JP2007283882A - 道路勾配推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】道路勾配をより正確に推定することが可能な道路勾配推定装置を提供する。
【解決手段】運転者による減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力に基づいて道路勾配を推定する道路勾配推定装置（Ｓ１０９）であって、減速操作とブレーキ制動力の関係を学習補正する学習補正手段（Ｓ１０６，Ｓ１０７）を備え、前記運転者による減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力は、前記減速操作とブレーキ制動力の関係の学習補正された結果に基づいて求められる。前記学習補正手段は、道路勾配が既知である場所を前記車両が走行しているとき（Ｓ１０５−Ｙ）の減速操作時の減速操作量とブレーキ制動力の関係に基づいて、学習補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、道路勾配推定装置に関する。

特開平９−２０７７３５号公報（特許文献１）には、車両の駆動力を算出する駆動力算出手段と、車両の加速抵抗を算出する加速抵抗算出手段と、車両に備えられた油圧式ブレーキ装置におけるブレーキ油圧を検出するブレーキ油圧検出手段と、該ブレーキ油圧検出手段で検出されたブレーキ油圧に基づいてブレーキの制動力を推定する制動力推定手段と、少なくとも前記駆動力，加速抵抗，ブレーキ制動力に基づいて勾配抵抗を算出する勾配抵抗算出手段と、を含んで構成された車両の勾配抵抗検出装置が開示されている。前記勾配抵抗算出手段は、勾配抵抗＝駆動力−加速抵抗−ブレーキ制動力として勾配抵抗を算出する。特許文献１には、ブレーキ油圧を予め設定されたテーブルに基づいて制動力に変換してブレーキ油圧に対応する制動力を推定する旨が記載されている。

特開平９−２０７７３５号公報

例えば、上記特許文献１に記載の技術のように、ブレーキ油圧を予め設定されたテーブルに基づいて制動力に変換してブレーキ油圧に対応する制動力を推定する場合、ブレーキやタイヤの経時変化があると、ブレーキ油圧に対する制動力が大きく変化する場合がある。その場合には、その制動力を用いて勾配抵抗を求めると、勾配抵抗を正しく求めることができない場合がある。道路勾配をより正確に推定できることが求められている。

本発明の目的は、道路勾配をより正確に推定することが可能な道路勾配推定装置を提供することである。

本発明の道路勾配推定装置は、運転者による減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力に基づいて道路勾配を推定する道路勾配推定装置であって、減速操作とブレーキ制動力の関係を学習補正する学習補正手段を備え、前記運転者による減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力は、前記学習補正手段により学習補正された減速操作とブレーキ制動力の関係に基づいて求められることを特徴としている。

本発明の道路勾配推定装置は、車両の駆動力と、前記車両の運転者による減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力とに基づいて基準加速度を求める基準加速度検出手段と、前記車両の実加速度を求める実加速度検出手段と、前記基準加速度と前記実加速度に基づいて道路勾配を推定する道路勾配推定手段と、減速操作とブレーキ制動力の関係を学習補正する学習補正手段とを備え、前記運転者による減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力は、前記学習補正手段により学習補正された減速操作とブレーキ制動力の関係に基づいて求められることを特徴としている。

本発明の道路勾配推定装置において、前記学習補正手段は、道路勾配が既知である場所を前記車両が走行しているときの減速操作時の減速操作量とブレーキ制動力の関係に基づいて、学習補正することを特徴としている。

本発明の道路勾配推定装置において、更に、路面摩擦係数を求める手段を備え、前記路面摩擦係数と、前記運転者による減速操作とに基づいて、前記ブレーキ制動力が推定されることを特徴としている。

本発明によれば、道路勾配をより正確に推定することが可能となる。

以下、図１及び図２を参照して、本発明の道路勾配推定装置の一実施形態について説明する。

本実施形態では、車両の駆動力（Ｆ）と、前記車両の運転者による減速操作（ｘ，ＣＢ）に基づいて推定されたブレーキ制動力（ｙ，Ｆｂ）とに基づいて基準加速度（αｂ１）を求める基準加速度検出手段と、前記車両の実加速度（αｒ）を求める実加速度検出手段と、前記基準加速度（αｂ１）と前記実加速度（αｒ）に基づいて道路勾配（θ）を推定する道路勾配推定手段と、減速操作（ｘ，ＣＢ）とブレーキ制動力（ｙ，Ｆｂ）の関係を学習補正する学習補正手段とを備え、前記運転者による減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力（ｙ，Ｆｂ）は、前記減速操作（ｘ，ＣＢ）とブレーキ制動力（ｙ，Ｆｂ）の関係の学習補正された結果に基づいて求められる。

本実施形態によれば、運転者による減速操作（ｘ，ＣＢ）とブレーキ制動力（ｙ，Ｆｂ）との関係が定められたテーブルが参照されて、減速操作（ｘ，ＣＢ）に基づいて、ブレーキ制動力（ｙ，Ｆｂ）が推定される場合に、ブレーキやタイヤの経時変化があり、減速操作（ｘ，ＣＢ）に対するブレーキ制動力（ｙ，Ｆｂ）が大きく変化した場合であっても、その変化に対応するテーブルの学習補正が行なわれ、その学習補正されたテーブルが参照されて、減速操作（ｘ，ＣＢ）に対するブレーキ制動力（ｙ，Ｆｂ）が求められる。これにより、より正確なブレーキ制動力（ｙ，Ｆｂ）が推定されるようになり、このことから、より正確に道路勾配が推定されることができる。

本実施形態において、前記学習補正手段は、道路勾配が既知である場所を前記車両が走行しているときの減速操作時の減速操作量とブレーキ制動力の関係に基づいて、学習補正する。

本実施形態において、更に、路面摩擦係数を求める手段を備え、前記路面摩擦係数と、前記運転者による減速操作とに基づいて、前記ブレーキ制動力が推定される。

図２に示すように、内燃機関としてのエンジン１１には、トルクコンバータ１２を有する自動変速機１３が連結されており、エンジン１１の駆動力は、このトルクコンバータ１２を介して自動変速機１３に入力され、デファレンシャルギヤ１４及びドライブシャフト１５を介して駆動輪１６に伝達される。また、自動変速機１３は、Ａ／Ｔ油圧制御装置１７により車両の運転状態に応じて変速比が自動的に制御される。ブレーキ装置１８は、ブレーキ油圧制御装置１９によって制御されて、車両を制動する。

車両には、エンジン１１や自動変速機１３やブレーキ装置１８などを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が設けられている。ＥＣＵ２０は、エンジン１１、自動変速機１３（Ａ／Ｔ油圧制御装置１７）及びブレーキ装置１８（ブレーキ油圧制御装置１９）の総合的な制御を行う。

車両には、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセンサ２１が設けられている。アクセルポジションセンサ２１により検出されたアクセル開度を示す信号は、ＥＣＵ２０に出力される。エンジン１１の吸気管２２には、スロットルコントロールバルブ２３が設けられている。スロットルコントロールバルブ２３は、スロットルアクチュエータ２４により開閉可能とされている。ＥＣＵ２０は、スロットルアクチュエータ２４にスロットルコントロールバルブ２３を動作させる。ＥＣＵ２０は、スロットルコントロールバルブ２３によるスロットル開度が、アクセル開度に応じたものとなるようにスロットルアクチュエータ２４を制御する。

吸気管２２には、スロットルコントロールバルブ２３をバイパスするバイパス通路２５が設けられている。バイパス通路２５には、エンジン１１のアイドル回転数を制御するためにスロットルコントロールバルブ２３の全閉時の吸気量を制御するアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）２６が設けられている。スロットルコントロールバルブ２３の全閉状態（アイドル状態）及びスロットル開度を検出するアイドルスイッチ付スロットル開度センサ２７が設けられている。アイドルスイッチ付スロットル開度センサ２７によって検出されたアイドル状態及びスロットル開度のそれぞれを示す信号は、ＥＣＵ２０に出力される。

エンジン１１には、エンジン回転数（エンジン回転速度）を検出するエンジン回転数センサ２８が設けられている。エンジン回転数センサ２８により検出されたエンジン回転数を示す信号は、ＥＣＵ２０に出力される。
車速センサ２９は、車速に比例する自動変速機１３の出力軸の回転数を検出する。車速センサ２９により検出された車速を示す信号は、ＥＣＵ２０に出力される。

シフトポジションセンサ３０は、運転者が操作するシフトレバーの位置（シフトポジション）を検出する。シフトポジションセンサ３０により検出されたシフトポジションを示す信号は、ＥＣＵ２０に出力される。
加速度センサ３１は、車両の減速度（減速加速度）を検出する。加速度センサ３１により検出された減速度を示す信号は、ＥＣＵ２０に出力される。

ブレーキ操作量センサ３２は、ブレーキ装置１８の操作量を検出する。ブレーキ操作量センサ３２により検出されたブレーキ装置１８の操作量を示す信号は、ＥＣＵ２０に出力される。ステアリング舵角センサ３３は、運転者により操作されるステアリングの舵角を検出する。ステアリング舵角センサ３３により検出されたステアリングの舵角を示す信号は、ＥＣＵ２０に出力される。方向指示器スイッチ３４は、運転者により操作され、方向指示器（図示せず）により指示される方向を特定するための操作が行われる。方向指示器により指示される方向を示す信号は、ＥＣＵ２０に出力される。

運転モード設定スイッチ３５は、運転者により操作され、運転モードを設定するための操作が行われる。運転者により、運転モード設定スイッチ３５が操作されることで、スポーツ走行指向又は通常走行指向の運転モードが設定され、その設定された運転モードを示す信号がＥＣＵ２０に出力される。車輪速度センサ３６は、車輪の速度を検出する。その検出された車輪の速度を示す信号がＥＣＵ２０に出力される。

ＥＣＵ２０は、変速マップを有しており、スロットル開度、車速などに基づいて、自動変速機１３の変速段を決定し、この決定された変速段を成立させるようにＡ／Ｔ油圧制御装置１７を制御することができる。また、ＥＣＵ２０には、図１に示すフローチャートの制御ステップが記述されたプログラムが格納されている。

ナビゲーション装置５０は、自車両を所定の目的地に誘導することを基本的な機能としており、ＥＣＵ６０と、操作部５１と、表示部５２と、スピーカ５３と、位置検出部５４と、地図データベース５５と、運転履歴記録部５６とを備えている。ナビゲーション装置５０のＥＣＵ６０は、ＥＣＵ２０と双方向の通信が可能である。

ナビゲーション装置５０は、運転者に車両の現在地周りの道路情報を知らせて、車両の目的地までの走行経路を誘導する。操作部５１には、目的地などの指示データが入力される。表示部５２には、現在地周辺の地図情報、現在位置、目的位置、経路などの情報が表示される。スピーカ５３からは、案内音声が出力される。

ＥＣＵ６０のＣＰＵ６１は、入力された情報に基づいて、ナビゲーション処理等の各種演算処理を行う。ＥＣＵ６０のＲＯＭ６２には、目的地までの経路の検索、経路中の走行案内、特定区間の決定等を行うための各種プログラムが格納されている。

位置検出部５４は、ＧＰＳレシーバ、地磁気センサ、距離センサ、ビーコンセンサ、ジャイロセンサとを備えており、自車の位置を検出し、その検出した自車の位置を示すデータをＥＣＵ６０に出力する。

地図データベース５５には、車両の走行に必要な情報（地図、直線路、コーナ、登降坂、高速道路など）が記憶されている。地図データベース５５は、地図データファイル、交差点データファイル、ノードデータファイル、道路データファイルを備えている。これら各ファイルには、経路探索を行うとともに、探索した経路に沿って案内図を表示するための各種データが格納されている。ＥＣＵ６０は、地図データベース５５を参照して、必要な情報を読み出す。

運転履歴記録部５６には、車両が走行した走行路、及び車両が走行路を走行した日時などの情報が記録される。ＥＣＵ６０は、必要に応じて、運転履歴記録部５６から運転履歴のデータを読み出す。

ＥＣＵ６０は、操作部５１から入力された目的地などの指示データ及び位置検出部５４により検出された自車位置に基づいて、地図データベース５５から必要な地図情報を検索し、その検索により得られた経路の情報を表示部５２に表示させる。ＥＣＵ６０は、操作部５１から入力された目的地などの指示データが入力されていない場合には、自車位置の周辺の道路情報を表示部５２に表示する。

車両には、カメラ７１と、道路状況検出部７２が設けられている。カメラ７１は、車両の前方の道路状況を撮像する。道路状況検出部７２は、カメラ７１により撮像されたデータに基づいて、車両の前方の道路状況を検出する。道路状況検出部７２による検出結果は、ＥＣＵ２０に出力される。

次に、本実施形態における道路勾配の推定方法について説明する。

車両の実際の加速度（実加速度αｒ）は、車両の出力軸回転数、又は車輪速度の変化率に基づいて、求めることができる。または、実加速度αｒは、加速度センサ３１により求めることができる。

基準加速度は、出力している駆動力、車速、車両諸元から、下記式１により求められる。

ここで、車両質量は、例えば車両の設計質量＋燃料残量＋乗員数から求めることができる。または、車両質量は、平坦路停止時のサスペンションのストローク量に基づいて、補正されることができる。乗員数は、室内カメラ等により検出されることができる。

道路勾配θは、下記式２より求められる。下記式２において、Ｍは車両質量であり、ｇは重力加速度である。

ここで、上記式１では、ブレーキによる制動力が考慮されていないため、ブレーキ操作時に道路勾配を正確に推定することができない。そこで、下記式３により基準加速度（αｂ１）を求める。

上記式３では、ブレーキ制動力分が考慮されることにより、ブレーキ操作時においても道路勾配をより正確に推定することができる。この場合、例えば、ブレーキ操作量をマスターシリンダー圧から検出し、その検出量に応じた制動力を予め設定されたテーブル（マップ）から求めることができる。

しかしながら、例えばブレーキパッド等が劣化した場合、マスターシリンダー圧と制動力の関係が変化してしまう。即ち、マスターシリンダー圧と制動力との関係がテーブルにより一義的に決められた後に、例えばブレーキパッド等の劣化があると、テーブルに定められた値と実際の値との間に誤差が生じて、正確に道路勾配を推定することができない場合が生じることがある。

そこで、本実施形態では、ブレーキの特性（マスターシリンダー圧と制動力の関係）を正確に検出（学習補正）し、そのブレーキ特性に従ってブレーキ操作時の制動力を求め、その制動力を用いて道路勾配を推定する。以下に、そのブレーキ特性の検出方法について説明する。

運転者によってブレーキが操作された区間についてのナビゲーション装置５０等に記憶されている勾配情報が平坦路（道路勾配≒０）であるときに、下記式（４）により、ブレーキ特性が検出される。検出されたブレーキ特性は、ブレーキマスター圧（ｘ）に対する制動力（ｙ）の関係がテーブルに記憶され、または、ｙ＝Ａｘの定数Ａとして記憶される。

制動力（ｙ）は、上記式（２），（３）より、下記式（４）で求めることができる。

なお、ナビゲーション装置５０に記憶されている勾配情報は、精度が粗い場合があるため、平坦路であるとして記憶された複数の場所にて複数回検出された値の平均値に基づいて、ブレーキ特性が検出されることができる。本実施形態によれば、上記のようにして求めたブレーキ特性を用いて制動力が求められるため、道路勾配の推定をより正確に行なうことができる。この場合、ブレーキ特性を求める際に、路面−タイヤ間の摩擦係数μが低い道路や悪路ではないことを条件とすることにより、ブレーキ特性を正確に検出することが可能となる。

雨天時などには、路面−タイヤ間の摩擦係数μによって、ブレーキ特性が変化する。そのため、推定される制動力は、摩擦係数μに基づいて補正される。このように、摩擦係数μが低い道路や悪路ではないという条件下でブレーキ特性を正確に検出するとともに、そのブレーキ特性に基づいて推定された制動力は、摩擦係数μに基づいて補正される。例えば、摩擦係数μが低い場合には、上記ブレーキ特性に基づいて推定された制動力に対して、摩擦係数μに応じて設定された係数（１以下の値）を掛けることにより、制動力を補正することができる。これにより、推定された制動力は常により正確な値となり、このことから、より正確に道路勾配を推定することが可能となる。

ここで、摩擦係数μは、前後輪の回転数差から推定されたり、室外カメラによる画像から路面状況を認識する手法により、摩擦係数μが推定されることができる。その推定された摩擦係数μに基づいて、上記ブレーキ特性に従って求められた制動力が補正される。具体的には、摩擦係数μが高い状態では、上記ブレーキ特性に従って求められた制動力がそのまま用いられ、摩擦係数μが低下するに連れて制動力が低下するため、その分を上記ブレーキ特性に従って求められた制動力から減算（１以下の係数を乗算）することにより、制動力の補正が行なわれる。

摩擦係数μが低い場合の制動力は、上記以外の方法により求められることができる。例えば、摩擦係数μ毎の、ブレーキマスター圧（ｘ）と制動力（ｙ）の関係（ブレーキ特性）を求めるとともに、その摩擦係数μ毎のブレーキ特性が学習補正されることができる。これによれば、摩擦係数μとブレーキマスター圧に基づいて、制動力を直接的に求めることが可能となる。

次に、図１を参照して、本実施形態の動作について説明する。

まず、駆動力Ｆ、転がり抵抗Ｆｒ、空気抵抗Ｆｌ、旋回抵抗Ｆｋが算出される（ステップＳ１０１）。これらは、車両が出力している駆動力、車速、車両諸元から算出することができる。次に、ブレーキが踏まれているか否かが検出される（ステップＳ１０２）。その判定の結果、ブレーキが踏まれていない場合（ステップＳ１０２−Ｎ）には、実加速度αｒが算出され（ステップＳ１１０）、その実加速度αｒを用いて、上記式（２）に基づいて、勾配θが求められる（ステップＳ１０９）。

一方、ブレーキが踏まれていた場合（ステップＳ１０２−Ｙ）には、ブレーキ油圧（マスターシリンダ圧）ＣＢが検出される（ステップＳ１０３）。次いで、路面−タイヤ間の摩擦係数μが検出される（ステップＳ１０４）。ここで、摩擦係数μは、カメラによる画像認識による推定でもよいし、前後車輪速変化量等に基づいて推定することもできる。

次いで、制動力検出条件を満たしているか否かが判定される（ステップＳ１０５）。ここで、制動力検出条件とは、ナビゲーション装置５０等により道路勾配が０（平坦路）であると認識された場合、かつ低μ路走行中ではないと判定された場合、かつ急ブレーキ中ではない場合である。

急ブレーキ中は、実加速度αｒの応答遅れ等があり、実加速度αｒを正確に検出することが難しいことから、制動力検出条件から除外される。なお、本制御を運用するに際しては、急ブレーキ中ではないときに求められたブレーキ特性（ステップＳ１０６、ステップＳ１０７）の傾向から、急ブレーキ時の制動力を推定することが可能である（ステップＳ１０８）。

更に、制動力検出条件には、悪路走行中ではない場合、変速中ではない等の条件を加えることができる。これにより、マスターシリンダー圧と制動力との関係を検出できる状態を、勾配が０°で路面、車両状態が安定している場合にのみに限定することができる。また、ブレーキ等の劣化は急激に起こるものではないため、前回のデータ保存時からの経過時間が所定値以上であるという条件を追加することができる。

制動力検出条件を満たしていると判定された場合（ステップＳ１０５−Ｙ）には、ステップＳ１０６に進み、そうでない場合（ステップＳ１０５−Ｎ）にはステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０６では、上記式４により制動力が算出される。上記ステップＳ１０６にて算出された制動力は、平坦路における実制動力に対応している。次に、上記ステップＳ１０６にて算出された制動力Ｆｂｎが推定制動力Ｆｂであるとして、ブレーキ油圧ＣＢと対応させた形で保存される（ステップＳ１０７）。これにより、ブレーキ油圧ＣＢと推定制動力Ｆｂが１対１対応のテーブルとして保存される。なお、ここで、ブレーキ油圧ＣＢと推定制動力Ｆｂの関係が線形の関係であることが判明していれば、数式の定数として記憶することができる。

次に、ステップＳ１０８では、上記テーブル又は数式に基づいて、ブレーキ油圧ＣＢから推定制動力Ｆｂが求められるとともに、摩擦係数μに基づいて推定制動力が補正される。次に、ステップＳ１０９では、上記ステップＳ１０８により求められた推定制動力に基づいて、道路勾配が算出される（上記式（２），式（３））。

次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態では、上記のように、ブレーキ油圧−制動力特性（ブレーキ特性）を検出するとともに、そのブレーキ特性を学習補正することにより、常により正確なブレーキ制動力の推定を行なうことができる。これにより、本実施形態によれば、ブレーキパッドの劣化やタイヤの磨耗等の変化がある場合であっても、制動力をより正確に推定することができるため、道路勾配をより正確に推定することができる。

また、ブレーキ操作時のタイヤ−路面摩擦係数（μ）の違いにより、ブレーキ油圧−制動力特性が変化するため、道路勾配の推定の際に、摩擦係数μに応じてブレーキ制動力を補正することにより、より正確な道路勾配の推定を行なうことが可能となる。

なお、上記実施形態では、道路勾配が既知である場所の一例として、道路勾配が平坦路であることを制動力検出条件としたが、道路勾配が既知である場所であれば、平坦路に限定されない。

なお、上記実施形態では、基準加速度と実加速度とに基づいて、道路勾配を算出する方法について説明したが、道路勾配算出方法は、この方法に限定されない。減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力を用いて、道路勾配を推定する方法であれば、その他の方法であってもよい。

本発明の道路勾配推定装置の一実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の道路勾配推定装置の一実施形態の概略構成図である。

符号の説明

１１ エンジン
１３ 自動変速機
１７ Ａ／Ｔ油圧制御装置
１８ ブレーキ装置
１９ ブレーキ油圧制御装置
２０ ＥＣＵ
２１ アクセルポジションセンサ
２７ スロットル開度センサ
２８ エンジン回転数センサ
２９ 車速センサ
３０ シフトポジションセンサ
３１ 加速度センサ
３２ ブレーキ操作量センサ
３３ ステアリング舵角センサ
３４ 方向指示器スイッチ
３５ 運転モード設定スイッチ
３６ 車輪速度センサ
５０ ナビゲーション装置
５４ 位置検出部
５５ 地図データベース
５６ 運転履歴記録部
６０ ＥＣＵ
６１ ＣＰＵ
６２ ＲＯＭ
６３ ＲＡＭ
７１ カメラ
７２ 道路状況検出部

Claims (4)

1. 運転者による減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力に基づいて道路勾配を推定する道路勾配推定装置であって、
   減速操作とブレーキ制動力の関係を学習補正する学習補正手段を備え、
   前記運転者による減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力は、前記学習補正手段により学習補正された減速操作とブレーキ制動力の関係に基づいて求められる
   ことを特徴とする道路勾配推定装置。
2. 車両の駆動力と、前記車両の運転者による減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力とに基づいて基準加速度を求める基準加速度検出手段と、
   前記車両の実加速度を求める実加速度検出手段と、
   前記基準加速度と前記実加速度に基づいて道路勾配を推定する道路勾配推定手段と、
   減速操作とブレーキ制動力の関係を学習補正する学習補正手段とを備え、
   前記運転者による減速操作に基づいて推定されたブレーキ制動力は、前記学習補正手段により学習補正された減速操作とブレーキ制動力の関係に基づいて求められる
   ことを特徴とする道路勾配推定装置。
3. 請求項１または２に記載の道路勾配推定装置において、
   前記学習補正手段は、道路勾配が既知である場所を前記車両が走行しているときの減速操作時の減速操作量とブレーキ制動力の関係に基づいて、学習補正する
   ことを特徴とする道路勾配推定装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の道路勾配推定装置において、
   更に、
   路面摩擦係数を求める手段を備え、
   前記路面摩擦係数と、前記運転者による減速操作とに基づいて、前記ブレーキ制動力が推定される
   ことを特徴とする道路勾配推定装置。

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