JP2010095153A - Steering angle ratio variable control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステアリングホイールの操舵角と操舵車輪の転舵角との比を車速に応じて可変制御する舵角比可変制御装置に係り、詳しくは、車両の加減速時におけるプッシュアンダー/タックインを抑制して旋回挙動の安定性を高める技術に関する。 The present invention relates to a steering angle ratio variable control device that variably controls a ratio between a steering angle of a steering wheel and a steering angle of a steering wheel in accordance with a vehicle speed, and more specifically, push under / tuck-in at the time of acceleration / deceleration of a vehicle. The present invention relates to a technology that suppresses and improves the stability of turning behavior.
近年、ステアリングホイールの操舵角と操舵車輪の転舵角との比を変化させることのできる舵角比可変装置(例えば、特許文献1参照)や、ステアリング系と操舵車輪とを機械的に分離させ、ステアリングホイールの操舵角に応じてアクチュエータ等で前輪を転舵する、いわゆるステアバイワイヤ装置(例えば、特許文献2参照)が種々開発されており、これらを搭載された車両も市販されるに至っている。 In recent years, a steering angle ratio variable device that can change the ratio of the steering angle of the steering wheel and the steering angle of the steering wheel (see, for example, Patent Document 1), or mechanically separating the steering system and the steering wheel. A variety of so-called steer-by-wire devices (see, for example, Patent Document 2) that steer front wheels with an actuator or the like according to the steering angle of the steering wheel have been developed, and vehicles equipped with these have been put on the market. .
このようなステアリングホイールの操舵角と操舵車輪の転舵角との比を可変制御する舵角比可変制御装置では、一般に、車速に応じてその比が設定され、例えば、高速走行時にはステアリングホイールの操舵角に対して操舵車輪の転舵角が比較的小さく設定されることにより、安定した旋回挙動が確保され、低速走行時にはステアリングホイールの操舵角に対して操舵車輪の転舵角が比較的大きく設定されることにより、俊敏な旋回挙動が確保されるようになっている。 In such a steering angle ratio variable control device that variably controls the ratio between the steering angle of the steering wheel and the steering angle of the steering wheel, the ratio is generally set according to the vehicle speed. The turning angle of the steering wheel is set to be relatively small with respect to the steering angle, so that stable turning behavior is ensured, and the steering wheel turning angle is relatively large with respect to the steering angle of the steering wheel during low-speed driving. By setting, agile turning behavior is ensured.
一方、ステアリングホイールの操舵角に対する操舵車輪の転舵角を車両のヨーレイトゲイン(ヨーレイト/操舵角)がほぼ一定となるように可変制御するとともに、操舵車輪の転舵により車体の横加速度が限界を超えるときに、ステアリングホイールの操舵反力を増加させる車両用操舵制御装置なども提案されている(特許文献3参照)。
ところで、旋回走行時に運転者がアクセル操作やブレーキ操作を行うと、前輪と後輪との荷重変化に伴ってタイヤのコーナリングフォースが変化することに起因して、例えステアリングホイールを一定の操舵角に保持していたとしても、加速時には車両軌跡が旋回外側に膨らむ現象(プッシュアンダー/パワーアンダー)が生じ、減速時には車両軌跡が旋回内側に巻き込む現象(タックイン)が生じることが知られている。これらの現象はFF車に特に顕著である。 By the way, when the driver performs an accelerator operation or a brake operation during turning, the cornering force of the tire changes with the load change between the front wheels and the rear wheels. Even if it is held, it is known that a phenomenon that the vehicle trajectory swells outside the turn (push under / power under) occurs during acceleration, and a phenomenon that the vehicle trajectory wraps inside the turn (tuck-in) occurs during deceleration. These phenomena are particularly prominent in FF vehicles.
しかしながら、従来の舵角比可変制御装置は、このような現象の発生を防止することができず、旋回走行中にアクセル操作やブレーキ操作を行うと、運転者は所望の走行軌跡(例えば、定速旋回中の旋回半径)を維持するためにステアリング操舵の微調整を行わなければならず、運転者にかかる操舵負担が大きかった。 However, the conventional variable steering angle ratio control device cannot prevent the occurrence of such a phenomenon, and if the accelerator operation or the brake operation is performed during turning, the driver can perform a desired travel locus (for example, a constant travel path). In order to maintain the turning radius during a fast turn, the steering steering must be finely adjusted, and the steering burden on the driver is heavy.
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、旋回走行中にアクセル操作やブレーキ操作を行っても運転者に過大な操舵負担のかからない舵角可変制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a variable steering angle control device that does not place an excessive steering burden on a driver even if an accelerator operation or a brake operation is performed during turning. .
上記課題を解決するために本発明は、ステアリングホイールの操舵角と操舵車輪の転舵角との比を車速に応じて可変制御する舵角比可変制御装置において、車両の前後加速度に応じて補正値を設定し、当該補正値を用いて前記比を補正するように構成する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a steering angle ratio variable control device that variably controls the ratio of the steering angle of the steering wheel and the steering angle of the steering wheel according to the vehicle speed, and corrects it according to the longitudinal acceleration of the vehicle. A value is set, and the ratio is corrected using the correction value.
上記構成の舵角比可変制御装置においては、前記操舵角の変化速度が第1の所定値より小さい場合、前記前後加速度の変化によるヨーレイト変化が生じないように第1の補正値を設定し、当該第1の補正値を用いて前記比を補正する構成とするとよい。 In the steering angle ratio variable control device having the above configuration, when the change speed of the steering angle is smaller than a first predetermined value, the first correction value is set so that the yaw rate change due to the change in the longitudinal acceleration does not occur, The ratio may be corrected using the first correction value.
また、上記構成の舵角比可変制御装置においては、前記操舵角の変化速度が第2の所定値より大きい場合、前記前後加速度の変化によるヨーレイト変化が生じないように第2の補正値を設定し、当該第2の補正値を用いて前記比を補正する構成とするとよい。 In the steering angle ratio variable control device having the above-described configuration, when the change speed of the steering angle is larger than a second predetermined value, the second correction value is set so that the yaw rate change due to the change in the longitudinal acceleration does not occur. In addition, the ratio may be corrected using the second correction value.
さらに、上記構成の舵角比可変制御装置においては、前記操舵角の変化速度が第1の所定値より小さい場合、前記前後加速度の変化によるヨーレイト変化が生じないように第1の補正値を設定し、前記操舵角の変化速度が第2の所定値より大きい場合、前記前後加速度の変化によるヨーレイト変化が生じないように第2の補正値を設定し、前記操舵角の変化速度が前記第1の所定値と前記第2の所定値との間にある場合、前記第1の補正値と前記第2の補正値とに対し、当該操舵角の変化速度に基づいて重みづけを行って求めた補正値を用いて前記比を補正する構成とするとよい。 Furthermore, in the steering angle ratio variable control device having the above configuration, when the change speed of the steering angle is smaller than a first predetermined value, the first correction value is set so that the yaw rate change due to the change in the longitudinal acceleration does not occur. When the change speed of the steering angle is larger than a second predetermined value, a second correction value is set so that the yaw rate change due to the change of the longitudinal acceleration does not occur, and the change speed of the steering angle is the first change speed. When the value is between the predetermined value and the second predetermined value, the first correction value and the second correction value are weighted based on the change speed of the steering angle. The ratio may be corrected using a correction value.
本発明によれば、車両の前後加速度に応じて操舵角と転舵角との比が補正されることにより、旋回走行中にアクセル操作やブレーキ操作を行っても運転者にかかる操舵負担を軽減することができる。 According to the present invention, the ratio of the steering angle to the turning angle is corrected according to the longitudinal acceleration of the vehicle, so that the steering burden on the driver can be reduced even if the accelerator operation or the brake operation is performed during turning. can do.
また、操舵角の変化速度が第1の所定値よりも小さい場合、すなわち、ステアリングホイールが殆ど操舵されない場合などに、前後加速度の変化によるヨーレイト変化が生じないように操舵角と転舵角との比が補正されることにより、旋回走行中にアクセル操作やブレーキ操作を行ってもプッシュアンダーやタックインなどが抑制され、運転者にかかる操舵負担を効果的に軽減することができる。 Further, when the change speed of the steering angle is smaller than the first predetermined value, that is, when the steering wheel is hardly steered, the steering angle and the turning angle are set so that the yaw rate change due to the change in the longitudinal acceleration does not occur. By correcting the ratio, even if an accelerator operation or a brake operation is performed during turning, push-under or tack-in is suppressed, and the steering burden on the driver can be effectively reduced.
また、操舵角の変化速度が第2の所定値よりも大きい場合、すなわち、ステアリングホイールが素早く操舵された場合などに、ステアリング操舵に起因する以外に、前後加速度の変化によるヨーレイト変化が生じないように操舵角と転舵角との比が補正されることにより、上記同様にプッシュアンダーやタックインなどが抑制され、運転者にかかる操舵負担を効果的に軽減することができる。 In addition, when the change speed of the steering angle is larger than the second predetermined value, that is, when the steering wheel is steered quickly, the yaw rate change due to the change in the longitudinal acceleration is not caused except for the steering operation. Further, by correcting the ratio between the steering angle and the turning angle, push-under and tuck-in are suppressed as described above, and the steering burden on the driver can be effectively reduced.
さらに、操舵角の変化速度が第1の所定値と第2の所定値との間にある場合、第1の補正値と第2の補正値とに対し、操舵角の変化速度に基づいて重みづけを行って求めた補正値を用いて比を補正することにより、操舵角の変化速度に拘わらず、旋回走行中におけるプッシュアンダーやタックインなどが更に効果的に抑制され、運転者にかかる操舵負担をより一層軽減することができる。 Further, when the change speed of the steering angle is between the first predetermined value and the second predetermined value, the first correction value and the second correction value are weighted based on the change speed of the steering angle. By correcting the ratio using the correction value obtained by performing the adjustment, push-under and tuck-in during turning are suppressed more effectively regardless of the change speed of the steering angle, and the steering burden on the driver is reduced. Can be further reduced.
≪第1実施形態≫
以下、図面を参照して、本発明に係る可変ギヤレシオステアリング(以下、VGS(Variable Gear ratio Steering)と記す)のギヤレシオを可変制御するVGS制御装置10(舵角比可変制御装置)の第1実施形態について詳細に説明する。図1は第1実施形態に係るVGS制御装置10の概略構成を示すブロック図である。なお、実施形態に係るVGSは、FF方式の4輪自動車に搭載され、ステアリングシャフトに設置された舵角比可変手段をモータ駆動することにより、ステアリングホイールに連結される入力軸と前輪(操舵車輪)を転舵するピニオンを備えた出力軸との間の舵角比を可変制御する装置である。なお、舵角比可変手段は周知技術であるので、ここではその機械系の構成についての説明は割愛する。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of a VGS control device 10 (variable steering angle ratio control device) that variably controls a gear ratio of a variable gear ratio steering (hereinafter referred to as VGS (Variable Gear ratio Steering)) according to the present invention will be described with reference to the drawings. A form is demonstrated in detail. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a
VGS制御装置10は、車速Vに応じたVGSレシオn(V)(ステアリングホイールの操舵角θsと目標ピニオン角(操舵車輪の転舵角)θpとの比θs/θp)を設定するVGSレシオ設定部11と、車速Vおよび車体に作用する前後加速度Gに応じてVGSレシオn(V)に対する補正係数k1を設定する補正係数設定部12と、VGSレシオn(V)に補正係数k1を乗算して前後加速度Gに応じたVGSレシオn’(V)を算出するVGSレシオ補正部13と、前後加速度Gに応じたVGSレシオn’(V)に対して操舵角θsを除算して目標ピニオン角θpを算出する目標ピニオン角算出部14とを備えている。
The
VGSレシオ設定部11は、車速Vをアドレスとする最適なギヤレシオが予め設定された図2に示すマップを参照することにより、車速Vに応じたVGSレシオn(V)を設定する。VGSレシオn(V)は、低車速域において1以下の値となるクイックレシオ、すなわち、操舵角θsに対してピニオン角θpが大きくなる比に設定され、高車速域において1以上の値となるスローレシオ、すなわち、操舵角θsに対してピニオン角θpが小さくなる比に設定されている。
The VGS
図3は補正係数設定部12の概略構成を示すブロック図である。補正係数設定部12は、予め計測あるいは計算されたデータに基づく所定のマップを参照することにより、車速Vに応じた前輪タイヤコーナリングパワーKfおよび後輪タイヤコーナリングパワーKrを設定するコーナリングパワーK設定部21と、前輪タイヤコーナリングパワーKfおよび後輪タイヤコーナリングパワーKrに基づいて、車速Vに応じたスタビリティファクタAを算出するスタビリティファクタA算出部22と、予め計測あるいは計算されたデータに基づく所定のマップを参照することにより、車速Vおよび前後加速度Gに応じた前輪タイヤコーナリングパワーK’fおよび後輪タイヤコーナリングパワーK’rを設定するコーナリングパワーK’設定部23と、前輪タイヤコーナリングパワーK’fおよび後輪タイヤコーナリングパワーK’rに基づいて、前後加速度Gに応じたスタビリティファクタA’を算出するスタビリティファクタA’算出部24と、車速Vおよび、スタビリティファクタA,A’に基づいて補正係数k1を算出する補正係数算出部25とから構成されている。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the correction
車速Vに応じたスタビリティファクタAは下式に基づいて算出される。
また、前後加速度Gに応じたスタビリティファクタA’は、上式(1)において、車速Vに応じた前輪タイヤコーナリングパワーKfおよび後輪タイヤコーナリングパワーKrの代わりに、これらKf,Krの値に対して前後加速度Gに応じた調整係数をそれぞれに乗じて求めた前輪タイヤコーナリングパワーK’fおよび後輪タイヤコーナリングパワーK’rを用いて算出される。 Further, the stability factor A ′ according to the longitudinal acceleration G is the value of Kf and Kr in the above equation (1), instead of the front tire cornering power Kf and the rear tire cornering power Kr according to the vehicle speed V. On the other hand, it is calculated by using the front wheel tire cornering power K′f and the rear wheel tire cornering power K′r obtained by multiplying each by an adjustment coefficient corresponding to the longitudinal acceleration G.
また、補正係数k1は下式に基づいて算出される。
ここで、上式(2)の算出根拠について説明する。定常円旋回時、すなわち、半径が一定の円周上を一定車速で旋回した時の車体ヨーレイトと前輪舵角との関係は下式で与えられる。
但し、γ(s):車体ヨーレイト、δ(s):前輪舵角、ζ:減衰比、ωn:固有振動数、n(V):VGSレシオ、I:車体ヨー慣性モーメント、np:前輪舵角δとピニオン角θpとの比、である。
Here, the calculation basis of the above equation (2) will be described. The relationship between the vehicle body yaw rate and the front wheel rudder angle during steady circle turning, that is, when turning at a constant vehicle speed on a circumference with a constant radius is given by the following equation.
Where γ (s): vehicle body yaw rate, δ (s): front wheel steering angle, ζ: damping ratio, ω n : natural frequency, n (V): VGS ratio, I: vehicle body yaw moment of inertia, n p : front wheel steering angle δ and the ratio between the pinion angle theta p, a.
ここで、旋回走行中にステアリングホイールを一定角度に保舵する場合(操舵角速度が第1所定値(例えば、2deg/sec)以下の場合など)のVGSレシオの補正原理について検討すると、定常円旋回時のヨーレイト−前輪舵角伝達関数は、上式(3)で与えられる。一方、前後加速度G発生時の過渡的なヨーレイト−前輪舵角伝達関数は、下式で与えられる。なお、式中の「’」は前後加速度G発生時の値を示すものである。
<変形実施形態1>
次に、第1実施形態における変形実施形態1について説明する。図4は変形実施形態1に係る補正係数設定部12の概略構成を示すブロック図である。なお、第1実施形態と同一の処理を行う要素については同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。図4に示すように、補正係数設定部12は、図3のコーナリングパワーK’設定部23の代わりに、調整係数設定部31と、コーナリングパワーK’設定部32とを備えている。
<
Next, a modified
調整係数設定部31は、車速Vおよび前後加速度Gに基づいて、前後加速度Gに応じた前輪タイヤコーナリングパワーK’fおよび後輪タイヤコーナリングパワーK’r用の調整係数を設定する。前後加速度Gに応じた調整係数は、事前に計測データあるいは計算によって求めたマップ化されたデータを参照することにより求められる。コーナリングパワーK’設定部32は、コーナリングパワーK設定部21によって設定された前輪タイヤコーナリングパワーKfおよび後輪タイヤコーナリングパワーKrに対し、調整係数をそれぞれ乗算することにより、前後加速度Gに応じた前輪タイヤコーナリングパワーK’fおよび後輪タイヤコーナリングパワーK’rを設定する。なお、スタビリティファクタA算出部22、スタビリティファクタA’算出部24および、補正係数算出部25は、上記第1実施形態と同様の処理を行う。
The adjustment
<変形実施形態2>
次に、第1実施形態における変形実施形態2について説明する。図5は変形実施形態2に係る補正係数設定部12の概略構成を示すブロック図である。補正係数設定部12はマップ補正係数設定部33からなる。マップ補正係数設定部33は、車速Vおよび前後加速度Gに基づいて、図6に示すマップを参照することにより補正係数k1を直接的に設定する。図6のマップは、実車テストによって実際の車両挙動を確認しながら車速Vおよび前後加速度Gに基づく補正係数マップとして設定される。
<Modified Embodiment 2>
Next, a modified embodiment 2 of the first embodiment will be described. FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the correction
≪第2実施形態≫
次に、上記した旋回走行中にステアリングホイールを一定角度に保舵する場合のVGSレシオの補正に加え、旋回走行中にステアリングホイールを過渡的に操舵する場合(操舵角速度が第2の所定値(例えば、90deg/sec)以上の場合など)のVGSレシオの補正を行う第2実施形態について説明する。なお、図1と処理内容の異なる補正係数設定部15以外の要素には同じ符号を用い、これらによる処理や、旋回走行中にステアリングホイールを一定角度に保舵する場合のVGSレシオの補正については説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
Next, in addition to the correction of the VGS ratio in the case where the steering wheel is steered at a certain angle during the turning, the steering wheel is transiently steered during the turning (the steering angular velocity is a second predetermined value ( For example, a second embodiment for correcting the VGS ratio in the case of 90 deg / sec or higher will be described. The same reference numerals are used for elements other than the correction
図7は第2実施形態に係るVGS制御装置10の概略構成を示すブロック図である。VGS制御装置10は、図1の補正係数設定部12の代わりに、操舵角速度、前後加速度Gおよび、車速Vに基づいてVGSレシオに対する補正係数kを設定する補正係数設定部15を備えている。
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of the
図8は補正係数設定部15の概略構成を示すブロック図である。補正係数設定部15は、車速Vおよび前後加速度Gに基づいて、定常操舵用の補正係数k1を算出する定常操舵用の補正係数設定部12(図3に示す補正係数設定部12と同一)と、同じく車速Vおよび前後加速度Gに基づいて、過渡操舵用の補正係数k2を算出する過渡操舵用の補正係数算出部16と、定常操舵用の補正係数k1、過渡操舵用の補正係数k2および、操舵角速度(操舵角の変化速度)に基づいて、補正係数kを算出する補正係数調整部17とから構成されている。補正係数k2は下式に基づいて算出される。
ここで、上式(15)の算出根拠について説明する。旋回走行中にステアリングホイールを過渡的に操舵する場合のVGSレシオの補正原理にも、上式(3),(10)から求めた上式(11)を用いることができる。そして、コーナー旋回中にステアリング操舵を積極的に行う場合、s=jωの値が大きくなる為、式(11)は下式のように整理される。
補正係数調整部17は、操舵角速度に基づいて、定常操舵用の補正係数k1、過渡操舵用の補正係数k2に重みづけを行った下式により補正係数kを算出する。
k=(1−w)×k1+w×k2 ・・・(18)
但し、w:重み係数、である。
Based on the steering angular velocity, the correction
k = (1-w) × k 1 + w × k 2 (18)
Where w is a weighting factor.
重み係数wは、補正係数調整部17に予め格納された図9に示すマップを参照することにより求められる。このマップでは、予め行った実車テストにおける車両挙動に基づいて操舵角速度の絶対値をアドレスとして重み係数wが設定されている。重み係数wは、操舵角速度が小さいときに小さな値となり、操舵角速度が大きいときに大きな値となるように設定される。これにより、補正係数kは、操舵角の変化速度が小さいときには定常操舵用の補正係数k1の重みが大きくなるように、一方、操舵角の変化速度が大きいときには過渡操舵用の補正係数k2の重みが大きくなるように設定され、操舵角の変化速度に拘わらず、旋回走行中におけるプッシュアンダーやタックインなどが効果的に抑制される。
The weighting coefficient w is obtained by referring to the map shown in FIG. 9 stored in advance in the correction
このように、旋回走行中にステアリングホイールを一定角度に保舵する場合および、旋回走行中にステアリングホイールを過渡的に操舵する場合に、前後加速度Gの変化によって車両のヨーレイトが変化しないようにVGSレシオを過渡的に調整することにより、旋回走行中にアクセル操作やブレーキ操作を行っても、運転者は所望の走行軌跡を維持するために操舵角の微調整を行う必要がなく、運転者にかかる操舵負担が軽減される。 Thus, when the steering wheel is steered at a constant angle during turning, and when the steering wheel is transiently steered during turning, the vehicle yaw rate is not changed by the change in the longitudinal acceleration G. By adjusting the ratio transiently, the driver does not need to make fine adjustments to the steering angle in order to maintain the desired travel trajectory even when the accelerator or brake is operated during turning. Such a steering burden is reduced.
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、舵角比可変制御装置として、VGSのギヤレシオを可変制御するVGS制御装置10を採用しているが、ステアバイワイヤ装置のギヤレシオを可変制御する形態とすることも当然に可能である。また、上記実施形態では、VGS制御装置10はFF方式の自動車に適用されているが、FR方式の自動車にも適用してもよい。さらに、VGSレシオの具体的補正手法や装置の具体的構成など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
Although the description of the specific embodiment is finished as above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, in the above embodiment, the
10 VGS制御装置
11 VGSレシオ設定部
12、15 補正係数設定部(定常操舵用)
13 VGSレシオ補正部
14 目標ピニオン角算出部
17 補正係数調整部
26 補正係数算出部(過渡操舵用)
21 コーナリングパワーK設定部
22 スタビリティファクタA算出部
23、32 コーナリングパワーK’設定部
31 調整係数設定部
33 補正係数設定部
10
13 VGS
21 Cornering power
Claims (4)
車両の前後加速度に応じて補正値を設定し、当該補正値を用いて前記比を補正することを特徴とする舵角比可変制御装置。 A steering angle ratio variable control device that variably controls the ratio of the steering angle of the steering wheel and the steering angle of the steering wheel according to the vehicle speed,
A steering angle ratio variable control device, wherein a correction value is set according to a longitudinal acceleration of a vehicle, and the ratio is corrected using the correction value.
前記操舵角の変化速度が第2の所定値より大きい場合、前記前後加速度の変化によるヨーレイト変化が生じないように第2の補正値を設定し、
前記操舵角の変化速度が前記第1の所定値と前記第2の所定値との間にある場合、前記第1の補正値と前記第2の補正値とに対し、当該操舵角の変化速度に基づいて重みづけを行って求めた補正値を用いて前記比を補正することを特徴とする、請求項1に記載の舵角比可変制御装置。 When the change speed of the steering angle is smaller than a first predetermined value, a first correction value is set so that a yaw rate change due to a change in the longitudinal acceleration does not occur,
When the change speed of the steering angle is greater than a second predetermined value, a second correction value is set so that a yaw rate change due to a change in the longitudinal acceleration does not occur,
When the change speed of the steering angle is between the first predetermined value and the second predetermined value, the change speed of the steering angle with respect to the first correction value and the second correction value. The steering angle ratio variable control device according to claim 1, wherein the ratio is corrected using a correction value obtained by performing weighting based on the control.
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