JP2013074771A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＶ走行中の加速要求に十分に応えることができる電動車両を提供する。
【解決手段】モータジェネレータ２０は、蓄電装置１２から電力を受け、要求された走行パワーを発生する。ＥＣＵ２４は、モータジェネレータ２０を制御する。ＥＣＵ２４は、モータジェネレータ２０の最大出力値である最大パワーよりも小さく、かつ、モータジェネレータ２０の定常的な出力上限として、定常パワーを設定する。ここで、ＥＣＵ２４は、走行速度が低いほど定常パワーを小さくする。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動車両に関し、特に、電動機によって走行する電動車両に関する。

近年、環境に配慮した車両として、電気自動車（Electric Vehicle）やハイブリッド車両（Hybrid Vehicle）等、電動機によって走行する電動車両が注目されている。電気自動車は、直流電源と電動機とを走行用の動力源として搭載する。ハイブリッド車両は、従来の内燃機関に加えて走行用の動力源として電動機を搭載した車両や、直流電源に加えて燃料電池をエネルギー源として搭載した車両を含む。

特開２００９−１２５９３号公報（特許文献１）は、電動車両の一種であるハイブリッド車両の走行制御技術を開示する。このハイブリッド車両は、エンジンを停止させて電動機のみで走行するＥＶモードおよびエンジンを作動させて走行するＨＶモードのいずれかの走行モードで走行可能である。そして、燃料残量が予め定められたしきい値まで低下すると、ＥＶモードを優先させるように走行モードの切替が制御される。これにより、エンジンの燃料が完全に零になるのをできる限り抑制することができるとされる（特許文献１参照）。

特開２００９−１２５９３号公報 特開２００８−６８７３９号公報

上記のようなハイブリッド車両では、ＥＶモードで走行（以下「ＥＶ走行」と称する。）中に大きな加速要求があった場合には、一般的に、エンジンを始動してＨＶモードで走行することにより加速要求に応える。しかしながら、エンジンの作動が禁止される領域の走行時などＥＶ走行が要求される場合や、エンジンを搭載しない電気自動車については、ＥＶ走行中の大きな加速要求に十分に応えることができていない。上記の特許文献１では、このような観点での検討はなされていない。

それゆえに、この発明の目的は、ＥＶ走行中の加速要求に十分に応えることができる電動車両を提供することである。

この発明によれば、電動車両は、直流電源と、電動機と、制御装置とを備える。電動機は、直流電源から電力を受け、要求された走行パワーを発生する。制御装置は、電動機を制御する。そして、制御装置は、電動機の最大出力値である第１の値（Ｐｐｅａｋ）よりも小さく、かつ、定常的な電動機の出力上限として設定される第２の値（Ｐｂａｓｅ）を、走行速度が低いほど小さくする。

好ましくは、制御装置は、走行パワーが第２の値を超えると、第１の値と第２の値との差によって定まる最大エネルギー量（Ｅｍａｘ）の範囲内で電動機を制御する。

好ましくは、制御装置は、予め定められた速度よりも走行速度が高いとき、第２の値を所定の最大値（Ｐｂａｓｅ＿ｍａｘ）とする。

さらに好ましくは、電動車両は、電動機を駆動する駆動装置をさらに備える。そして、所定の最大値は、駆動装置および電動機の少なくとも一方の温度に基づいて決定される。

好ましくは、制御装置は、走行速度が高いほど第２の値を大きくする。
好ましくは、制御装置は、走行パワーが第２の値を超えた場合、直流電源から電動機へ供給されるパワーから第２の値の最大値を差引いた値を積算することによって得られるエネルギー量（Ｅ）が最大エネルギー量に達すると、走行パワーを第２の値に制限する。

好ましくは、制御装置は、走行状況を学習し、その学習結果に基づいて第２の値を変更する。

また、好ましくは、電動車両は、走路情報を有するカーナビゲーション装置をさらに備える。そして、制御装置は、カーナビゲーション装置から得られる走路情報に基づいて第２の値を変更する。

この発明においては、電動機の最大出力値である第１の値（Ｐｐｅａｋ）よりも小さく、かつ、定常的な電動機の出力上限として、第２の値（Ｐｂａｓｅ）が設定される。そして、制御装置は、走行速度が低いほど第２の値を小さくするので、加速のニーズが高い低速走行時は、加速要求に備えてパワーユニットの温度を抑えておくことができる。したがって、この発明によれば、ＥＶ走行中の加速要求に十分に応えることが可能である。

この発明の実施の形態１による電動車両の全体構成を示すブロック図である。 図１に示すＥＣＵの構成を機能的に説明する機能ブロック図である。 車両速度と定常パワーとの関係を示した図である。 走行パワーおよび式（２），（３）によって算出されるエネルギー量の時間的変化の一例を示した図である。 定常パワーが大きい場合（高速走行時）と小さい場合（低速走行時）との差異を説明するための図である。 実施の形態２におけるＥＣＵの構成を機能的に示す機能ブロック図である。 実施の形態３におけるＥＣＵの構成を機能的に示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電動車両の全体構成を示すブロック図である。図１を参照して、電動車両１０は、蓄電装置１２と、電流センサ１４と、電圧センサ１６と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と称する。）１８と、モータジェネレータ２０と、駆動輪２２と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）２４とを備える。

蓄電装置１２は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池によって構成される。蓄電装置１２は、ＰＣＵ１８へ電力を供給し、また、車両の制動時等にモータジェネレータ２０によって発電される回生電力を蓄える。なお、蓄電装置１２として大容量のキャパシタも採用可能である。

電流センサ１４は、蓄電装置１２に対して入出力される電流ＩＢを検出し、その検出値をＥＣＵ２４へ出力する。電圧センサ１６は、蓄電装置１２の電圧ＶＢを検出し、その検出値をＥＣＵ２４へ出力する。

ＰＣＵ１８は、蓄電装置１２から電力の供給を受け、ＥＣＵ２４から受ける駆動信号ＤＲＶに基づいてモータジェネレータ２０を駆動する。また、車両の制動時等には、ＰＣＵ１８は、駆動輪２２から運動エネルギーを受けてモータジェネレータ２０により発電される電力を電圧変換して蓄電装置１２へ出力する。ＰＣＵ１８は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含む三相ＰＷＭインバータによって構成される。なお、三相ＰＷＭインバータと蓄電装置１２との間に昇圧コンバータを設けてもよい。

モータジェネレータ２０は、力行動作および回生動作可能な電動発電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動発電機によって構成される。モータジェネレータ２０は、ＰＣＵ１８によって駆動され、要求された走行パワーを発生して駆動輪２２を駆動する。また、電動車両１０の制動時等には、モータジェネレータ２０は、電動車両１０の有する運動エネルギーを駆動輪２２から受けて発電する。

ＥＣＵ２４は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、ＰＣＵ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ２４は、アクセルペダルの踏込量を示すアクセル開度ＡＣＣや電動車両１０の走行速度を示す車両速度ＳＶ等の各種信号に基づいて要求走行パワー（以下、単に「走行パワー」とも称する。）を算出する。そして、ＥＣＵ２４は、算出された走行パワーに基づいてＰＣＵ１８によりモータジェネレータ２０を駆動するための信号（たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号）を生成し、その生成された信号を駆動信号ＤＲＶとしてＰＣＵ１８へ出力する。

図２は、図１に示したＥＣＵ２４の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図２を参照して、ＥＣＵ２４は、要求走行パワー算出部５２と、定常パワー設定部５４と、パワー一時アップ制御部５６と、モータジェネレータ制御部５８とを含む。要求走行パワー算出部５２は、アクセル開度ＡＣＣや車両速度ＳＶ等の各種信号に基づいて要求走行パワーを算出する。

定常パワー設定部５４は、モータジェネレータ２０の最大出力である最大パワーＰｐｅａｋよりも小さな値であって、モータジェネレータ２０の定常的な出力上限（すなわち、走行パワーの定常的な上限）として用いられる定常パワーＰｂａｓｅを設定する。ここで、定常パワー設定部５４は、電動車両１０の走行状況に応じて定常パワーＰｂａｓｅを変更する。具体的には、図３に示されるように、定常パワー設定部５４は、走行速度が低いほど定常パワーＰｂａｓｅを小さくする。なお、車両速度ＳＶがＳＶ０よりも高く高速走行であると判断されるときは、定常パワー設定部５４は、定常パワーＰｂａｓｅを所定の最大値Ｐｂａｓｅ＿ｍａｘとする。この最大値Ｐｂａｓｅ＿ｍａｘは、固定値であり、ＰＣＵ１８やモータジェネレータ２０の温度仕様に基づいて決定される。なお、速度ＳＶ０を特に定めずに、走行速度が高いほど定常パワーを大きくしてもよい。

パワー一時アップ制御部５６は、要求走行パワー算出部５２から走行パワーを受け、定常パワー設定部５４から定常パワーＰｂａｓｅを受ける。また、パワー一時アップ制御部５６は、蓄電装置１２の電流ＩＢおよび電圧ＶＢに基づいて、蓄電装置１２から出力されるパワー（実際の走行パワーあるいはモータジェネレータ２０の出力に相当する。）を算出する。そして、パワー一時アップ制御部５６は、走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅを超えると、所定の許可時間Ｔｔｍｐだけモータジェネレータ２０の出力を最大パワーＰｐｅａｋまで許可する。この許可時間Ｔｔｍｐは、ＰＣＵ１８やモータジェネレータ２０の仕様によって決定される。

走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅを超えてからは、パワー一時アップ制御部５６は、最大パワーＰｐｅａｋと定常パワーＰｂａｓｅとの差および上記許可時間Ｔｔｍｐによって定まる最大エネルギー量Ｅｍａｘの範囲内で走行パワーを管理する。そして、以下に示される演算式によって算出されるエネルギー量Ｅが最大エネルギー量Ｅｍａｘに達すると、パワー一時アップ制御部５６は、走行パワーを定常パワーＰｂａｓｅに制限する。最大エネルギー量Ｅｍａｘおよびエネルギー量Ｅは、次式によって算出される。

Ｅｍａｘ＝（Ｐｐｅａｋ−Ｐｂａｓｅ）×Ｔｔｍｐ …（１）
Ｐｂ＞Ｐｂａｓｅ＿ｍａｘ： Ｅ＝∫（Ｐｂ−Ｐｂａｓｅ＿ｍａｘ）ｄｔ …（２）
Ｐｂ＜Ｐｂａｓｅ ： Ｅ＝∫（Ｐｂ−Ｐｂａｓｅ）ｄｔ …（３）
Ｅ＜Ｅｍａｘ： Ｐｂ＊≦Ｐｐｅａｋ…（４）
Ｅ≧Ｅｍａｘ： Ｐｂ＊≦Ｐｂａｓｅ…（５）
ここで、Ｐｂは、蓄電装置１２から出力されるパワー（すなわち走行パワー）を示し、Ｐｂ＊は、Ｐｂの許容値（蓄電装置１２から出力可能なパワー）を示す。

図４は、走行パワーおよびエネルギー量Ｅが変化する様子の一例を示した図である。図４を参照して、線ｋ１は走行パワー（蓄電装置１２の出力パワーに相当する。）を示し、線ｋ２は、上記の式（２），（３）によって算出されるエネルギー量Ｅを示す。

時刻ｔ１において走行パワーが定常パワーの最大値Ｐｂａｓｅ＿ｍａｘを超えると、式（２）に基づいてエネルギー量Ｅの算出が開始される。時刻ｔ２において走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅを下回ると、式（３）に示されるようにエネルギー量Ｅが減少する。

時刻ｔ３において走行パワーがＰｂａｓｅ＿ｍａｘを再び超えると、式（２）に基づいてエネルギー量Ｅが再び増加する。そして、時刻ｔ４においてエネルギー量Ｅが最大エネルギー量Ｅｍａｘに達すると、式（５）に基づいて蓄電装置１２の出力パワーの許容値が定常パワーＰｂａｓｅ以下に制限される。なお、この図４では、蓄電装置１２の出力パワーの許容値が定常パワーＰｂａｓｅに制限されることにより、走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅに制限されている。その後、時刻ｔ５において走行パワーが低下し始めると、式（３）に基づいてエネルギー量Ｅも減少する。

この実施の形態１では、図３に示したように、低速走行時は、高速走行時に比べて定常パワーＰｂａｓｅを下げ、高速走行時は、定常パワーＰｂａｓｅは最大値Ｐｂａｓｅ＿ｍａｘに設定される。

図５は、定常パワーＰｂａｓｅが大きい場合（高速走行時）と小さい場合（低速走行時）との差異を説明するための図である。図５を参照して、実線ｋ３は、定常パワーＰｂａｓｅが大きい場合（Ｐｂａｓｅ１）の走行パワー（蓄電装置１２の出力パワー）の変化を示し、点線ｋ４は、定常パワーＰｂａｓｅが小さい場合（Ｐｂａｓｅ２）の走行パワーの変化を示す。

Ｅｍａｘ１は、定常パワーＰｂａｓｅがＰｂａｓｅ１であるときの最大エネルギー量Ｅｍａｘの値であり、実線ｋ５は、定常パワーＰｂａｓｅがＰｂａｓｅ１であるときのエネルギー量Ｅの変化を示す。また、Ｅｍａｘ２は、定常パワーＰｂａｓｅがＰｂａｓｅ２であるときの最大エネルギー量Ｅｍａｘの値であり、点線ｋ６は、定常パワーＰｂａｓｅがＰｂａｓｅ２であるときのエネルギー量Ｅの変化を示す。

定常パワーＰｂａｓｅを小さくすると（Ｐｂａｓｅ２）、最大エネルギー量Ｅｍａｘは大きくなるので（Ｅｍａｘ２）、最大パワーＰｐｅａｋまで出力可能な時間が長くなる（時刻ｔ１１〜ｔ１３）。したがって、加速のニーズが高い低速走行時は、定常パワーＰｂａｓｅを下げることによって加速要求に十分に応えることが可能となる。

一方、定常パワーＰｂａｓｅを大きくすると（Ｐｂａｓｅ１）、最大パワーＰｐｅａｋまで出力可能な時間は短くなるけれども（時刻ｔ１１〜ｔ１２）、高速走行時は、加速が完了しているので、低速走行時ほど加速のためのパワーは要求されない。高速走行時は、定常パワーＰｂａｓｅを大きくすることによって高速走行を維持することが可能となる。

そこで、この実施の形態１では、低速走行時は、定常パワーＰｂａｓｅを小さくすることによって十分な加速性を実現し、高速走行時は、定常パワーＰｂａｓｅを大きくすることによって十分な高速走行を実現することとしたものである。

再び図２を参照して、モータジェネレータ制御部５８は、パワー一時アップ制御部５６によって上限処理が施された要求走行パワーおよびモータジェネレータ２０の回転数ＭＲＮに基づいて、ＰＣＵ１８によりモータジェネレータ２０を駆動するための駆動信号ＤＲＶを算出する。そして、モータジェネレータ制御部５８は、その算出された駆動信号ＤＲＶをＰＣＵ１８へ出力する。

以上により、この実施の形態１においては、モータジェネレータ２０の最大出力である最大パワーＰｐｅａｋよりも小さく、かつ、モータジェネレータ２０の定常的な出力上限（すなわち、走行パワーの定常的な上限）として、定常パワーＰｂａｓｅが設定される。そして、ＥＣＵ２４は、走行速度が低いほど定常パワーＰｂａｓｅを小さくするので、加速のニーズが高い低速走行時は、加速要求に備えてＰＣＵ１８やモータジェネレータ２０等の温度を抑えておくことができる。したがって、この実施の形態１によれば、ＥＶ走行中の加速要求に十分に応えることが可能である。

また、この実施の形態１によれば、加速が完了している高速走行時は、定常パワーＰｂａｓｅを大きくするので（Ｐｂａｓｅ＿ｍａｘ）、定常的な高速走行を維持することができる。

また、この実施の形態１においては、最大パワーＰｐｅａｋと定常パワーＰｂａｓｅとの差および最大パワーＰｐｅａｋまで出力可能な許可時間Ｔｔｍｐによって定まる最大エネルギー量Ｅｍａｘの範囲内で走行パワーが管理される。そして、式（２）によって算出されるエネルギー量Ｅが最大エネルギー量Ｅｍａｘに達すると、走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅに制限される。したがって、この実施の形態１によれば、ＰＣＵ１８やモータジェネレータ２０等が過熱するのを確実に防止することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、走行速度に基づいて定常パワーＰｂａｓｅを変更するものとしたが、電動車両１０の走行状況を学習し、その学習結果に基づいて定常パワーＰｂａｓｅを変更してもよい。

この実施の形態２による電動車両の全体構成は、図１に示した実施の形態１による電動車両１０と同じである。

図６は、実施の形態２におけるＥＣＵ２４Ａの構成を機能的に示す機能ブロック図である。図６を参照して、ＥＣＵ２４Ａは、図２に示した実施の形態１におけるＥＣＵ２４の構成において、学習部６０をさらに含み、定常パワー設定部５４に代えて定常パワー設定部５４Ａを含む。

学習部６０は、電動車両１０の走行状況を学習し、その学習結果を定常パワー設定部５４Ａへ出力する。一例として、学習部６０は、走行パワーが最大パワーＰｐｅａｋに達する頻度や時間等をユーザーごとに収集してそれらの傾向を学習する。

定常パワー設定部５４Ａは、学習部６０の学習結果に基づいて定常パワーＰｂａｓｅを変更する。一例として、定常パワー設定部５４Ａは、走行パワーが最大パワーＰｐｅａｋに達する頻度や時間等が大きい利用者に対しては、定常パワーＰｂａｓｅを小さくし、高速走行の時間が長い利用者に対しては、定常パワーＰｂａｓｅを大きくする。これにより、利用者の運転傾向に応じた走行性能（加速性重視／高速走行性重視）を実現することが可能となる。

なお、定常パワー設定部５４Ａは、図３に示される定常パワーＰｂａｓｅの設定に対して、学習部６０の学習結果に基づいて定常パワーＰｂａｓｅを変更してもよいし、図３に示される定常パワーＰｂａｓｅの設定とは関係なく、学習部６０の学習結果に基づいて定常パワーＰｂａｓｅを設定してもよい。

以上のように、この実施の形態２においては、電動車両１０の走行状況が学習され、その学習結果に基づいて定常パワーＰｂａｓｅが変更される。したがって、この実施の形態２によれば、利用者の運転傾向に応じた走行性能（加速性重視／高速走行性重視）を実現することが可能となる。

［実施の形態３］
実施の形態３では、カーナビゲーション装置から得られる走路情報に基づいて定常パワーＰｂａｓｅが変更される。

この実施の形態３による電動車両の全体構成は、図１に示した実施の形態１による電動車両１０と同じである。

図７は、実施の形態３におけるＥＣＵ２４Ｂの構成を機能的に示す機能ブロック図である。図７を参照して、ＥＣＵ２４Ｂは、図２に示した実施の形態１におけるＥＣＵ２４の構成において、カーナビゲーション装置６２をさらに含み、定常パワー設定部５４に代えて定常パワー設定部５４Ｂを含む。

カーナビゲーション装置６２は、電動車両１０の現在位置を検出して表示部に表示する。また、カーナビゲーション装置６２は、電動車両１０の走路情報を有する。走路情報は、目的地までの予定走路の勾配情報を含む。そして、カーナビゲーション装置６２は、定常パワー設定部５４Ｂへ走路情報を出力する。

定常パワー設定部５４Ｂは、カーナビゲーション装置６２から受ける走路情報に基づいて定常パワーＰｂａｓｅを変更する。一例として、目的地までの予定走路の勾配情報に基づいて、予定走路に登坂路が含まれると判定されると、定常パワー設定部５４Ｂは、電動車両１０が登坂路に到達する前に定常パワーＰｂａｓｅを下げる。これにより、登坂路において十分な加速性が得られる。

なお、定常パワー設定部５４Ｂは、図３に示される定常パワーＰｂａｓｅの設定に対して、カーナビゲーション装置６２からの走路情報に基づいて定常パワーＰｂａｓｅを変更してもよいし、図３に示される定常パワーＰｂａｓｅの設定とは関係なく、カーナビゲーション装置６２からの走路情報に基づいて定常パワーＰｂａｓｅを設定してもよい。

以上のように、この実施の形態３によれば、カーナビゲーション装置６２から得られる走路情報に基づいて定常パワーＰｂａｓｅを変更するので、登坂路における加速要求に十分に応えることが可能である。

なお、上記の各実施の形態において、電動車両１０は、動力源としてエンジン（図示せず）をさらに搭載したハイブリッド車両であってもよい。但し、この発明は、エンジンを停止して走行するＥＶ走行中の制御に関するものであり、ハイブリッド車両においては、たとえば、エンジンの作動が禁止される領域をＥＶ走行している場合などに適用されるものである。

なお、上記において、蓄電装置１２は、この発明における「直流電源」の一実施例に対応し、モータジェネレータ２０は、この発明における「電動機」の一実施例に対応する。また、ＥＣＵ２４，２４Ａ，２４Ｂは、この発明における「制御装置」の一実施例に対応し、ＰＣＵ１８は、この発明における「駆動装置」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 電動車両、１２ 蓄電装置、１４ 電流センサ、１６ 電圧センサ、１８ ＰＣＵ、２０ モータジェネレータ、２２ 駆動輪、２４，２４Ａ，２４Ｂ ＥＣＵ、５２ 要求走行パワー算出部、５４，５４Ａ，５４Ｂ 定常パワー設定部、５６ パワー一時アップ制御部、５８ モータジェネレータ制御部、６０ 学習部、６２ カーナビゲーション装置。

Claims (8)

1. 直流電源と、
   前記直流電源から電力を受け、要求された走行パワーを発生する電動機と、
   前記電動機を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記電動機の最大出力値である第１の値よりも小さく、かつ、定常的な前記電動機の出力上限として設定される第２の値を、走行速度が低いほど小さくする、電動車両。
2. 前記制御装置は、前記走行パワーが前記第２の値を超えると、前記第１の値と前記第２の値との差によって定まる最大エネルギー量の範囲内で前記電動機を制御する、請求項１に記載の電動車両。
3. 前記制御装置は、予め定められた速度よりも前記走行速度が高いとき、前記第２の値を所定の最大値とする、請求項１または２に記載の電動車両。
4. 前記電動機を駆動する駆動装置をさらに備え、
   前記所定の最大値は、前記駆動装置および前記電動機の少なくとも一方の温度に基づいて決定される、請求項３に記載の電動車両。
5. 前記制御装置は、走行速度が高いほど前記第２の値を大きくする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電動車両。
6. 前記制御装置は、前記走行パワーが前記第２の値を超えた場合、前記直流電源から前記電動機へ供給されるパワーから前記第２の値の最大値を差引いた値を積算することによって得られるエネルギー量が前記最大エネルギー量に達すると、前記走行パワーを前記第２の値に制限する、請求項２に記載の電動車両。
7. 前記制御装置は、走行状況を学習し、その学習結果に基づいて前記第２の値を変更する、請求項１から６のいずれか１項に記載の電動車両。
8. 走路情報を有するカーナビゲーション装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記カーナビゲーション装置から得られる走路情報に基づいて前記第２の値を変更する、請求項１から６のいずれか１項に記載の電動車両。

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