに係わるレンジ切換えを実行する時、Ｐレンジに無関係なレンジ切換えを実行する場合よりも大きな負荷抵抗を付与するディティント手段となすことができる。

この場合、前記したと同様の作用効果を達成するためには、ディテントスプリング４によるディテントピン５の押し付け力を、山１ｃの高さとの関連においてではあるが、前記した実施例よりも大きくする必要があること、勿論である。

この構成によれば、図６につき前述したセレクトタイムラグｔ_L を大いに低減して、さらに速やかにレンジ切換えを実行することができ、また、メインモータ１５の更なる低トルク化により、更なる小型化および低廉化を図ることができる。

また、本実施例においては、低トルク・高回転特性のメインモータ１５が失陥した場合には、高トルク・低回転特性のサブモータ１６を用いて目標レンジへの切換えを実行するフェールセーブ機能を有するため、通常時と比較すれば応答性には劣るものの、Ｐレンジ以外のレンジ間の切換えが不能になる可能性を排除できる。

なお、上記した実施例では図４のフェール判定時刻ｔ２以後、故障しているメインモータ１５を減速させるのに、正常なサブモータ１６によるモータブレーキと、図２または図５における山１ｃおよびディテントピン５の協働による負荷抵抗と、パークロック装置の作動負荷との３者で当該減速を行わせることとしたが、
これら３者のうちの任意の２つのみ、若しくは１つのみで、故障中のメインモータ１５を減速させるようにしてもよい。
特にパークロック装置の作動負荷は、何れにしても存在しているため、これのみにより故障中のメインモータ１５を減速させるようにすれば、他の２者が不要となってコスト上大いに有利である。

本発明の一実施の形態になるシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置を模式的に示す全体構成図である。 コントローラが実行する制御プログラムを示すフローチャートである。 ディテントプレートの平面図である。 同実施の形態が具えるフェールセーブ機能を示すタイムチャートである。 従来のメカケーブル式のレンジ切換え装置と、シフトバイワイヤ式のレンジ切換え装置の応答性を比較して示すタイムチャートである。 本発明の他の実施の形態になるディテントプレートの平面図である。

符号の説明

１ ディテントプレート
２ 軸
３ 中心歯車
４ ディテントスプリング
５ ディテントピン
６ マニュアルシャフト
７ パークロッド
８ パーキングカム
９ バネ
１０ パーキングギア
１１ パーキングポール
１３，１４ ピニオン
１５ メインモータ
１６ サブモータ
１７ コントローラ
１８ レンジセレクタ
１９ 選択レンジセンサ

Claims (4)

1. 電気的な目標レンジ信号に応動するアクチュエータにより、目標レンジへの切換えを実行するシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置において、
   前記アクチュエータとして、低トルク用に有利な低トルク型アクチュエータと、高トルク用に有利な高トルク型アクチュエータとを具え、
   パーキングレンジ以外のレンジからパーキングレンジへの、もしくはパーキングレンジからパーキングレンジ以外のレンジへの、パーキングレンジに係わるレンジ切換えを実行する場合には、前記高トルク型アクチュエータを作動させて該レンジ切換えを行い、
   パーキングレンジ以外のレンジ間での、パーキングレンジに無関係なレンジ切換えを実行する場合には前記低トルク型アクチュエータを作動させて該レンジ切換を行うよう構成したことを特徴とするシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置。
2. 請求項１に記載のシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置において、
   前記パーキングレンジに係わるレンジ切換えを実行する時、前記パーキングレンジに無関係なレンジ切換えを実行する場合よりも大きな負荷抵抗をレンジ切換え装置に付与するディテント手段を設けたことを特徴とするシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置。
3. 請求項２に記載のシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置において、
   前記ディテント手段は、前記パーキングレンジに無関係なレンジ切換えを実行する間レンジ切換え装置に負荷抵抗を与えないよう構成したことを特徴とするシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載のシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置において、
   一方のアクチュエータが失陥した場合には、他方のアクチュエータを用いて、前レンジ間でのレンジ切換えを実行するよう構成したことを特徴とするシフトバイワイヤ式自動変速機のレンジ切換え装置。

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