JP2015000708A - 油圧式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングを操舵した状態時に、内燃機関が停止しても、ステアリングホイールにキックバック現象が発生しないようにすると共に、省燃費効果を十分に得られる油圧式パワーステアリング装置の提供を目的とする。
【解決手段】油圧式Ｐ／Ｓ装置であって、内燃機関１を自動停止及び再始動を制御するＩＳＳ ＥＣＵ２と、Ｐ／Ｓ装置のパワーピストン３２の一面側に形成され、セクタシャフトが配設されたＬ室と、他面側のＲ室と、高圧作動油を供給する油圧ポンプ３７と、高圧作動油をＬ室とＲ室とに振分けるロータリバルブ３４と、Ｌ室とＲ室とをロータリバルブ３４を介して連結する連結油路３１ａと、ロータリバルブ３４とＲ室間に介装した開閉電磁弁５とを備え、ＩＳＳ ＥＣＵ２は内燃機関１の自動停止条件が整ったことを検知すると、開閉電磁弁５で連結油路３１ａを閉塞することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の内燃機関停止時に発生するステアリングのキックバックを防止するパワーステアリング装置に関する。

従来、車両の操舵力のアシスト装置として、パワーステアリング装置が広く採用されている。
特に、車両重量の大きい、トラック及びバス等においては、高出力が期待できる油圧式パワーステアリング装置が採用されている。
ステアリングホイールの先端部に取付けられたパワーステアリング本体の油圧バルブを、ステアリングの回転操作によって作動させ、油圧によりパワーピストンを押圧することにより発生する油圧力で、車輪を操舵するようになっている。

ところが近年、省燃費化、環境意識の向上により、信号、乗客の乗降等により停車して、アイドリング状態になった時に、内燃機関を自動停止させる条件が整った場合に、内燃機関を自動停止させる。
又、内燃機関の自動停止中にトランスミッションの変速段がニュートラルで、クラッチペダルを踏込んだ時に、内燃機関を自動的に再始動させるように構成された内燃機関自動停止・再始動装置が採用されている。
内燃機関自動停止・再始動装置が採用されている車両において、車両が極低速で走行している状態又は停車状態（アイドリング状態）でステアリングホイールを大きく操舵すると、タイヤと路面との転舵抵抗が大きいため、パワーステアリング装置は、大きな油圧アシスト力を発生させる。転舵抵抗に伴うタイヤの変形及びステアリングリンク関係に弾性変位が生じる。
この状態で、内燃機関の自動停止条件が整うと内燃機関は自動停止する。
内燃機関が自動停止するとパワーステアリングの油圧源であり、内燃機関によって駆動されている油圧ポンプが停止し、パワーピストンを押圧していた作動油の圧力は急激に低下する。
そのため、既述の弾性変位のエネルギーは瞬時に開放され、タイヤおよびステアリングリンク関係が急激に戻ることにより、不快なキックバック現象（ステアリングホイールが操舵した方向と反対方向に急激に回動する現象）が生じる。

このような現象を防止するための技術が特許文献１に開示されている。
特許文献１によると、車速を検出する車速センサと、ブレーキペダル又はアクセルペダルが踏込まれているか否かを検出するブレーキセンサ又はアクセルセンサのいずれか一方、又は双方と、内燃機関の回転速度を検出する回転センサと、クラッチペダルが踏込まれているか否かを検出するクラッチセンサと、手動変速機（機械式トランスミッション）の複数の変速段、リバース、及びニュートラル位置へのシフトを検出する変速位置センサと、車速センサとブレーキセンサ又はアクセルペダルいずれか一方又は双方と回転センサとクラッチセンサと変速位置センサとの各検出出力に基づいて内燃機関を停止又は再始動するコントローラとを備えた車両であって、ステアリングホイールの操舵力をアシストするパワーステアリング装置と、該パワーステアリング装置に供給される作動油の圧力を検出する圧力センサとを備え、圧力センサが所定値以上の圧力を検出した時に、各センサの検出に拘わらず、コントローラは内燃機関のアイドリング状態を維持するようにした技術が開示されている。

このようにすることで、ステアリングホイールを大きく操舵した状態で、車両が一時停止すると、パワーステアリング装置には、大きな油圧アシスト力が発生して、タイヤ、サスペンション及びステアリング系に弾性変位が生じる。
コントローラは、所定値以上の大きな油圧アシスト力が発生していることを検知すると、各センサの検出に拘わらず、内燃機関のアイドリング状態を維持するようにしてステアリングホイールへのキックバックを防止している。

特開２０００−１６１１００号公報

ところが、特許文献１においては、ステアリングホイールを操舵して、パワーステアリング装置に作用する油圧が所定値以上の場合には、アイドリングを維持するようになっており、内燃機関自動停止・再始動装置の目的である省燃費化の効果を十分に得ることができない不具合を有している。

そこで、本発明はこのような不具合に鑑み成されたもので、ステアリングを操舵した状態時に、内燃機関が停止しても、ステアリングホイールにキックバック現象が発生しないようにすると共に、省燃費効果を十分に得られる油圧式パワーステアリング装置の提供を目的とする。

発明はかかる目的を達成するもので、内燃機関を自動停止及び再始動する装置を搭載した車両の操舵力をアシストする油圧式パワーステアリング装置であって、
前記内燃機関の自動停止及び再始動を制御する制御装置と、
前記パワーステアリング装置のパワーピストンの軸線方向一面側に形成され、前記パワーピストンに噛合してステアリングリンク機構に出力するセクタシャフトが配設された第1油圧室と、
前記パワーピストンの軸線方向他面側に形成された第２油圧室と、
前記第１油圧室と前記第２油圧室とに高圧作動油を供給する油圧ポンプと、
前記高圧作動油を前記第１油圧室と前記第２油圧室とに振分けるロータリバルブと、
前記第１油圧室と前記第２油圧室とを前記ロータリバルブを介して連結する連結油路と、
前記連結油路の前記ロータリバルブと前記第２油圧室との間に介装され、前記高圧作動油の流通を閉塞可能とする開閉電磁弁と、を備え、
前記開閉電磁弁は、前記内燃機関の自動停止条件が整ったことを検知した時に、前記制御装置によって前記連結油路を閉塞するように制御されることを特徴とする油圧式パワーステアリング装置を提供できる。

かかる発明において、停止条件検知手段が内燃機関の停止条件を検知した時に、連結油路のロータリバルブと第２油圧室との間に介装された開閉弁にて、連結油路を閉塞することにより、第１油圧室と第２油圧室の高圧作動油の移動を停止させて、ステアリングホイールのキックバックを防止する。

本発明によれば、ステアリングを操舵した状態時に、内燃機関が停止しても、ステアリングホイールにキックバック現象が発生しないようにすると共に、内燃機関自動停止及び再始動装置による省燃費効果を十分に得られる油圧式パワーステアリング装置を提供できる。

本発明実施形態の油圧式パワーステアリング装置を搭載した内燃機関自動停止・再始動装置の概略構成図を示す。 本発明のパワーステアリング本体の概略構成図を示す。 図２のＡ−Ａ断面図であり、（Ａ）は車両直進時のロータリバルブの油圧回路、（Ｂ）は車両旋回時の油圧回路の説明図を示す。 本発明の開閉電磁弁の一実施例図を示す。 （Ａ）は本発明の内燃機関の自動停止条件が整った時の開閉電磁弁と内燃機関停止フローチャート図、（Ｂ）は再始動時の開閉電磁弁と内燃機関停止フローチャート図を示す。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
尚、方向性を示す場合は、運転席に着座した状態を基準として、前後左右、上下を記載する。

図１は、油圧式パワーステアリング装置を搭載した内燃機関自動停止及び再始動装置の概略構成図を示す。
１は車両に搭載された内燃機関である。内燃機関１には、該内燃機関１の出力側にクラッチ機構８１を介して機械式トランスミッション（以後、機械式Ｔ／Ｍと略称する）８が装着されている。
機械式Ｔ／Ｍ８は、運転席に設けられたチェンジレバー（図示省略）の操作によって複数の変速段、リバース及びニュートラル位置に切換え可能に構成されている。
複数の変速段、リバース及びニュートラル位置に切換えは、運転席に配設されたチェンジレバーの操作に基づいて、機械式Ｔ／Ｍ８の上部に配設さえた変速ユニット８２によって変速操作される。

内燃機関１の自動停止及び再始動を制御するアイドリングストップ・再始動制御装置２（以後、ＩＳＳ ＥＣＵ２と表示する）には、運転席に配置され、ＩＳＳ ＥＣＵ２を起動させる起動スイッチ６と、内燃機関１の回転数を検知する回転数センサ２１と、機械式Ｔ／Ｍ８に装着され、車両の速度を検知する速度センサ２２と、変速ユニット８２に装着され 機械式Ｔ／Ｍ８の変速段位置を検知する変速段位置センサ２３と、クラッチペダル（図示省略）の操作有無を検知するクラッチセンサ２５と、ブレーキペダル（図示省略）の操作有無を検知するブレーキセンサ２６及び、パーキングブレーキ操作有無を検知するパーキングブレーキセンサ２７と、電源７から電力が入力される。

一方、ＩＳＳ ＥＣＵ２からは、内燃機関１の運転を停止又は再始動させるためエンジン制御装置（以後、Ｅ／ＧＥＣＵと称す）９への停止又は再始動信号と、後述するパワーステアリン本体３（以後、Ｐ／Ｓ本体３と略称する）に装着された開閉電磁弁５を開閉制御する信号とを発信する。

図２に示すように、ステアリングホイール１０の操舵力をアシストするＰ／Ｓ本体３には、内燃機関１によって駆動される油圧ポンプ３７から給油管３７ａを介して、高圧作動油が供給される。
Ｐ／Ｓ本体３から排出された作動油は戻し管３７ｂを介してオイルタンク３８に戻されるように構成されている。

図２に示す、Ｐ／Ｓ本体３はインテグラル型パワーステアリングと称されている。
Ｐ／Ｓ本体３のスタブシャフト３５の上端部には、ユニバーサルジョイント４０を介してステアリングシャフト３９が連結され、該ステアリングシャフト３９の上端には、運転室（図示省略）に配置されたステアリングホイール１０が取付けられている。
ユニバーサルジョイント４０は、スタブシャフト３５の軸線ＣＬとステアリングシャフト３９の軸線ＣＬが交差した状態においても、ステアリングホイール１０の回転操作が円滑に伝達されるようになっている。
パワーシリンダを兼ねるハウジング３１には、スタブシャフト３５と、ウォームシャフト３３とが夫々同一軸線ＣＬ上に配置され、スタブシャフト３５は軸線ＣＬを中心として回転可能に支持されている。
ウォームシャフト３３は、ハウジング３１に位置し、トーションバー３６を介してスタブシャフト３５に結合されている。
トーションバー３６は、ステアリングホイール１０の操舵によって捻られて、捻りの反力が、運転者に操舵の感覚を感じさせるようになっている。

ウォームシャフト３３には、該ウォームシャフト３３の外周面に断面が半円弧状の第１螺旋溝３３ａが形成されている。
一方、パワーピストン３２の内周面には、第１螺旋溝３３ａと対向した半円弧状の第２螺旋溝３２ａが配設されている。
パワーピストン３２は、ウォームシャフト３３に第１螺旋溝３３ａと第２螺旋溝３２ａとの間にボールベアリング３２ｂを介して螺合されている。
パワーピストン３２は、該パワーピストン３２の軸線方向一面側に形成された第１油圧室であるＬ室と、パワーピストン３２の軸線方向他面側に形成された第２油圧室であるＲ室とを区画している。
パワーピストン３２は、後述するロータリバルブ３４のスプールバルブ３４ａの回転により、油圧ポンプ３７から圧送された高圧作動油をＬ室又はＲ室に振分けられ、振分けられた高圧作動油によって、パワーシリンダ（ハウジング）３１内を軸線ＣＬ方向に移動可能に構成されている。
パワーピストン３２の外周面の一部に、該パワーピストン３２の軸線方向に沿って、ラックギヤ３２ｃが形成されている。

パワーピストン３２のラック歯車３２ｃには、セクタシャフト５０に形成されたピニオンギヤ５０ａが噛合している。
セクタシャフト５０は、パワーピストン３２の移動に伴って、セクタシャフト５０の軸芯Ｐを中心にして回動する。
セクタシャフト５０は、該セクタシャフト５０の出力部に連結された、図示省略のピットマンアーム、ドラッグリンク、ナックルアーム等のステアリングリンク機構を介して操舵輪（一般的には前輪）に連結されている。

ハウジング３１内のウォームシャフト３３の上部には、油圧ポンプ３７からの高圧作動油をＬ室及びＲ室に振分けるロータリバルブ３４が設けられている。
ロータリバルブ３４は、ウォームシャフト３３の上部に固定されたスプールバルブ３４ａと、ハウジング３１側に固定されたスリーブ３４ｂとで構成されている。
スプールバルブ３４ａは、スリーブ３４ｂの内部に位置し、ステアリングホイール１０の回転操作（操舵）と共に、ウォームシャフト３３の軸線ＣＬを中心にして回動可能に配置されている。
尚、ウォームシャフト３３、ロータリバルブ３４、スタブシャフト３５及びトーションバー３６は、夫々の軸線ＣＬが同一軸線上に位置している。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、図２のＡ−Ａ断面を示し、（Ａ）は、車両直進状態時のロータリバルブ３４の状態、（Ｂ）は車両旋回時のロータリバルブ３４の状態を示している。
ロータリバルブ３４には、油圧ポンプ３７からの高圧作動油をロータリバルブ３４内に導入する複数のポートＰと、ロータリバルブ３４内とＲ室とを連結する複数のポートＲと、ロータリバルブ３４内とＬ室とを連結する複数のポートＬと、車両直進走行時又は、操舵時にＲ室又は、Ｌ室からの戻り高圧作動油がオイルタンク３８に戻る複数のポートＴ（図面の煩雑さを避けるため１ポートのみ記載）とが配設されている。

図３（Ａ）の車両直進状態時、即ち、ステアリングホイール１０は操舵されないので、ウォームシャフト３３及び、スタブシャフト３５間に回転方向の相対変位は無い。
従って、油圧ポンプ３７から供給された高圧作動油は、スリーブ３４ｂのポートＰからスプールバルブ３４ａの外周面に周方向に沿って設けられた複数の凹溝３４ｃ、ポートＲ及びポートＬを通過して、スプールバルブ３４ａにラジアル方向に設けられた戻し孔３４ｐを通り、スタブシャフト３５の外周面とスプールバルブ３４ａの内周面との隙間Ｃを通り、スリーブ３４ｂの上部からポートＴ、戻し管３７ｂを介してオイルタンク３７に戻される。

図３（Ｂ）の車両旋回時、即ち、ステアリングホイール１０を右に操舵すると、スプールバルブ３４ａが回転方向に回転して、スプールバルブ３４ａとスリーブ３４ｂとに回転方向に相対変位が生ずる。（図において時計回りに回転）
スプールバルブ３４ａの凸条部３４ｄは、ポートＲを開き、油圧ポンプ３７からの高圧作動油が連結油路３１ａを介してＲ室に導入される。
Ｒ室に導入され高圧作動油は、パワーピストン３２を上方（図２において）へ押上げる。
パワーピストン３２に噛合しているセクタシャフト５０は軸芯Ｐを中心にして上方（図２において）に回転し、該回転が既述のステアリングリンク機構を介してタイヤに伝達され、車両が操舵される。

隣の凸条部３４ｄは、ポートＬを開放して、Ｌ室からの高圧作動油を、スプールバルブ３４ａの凹溝３４ｃ、戻し孔３４ｐ、隙間Ｃを通り、スリーブ３４ｂの上部からポートＴ、戻し管３７ｂを介してオイルタンク３７に戻される。
一方、上述においては、ステアリングハンドル１０を右操舵したが、左旋回時には、右旋回時と逆の作動でパワーピストン３２が下方へ押し下げられる。
この場合には、Ｒ室の高圧作動油は、連結油路３１ａを通って、ロータリバルブ３４、戻し管３７ｂを介してオイルタンク３７に戻される。

ロータリバルブ３４とＲ室とを連結する連結油路３１ａには開閉電磁弁５が配設されている。
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、開閉電磁弁５は、連結油路３１ａの外周部に穿設された開口部３１ｂに、機密に固着された筒状のボデー５５と、該ボデー５５の内部に収納され、連結油路３１ａに進出して、高圧作動油の流動を止める閉塞弁５６と、該閉塞弁５６とボデー５５の底部とに介装され、閉塞弁５６を常時、連結油路３１ａ側に押圧しているコイルスプリング５８と、ボデー５５の外周部に外嵌し、内燃機関１の運転中は、ＩＳＳ ＥＣＵ２からの電力による電磁力によって、閉塞弁５６でコイルスプリング５８を圧縮して、連結油路３１ａを開状態に維持する電磁コイル５７と、開閉弁５６の位置を検知する開閉弁位置センサ５９を備えている。
更に、開閉弁５６には、流動している高圧作動油を開閉弁５６で急激に閉塞した際に発生する、衝撃圧力を緩和するためのオリフィス５６ａを設けてある。
オリフィス５６ａは、流動している高圧作動油を瞬時に閉塞すると共に、高圧作動油が非圧縮性のため、Ｐ／Ｓ本体３の他の部分にも高い圧力が作用して、故障の原因になるのを防止するための圧力上昇緩和作用を生起させるものである。

このように構成された内燃機関の自動停止及び再始動装置と、油圧式パワーステアリング装置の作動について説明する。
先ず、図５（Ａ）及び（Ｂ）は、内燃機関の自動停止及び再始動装置のＩＳＳ ＥＣＵ２による開閉電磁弁５と、内燃機関１の停止及び再始動についてのフローチャートの一例を示す。
図５（Ａ）に基づいて、ＩＳＳ ＥＣＵ２の内燃機関自動停止条件について説明する。
内燃機関１の自動停止条件は、車両が停止し、機械式Ｔ／Ｍ８がニュートラル位置（Ｎ位置）に操作され、パーキングブレ−キが操作（ＯＮ）され、ブレーキペダル又はクラッチペダルの少なくとも何れか一方のペダルを踏んだ時に、内燃機関１の自動停止条件が整った場合である。
ＩＳＳ ＥＣＵ２は、自動停止条件が整うと、内燃機関制御装置９に対し、内燃機関１の停止信号を発信し、内燃機関制御装置９は、燃料供給装置１１に対し燃料供給カット信号を発信して、内燃機関１の停止を実行する。
また、図５（Ｂ）は、内燃機関１の再始動条件を示す。再始動条件は、機械式Ｔ／Ｍ８がニュートラル位置、パーキングブレ−キが操作された状態において、ブレーキペダル又はクラッチペダルの少なくとも何れか一方のペダルから足を離した（踏込み解除）時に、内燃機関１の再始動条件が整ったとする。
ＩＳＳ ＥＣＵ２は、再自動始動条件が整うと、内燃機関制御装置９に対し再始動信号を発信し、内燃機関制御装置９は、燃料供給装置１１に対して燃料供給を再開させると共に、スタータモータ１２を作動させて内燃機関１の再始動を実行する。

本実施形態の場合、車両停止は車速センサ２２、機械式Ｔ／Ｍ８のニュートラル位置検知は変速段位置センサ２３、パーキングブレ−キの操作状況はパーキングブレーキセンサ２７、ブレーキペダルの踏込み有無についてはブレーキセンサ２６、及びクラッチペダルの踏込み有無についてはクラッチセンサ２５によって夫々検知される。

ＩＳＳ ＥＣＵ２は、内燃機関１の自動停止条件が整ったと判断すると、連結油路３１ａを閉塞するため、電磁コイル５７への電力供給を停止する。
開閉電磁弁５は、磁力が消滅して、コイルスプリング５８によって開閉弁５６を連結油路３１ａ側に押出して、連結油路３１ａを閉塞する。
開閉弁５６が連結油路３１ａを閉塞すると、開閉弁位置センサ５９が開閉弁５６の作動を確認し、ＩＳＳ ＥＣＵ２にフィードバックする。
ＩＳＳ ＥＣＵ２は、フィードバック信号によって連結油路３１ａが閉塞されたことを確認すると、内燃機関制御装置（Ｅ／ＧＥＣＵ）９に対して、内燃機関１の停止信号を発信する。
内燃機関１の停止は、燃料供給装置１１による燃料供給停止によって実施される。
これにより、高圧作動油は非圧縮性なので、外部（ステアリングリンク機構）からの外力が作用しても、パワーピストン３２の軸線方向の移動は阻止される。

一方、ＩＳＳ ＥＣＵ２は、停止中の内燃機関１が再始動条件が整ったと判断すると、内燃機関制御装置（Ｅ／ＧＥＣＵ）９に対して、内燃機関１の再始動信号を発信する。
内燃機関制御装置（Ｅ／ＧＥＣＵ）９は、燃料供給装置１１に対し燃料供給再開を指示すると共に、スタータモータ１２を作動させて内燃機関１の再始動を実行する。
ＩＳＳ ＥＣＵ２は、回転数センサ２１からの信号に基づいて内燃機関１が始動したことを確認して、開閉電磁弁５に電力を供給して、連結油路３１ａを開通させる。
ＩＳＳ ＥＣＵ２は、開閉弁５６が連結油路３１ａを開通されたことを開閉弁位置センサ５９によって確認する。

このようにすることで、内燃機関がアイドリング状態時、ステアリングホイール１０を大きく操舵した場合において、ＩＳＳ ＥＣＵ２は、開閉弁５６がＲ室とＬ室を連通する連結油路３１ａを閉塞したことを開閉弁位置センサ５９によって確認してから内燃機関１を停止させ、又、内燃機関１が再始動したのを確認してから、連結油路３１ａを開通する構造としたので、ステアリングホイールへのキックバックを確実に防止できる。
又、開閉弁５６が、何等かの不具合により、連結油路３１ａを開通できない場合、又は閉塞できない場合において、ＩＳＳ ＥＣＵ２は、不具合を認識し内燃機関１の停止を禁止して、安全処置が図れるようにすることができる。
更に、圧送中の高圧作動油を開閉電磁弁５にて急激に遮断することにより発生する高圧力が、開閉弁５６に設けたオリフィス５６ａによって緩和され、Ｐ／Ｓ本体３の他の部分にも大きな圧力が作用するのを防止して、Ｐ／Ｓ本体３の信頼耐久性を向上させることができる。

車両の内燃機関停止時に発生するステアリングのキックバックを防止するパワーステアリング装置に適用することができる。

１ 内燃機関
２ ＩＳＳ ＥＣＵ２（アイドリングストップ及び再始動制御装置）
３ パワーステアリング本体
５ 開閉電磁弁
６ 起動スイッチ
８ 機械式トランスミッション
９ 内燃機関制御装置
１０ ステアリングホイール
１１ 燃料供給装置
３１ ハウジング
３２ パワーピストン
３２ａ 連結油路
３３ ウォームシャフト
３４ ロータリバルブ
３４ａ スプールバルブ
３４ｂ スリーブ
３５ スタブシャフト
５０ セクタシャフト
５５ ボデー
５６ 開閉弁
５６ａ オリフィス
５９ 開閉弁位置センサ
Ｌ Ｌ室（第１油圧室）
Ｒ Ｒ室（第２油圧室

Claims (1)

1. 内燃機関を自動停止及び再始動する装置を搭載した車両の操舵力をアシストする油圧式パワーステアリング装置であって、
   前記内燃機関の自動停止及び再始動を制御する制御装置と、
   前記パワーステアリング装置のパワーピストンの軸線方向一面側に形成され、前記パワーピストンに噛合してステアリングリンク機構に出力するセクタシャフトが配設された第１油圧室と、
   前記パワーピストンの軸線方向他面側に形成された第２油圧室と、
   前記第１油圧室と前記第２油圧室とに高圧作動油を供給する油圧ポンプと、
   前記高圧作動油を前記第１油圧室と前記第２油圧室とに振分けるロータリバルブと、
   前記第１油圧室と前記第２油圧室とを前記ロータリバルブを介して連結する連結油路と、
   前記連結油路の前記ロータリバルブと前記第２油圧室との間に介装され、前記高圧作動油の流通を閉塞可能とする開閉電磁弁と、を備え、
   前記開閉電磁弁は、前記内燃機関の自動停止条件が整ったことを検知した時に、前記制御装置によって前記連結油路を閉塞するように制御されることを特徴とする油圧式パワーステアリング装置。

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