JP2011219005A - ハイブリッド自動車 - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄電装置の温度が上昇しやすい状況下で蓄電装置の劣化を抑制しつつ電動走行の優先的実行を可能にする。
【解決手段】第1EVモードの設定が指示されると共にバッテリ50のバッテリ温度Tbが第1温度T1以下であるときには第1EVモードの設定が許可され、第1EVモードよりもモータ走行を優先的に実行させる第2EVモードの設定が指示されると共にバッテリ50のバッテリ温度Tbが第1温度T1よりも高い第2温度T2以下であるときには第2EVモードの設定が許可される(ステップS110〜180)。そして、第2EVモードの設定が許可されるときには、第1EVモードの設定が許可されるときに比べてバッテリ50からの放熱量が多くなるように冷却装置としての冷却ファン55等が制御される。
【選択図】図2
【解決手段】第1EVモードの設定が指示されると共にバッテリ50のバッテリ温度Tbが第1温度T1以下であるときには第1EVモードの設定が許可され、第1EVモードよりもモータ走行を優先的に実行させる第2EVモードの設定が指示されると共にバッテリ50のバッテリ温度Tbが第1温度T1よりも高い第2温度T2以下であるときには第2EVモードの設定が許可される(ステップS110〜180)。そして、第2EVモードの設定が許可されるときには、第1EVモードの設定が許可されるときに比べてバッテリ50からの放熱量が多くなるように冷却装置としての冷却ファン55等が制御される。
【選択図】図2
Description
本発明は、走行用の動力を出力可能な内燃機関と、走行用の動力を出力可能な電動機と、当該電動機と電力をやり取り可能な蓄電装置とを有するハイブリッド自動車に関する。
従来、この種のハイブリッド自動車としては、車両を走行させる動力源としてのエンジンおよびモータと、当該モータと電力をやり取りする走行用のバッテリとを備え、エンジンおよびモータの両方を動力源として走行するエンジン+モータ走行モードや、モータのみを動力源として走行するモータ走行モード(EVモード)といった複数の運転モードを運転者が選択して走行することで、燃費の向上や排ガス量の低減を図るものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド自動車では、EVモードでの走行中に、モータ走行が可能なパワーとしてのバッテリの出力制限値をEVモード以外のモードが選択されているときよりも大きく設定することにより、モータ走行可能な運転領域を拡大している。
上述のようにEVモードでの走行中にバッテリの出力制限値を拡大してモータ走行可能な運転領域を拡大すると、バッテリ温度が上昇しやすくなることから、バッテリを劣化させてしまうおそれが高まる。このため、バッテリの劣化を抑制するためには、EVモードでの走行中にバッテリの温度が所定温度を超えたときに、EVモードの設定を解除するのが好ましい。しかしながら、このようにバッテリの温度が所定温度を超えたときにEVモードの設定が解除されることにすると、外気温度が比較的高い環境下やバッテリの負荷が高まった直後などのバッテリの温度が上昇しやすい状況下でEVモードの設定を指示したにも拘わらずEVモードでの走行が殆ど行われなくなるおそれもある。
本発明のハイブリッド自動車は、蓄電装置の温度が上昇しやすい状況下で蓄電装置の劣化を抑制しつつ電動走行の優先的実行を可能にすることを主目的とする。
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド自動車は、走行用の動力を出力可能な内燃機関と、走行用の動力を出力可能な電動機と、該電動機と電力をやり取り可能な蓄電装置と、該蓄電装置を冷却する冷却装置と、該冷却装置を制御する冷却制御手段と、前記内燃機関の運転が停止されると共に前記電動機のみから走行用の動力が出力される電動走行を優先的に実行させる電動走行モードの設定を指示するためのモード選択スイッチと、前記電動走行モードが設定されたときに予め定められた電動走行モード用の制御制約を用いて前記内燃機関および前記電動機を制御する制御手段とを備えるハイブリッド自動車において、
前記電動走行モードには、第1電動走行モードと、該第1電動走行モードよりも前記電動走行を優先的に実行させる第2電動走行モードとが含まれると共に、前記モード選択スイッチの操作により前記第1または第2電動走行モードの設定を指示可能であり、
前記制御手段は、前記第1電動走行モードの設定が指示されると共に前記蓄電装置の温度が第1温度以下であるときに前記第1電動走行モードの設定を許可すると共に、前記第2電動走行モードの設定が指示されると共に前記蓄電装置の温度が前記第1温度よりも高い第2温度以下であるときに該第2電動走行モードの設定を許可し、
前記冷却制御手段は、前記第2電動走行モードの設定が許可されるときには、前記第1電動走行モードの設定が許可されるときに比べて前記蓄電装置からの放熱量が多くなるように前記冷却装置を制御することを特徴とする。
前記電動走行モードには、第1電動走行モードと、該第1電動走行モードよりも前記電動走行を優先的に実行させる第2電動走行モードとが含まれると共に、前記モード選択スイッチの操作により前記第1または第2電動走行モードの設定を指示可能であり、
前記制御手段は、前記第1電動走行モードの設定が指示されると共に前記蓄電装置の温度が第1温度以下であるときに前記第1電動走行モードの設定を許可すると共に、前記第2電動走行モードの設定が指示されると共に前記蓄電装置の温度が前記第1温度よりも高い第2温度以下であるときに該第2電動走行モードの設定を許可し、
前記冷却制御手段は、前記第2電動走行モードの設定が許可されるときには、前記第1電動走行モードの設定が許可されるときに比べて前記蓄電装置からの放熱量が多くなるように前記冷却装置を制御することを特徴とする。
本発明のハイブリッド自動車では、モード選択スイッチの操作により第1電動走行モードの設定と当該第1電動走行モードよりも電動走行を優先的に実行させる第2電動走行モードの設定とを選択的に指示可能であり、第1電動走行モードの設定が指示されると共に蓄電装置の温度が第1温度以下であるときに第1電動走行モードの設定が許可され、第2電動走行モードの設定が指示されると共に蓄電装置の温度が第1温度よりも高い第2温度以下であるときに第2電動走行モードの設定が許可される。そして、第2電動走行モードの設定が許可されるときには、第1電動走行モードの設定が許可されるときに比べて蓄電装置からの放熱量が多くなるように冷却装置が制御される。これにより、蓄電装置の温度が第1電動走行モードの設定を許可する第1温度よりも高い第2温度以下であれば、第1電動走行モードよりも電動走行を優先的に実行させる第2電動走行モードの設定が許可されるので、第2電動走行モードの設定を指示することで蓄電装置の温度が上昇しやすい状況下での電動走行の優先的実行が可能となる。また、第2電動走行モードの設定が許可されるときには、第1電動走行モードの設定が許可されるときに比べて蓄電装置からの放熱量が多くなるように冷却装置が制御されるので、第2電動走行モードでの走行中、蓄電装置の温度上昇を良好に抑制して蓄電装置の温度を第2温度以下に保つことで第2電動走行モードでの走行を継続させやすくなる。従って、このハイブリッド自動車では、蓄電装置の温度が上昇しやすい状況下にあっても、蓄電装置の劣化を抑制しつつ電動走行を優先的に実行することが可能となる。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例に係るハイブリッド自動車20の概略構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン22と、エンジン22を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット(以下、「エンジンECU」という)24と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介してキャリア34が接続されたプラネタリギヤ30と、プラネタリギヤ30のサンギヤ31に接続された発電可能なモータMG1と、プラネタリギヤ30のリングギヤ32に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに連結された減速ギヤ35と、この減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに接続されたモータMG2と、リングギヤ軸32aにギヤ機構37およびディファレンシャルギヤ38を介して接続された駆動輪39a,39bと、モータMG1と電力ライン54との間に介設されたインバータ41と、モータMG2と電力ライン54との間に介設されたインバータ42と、インバータ41,42を介してモータMG1およびMG2を駆動制御するモータ用電子制御ユニット(以下、「モータECU」という)40と、電力ライン54に接続された例えばリチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池であるバッテリ50と、バッテリ50を冷却するための冷却ファン55と、バッテリ50を管理するバッテリ用電子制御ユニット(以下、「バッテリECU」という)52と、エンジンECU24やモータECU40、バッテリECU52と通信しながら車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット(以下、「ハイブリッドECU」という)70とを備える。
モータECU40は、モータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号に基づくモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2といったモータMG1,MG2に関するデータを計算する。バッテリECU52は、バッテリ50を管理するために、バッテリ50の残容量SOCを算出したり、残容量SOCと所定の充放電制約とに基づいてバッテリ50の充放電要求パワーを算出したり、バッテリ50の残容量SOCと温度センサ51からのバッテリ温度Tbとに基づいてバッテリ50の充電に許容される電力である許容充電電力としての入力制限とバッテリ50の放電に許容される電力である許容放電電力としての出力制限とを算出したりする。
冷却ファン55は、補機バッテリと接続された例えばDCブラシレスモータであるファンモータおよびファンモータの回転軸に取り付けられたファンブレードにより構成されており(何れも図示せず)、車室内に形成された図示しない空気取入口を介して吸い込んだ空気をファンブレードの回転により送風してバッテリ50を冷却する。冷却ファン55のファンモータは、バッテリ温度Tbの値などに基づいてハイブリッドECU70により制御される。
上述のように構成された実施例のハイブリッド自動車20においてイグニッションスイッチ80がオンされると、ハイブリッドECU70は、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc、車速センサ88からの車速Vに基づいて要求トルクTr*を設定すると共に、設定した要求トルクTr*に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*,目標トルクTe*やモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*といった車両全体を制御するのに必要な指令信号を生成し、生成した各指令信号をエンジンECU24,モータECU40に送信する。そして、エンジンECU24は、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とからなる運転ポイントでエンジン22が運転されるようエンジン22における吸入空気量調節制御や燃料噴射制御、点火制御などの制御を行なう。また、モータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
また、実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22とモータMG2との双方に動力を出力させるハイブリッド走行に加えて、エンジン22の運転を停止すると共にモータMG2のみから要求トルクTr*に見合う動力がリングギヤ軸32aに出力されるようにエンジン22とモータMG1およびモータMG2を運転制御することによりモータ走行を実行可能である。すなわち、実施例のハイブリッド自動車20では、所定のエンジン運転停止許可条件が成立すると、モータ走行の実行が可能となり、エンジン22の運転停止を伴うモータ走行中に所定のエンジン運転停止禁止条件(エンジン始動条件)が成立するとエンジン22が始動される。このようにエンジン22を停止・始動させる間欠運転を適宜実行することにより、ハイブリッド自動車20ではその燃費を向上させることが可能となる。
ここで、実施例のハイブリッド自動車20には、運転者の中にはより一層の燃費向上を望む者も含まれることを踏まえて、モータ走行を優先的に実行させる第1EVモード(第1電動走行モード)および第1EVモードよりもさらにモータ走行を優先的に実行させる第2EVモード(第2電動走行モード)の設定およびその解除を指示するEVスイッチ(モード選択スイッチ)89が備えられている。実施例において、EVスイッチ89は、ハイブリッド自動車20の図示しない車室内のスイッチパネルあるいはステアリングパッド等に配置されている。また、実施例のEVスイッチ89は、当該EVスイッチ89がオフとされているときに運転者により所定時間よりも短い間プッシュされたときに第1EVモードを設定を指示すると共に、運転者によりEVスイッチ89が所定時間より長い間プッシュされたときに第2EVモードを設定を指示するように構成されている。更に、第1または第2EVモードが設定されているときにEVスイッチ89がプッシュされると、第1または第2EVモードの設定が解除される。
EVスイッチ89からのオン/オフ信号は、ハイブリッドECU70に入力され、ハイブリッドECU70は、EVスイッチ89が操作されて、運転者により第1EVモードの設定が指示された際には所定の第1EVモードフラグFev1を値1に設定すると共に、運転者により第2EVモードの設定が指示された際には所定の第2EVモードフラグFev2を値1に設定する。更に、ハイブリッドECU70は、EVモード許可判定処理を実行し、第1または第2EVモードの設定を許可する場合には、第1または第2EVモードフラグFev1またはFev2を値1に維持し、第1または第2EVモードの設定を許可しない場合には、第1または第2EVモードフラグFev1またはFev2を値0に設定する。そして、第1または第2EVモードが許可された場合には、できるだけ長時間にわたりモータ走行が実行されるように第1EVモードおよび第2EVモードごとに予め定められた制御制約を用いてモータMG2等が制御される。また、EVスイッチ89がオフされると、ハイブリッドECU70は、第1EVモードフラグFev1または第2EVモードフラグFev2を値0に設定すると共に、EVスイッチ89のオフ時用すなわち予め定められた通常走行モード用の制御制約を用いてエンジン22やモータMG1およびMG2等を制御する。なお、第1および第2EVモード用の制御制約は、主に、エンジン22の運転が停止されているときに当該エンジン22を始動させるか否かを判定したり、エンジン22が運転されているときに当該エンジン22を停止させるか否かを判定したりするための閾値(バッテリ50の残容量SOCや出力制限Wout、車速V、走行に要求される要求走行パワー等に関する閾値)を通常走行モード用の制御制約(閾値)に比べてモータ走行をより促進させるよう定められたものである。ただし、第1EVモード用の制御制約と第2EVモード用の制御制約は、同一のものであってもよく、一部またはすべてが異なるものであってもよい。
次に、実施例のハイブリッド自動車20において、第1EVモードまたは第2EVモードの設定を許可するか否かを判定する手順について説明する。図2は、ハイブリッド自動車20の走行中にハイブリッドECU70により所定時間毎(例えば、8msec毎)に実行されるEVモード許可判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
EVモード許可判定ルーチンが開始されると、ハイブリッドECU70は、まず、第1EVモードフラグFev1や第2EVモードフラグFev2、バッテリ温度Tbの値といった許可判定に必要なデータを入力する(ステップS100)。ここで、バッテリ温度Tbは、温度センサ51により検出されるものであってバッテリECU52から通信により入力される。続いて、第1EVモードフラグFev1が値0か否かを判定し(ステップS110)、第1EVモードフラグFev1が値1であると判定されたとき、すなわち、運転者により第1EVモードの設定が指示されているときには、EVモード許可温度Trefを第1温度T1(例えば、40℃程度)に設定する(ステップS120)。
一方、ステップS120にて第1EVモードフラグFev1が値0であると判定されたとき、すなわち、運転者により第1EVモードの設定が指示されていないときには、第2EVモードフラグFev2が値1であるか否かを判定し(ステップS130)、第2EVモードフラグFev2が値1であると判定されたとき、すなわち、運転者により第2EVモードの設定が指示されているときには、EVモード許可温度Trefを第2温度T2(例えば、42℃程度)に設定する(ステップS140)。ここで、第1温度T1および第2温度T2は、モータ走行中にバッテリ50の温度が上昇することによりバッテリ50が劣化することを抑制するためのバッテリ温度Tbの上限として実験・解析等により予め定められる温度であり、第2温度T2は、第1温度T1よりも高い温度とされる。また、ステップS110にて第1EVモードフラグFev1が値0であると判定された後に、ステップS130にて第2EVモードフラグFev2が値0であると判定されたときには、第1EVモードおよび第2EVモードの双方の設定が指示されておらず許可判定を実行する必要がないため、本ルーチンを一旦終了する。
EVモード許可温度Trefを設定したならば、バッテリ温度TbがEVモード許可温度Tref以下であるか否かを判定し(ステップS150)、バッテリ温度TbがEVモード許可温度Tref以下であると判定されたときには、その他のEVモード許可条件が成立しているか否かを判定する(ステップS160)。その他のEVモード許可条件としては、車速が所定車速の範囲内(例えば、30〜55km/h)であること、アクセルペダル開度Accが所定値以下であること、バッテリ50の残容量SOCが所定値(例えば、50%)以上であること等が挙げられる。そして、その他のEVモード許可条件が成立していると判定されたときには、第1EVモードの設定が指示されている場合には第1EVモードフラグFev1を値1に維持して第1EVモードの設定を許可すると共に、第2EVモードの設定が指示されている場合には第2EVモードフラグFev2を値1に維持して第2EVモードの設定を許可し(ステップS170)、本ルーチンを一旦終了する。これにより、第1EVモードまたは第2EVモード用の制御制約を用いてエンジン22やモータMG1およびMG2等が制御されることになる。これに対して、ステップS150にてバッテリ温度TbがEVモード許可温度Trefよりも高いと判定されたり、ステップS160にてその他のEVモード許可条件が成立していないと判定されたりしたときには、第1EVモードの設定が指示されている場合には第1EVモードの設定を禁止すべく第1EVモードフラグFev1を値0に設定し、第2EVモードの設定が指示されている場合には第2EVモードの設定を禁止すべく第2EVモードフラグFev2を値0に設定し(ステップS180)、本ルーチンを一旦終了する。これにより、通常走行モード用の制御制約を用いてエンジン22やモータMG1およびMG2等が制御されることになる。
上述のようにして第1EVモードまたは第2EVモードの設定が許可され、第1または第2EVモード用の制御制約を用いてモータMG2等が制御される場合、ハイブリッドECU70は、基本的に、バッテリ温度Tbの上昇が抑制されるように冷却ファン55を作動させる。実施例では、第2EVモードの設定が許可されて当該第2EVモード用の制御制約を用いてモータMG2等が制御されるときには、第1EVモードの設定が許可されて当該第1EVモード用の制御制約を用いてモータMG2等が制御されるときに比べて冷却ファン55のファンモータの回転数が高く(例えば、常用最大回転数に)設定される。これにより、第2EVモードの設定が許可されたときには、第1EVモードの設定が許可されたときに比べて冷却ファン55からバッテリ50への送風量を多くし、バッテリ50からの放熱量をより多くすることができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、EVスイッチ89の操作により第1EVモードの設定と当該第1EVモードよりもモータ走行を優先的に実行させる第2EVモードの設定とを選択的に指示可能であり、第1EVモードの設定が指示されると共にバッテリ50のバッテリ温度Tbが第1温度T1以下であるときには、第1EVモードの設定が許可され、第2EVモードの設定が指示されると共にバッテリ50のバッテリ温度Tbが第1温度T1よりも高い第2温度T2以下であるときには、第2EVモードの設定が許可される(ステップS110〜180)。そして、第2EVモードの設定が許可されるときには、第1EVモードの設定が許可されるときに比べてバッテリ50からの放熱量が多くなるように冷却装置としての冷却ファン55等が制御される。これにより、バッテリ50の温度が第1EVモードの設定を許可する第1温度T1よりも高い第2温度T2以下であれば、第1EVモードよりもモータ走行を優先的に実行させる第2EVモードの設定が許可されるので、第2EVモードの設定を指示することでバッテリ50のバッテリ温度Tbが上昇しやすい状況下でのモータ走行の優先的実行が可能となる。また、第2EVモードの設定が許可されるときには、第1EVモードの設定が許可されるときに比べてバッテリ50の放熱量が多くなるように冷却装置としての冷却ファン55等が制御されるので、第2EVモードでの走行中、バッテリ50の温度上昇を良好に抑制して、バッテリ50の温度を第2温度T2以下に保つことで第2EVモードでの走行を継続させやすくなる。従って、このハイブリッド自動車20では、バッテリ50の温度が上昇しやすい状況下にあっても、バッテリ50の劣化を抑制しつつモータ走行を優先的に実行することが可能となる。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、走行用の動力を出力可能なエンジン22が「内燃機関」に相当し、走行用の動力を出力可能なモータMG2が「電動機」に相当し、モータMG2と電力をやり取り可能なバッテリ50が「蓄電装置」に相当し、バッテリ50を冷却する冷却ファン55が「冷却装置」に相当し、冷却ファン55のファンモータを制御するハイブリッドECU70が「冷却装置制御手段」に相当し、エンジン22の運転が停止されると共にモータMG2のみから走行用の動力が出力されるモータ走行を優先的に実行させるEVモードの設定を指示するためのEVスイッチ89が「モード選択スイッチ」に相当し、EVモード許可判定ルーチンを実行すると共に第1または第2EVモードが設定されたときに予め定められた第1または第2EVモード用の制御制約を用いてエンジン22およびモータMG2を制御するエンジンECU24,モータECU40およびハイブリッドECU70の組み合わせが「制御手段」に相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業等に利用可能である。
20 ハイブリッド自動車、22 エンジン、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 プラネタリギヤ、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、34 キャリア、35 減速ギヤ、37 ギヤ機構、38 ディファレンシャルギヤ、39a 駆動輪、41 インバータ、42 インバータ、43 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51 温度センサ、54 電力ライン、55 冷却ファン、80 イグニッションスイッチ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、88 車速センサ、89 EVスイッチ、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 エアコン用電子制御ユニット(エアコンECU)、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(ハイブリッドECU)、MG1,MG2 モータ。
Claims (1)
- 走行用の動力を出力可能な内燃機関と、走行用の動力を出力可能な電動機と、該電動機と電力をやり取り可能な蓄電装置と、該蓄電装置を冷却する冷却装置と、該冷却装置を制御する冷却制御手段と、前記内燃機関の運転が停止されると共に前記電動機のみから走行用の動力が出力される電動走行を優先的に実行させる電動走行モードの設定を指示するためのモード選択スイッチと、前記電動走行モードが設定されたときに予め定められた電動走行モード用の制御制約を用いて前記内燃機関および前記電動機を制御する制御手段とを備えるハイブリッド自動車において、
前記電動走行モードには、第1電動走行モードと、該第1電動走行モードよりも前記電動走行を優先的に実行させる第2電動走行モードとが含まれると共に、前記モード選択スイッチの操作により前記第1または第2電動走行モードの設定を指示可能であり、
前記制御手段は、前記第1電動走行モードの設定が指示されると共に前記蓄電装置の温度が第1温度以下であるときに前記第1電動走行モードの設定を許可すると共に、前記第2電動走行モードの設定が指示されると共に前記蓄電装置の温度が前記第1温度よりも高い第2温度以下であるときに該第2電動走行モードの設定を許可し、
前記冷却制御手段は、前記第2電動走行モードの設定が許可されるときには、前記第1電動走行モードの設定が許可されるときに比べて前記蓄電装置からの放熱量が多くなるように前記冷却装置を制御することを特徴とするハイブリッド自動車。
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