JP2005271828A - スタビライザ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ及び減速機構を介して一対のスタビライザバーが連結されたアクチュエータを備えたスタビライザ制御装置において、走行路面状態の変動等によるアクチュエータへの影響に左右されることなく、良好な乗り心地を確保する。
【解決手段】 減速機構（２０）は、一方のスタビライザバー３１に連結する第１の歯車（２５）と、これに対して相対的に回転速度差を生じさせる第２の歯車（２６）と、これらの歯車を収容すると共にモータ（１０）と一体的に接合するハウジング１を具備し、このハウジングに他方のスタビライザバー３２を一体的に接合する。断続手段（クラッチ機構７０）によって、第２の歯車とハウジングとの間の相対的回転を許容する自由位置と、両者の相対的回転を禁止する係合位置とを切り換える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両のスタビライザ制御装置に関し、特に、左右車輪間に配設するスタビライザのねじり力を可変制御するスタビライザ制御装置に係る。

一般的に、車両のスタビライザ制御装置は、車両の旋回走行中にスタビライザバーの作用により適切なロールモーメントを外部から付与し、車体のロール運動を低減または抑制するように構成されている。この機能を実現するため、例えば特許文献１には、スタビライザバーを二分割し、その半部分間に電気機械式旋回アクチュエータを設けた車両の横揺れ安定化装置が提案されている。そして、二分割されたスタビライザバーの間に電動機（モータ）と減速歯車装置が介装されている。

上記の減速歯車装置は一般的な多段遊星歯車機構であるが、大きな減速比を得ることができる減速機構として、不思議遊星歯車機構が知られている。これは、例えば非特許文献１において、歯数の異なる一対の内歯太陽歯車（静止太陽歯車及び回転太陽歯車）を共通の遊星歯車に噛み合わせた遊星歯車機構と説明されている。また、大きな減速比を得ることができる減速機構の他の態様として、非特許文献２に開示されたハーモニックドライブ（株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズの登録商標）と呼ばれる歯車機構も知られている。

特表２００２−５１８２４５号公報 小川潔・加藤功著「機構学」、森北出版株式会社、１９７６年３月１日第１版第７刷発行、１６４頁乃至１６５頁 「ハーモニックドライブの原理」[online]. [retrieved on 2004-2-13]. Retrieved from the Internet: <URL:http://www.hds.co.jp/hd/index.html>

上記特許文献１に開示された車両の横揺れ安定化装置においては、二分割されたスタビライザバーの間に電動機（モータ）と減速歯車装置が介装されている。この場合において、例えば車両が直進中に、横揺れ安定化機能を停止すべく電動機をオフとしても、悪路や凹凸路面といった変動の激しい路面を走行中で、スタビライザバー側から減速歯車装置側に急激な入力が付与される場合には、減速歯車装置の減速比が大きく、また歯車の慣性モーメントが大きいことにも起因し、二分割された（一対の）スタビライザバー間での所望のトルク伝達を行なうことができなくなる場合がある。このため、乗り心地が損なわれるおそれがある。

そこで、本発明は、モータ及び減速機構を介して一対のスタビライザバーが連結され、モータ駆動によってスタビライザバーに対してねじり力を付与するアクチュエータを備えたスタビライザ制御装置において、車両の走行路面状態の変動等によるアクチュエータへの影響に左右されることなく、良好な乗り心地を確保することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、車両の左右車輪間に配設される一対のスタビライザバーと、モータ及び減速機構を有し、該減速機構を介して前記一対のスタビライザバーが連結され、前記モータの駆動によって前記一対のスタビライザバーに対してねじり力を付与するアクチュエータとを備えたスタビライザ制御装置において、前記減速機構は、前記一対のスタビライザバーの一方に連結する第１の歯車と、該第１の歯車に対して相対的に回転速度差を生じさせる第２の歯車と、少なくとも前記第１の歯車及び前記第２の歯車を収容すると共に前記モータと一体的に接合するハウジングを具備し、且つ、該ハウジングに前記一対のスタビライザバーの他方を一体的に接合して成り、前記第２の歯車と前記ハウジングとの間の相対的回転を許容する自由位置と、前記第２の歯車と前記ハウジングとの相対的回転を禁止する係合位置とを切り換える断続手段を備えることとしたものである。

前記減速機構は、請求項２に記載のように、前記第１の歯車と前記第２の歯車が、歯数の異なる一対の内歯歯車から成り、該一対の内歯歯車に共通の遊星歯車を噛合して成る不思議遊星歯車機構で構成されたものとするとよい。あるいは、前記減速機構は、請求項３に記載のように、前記第１の歯車と前記第２の歯車が互いに噛合するように構成することとしてもよい。

前記請求項１乃至３に記載のスタビライザ制御装置において、前記モータは、請求項４に記載のように、ロータと該ロータを囲繞するステータを備えたブラシレスモータから成り、前記一対のスタビライザバーの一方が前記ロータを貫通して前記第１の歯車に一体的に接合されたものとするとよい。

而して、請求項１に記載のスタビライザ制御装置によれば、一対のスタビライザバーの一方に連結する第１の歯車と、この第１の歯車に対して相対的に回転速度差を生じさせる第２の歯車と、少なくとも第１の歯車及び第２の歯車を収容すると共にモータと一体的に接合するハウジングを具備し、且つ、このハウジングに一対のスタビライザバーの他方を一体的に接合して成る減速機構に対し、断続手段によって、第２の歯車とハウジングとの間の相対的回転を許容する自由位置と、第２の歯車とハウジングとの相対的回転を禁止する係合位置とを切り換えることができるので、車両の通常の旋回走行時には、断続手段を係合位置とすることにより、車体ロール角を抑制するように、モータ及び減速機構並びに一対のスタビライザバーによるトルク制御を円滑に行うことができる。一方、直進中を含み、悪路や凹凸路面といった走行路面状態の変動が激しい場合には、断続手段を自由位置とすることによって、第２の歯車とハウジングとの間の相対的回転が許容されるので、前述の慣性モーメントの影響を受けることなく、良好な乗り心地を維持することができる。尚、例えばモータと減速機構とを同一のハウジング内に一体的に構成すれば、小型化が可能となる。

例えば、前記減速機構を、請求項２に記載のように不思議遊星歯車機構で構成し、あるいは請求項３に記載のように構成すれば、上記の効果を容易に奏し得ると共に、装置全体としての小型、軽量化が可能となり、しかも、大きな減速比を確保し得る減速機構を構成することができる。

上記のスタビライザ制御装置において、請求項４に記載のように、ロータとこれを囲繞するステータを備えたブラシレスモータを用い、一対のスタビライザバーの一方がブラシレスモータのロータを貫通して第１の歯車に一体的に接合されたものとすれば、上記の効果に加え、装置全体として更なる小型、軽量化が可能となる。

以下、本発明の望ましい実施形態を説明する。先ず、本発明の一実施形態に係るスタビライザ制御装置を備えた車両の全体構成について図２を参照して説明すると、車体（図示せず）にロール方向の運動が入力された場合に、ねじりばねとして作用する前輪側スタビライザＳＢｆと後輪側スタビライザＳＢｒが配設される。これら前輪側スタビライザＳＢｆ及び後輪側スタビライザＳＢｒは、車体のロール運動である車体ロール角を抑制するために、各々のねじり力がスタビライザアクチュエータＦＴ及びＲＴによって可変制御されるように構成されている。尚、これらのスタビライザアクチュエータ（以下、単にアクチュエータという）ＦＴ及びＲＴは、電子制御装置ＥＣＵ内のスタビライザ制御ユニットＥＣＵ１によって制御される。

図２に示すように各車輪ＷＨxxには車輪速度センサＷＳxxが配設され（添字xxは各車輪を意味し、frは右側前輪、fl左側前輪、rrは右側後輪、rlは左側後輪を示す）、これらが電子制御装置ＥＣＵに接続されており、各車輪の回転速度、即ち車輪速度に比例するパルス数のパルス信号が電子制御装置ＥＣＵに入力されるように構成されている。更に、ステアリングホイールＳＷの操舵角（ハンドル角）δｆを検出する操舵角センサＳＡ、車両の前後加速度Ｇｘを検出する前後加速度センサＸＧ、車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサＹＧ、車両のヨーレイトＹｒを検出するヨーレイトセンサＹＲ等が電子制御装置ＥＣＵに接続されている。

尚、電子制御装置ＥＣＵ内には、スタビライザ制御ユニットＥＣＵ１のほか、ブレーキ制御ユニットＥＣＵ２、操舵制御ユニットＥＣＵ３等が構成されており、これらの制御ユニットＥＣＵ１乃至３は夫々、通信用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた通信ユニット（図示せず）を介して通信バスに接続されている。而して、各制御システムに必要な情報を他の制御システムから送信することができる。

前輪側スタビライザＳＢｆ（ＳＢｒも同様の構成）は、左右のスタビライザバー３１及び３２に二分割されており、夫々の一端が左右の車輪ＷＨfr及びＷＨflに接続され、夫々の他端がアクチュエータＦＴ内で連結されている（詳細は後述する）。尚、スタビライザバー３１及び３２は保持手段５１及び５２により車体に保持される。そして、アクチュエータＦＴ及びＲＴは、何れも、後述するモータと減速機構を備え、例えば図１を参照して後述するように構成されている。

而して、上記のスタビライザ制御ユニットＥＣＵ１において、車両のロールモーメントを能動的に制御するための車両アクティブロールモーメント目標値、並びに前後輪ロール剛性比率目標値に基づき、前輪及び後輪アクティブロールモーメント目標値が設定される。そして、これらの目標値に基づき前輪及び後輪用のアクチュエータＦＴ及びＲＴで発生すべきねじり力が決定され、後述のモータが制御される。このように、アクチュエータＦＴによってスタビライザバー３１及び３２に対し積極的にねじり力を付与するように制御することで、車両の走行時に発生する車体ロールを抑制あるいは低減させることができる。

次に、上記のアクチュエータＦＴ及びＲＴに供し得るアクチュエータの実施形態について以下に説明する。図１は、３相のブラシレス型ＤＣモータ（ブラシレスモータ）１０を用い、減速機構として不思議遊星歯車機構２０を用いた実施形態のスケルトン図である。本実施形態のブラシレスモータ１０と不思議遊星歯車機構２０は一体的に構成され、同一のハウジング１に収容されている。尚、本実施形態のモータは３相からなるブラシレスモータが用いられているが、これに限定されるものではなく、他の相数を有するモータを用いることとしてもよく、ブラシ付モータを用いることとしてもよい。

上記の不思議遊星歯車機構２０においては、一方のスタビライザバー３１が、第１の歯車を構成するリングギヤ２５に一体的に接合されており、このリングギヤ２５はハウジング１に対して相対的に回転可能に支持されている。これに対し、他方のスタビライザバー３２はハウジング１に一体的に接合され、このハウジング１の内側に固定された軸受１ａ及び１ｂを介し、リングギヤ２６が回転可能に支持されている。これらのスタビライザバー３１及び３２は、図１に示すように、相互に対向する夫々の端面が、ハウジング１内で、近接配置されている。

リングギヤ２５とリングギヤ２６は、相互に歯数が異なる（例えば６０と６２）内歯歯車で、相対的に回転速度差を生じさせ得る。そして、これらに噛合する共通の遊星歯車として、３個のプラネタリギヤ２４がスタビライザバー３１の軸を中心に公転可能に支持されている。而して、これらによって不思議遊星歯車機構が構成されるが、本実施形態では、ブラシレスモータ１０の仕様及び減速機構の減速比が考慮され、２段の遊星歯車列が用いられている。即ち、ブラシレスモータ１０のロータ１２に固定されるサンギヤ２１は、３個の初段プラネタリギヤ（代表して２２で表す）に噛合するように配置されている。尚、リングギヤ２６の外周面には外歯２６ａが形成されている。

初段プラネタリギヤ２２はサンギヤ２３に回転（自転）可能に支持されると共に、スタビライザバー３１の軸（即ちサンギヤ２１及び２３の軸）を中心に回転（公転）可能に支持されている。更に、これらの初段プラネタリギヤ２２は前述のようにサンギヤ２１に噛合すると共に、リングギヤ２６に噛合するように配置され、サンギヤ２１とリングギヤ２６との間で自転しつつ、スタビライザバー３１の軸を中心に公転し得るように支持されている。そして、２段目のプラネタリギヤ２４は、サンギヤ２３に噛合すると共に、リングギヤ２５及び２６に噛合するように配置され、サンギヤ２３とリングギヤ２５及び２６との間で自転しつつ、スタビライザバー３１の軸を中心に公転し得るように支持されている。

尚、前掲の非特許文献１における不思議歯車機構は減速機構単体であるのに対し、本実施形態ではブラシレスモータ１０と連結され、その出力によって、リングギヤ２５及びリングギヤ２６（ひいてはスタビライザバー３１及び３２）が相対的に駆動されるものであるので、形式上は非特許文献１にいう静止太陽歯車がリングギヤ２６に対応し、回転太陽歯車がリングギヤ２５に対応するが、入出力の関係が非特許文献１とは相違している。

一方、ブラシレスモータ１０は、固定子たるステータ１１と回転子たる中空のロータ１２を有し、このロータ１２がスタビライザバー３１を中心に回動可能に支持されると共に、ロータ１２を囲繞するように、ステータ１１がハウジング１の内面に固着されている。ロータ１２は、円筒部材の外周面に多極の磁石（図示せず）が取付けられたもので、ハウジング１に回転可能に支持され、ロータ１２の中空部内にスタビライザバー３１が挿通されている。このスタビライザバー３１は第１の歯車たるリングギヤ２５に接合され、その反対側はハウジング１に回転可能に支持されている。そして、スタビライザバー３１の軸回転を検出するための回転センサ４０が、ハウジング１内に配置されている。

更に、ハウジング１には、本発明の断続手段を構成するクラッチ機構７０が装着されている。このクラッチ機構７０は、プランジャ７１及びソレノイドコイル７２を備え、ソレノイドコイル７２による励磁・非励磁に応じてプランジャ７１が移動し、このプランジャ７１の移動に応じて、その先端部７１ａがリングギヤ２６の外歯２６ａに対して退避・係合し得るように構成されている。ソレノイドコイル７２は、図２の電子制御装置ＥＣＵ内のスタビライザ制御ユニットＥＣＵ１に接続され、これよって、車両の走行状態に応じて励磁・非励磁が制御されるように構成されている。

上記のクラッチ機構７０において、ソレノイドコイル７２が非励磁であるときには、プランジャ７１の先端部７１ａがリングギヤ２６の外歯２６ａに係合した状態にあり、リングギヤ２６とハウジング１との間の相対的回転を禁止する係合位置となる。これにより、リングギヤ２６はハウジング１と一体的に回転し、ひいてはスタビライザバー３２と一体的に回転する。一方、ソレノイドコイル７２が励磁されるとプランジャ７１が退避し、リングギヤ２６とハウジング１との間の相対的回転を許容する自由位置となる。これにより、その先端部７１ａとリングギヤ２６の外歯２６ａとの間の係合状態が解除され、ハウジング１はリングギヤ２６との間の係合状態が解除される。従って、ハウジング１に接合されたスタビライザバー３２は、ハウジング１の内面に固着されたステータ１１と共に、スタビライザバー３１に対して相対的に自由に回転し得る状態となる。尚、実際にはスタビライザバー３１及び３２はアクチュエータＦＴ（又はＲＴ）と共に同方向に回転するが、歯車の慣性モーメントの影響を受けることはなく、実質的に自由回転状態にある。

而して、車両の通常の旋回走行時には、クラッチ機構７０を係合位置とすることにより、車体ロール角を抑制するように、ブラシレスモータ１０及び不思議遊星歯車機構２０並びにスタビライザバー３１及び３２によってトルク制御を円滑に行うことができる。一方、直進中を含み、悪路や凹凸路面といった走行路面状態の変動が激しい場合には、クラッチ機構７０を自由位置とすることによって、スタビライザバー３１及び３２はアクチュエータＦＴ（又はＲＴ）を介して前述のように駆動されるので、アクチュエータＦＴ（又はＲＴ）に対する歯車の慣性モーメント等の影響を受けることなく、良好な乗り心地を維持することができる。

次に、図３は本発明のアクチュエータの他の実施形態に係り、モータとしては上記と同様のブラシレスモータ１０を用い、減速機構として前掲の非特許文献２に記載のハーモニックドライブ（株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズの登録商標）式の歯車機構（以下単に歯車機構という）６０を用いたもので、これらは一体的に構成され、同一のハウジング１ｈに収容されている。尚、図３においては、図１に対応する構成要素については同一の符号で示している。

歯車機構６０においては、スタビライザバー３１は、本発明の第１の歯車たる可撓性ギヤ６２に一体的に接合されており、この可撓性ギヤ６２はハウジング１ｈに対して相対的に回転可能に支持されている。これに対し、スタビライザバー３２はハウジング１ｈに一体的に接合され、このハウジング１ｈの内側に固定された軸受１ｈａ及び１ｈｂを介し、リングギヤ６３が回転可能に支持されている。そして、ブラシレスモータ１０のロータ１２は楕円ギヤ６１に一体的に接合され、可撓性ギヤ６２と連動するように構成されている。

尚、非特許文献２では、楕円ギヤ６１は「ウェーブジェネレータ」と記載されている。また、可撓性ギヤ６２は「フレクスプライン」と記載されているが、可撓性を有する（フレクシブルな）スプライン部材の短縮表現と解する。そして、リングギヤ６３は「サーキュラースプライン」と記載されている。更に、これらの楕円ギヤ６１、可撓性ギヤ６２及びリングギヤ６３は夫々次のように説明されている。先ず、楕円ギヤ６１に対応するウェーブジェネレータは、楕円状カムの外周に薄肉のボールベアリングが装着された部品で、外輪はボールを介して弾性変形する。可撓性ギヤ６２に対応するフレクスプラインは、薄肉カップ状の金属弾性体の部品で、開口部外周に歯が刻まれている。そして、リングギヤ６３に対応するサーキュラースプラインは、剛体リング状の部品で、内周に歯が刻まれており、フレクスプライン（６２）より歯数が２枚多くなっている。これにより、例えばウェーブジェネレータが入力軸に取り付けられると共に、フレクスプラインが出力軸に取り付けられ、ウェーブジェネレータが回転駆動されると、上記のように歯数が異なるフレクスプラインがサーキュラースプラインに対して噛み合いながら回転し、減速されることとなる。

尚、前掲の非特許文献２に記載のハーモニックドライブ機構は減速機構単体であるのに対し、本実施形態ではブラシレスモータ１０と連結され、その出力によって、可撓性ギヤ６２及びリングギヤ６３（ひいてはスタビライザバー３１及び３２）が相対的に駆動されるものであるので、入出力の関係が非特許文献２とは相違している。

更に、ハウジング１ｈには、本発明の断続手段を構成するクラッチ機構７０が装着されている。このクラッチ機構７０の構成は、図１の実施形態におけるクラッチ機構７０と実質的に同じであるので説明は省略する。而して、ソレノイドコイル７２が非励磁であるときには、プランジャ７１の先端部７１ａがリングギヤ６３の外歯６３ａに係合した状態にあり、リングギヤ６３とハウジング１ｈとの間の相対的回転を禁止する係合位置となる。これにより、リングギヤ６３はハウジング１ｈと一体的に回転し、ひいてはスタビライザバー３２と一体的に回転する。一方、ソレノイドコイル７２が励磁されるとプランジャ７１が退避し、リングギヤ６３とハウジング１ｈとの間の相対的回転を許容する自由位置となる。これにより、ハウジング１ｈはリングギヤ６３との間の係合状態が解除される。従って、ハウジング１ｈに接合されたスタビライザバー３２は、ハウジング１ｈの内面に固着されたステータ１１と共に、スタビライザバー３１に対して相対的に回転し得る状態となる。

而して、本実施形態においても、車両の通常の旋回走行時には、クラッチ機構７０を係合位置とすることにより、車体ロール角を抑制するように、ブラシレスモータ１０及び不思議遊星歯車機構２０並びにスタビライザバー３１及び３２によるトルク制御を円滑に行うことができ、走行路面状態の変動が激しい場合には、クラッチ機構７０を自由位置とすることによって、良好な乗り心地を維持することができる。

また、図４は本発明の更に他の実施形態に係り、モータとしては上記と同様のブラシレスモータ１０を用い、減速機構として図１の不思議遊星歯車機構２０と類似の不思議遊星歯車機構２０ｘを用いたもので、これらは一体的に構成され、同一のハウジング１ｘに収容されている。本実施形態では、図１の実施形態と異なり、スタビライザバー３１がハウジング１ｘに固定され、スタビライザバー３２がリングギヤ２５に一体的に接合されている。また、ブラシレスモータ１０ｘは、図１のブラシレスモータ１０と類似した構成ではあるが、スタビライザバー３１及び３２の何れもこれを貫通していない。即ち、回転子たるロータ１２ｘはハウジング１ｘに回動可能に支持されているが、中空ではなく、端部にサンギヤ２１が固定されている。従って、図１及び図３の実施形態に比べれば、軸方向の全長は長くなるが、不思議遊星歯車機構２０ｘを用いているので、特許文献１に記載の装置に比べれば、依然軸方向の全長は短くなっている。

更に、本実施形態においても、ハウジング１ｘには、本発明の断続手段を構成するクラッチ機構７０が装着されており、この構成は、図１の実施形態におけるクラッチ機構７０と実質的に同じであるので説明は省略する。而して、本実施形態によっても、車両の通常の旋回走行時には、クラッチ機構７０を係合位置とすることにより、車体ロール角を抑制するように円滑なトルク制御を行うことができ、走行路面状態の変動が激しい場合には、クラッチ機構７０を自由位置とすることによって、良好な乗り心地を維持することができる。

本発明の一実施形態におけるアクチュエータを示す構成図である。 本発明の一実施形態に係るスタビライザ制御装置を備えた車両の概要を示す構成図である。 本発明の他の実施形態におけるアクチュエータを示す構成図である。 本発明の更に他の実施形態におけるアクチュエータを示す構成図である。

符号の説明

ＳＢｆ 前輪側スタビライザ
ＳＢｒ 後輪側スタビライザ
ＦＴ，ＲＴ アクチュエータ
ＳＷ ステアリングホイール
ＳＡ 操舵角センサ
ＷＨfr, ＷＨfl, ＷＨrr, ＷＨrl 車輪
ＥＣＵ 電子制御装置
１０，１０ｘ ブラシレスモータ
２０，２０ｘ 不思議遊星歯車機構
２５，２６ リングギヤ
３１，３２ スタビライザバー
１，１ｈ，１ｘ ハウジング
６０ 歯車機構
６１ 楕円ギヤ
６２ 可撓性ギヤ
６３ リングギヤ
７０ クラッチ機構
７１ プランジャ
７２ ソレノイドコイル

Claims (4)

1. 車両の左右車輪間に配設される一対のスタビライザバーと、モータ及び減速機構を有し、該減速機構を介して前記一対のスタビライザバーが連結され、前記モータの駆動によって前記一対のスタビライザバーに対してねじり力を付与するアクチュエータとを備えたスタビライザ制御装置において、前記減速機構は、前記一対のスタビライザバーの一方に連結する第１の歯車と、該第１の歯車に対して相対的に回転速度差を生じさせる第２の歯車と、少なくとも前記第１の歯車及び前記第２の歯車を収容すると共に前記モータと一体的に接合するハウジングを具備し、且つ、該ハウジングに前記一対のスタビライザバーの他方を一体的に接合して成り、前記第２の歯車と前記ハウジングとの間の相対的回転を許容する自由位置と、前記第２の歯車と前記ハウジングとの相対的回転を禁止する係合位置とを切り換える断続手段を備えたことを特徴とするスタビライザ制御装置。
2. 前記減速機構は、前記第１の歯車と前記第２の歯車が、歯数の異なる一対の内歯歯車から成り、該一対の内歯歯車に共通の遊星歯車を噛合して成る不思議遊星歯車機構で構成されていることを特徴とする請求項１記載のスタビライザ制御装置。
3. 前記減速機構は、前記第１の歯車と前記第２の歯車が互いに噛合するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のスタビライザ制御装置。
4. 前記モータが、ロータと該ロータを囲繞するステータを備えたブラシレスモータから成り、前記一対のスタビライザバーの一方が前記ロータを貫通して前記第１の歯車に一体的に接合されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のスタビライザ制御装置。
   

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