JP2007125933A - ペダル反力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ペダルの操作量に応じて、ペダルに対し最適な反力を付加すること。
【解決手段】ペダル反力制御装置は、車両の状態量を検出する状態量検出手段と、ペダルの操作量を検出する操作量検出手段と、状態量検出手段により検出された車両の状態量と、操作量検出手段により検出されたペダルの操作量と、に基づいて、ペダルに対する反力を制御する反力制御手段と、を備えている。反力制御手段は、踏込量検出手段により検出されたペダルの操作量に応じて、ペダルに対する反力の態様を切替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のペダルに反力を付加するペダル反力制御装置に関する。

従来、将来予測されるリスクポテンシャルに基づいて、アクセルペダルに反力を付加する車両用運転操作補助装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。これにより、先行車両への接近度合が大きい場合に警報を与えている。

また、自車両周囲のリスクポテンシャルに応じて、アクセルペダルに反力及び振動を付加する車両用運転操作補助装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、燃費効率の高い低回転低負荷側から高回転高負荷側に内燃機関の運転を切替える際に、アクセルペダルの踏込反力を急激に増大させるアクセル反力制御装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００３−２４６２２５号公報 特開２００５−２２６２７号公報 特開２００３−１２０３３９号公報

上記従来技術において、アクセルペダルの操作量が増加すると、アクセルペダルを元の位置に戻す為のリターンスプリングの反力が増加する。この為、アクセルペダルの操作量が大きい領域において、例えば、リスクポテンシャルに応じて、アクセルペダルの反力を付加しても、この反力変化は、運転者にとって感じ難くなる虞がある。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、ペダルの操作量に応じて、ペダルに対し最適な反力を付加することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
車両の状態量を検出する状態量検出手段と、
ペダルの操作量を検出する操作量検出手段と、
前記状態量検出手段により検出された前記車両の状態量と、前記操作量検出手段により検出された前記ペダルの操作量と、に基づいて、前記ペダルに対する反力を制御する反力制御手段と、を備えるペダル反力制御装置であって、
前記反力制御手段は、前記踏込量検出手段により検出された前記ペダルの操作量に応じて、前記ペダルに対する反力の態様を切替える、ことを特徴とするペダル反力制御装置である。

この一態様によれば、反力制御手段は、踏込量検出手段により検出されたペダルの操作量に応じて、ペダルに対する反力の態様を切替える。これにより、ペダルの操作量に応じて、ペダルに対し最適な反力を付加することができる。なお、上記反力の態様とは、例えば、反力の付加方法等を指す。

また、この一態様において、前記反力制御手段は、前記操作量検出手段により検出された前記ペダルの操作量が増加するに従って、前記ペダルの反力を増加させる壁感態様と、
前記ペダルに対する反力を振動的に付加する振動態様と、に切替えるのが好ましい。例えば、運転者が壁感を感じ易い、ペダルの操作量が小さい小領域において、壁感態様によりペダルに反力を付加することで、運転者によるペダルの踏込みを確実に抑制することができる。一方、運転者が壁感を感じ難いペダルの操作量が中領域から大領域において、振動態様によりペダルに反力を付加することで、ペダルの反力変化をより大きくすることができる。したがって、警告効果を増大させることができ、ペダルの踏込みを効果的に抑制することができる。

さらに、この一態様において、前記反力制御手段は、前記壁感態様において、前記ペダルの操作量に対する前記ペダルの反力の勾配を増加させるのが好ましい。これにより、運転者にペダルの壁感を効果的に感じさせることができる。

この一態様において、前記反力制御手段は、例えば、前記操作量検出手段により検出された前記操作量が所定量以下のとき、前記壁感態様に基づいて、前記ペダルに対する反力を制御し、
前記操作量検出手段により検出された前記操作量が所定量よりも大きいとき、前記振動態様に基づいて、前記ペダルに対する反力を制御してもよい。

この一態様において、前記反力制御手段は、前記操作量検出手段により検出された前記操作量に応じて、前記ペダルに対する反力の振動を可変させてもよい。

この一態様において、前記車両の状態量は、例えば、先行車までの車間距離、先行車に対する相対速度、車両の負荷状態、車両の走行状態からなる群のうちいずれか少なくとも一つから選択されてなる。なお、車両の負荷状態とは、例えば車両の走行抵抗、走行路の傾斜角度、走行加速度等を指す。また、車両の走行状態とは、例えば走行路の路面摩擦係数等を指す。

本発明によれば、ペダルの操作量に応じて、ペダルに対し最適な反力を付加することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、車両用のペダル反力制御装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。

図１は、本発明の一実施例に係るペダル反力制御装置の構成を示す概略図である。本実施例に係るペダル反力制御装置１は、運転者が踏み込みに操作を行うアクセルペダル２を有している。アクセルペダル２は、一端が車両の床面に揺動可能に連結され、他端が略Ｌ字状に屈曲したペダルレバー３の一端に係合している。

ペダルレバー３の他端は、車両本体に回転可能に軸支されたレバー軸４に揺動可能に連結されている。レバー軸４には、ホール素子等からなり、アクセルペダル２の操作量（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセンサ５が配設されている。なお、アクセルポジションセンサ５は、後述の反力ＥＣＵ６に接続されている。アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量は、後述の反力ＥＣＵ６に送信される。

また、レバー軸４には、ユーザによるアクセルペダル２の踏込みが解除された後、アクセルペダル２が初期位置に戻るように、レバー軸４を反時計方向ＣＣＷに付勢するリターンスプリング（図示しない）が配設されている。なお、アクセルペダル２の操作量（アクセル開度）が増加すると、リターンスプリングの付勢力が増加し、アクセルペダル２の踏込みに対する反力（以下、このリターンスペリングによる反力を、基本反力と称す）Ｆが増加する（図２）。基本反力Ｆは、図２に示す如く、アクセルペダル２の操作量（アクセル開度）が０％のとき、例えば、約１５（Ｎ）に設定されており、アクセル開度が１００％のとき約３０（Ｎ）に設定されている。

なお、ペダルレバー３には、アクセルペダル２の動作をエンジンのスロットルバルブに伝達するアクセルワイヤーが接続されている。

レバー軸４には、サーボモータ等のアクチュエータ７の駆動軸が連結されている。このアクチュエータ７は、レバー軸４に回転トルクを付加することで、ペダルレバー３を駆動し、アクセルペダル２に反力ΔＦを付加する。

例えば、図１において、アクチュエータ７の駆動軸が反時計方向（ＣＣＷ）に駆動すると、レバー軸４には反時計方向ＣＣＷの回転トルクが付加される。これにより、ペダルレバー３はレバー軸４を中心に反時計方向ＣＣＷへ回動し、アクセルペダル２に対して反力ΔＦが付加される。なお、アクチュエータ７は、減速機を介して、レバー軸４に回転トルクを付加してもよい。

アクチュエータ７には、駆動回路８を介して、反力ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、電子制御装置）６が接続されている。反力ＥＣＵ６は、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量に応じて、アクチュエータ７に制御信号を送信し、アクチュエータ７が出力する駆動トルクの制御を行う。反力ＥＣＵ６は、このアクチュエータ７が出力する駆動トルクを制御することで、アクセルペダル２に付加する反力ΔＦを制御する。

反力ＥＣＵ６はアクチュエータ７を制御して、例えば、運転者がアクセルペダル２を踏込む際に反力ΔＦを付加し、運転者がこれ以上アクセルペダル２を踏込むのを抑制するような、いわゆる壁感を与える。

なお、反力ＥＣＵ６は、マイクロコンピュータから構成されており、制御、演算プログラムに従って各種処理を実行するとともに、装置の各部を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６ａ、ＣＰＵ６ａの実行プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６ｂ、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６ｃ、タイマ、カウンタ、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏ）６ｄ等を有している。また、ＲＯＭ６ｂには、例えば、アクセルペダル２の操作量に基づいて、アクチュエータ７を制御する制御プログラム等が格納されている。

反力ＥＣＵ６には、自車両と先行車両等の物体との間の距離（以下、車間距離と称す）を検出するレーザレーダ、超音波センサ等の車間距離センサ９が接続されている。なお、車間距離センサ９は、例えば、車両の前方部に配設され、水平方向に赤外光を照射し、先行車両により反射された反射光を受光する構成を有している。

また、反力ＥＣＵ６は、車間距離センサ９により検出された車間距離に対して、微分処理等の演算処理を行い、先行車両等の前方物体に対する相対速度（以下、相対速度と称す）を算出する。

反力ＥＣＵ６は、例えば、車間距離センサ９により検出された車間距離と、算出された相対速度と、に基づいて、アクチュエータ７の制御信号を送信し、アクセルペダル２に対する反力ΔＦを制御する。

具体的には、反力ＥＣＵ６は、車間距離センサ９により検出された車間距離が所定距離以下になると、アクチュエータ７を制御して、アクセルペダル２に対して反力ΔＦを付加してもよい。これにより、先行車両との接近を運転者に認識させ、抑制することができる。

また、反力ＥＣＵ６は、車間距離センサ９により検出された車間距離が所定距離以下になり、かつ算出された相対速度が所定速度以上になると、アクチュエータ７を制御して、アクセルペダル２に対して反力ΔＦを付加してもよい。これにより、先行車両との急激な接近を運転者に認識させ、抑制することができる。

さらに、反力ＥＣＵ６は、車両の速度を検出する車速センサ１０からの車速と、車両の加速度を検出する加速度センサ１１からの加速度と、に基づいて、アクセルペダル２に対して反力ΔＦを付加し、運転者によるアクセルペダル２の踏み過ぎを抑制するような制御を行ってもよい。これにより、車両の燃焼消費を抑制することができる。

また、反力ＥＣＵ６は、上述の如く、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量に基づいて、アクセルペダル２の反力を制御する。例えば、反力ＥＣＵ６は、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量（アクセル開度）が増加するに従って、アクセルペダル２の反力ΔＦを増加させる（図３（ａ））。

図３（ａ）に示す如く、アクセルペダル２の反力ΔＦは、例えば、アクセル開度が０からβ（立上り開度）の間では、一定値となり、その後、反力勾配α（Ｎ／ｄｅｇ）で増加し、最大反力Ｔｍ（Ｎ）で一定値となるように設定される。

ところで、上述の如く、アクセルペダル２には、リターンスプリングによる基本反力Ｆが付加されている。また、アクセルペダル２の操作量（アクセル開度）が増加するに従って、この基本反力Ｆは増加する（図２）。

この為、従来技術において、アクセルペダルの操作量が所定値以上の中領域から大領域において、上述の如く、アクチュエータによりアクセルペダルの反力ΔＦを増加させても、この増加した反力ΔＦは、基本反力Ｆに対して相対的に小さくなる。したがって、運転者は、このアクチュエータによる反力変化を感じ難く、警告効果が期待し難い。

図４は、従来のペダル反力制御装置において、アクセルペダルの反力ΔＦによる壁感に関する官能評価の結果を示す図である。なお、官能評価において、任意の被験者（運転者）が、５段階の官能評価点により採点を行い、この官能評価点に基づいて作成された回帰式が、図４において表されている。

また、当該評価において、アクセルペダルに対する最大反力を６０（Ｎ）とし、アクセルペダルの反力勾配αを１１（Ｎ／ｄｅｇ）に設定している。さらに、官能評価点が高くなるに従って、運転者がアクセルペダルの反力変化（壁感）を感じ易く、アクセルペダルの踏込みの抑制効果（警告効果）が期待できることを意味している。官能評価点が３点（合格点）のとき、運転者にとって壁感が感じられ、アクセルペダルの踏込みの抑制効果が十分期待できる状態としている。

図４に示す如く、アクセル開度が増加するに従って、官能評価点が減少し、アクセル開度が２０％のときに、官能評価点が３点となる。すなわち、アクセル開度が２０％までの小領域においては、アクセルペダルに対し、反力ΔＦを付加することで、運転者に壁感を感じさせることができる。一方、アクセル開度が２０％より大きい、中領域から大領域においては、アクセルペダルに対し反力ΔＦを付加しても、運転者に壁感を感じさせ難く、上述のアクセルペダルの踏込みの抑制効果が期待し難いのがわかる。

なお、アクセル開度が中領域から大領域にある状態においても、アクチュエータの駆動トルクを増加させれば、上述の壁感（上記官能評価点が３点）を感じさせることができる。しかしながら、この場合、例えば、反力勾配α＝７（Ｎ／ｄｅｇ）に設定したとき、アクセル開度が８０％のとき、必要とする最大反力が９０（Ｎ）となる為（図５）、アクチュエータの大型化（高出力化）及び高コスト化に繋がる虞がある。

そこで、本実施例に係るペダル反力制御装置１において、反力ＥＣＵ６は、アクセルペダル２の操作量が所定量以下（例えば、アクセル開度２０％以下）の小領域のとき、アクセルペダル２の操作量が増加するに従って、アクセルペダル２の反力ΔＦを増加させる（図３（ａ）に示す壁感態様）。一方、反力ＥＣＵ６は、アクセルペダル２の操作量が所定量よりも大きい、中領域から大領域のとき、アクセルペダル２に対する反力ΔＦを振動的に付加する（図３（ｂ）に示す振動態様）。なお、この中領域から大領域には、中領域及び大領域を含むものとする。

また、アクセルペダル２に対する反力ΔＦを振動的に付加するとは、図３（ｂ）に示す如く、アクセルペダル２に対する反力ΔＦを、例えば、１５〜２０Ｈｚの矩形波により付加することであるが、サイン波（ｓｉｎθ波）、又はコサイン波（ｃｏｓθ波）により付加してもよく、反力変化が大きくなるような波形であれば任意の波形が適用可能である。

これにより、アクセルペダル２の操作量が小領域のときは、運転者に壁感を感じさせ、アクセルペダル２の踏込みを確実に抑制することができる。さらに、運転者に壁感を感じさせ難い、アクセルペダル２の操作量が中領域から大領域のとき、アクセルペダル２に対する反力ΔＦを振動的に付加し、より反力変化を大きくすることで、警告効果を増大させ、アクセルペダル２の踏込みを効果的に抑制することができる。しかも、上述の如く、アクチュエータ７の出力を増大させること無く、警告効果を与えることができることから、当該装置１の小型化、低電力化、および低コスト化が期待できる。

次に、本実施例に係るペダル反力制御装置１の制御処理フローについて、説明する。図６は、本実施例に係るペダル反力制御装置１の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。なお、本制御処理ルーチンは、所定の微小時間毎に繰り返し実行される。

反力ＥＣＵ６は、車間距離センサ９により検出された車間距離が所定距離以下となり、先行車両と接近状態にあるか否かを判断する（Ｓ１００）。

反力ＥＣＵ６は、先行車両と接近状態にあると判断したとき（Ｓ１００のＹｅｓ）、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量が所定量以下（例えば、アクセル開度が２０％以下）であり、小領域にあるか否かを判断する（Ｓ１１０）。一方、反力ＥＣＵ６は、先行車両と接近状態にないと判断したとき（Ｓ１００のＮｏ）、本制御処理のルーチンを終了する。

反力ＥＣＵ６は、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量が小領域にあると判断したとき（Ｓ１１０のＹｅｓ）、上述の壁感態様により、アクセルペダル２に対して、反力ΔＦを付加する（Ｓ１２０）。

一方、反力ＥＣＵ６は、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量が所定量より大きく、中領域から大領域にあると判断したとき（Ｓ１１０のＮｏ）、上述の振動態様により、アクセルペダル２に対して、反力ΔＦを付加する（Ｓ１３０）。

以上、本実施例に係る車両用反力制御装置１において、反力ＥＣＵ６は、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量が小領域にあると判断したとき、上述の壁感態様（図３（ａ））により、アクセルペダル２に対して、反力ΔＦを付加する。これにより、アクセルペダル２の操作量が小領域のときは、運転者に壁感を感じさせ、アクセルペダル２の踏込みを確実に抑制することができる。

一方、反力ＥＣＵ６は、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量が所定量より大きく、中領域から大領域にあると判断したとき、上述の振動態様（図３（ｂ））により、アクセルペダル２に対して、反力ΔＦを付加する。これにより、運転者に壁感を感じさせ難い、アクセルペダル２の操作量が中領域から大領域のときにおいて、アクセルペダル２に対する反力ΔＦを振動的に付加することで、より反力変化を大きくすることができる。したがって、警告効果を増大させることができ、アクセルペダル２の踏込みを効果的に抑制することができる。

すなわち、アクセルペダル２の操作量に応じて、アクセルペダル２に対し最適な反力を付加することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記一実施例において、反力ＥＣＵ６は、上述の壁感態様において、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量（アクセル開度）が増加するに従って、反力勾配αを増加させるのが好ましい（図７）。

なお、上記図４に示す官能試験と同様に、壁感態様によるアクセルペダル２に対する反力が、警告効果として感じられるか、について評価を行った官能試験によれば、反力勾配α、立上り開度β、及び最大反力Ｔｍの各因子が運転者の壁感に影響を与えることがわかる。具体的には、反力勾配αの評価点の平均値が０．３５７５となり、立上り開度βの評価点の平均値が−０．４７４４となり、最大反力Ｔｍの評価点の平均値が０．４９７３、となる。この結果に基づいて、最大反力Ｔｍ及び反力勾配αが、運転者の壁感に大きく影響することがわかる。

以上の評価結果を踏まえて、上述の如く、アクセルペダル２の操作量（アクセル開度）が増加するに従って、反力勾配αを増加させるのが好ましい。これにより、アクチュエータ７の最大出力を上げること無く、アクセルペダル２の反力勾配αを増加させることで、運転者に壁感を効果的に感じさせることができる。また、この構成によれば、アクセルペダル２の操作量が小領域から中領域の間（例えば、アクセル開度が５０％以下）において、アクセルペダル２に対して、壁感態様による反力を付加することができる。なお、小領域から中領域の間には、小領域も含むものとする。

この場合、反力ＥＣＵ６は、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量が小領域から中領域の間（例えば、アクセル開度が５０％以下）にあると判断したとき、上述の壁感態様により、アクセルペダル２に対して、反力ΔＦを付加する。一方、反力ＥＣＵ６は、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量が中領域から大領域の間（例えば、アクセル開度が５０％より大きい）にあると判断したとき、上述の振動態様により、アクセルペダル２に対して、反力ΔＦを付加する。

上記一実施例において、反力ＥＣＵ６は、振動態様において、アクセルポジションセンサ５により検出されたアクセルペダル２の操作量が増加するに従って、振動を増幅させてもよい。

上記一実施例において、ペダル反力制御装置１はアクセルペダル２に適用されているがブレーキペダルにも適用可能である。

上記一実施例において、アクセルペダル２の一端が車両の床面に揺動可能に連結され、他端が略Ｌ字状に屈曲したペダルレバー３の一端に係合しているオルガン式のペダルに適用されているが、アクセルペダル２が床面から離れた吊り下げ式のペダルにも適用可能である。

なお、上記一実施例において、反力ＥＣＵ６が特許請求の範囲記載の反力制御手段に相当し、車間距離センサ９、車速センサ１０、及び加速度センサ１１が特許請求の範囲記載の状態量検出手段に相当し、アクセルポジションセンサ５が特許請求の範囲記載の操作量検出手段に相当する。

本発明は、車両のペダルに対する反力を制御するペダル反力制御装置に利用できる。搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。

本発明の一実施例に係るペダル反力制御装置の構成を示す概略図である。 アクセル開度と基本反力との関係を示す図である。 （ａ）壁感態様により、アクセルペダルに反力を付加する状態を示す図であり、アクセル開度とアクセルペダルに付加される反力との関係を示す図である。（ｂ）振動態様により、アクセルペダルに反力を付加する状態を示す図であり、時間とアクセルペダルに付加される反力との関係を示す図である。 従来のペダル反力制御装置において、アクセルペダルの反力の壁感に関する官能評価の結果を示す図である。 従来のペダル反力制御装置における、アクセル開度とアクセルペダルに付加される最大反力との関係を示す図である。 本発明の一実施例に係るペダル反力制御装置の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。 壁感態様におけるアクセル開度と反力勾配との関係を示す図である。

符号の説明

１ ペダル反力制御装置
２ アクセルペダル
３ ペダルレバー
４ レバー軸
５ アクセルポジションセンサ
６ 反力ＥＣＵ
７ アクチュエータ
８ 駆動回路
９ 車間距離センサ
１０ 車速センサ
１１ 加速度センサ

Claims (6)

1. 車両の状態量を検出する状態量検出手段と、
   ペダルの操作量を検出する操作量検出手段と、
   前記状態量検出手段により検出された前記車両の状態量と、前記操作量検出手段により検出された前記ペダルの操作量と、に基づいて、前記ペダルに対する反力を制御する反力制御手段と、を備えるペダル反力制御装置であって、
   前記反力制御手段は、前記踏込量検出手段により検出された前記ペダルの操作量に応じて、前記ペダルに対する反力の態様を切替える、ことを特徴とするペダル反力制御装置。
2. 請求項１記載のペダル反力制御装置であって、
   前記反力制御手段は、前記操作量検出手段により検出された前記ペダルの操作量が増加するに従って、前記ペダルの反力を増加させる壁感態様と、
   前記ペダルに対する反力を振動的に付加する振動態様と、に切替える、ことを特徴とするペダル反力制御装置。
3. 請求項２記載のペダル反力制御装置であって、
   前記反力制御手段は、前記壁感態様において、前記ペダルの操作量に対する前記ペダルの反力の勾配を増加させる、ことを特徴とするペダル反力制御装置。
4. 請求項２又は３記載のペダル反力制御装置であって、
   前記反力制御手段は、
   前記操作量検出手段により検出された前記操作量が所定量以下のとき、前記壁感態様に基づいて、前記ペダルに対する反力を制御し、
   前記操作量検出手段により検出された前記操作量が所定量よりも大きいとき、前記振動態様に基づいて、前記ペダルに対する反力を制御する、ことを特徴とするペダル反力制御装置。
5. 請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のペダル反力制御装置であって、
   前記反力制御手段は、前記操作量検出手段により検出された前記操作量に応じて、前記ペダルに対する反力の振動を可変させる、ことを特徴とするペダル反力制御装置。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか１項記載のペダル反力制御装置であって、
   前記車両の状態量は、先行車までの車間距離、先行車に対する相対速度、車両の負荷状態、車両の走行状態からなる群のうちいずれか少なくとも一つから選択されてなる、ことを特徴とするペダル反力制御装置。

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