JP2009192023A - Vibration control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、動力源から出力された動力を入力側の歯車から出力側の歯車に伝達する際に生じる振動を抑制する振動制御装置に関し、センサを用いて振動制御装置の状態を測定して、発生する振動を制御する振動制御装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration control device that suppresses vibration generated when power output from a power source is transmitted from an input gear to an output gear, and measures the state of the vibration control device using a sensor. The present invention relates to a vibration control device that controls generated vibrations.
動力の伝達に関する一般的な装置として、歯車が知られている。歯車による動力伝達は、動力源から出力された動力により入力側の歯車が回転され、この入力側の歯車が出力側の歯車と噛み合うことにより、動力源から出力された動力が出力側の歯車に伝達される。しかしながら、歯車による動力伝達は、歯車の製造誤差、たわみなどによる噛み合い誤差により、駆動ギア回転に対して被駆動ギア回転の進み遅れが発生し、振動や騒音が発生する。 A gear is known as a general device related to power transmission. In the power transmission by the gear, the input side gear is rotated by the power output from the power source, and the input side gear meshes with the output side gear, so that the power output from the power source is transmitted to the output side gear. Communicated. However, in the power transmission by the gear, due to the gear manufacturing error, the meshing error due to the deflection, etc., the driven gear rotation is delayed with respect to the driving gear rotation, and vibration and noise are generated.
歯車の振動を抑制する制御装置において、歯車の振動に同期する振動を歯車に伝達することにより、歯車の振動を抑制する発明が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された装置では、圧電素子片がハウジングの一部であって、この圧電素子片が共振を生じやすい部位に貼り付けられている。そのため、圧電素子片に電流を印加することにより圧電素子が振動されて、この振動が共振を生じやすい部位に伝達される。したがって、共振している部位の振動が抑制される。 Patent Document 1 discloses an invention that suppresses gear vibration by transmitting a vibration synchronized with the gear vibration to the gear in a control device that suppresses the gear vibration. In the apparatus described in Patent Document 1, the piezoelectric element piece is a part of the housing, and the piezoelectric element piece is attached to a site where resonance easily occurs. Therefore, when a current is applied to the piezoelectric element piece, the piezoelectric element is vibrated, and this vibration is transmitted to a site where resonance easily occurs. Therefore, the vibration of the resonating part is suppressed.
また、振動センサ等により抑制すべき振動を検出し、それを電気的に処理して圧電素子片に印加すべき振動電圧を生成して、この電圧を圧電素子片に印加することにより、振動を抑制する防振装置が特許文献2に記載されている。特許文献2に記載された装置では、圧電素子への印加電圧をパラメータとして加振周波数に対する振動レベル特性を予め測定し、その振動レベル特性のデータをマップ化させておき、このデータと検出された振動とを対比することにより圧電素子へ印加する電圧が制御される。 Further, vibration to be suppressed is detected by a vibration sensor or the like, and this is electrically processed to generate a vibration voltage to be applied to the piezoelectric element piece. By applying this voltage to the piezoelectric element piece, vibration is generated. An anti-vibration device for suppression is described in Patent Document 2. In the apparatus described in Patent Document 2, the vibration level characteristic with respect to the excitation frequency is measured in advance using the voltage applied to the piezoelectric element as a parameter, the vibration level characteristic data is mapped, and this data is detected. The voltage applied to the piezoelectric element is controlled by comparing the vibration.
特許文献1に記載された発明は、ハウジングに圧電素子が取り付けられており、検出されたハウジングの振動に基づいて圧電素子に印加すべき電圧が印加される。しかしながら、特許文献1に記載された発明では、ハウジングの振動の抑制について着目した発明であり、歯車の噛み合いにおける振動の発生の抑制について着目した発明ではない。そのため、歯の噛み合いにより生じる騒音やエネルギ損失を充分に抑制することができない。 In the invention described in Patent Document 1, a piezoelectric element is attached to a housing, and a voltage to be applied to the piezoelectric element is applied based on the detected vibration of the housing. However, the invention described in Patent Document 1 is an invention that focuses on suppressing vibrations of the housing, and is not an invention that focuses on suppressing the occurrence of vibrations in the meshing of gears. For this reason, noise and energy loss caused by the meshing of teeth cannot be sufficiently suppressed.
また、特許文献2に記載された発明は、圧電素子に印加される電圧をパラメータとして制振対象物である構造体の加振周波数に対する振動レベル特性を予め測定し、その振動レベル特性のデータをマップ化することにより、最も低い振動レベルが得られる印加電圧を検索して、圧電素子への印加電圧の制御を実行している。しかしながら、特許文献2に記載された発明では、トランスミッションケースに圧電素子が埋め込まれているため、振動源である歯車やプーリの振動を充分に抑制することができない。 In the invention described in Patent Document 2, the vibration level characteristic with respect to the excitation frequency of the structure that is the object to be controlled is measured in advance using the voltage applied to the piezoelectric element as a parameter, and the data of the vibration level characteristic is obtained. By mapping, the applied voltage that provides the lowest vibration level is searched, and the applied voltage to the piezoelectric element is controlled. However, in the invention described in Patent Document 2, since the piezoelectric element is embedded in the transmission case, it is not possible to sufficiently suppress the vibration of the gears and pulleys that are the vibration source.
一方で、噛み合いの誤差による回転角の進みや遅れにより、歯車同士の噛み合いの際に振動が生じる。そのため、回転角の進みや遅れを圧電素子の振動により低減することにより、振動の発生を抑制することが可能となる。 On the other hand, vibration occurs when the gears mesh with each other due to the advance or delay of the rotation angle due to the meshing error. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of vibration by reducing the advance or delay of the rotation angle by the vibration of the piezoelectric element.
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、歯車のかみ合いの誤差による回転角の進みや遅れを圧電素子の振動により低減することにより、騒音を抑制する振動制御装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above technical problem, and provides a vibration control device that suppresses noise by reducing the advance and delay of the rotation angle due to gear meshing errors by the vibration of the piezoelectric element. It is intended to do.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、はす歯歯車からなる駆動歯車と該駆動歯車に噛み合っている従動歯車との間でトルクを伝達することに伴う振動を抑制する振動制御装置において、前記駆動歯車もしくは従動歯車を軸線方向に繰り返し押圧する圧電素子と、前記駆動歯車と従動歯車との間でトルクを伝達することにより生じる振動を検出する振動センサと、前記圧電素子に印加する電流を、前記振動センサにより検出された振動が小さくなるように制御するコントローラとを備えていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is a vibration that suppresses vibrations caused by transmitting torque between a driving gear composed of a helical gear and a driven gear meshing with the driving gear. In the control device, a piezoelectric element that repeatedly presses the driving gear or the driven gear in the axial direction, a vibration sensor that detects vibration generated by transmitting torque between the driving gear and the driven gear, and the piezoelectric element And a controller for controlling the applied current so as to reduce the vibration detected by the vibration sensor.
請求項2の発明は、請求項1の構成に加えて、前記駆動歯車および従動歯車は、車両に搭載された変速機の一部を構成しており、前記コントローラは、前記振動センサで検出された振動が小さくなるように前記電流を制御した際の前記車両の駆動トルクおよび前記各歯車の回転角度ならびに前記車両で設定されているシフトポジションおよび前記変速機のオイル温度とを含む運転状態を記憶し、該記憶した運転状態と同じ運転状態では前記電流を同一に制御するように構成されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect, the drive gear and the driven gear constitute a part of a transmission mounted on a vehicle, and the controller is detected by the vibration sensor. The driving state of the vehicle and the rotation angle of each gear when the current is controlled to reduce vibrations, and the driving state including the shift position set in the vehicle and the oil temperature of the transmission are stored. In the same operation state as the stored operation state, the current is controlled to be the same.
請求項1の発明によれば、駆動歯車と従動歯車との間でトルクを伝達することにより生じる振動を検出することが可能となる。そして、振動の検出と共に圧電素子に印加する電流をコントローラで制御することにより、駆動歯車と従動歯車との間で生じる振動を低減することができる。そのため、歯車のかみ合いによる騒音を減少させることができる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to detect vibration generated by transmitting torque between the drive gear and the driven gear. And the vibration which arises between a drive gear and a driven gear can be reduced by controlling the electric current applied to a piezoelectric element with a detection of a vibration with a controller. Therefore, noise due to gear meshing can be reduced.
また、請求項2の発明によれば、圧電素子に印加される電流を制御する際の駆動トルクと歯車の回転角度とシフトポジションとオイル温度とを含む運転状態を記憶することが可能である。そのため、同一の運転状態の場合には、圧電素子に印加される電流を同一に制御することができ、駆動歯車と従動歯車との間で生じる振動をより効果的に低減することができる。そのため、歯車のかみ合いによる騒音をより効果的に減少させることができる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to store an operation state including a drive torque, a gear rotation angle, a shift position, and an oil temperature when controlling the current applied to the piezoelectric element. Therefore, in the same operating state, the current applied to the piezoelectric element can be controlled to be the same, and the vibration generated between the drive gear and the driven gear can be more effectively reduced. Therefore, noise due to gear meshing can be reduced more effectively.
つぎにこの発明をより具体的に説明する。図2には、動力源から出力された動力を入力側のはす歯歯車から出力側のはす歯歯車に伝達する動力伝達機構の一例として、トランスミッションの概要図が示されている。 Next, the present invention will be described more specifically. FIG. 2 is a schematic diagram of a transmission as an example of a power transmission mechanism that transmits power output from a power source from an input side helical gear to an output side helical gear.
トランスミッション1の外観は、図示せぬ動力源に取り付けられるケース2aと、このケース2aの反エンジン側に取り付けられ、はす歯歯車3a,3bや平歯車4a,4b等を内装するケース2bとから構成される。また、前記ケース2bにおいては、図示しないエンジンのアウトプットシャフト5に対してインプットシャフト6が連結されている。また、前記ケース2b内において、前記インプットシャフト6を中心にはす歯歯車3aが構成されている。
The external appearance of the transmission 1 includes a
インプットシャフト6は、ベアリング8を介してケース2bに対して支持されているため、軸線に沿った回転運動が可能となる。また、前記ケース2b内において、はす歯歯車3aと3bが噛合されている。インプットシャフト6に取り付けられているはす歯歯車3aと噛み合うはす歯歯車3bは、アウトプットシャフト9に取り付けられている。
Since the
インプットシャフト6には、平歯車4aと複数のはす歯歯車3aとが取り付けられている。また、インプットシャフト6に取り付けられているはす歯歯車3aおよび平歯車4aとアウトプットシャフト9に取り付けられているはす歯歯車3bおよび平歯車4bとは、互いに対となるように構成されている。このはす歯歯車3a,3bおよび平歯車4a,4bはいずれか一組の歯車が動力を伝達し、他の歯車は動力を伝達しないような構成か、あるいはいずれの歯車も動力を伝達しないように構成されている。
A
このアウトプットシャフト9には複数の歯車が取り付けられており、そのうちの一の歯車がディファレンシャルケース10(差動歯車装置)のリングギア11と噛合される。また、ディファレンシャルケース10の出力は、左右のドライブシャフト12L・12Rへと出力される。
A plurality of gears are attached to the
次に、はす歯歯車3a,3b同士が噛み合う際の歯車の拡大断面図を図3に示す。このはす歯歯車3a,3b同士が噛み合う際に、インプットシャフト6に取り付けられているはす歯歯車3aは一定の各速度で回転している。一方で、はす歯歯車3a,3b同士の噛み合いの際には、ギアの噛み合い誤差が生じるため、インプットシャフト6に取り付けられているはす歯歯車3aの回転に対してアウトプットシャフト9に取り付けられているはす歯歯車3bの回転が進み、あるいは遅れることがある。この噛み合い誤差は、はす歯歯車3a,3bの製造上の形状誤差・はす歯歯車3a,3bと各シャフト6,9との組み付け誤差・はす歯歯車3a,3b又は各シャフト6,9のたわみ等により発生する。そして、はす歯歯車3bの回転の進みや遅れにより、はす歯歯車3bの角速度が変動する。このはす歯歯車3a,3bに対する角速度の変動を図4に示す。
Next, FIG. 3 shows an enlarged sectional view of the gear when the
このはす歯歯車3a,3bの噛み合い誤差が騒音の原因となるため、噛み合い誤差を減少させるための制御が行われる。具体的には、圧電素子13に電流を印加することにより生じる振動をはす歯歯車3a又は3bに伝達することにより、はす歯歯車3aとはす歯歯車3bの角速度の振幅を少なくする制御が行われる。
Since the meshing error of the
はす歯歯車3a,3bに強制的に振動を加える手段の一つとして、歯車の周囲に取り付けられている部品に圧電素子13を取り付けて、この圧電素子13に電流を印加することにより圧電素子13を振動させて、この振動をはす歯歯車3a,3bに伝達する手段がある。具体的には、インプットシャフト6を軸としたベアリング8の外周部に圧電素子13を取り付けた構造、あるいはアウトプットシャフト9を軸としたベアリング8の外周部に圧電素子13を取り付けた構造が挙げられる。
As one means for forcibly applying vibration to the
以下の説明では、インプットシャフト6を軸としたベアリング8の外周部に圧電素子13を取り付けた構造について図1を用いて説明をする。インプットシャフト6を軸としたベアリング8の外周部に圧電素子13が取り付けられているため、圧電素子13に電流を印加すると圧電素子13が振動して、この振動がインプットシャフト6に伝達される。インプットシャフト6に伝達された振動は、はす歯歯車3aを経由してはす歯歯車3aの歯に振動が伝達される。その際、はす歯歯車3aの歯面はインプットシャフト6の軸線方向に対して斜めであるため、圧電素子13から生じて歯面に伝達された振動は、インプットシャフト6の回転方向の変位にも変換される。
In the following description, a structure in which the
ここで、はす歯歯車3a,3bの角速度の振幅を抑制するための制御を以下に記す。噛み合い誤差により生じるはす歯歯車3bの角速度の位相や振幅は、動力源から生じている駆動トルクや歯車の回転角度を測定することにより推定することができる。この駆動トルクは、インプットシャフト6に伝達されているトルクをトルクセンサ14を用いて測定され、あるいは、はす歯歯車3a,3bのトルクをトルクセンサ14を用いて測定される。
Here, the control for suppressing the amplitude of the angular velocity of the
また、はす歯歯車3a,3bの角速度の位相を知るためのパラメータとして、はす歯歯車3a,3bが回転運動をする際の歯の角度がある。この歯の角度は、ピッチ点と歯車の中心とを結んだ線を基準に測定され、はす歯歯車3a,3bの歯の角度にあたる。そして、はす歯歯車3a,3bの歯の角度は角度センサ15により測定される。この角度センサ15は歯車と接触するセンサまたは接触していないセンサのいずれでもよい。
Further, as a parameter for knowing the phase of the angular velocity of the
さらに、はす歯歯車3a,3bの振動に関する角速度の周波数や振幅を知るためのパラメータの一つとして、インプットシャフト6及びアウトプットシャフト9に取り付けられているはす歯歯車3a,3bの組み合わせによる変速比がある。この変速比は、噛み合うはす歯歯車3a,3bを図示しないシフトレバーにより選択することで定められる。このシフトレバー16は、エンジンやモータなどの動力発生装置から生じた駆動力の伝達を行うことのできる走行ポジションと、前記駆動力の伝達を伝達しない非走行ポジションとを選択することが可能である。そして、この変速比は、シフトレバー16のシフトポジションをシフトポジションセンサ17を用いて測定することにより、知ることができる。また、ケース2a,2bの振動は、振動センサ18により測定され、これによりケース2a,2bの振動状態を知ることができる。
Further, as one of the parameters for knowing the frequency and amplitude of the angular velocity related to the vibrations of the
そして、はす歯歯車3a,3bの角速度の振幅を知るための物理量の一つとして、はす歯歯車3a,3bの摺動面に充填されているオイルの温度があり、このオイル19の温度が温度センサ20により測定される。この温度センサ20には、サーミスタ等の公知のセンサが用いられる。
As one of the physical quantities for knowing the amplitude of the angular velocity of the
前述したトルクセンサ14と角度センサ15とエンジン回転数センサ7とシフトポジションセンサ17と温度センサ20とから、はす歯歯車3a,3bの角速度の周波数や振幅や位相を求めることができる。具体的には、図5に記されるように、各センサ14,15,17,20の測定値が電子制御装置(ECU)21に取り込まれて、はす歯歯車3a,3bの角速度の周波数や位相、振幅が求められる。このECU21がコントローラ21として機能して、各センサ14,15,17,20からの測定値に基づいて圧電素子13に印加される電流を制御する。角速度の周波数(Hz)はエンジン回転数と駆動ギアとから演算される。位相はギアの角度センサから求められる。振動については振動センサ18によって測定されて求められる。そして、求められた振動の角速度と振幅と位相と振動センサ18により測定されたケース2a,2bの振動とから、圧電素子13に印加される電圧がECU21により求められる。そして、圧電素子13により生じた振動がインプットシャフト6を介してはす歯歯車3aに伝達される。
From the
ここで、はす歯歯車3a,3bの歯はインプットシャフト6及びアウトプットシャフト9に対して傾斜している。そのため、歯の噛み合い誤差により生じる振動の位相と、圧電素子13からはす歯歯車3aに伝達され回転方向に変換される振動の位相とを180度ずらすことにより、互いの振動が重なり合い、振動の振幅が減少する。具体的には、圧電素子13により生じた振動がはす歯歯車3aに伝達されることにより、圧電素子13により生じた振動と、歯面の噛み合い誤差により生じた振動とが重なり合い、このために歯面の噛み合い誤差により生じた振動が減少する。そのため、はす歯歯車3a,3bからケース2a,2bに伝達される振動が抑制されて、ケース2a,2bの振動を抑制することができる。
Here, the teeth of the
このとき、圧電素子13に印加された電圧と各センサ14,15,17,18,20により測定された各測定値が、ECU21に記憶される。そして、記憶された測定値と同じ各測定値の場合には、同一の電圧が圧電素子13に印加される。
At this time, the voltage applied to the
次に、第2の具体例として、トルクセンサ14の代わりにトルク推定手段を用いて、はす歯歯車3a,3bの振動を抑制する振動制御装置について説明する。第1の具体例とは、トルクセンサ14以外の点で共通しているため、同じ符号を付して、その説明を省略する。
Next, as a second specific example, a vibration control device that suppresses vibrations of the
前述したように、トルク推定手段と角度センサ15とエンジン回転数センサ7とシフトポジションセンサ17と温度センサ20とから、はす歯歯車3a,3bの角速度の周波数や振幅や位相を求めることができる。具体的には、各センサ15,17,20の測定値とトルク推定手段22により推定されたトルクとがECU21に取り込まれて、はす歯歯車3a,3bの角速度や振幅が推測される。角速度の周波数(Hz)はエンジン回転数と駆動ギアとから演算される。位相はギアの角度センサから求められる。振動については振動センサ18によって測定されて求められる。そして、求められた振動の角速度と振幅と位相と振動センサ18により測定されたケース2a,2bの振動とから、圧電素子13に印加される電圧がECU21により求められる。そして、求められた電圧に基づいて圧電素子13に電圧が印加されて、この印加により生じた振動がインプットシャフト6を介してはす歯歯車3aに伝達される。
As described above, the frequency, amplitude, and phase of the angular speeds of the
このとき、圧電素子13に印加された電圧と各センサ15,17,18,20により測定された各測定値とトルク推定手段22により推定されたトルクとが、ECU21に記憶される。そして、記憶された測定値と同じ各測定値の場合には、同一の電圧が圧電素子13に印加される。
At this time, the voltage applied to the
次に、第3の具体例として、他の例を示す。この概要図を図6に記す。第1の具体例とは、圧電素子13の取付け以外の点で共通しているため、同じ符号を付して、その説明を省略する。
Next, another example is shown as a third specific example. This schematic diagram is shown in FIG. Since it is common to the first specific example except for the attachment of the
図6には、はす歯歯車3aに圧電素子13を取り付けた構造が記載されている。このとき、圧電素子13は、はす歯歯車3aの歯のない面に取り付けられる。その際、圧電素子13の歯車への取り付けは、片面であっても両面であっても良い。はす歯歯車3aに圧電素子13を直接取り付けることにより、歯面に伝達される振動の伝達効率が向上する。また、はす歯歯車3aに圧電素子13を直接取り付けているため、固定されている電源との電気的接続を行うために、スリップリング23が必要となる。このスリップリング23は、圧電素子13との積層になるように取り付けられており、歯車とスリップリング23とで圧電素子13を挟むように取り付けられている。
FIG. 6 shows a structure in which the
なお、第3の具体例では、コントローラの制御に用いられる駆動トルクは、トルクセンサ14により検出された駆動トルクか、あるいはトルク推定手段による駆動トルクの推定値かのいずれを用いたものであっても良い。
In the third specific example, the driving torque used for the control of the controller uses either the driving torque detected by the
第1の具体例から第3の具体例については、圧電素子13に電流を印加することにより生じる振動をインプットシャフト6に取り付けられたはす歯歯車3aに伝達することにより、はす歯歯車3a,3bとケース2a,2bとの振動を抑制することが記載されている。この具体例は、圧電素子13に電流を印加することにより生じる振動をアウトプットシャフト9に取り付けられたはす歯歯車3bに伝達することにより、はす歯歯車3a,3bとケース2a,2bとの振動を抑制する場合でも同様の効果が得られる。
With respect to the first to third examples, the vibration generated by applying a current to the
このときは、圧電素子13により生じた振動がはす歯歯車3bに伝達されるため、圧電素子13により生じた振動と、歯面の噛み合い誤差により生じた振動とが重なり合い、このために歯面の噛み合い誤差により生じた振動が減少する。そのため、はす歯歯車3a,3bからケース2a,2bに伝達される振動が抑制されて、ケース2a,2bの振動を抑制することができる。
At this time, since the vibration generated by the
1…トランスミッション、 2a,2b…ケース、 3a,3b…はす歯歯車、 6…インプットシャフト、 7…エンジン回転数センサ、 8…ベアリング、 9…アウトプットシャフト、 10…ディファレンシャルケース、 13…圧電素子、 14…トルクセンサ、 15…角度センサ、 17…シフトポジションセンサ、 18…振動センサ、 20…温度センサ、 21…電子制御装置(ECU)、 23…スリップリング。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmission, 2a, 2b ... Case, 3a, 3b ... Helical gear, 6 ... Input shaft, 7 ... Engine speed sensor, 8 ... Bearing, 9 ... Output shaft, 10 ... Differential case, 13 ... Piezoelectric element, DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記駆動歯車もしくは従動歯車を軸線方向に繰り返し押圧する圧電素子と、
前記駆動歯車と従動歯車との間でトルクを伝達することにより生じる振動を検出する振動センサと、
前記圧電素子に印加する電流を、前記振動センサにより検出された振動が小さくなるように制御するコントローラと
を備えていることを特徴とする振動制御装置。 In a vibration control device that suppresses vibration associated with transmitting torque between a drive gear formed of a helical gear and a driven gear meshing with the drive gear,
A piezoelectric element that repeatedly presses the drive gear or the driven gear in the axial direction;
A vibration sensor that detects vibration generated by transmitting torque between the drive gear and the driven gear;
A vibration control apparatus comprising: a controller that controls a current applied to the piezoelectric element so that vibration detected by the vibration sensor is reduced.
前記コントローラは、前記振動センサで検出された振動が小さくなるように前記電流を制御した際の前記車両の駆動トルクおよび前記各歯車の回転角度ならびに前記車両で設定されているシフトポジションおよび前記変速機のオイル温度とを含む運転状態を記憶し、該記憶した運転状態と同じ運転状態では前記電流を同一に制御するように構成されていること
を特徴とする請求項1に記載の振動制御装置。 The drive gear and the driven gear constitute a part of the transmission mounted on the vehicle,
The controller includes a driving torque of the vehicle and a rotation angle of each gear when the current is controlled so that vibration detected by the vibration sensor is reduced, a shift position set in the vehicle, and the transmission. The vibration control device according to claim 1, wherein the vibration control device is configured to store an operation state including the oil temperature of the oil and to control the current in the same operation state as the stored operation state.
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