JP2015182569A - ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の制御方法 - Google Patents

ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】内燃機関と電動発電機を備え、電動発電機でアシスト可能なハイブリッド車両において、内燃機関の排気ガスの状態を悪化させることなく、内燃機関が過熱状態になるのを回避できるハイブリッド車両及びハイブリッド車両の制御方法を提供する。
【解決手段】内燃機関が予め設定した第1期間t1内に過熱状態に入ると判定した場合には、電動発電機の電力源となるバッテリの充電量を確保する充電量確保制御を行い、第1期間t1より短い、予め設定した第2期間t2内に内燃機関が過熱状態に入ると判定した場合には、電動発電機で駆動力Qmを発生してアシストすると共に、車両走行に必要な要求駆動力Qtに対する内燃機関の駆動力Qeの割合Retを減少する過熱回避制御に移行する。
【選択図】図2

Description

本発明は、内燃機関と電動発電機を備え、電動発電機でアシスト可能なハイブリッド車両及びハイブリッド車両の制御方法に関する。
内燃機関と電動発電機を備え、電動発電機でアシスト可能なハイブリッド車両では、内燃機関のみを動力源として走行するエンジン単独走行、電動発電機のみを動力源として力行走行するモータ単独走行、内燃機関と電動発電機の両方を動力源として走行するアシスト走行、ハイブリッド車両の制動力の回生エネルギーを利用して電動発電機で発電するモータ回生走行等の走行形態がある。
一方、内燃機関においては、高負荷運転が継続するとエンジンの冷却水の温度が上昇して、エンジンが正常に機能するために必要な適正温度を超えてしまって沸騰したりして、エンジンの冷却が不十分になり、エンジン本体が熱くなり過ぎる過熱状態(オーバーヒート)になるという問題がある。
この過熱状態になるとエンジンが正常に運転できなくなるだけではなく、エンジンを構成する部品が熱によるダメージを受ける。特に、近年では、エンジンの排気通路に排気ガス処理装置が配置されているので、排気ガス温度が高くなり過ぎると、この排気ガス処理装置の触媒も劣化してしまう。
このエンジンのオーバーヒート防止のためには、エンジンの運転状態を検出して、燃料の最大噴射量を決定すると共に、この燃料の最大噴射量をセンサで検出された外気温と車速に基づいて減少補正して、エンジンで発生する熱量を減少することが行われている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、内燃機関のオーバーヒート防止のために、内燃機関の最大噴射量を制限すると、運転者が意図せぬ車両の減速が生じるので、運転者は車両速度を維持しようとしてアクセルを踏み込むこととなる。そして、このアクセルを踏み込んでも車速の変速が生じ続けていると運転者に不安感が生じるという問題がある。
また、EGR制御でEGR弁を閉じることで、シリンダ内に流入する混合気の温度を低下させることで、シリンダ内温度を低下させることができるので、これにより、エンジン出力及び燃焼による発熱量を低減させることができ、オーバーヒートを防止できる。しかしながら、この方法では、排気ガス中のNOxが増加してしまうという問題がある。
特開2007−198171号公報
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関と電動発電機を備え、電動発電機でアシスト可能なハイブリッド車両において、車両走行で要求される必要駆動力を確保しながら、内燃機関から排出される排気ガスの状態を悪化させることなく、内燃機関が過熱状態になるのを回避できるハイブリッド車両及びハイブリッド車両の制御方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明のハイブリッド車両は、内燃機関と電動発電機を備え、該電動発電機でアシスト可能なハイブリッド車両において、当該ハイブリッド車両を制御する制御装置が、前記内燃機関が過熱状態に入るか否かを判定する内燃機関過熱判定手段を備え、該内燃機関過熱判定手段が予め設定した第1期間内に前記内燃機関が過熱状態に入ると判定した場合には、前記電動発電機の電力源となるバッテリの充電量を確保する充電量確保制御を行い、前記内燃機関過熱判定手段が前記第1期間より短い、予め設定した第2期間内に前記内燃機関が過熱状態に入ると判定した場合には、前記電動発電機で駆動力を発生してアシストすると共に、車両走行に必要な要求駆動力に対する前記内燃機関の駆動力の割合を減少する過熱回避制御に移行するように構成される。
この構成によれば、内燃機関が過熱状態に、第1期間内に入ると判定した第1時点から第2期間内に入ると判定した第2時点までの間、充電量確保制御で、第2時点以降における電動発電機によるアシストのための電力量を、消費せずに、若しくは、随時充電することで確保しておくことができる。また、第2時点以降においては電動発電機によるアシスト分だけ、内燃機関の駆動力の発生量を減少でき、内燃機関における負荷を減少して、内燃機関での発生熱量を減少することができるので内燃機関が過熱状態(オーバーヒート状態)になるのを回避できる。
なお、第2期間をゼロに設定すると、内燃機関が過熱状態に入った時点を判定できるようになり、過熱状態に入ったときから電動発電機によるアシストを行う構成とすることができる。言い換えれば、上記の構成は、過熱状態に入ったときから電動発電機によるアシストを行う構成を含んでいる。
上記のハイブリッド車両において、前記充電量確保制御が、前記電動発電機の電力源となるバッテリの放電を抑制する放電抑制制御、又は、前記内燃機関で発生する負荷量が予め設定した負荷量よりも小さい軽負荷運転のときに前記電動発電機による発電を行ってバッテリを充電する軽負荷時充電制御の少なくとも一方を含んで構成されると、バッテリの放電を伴うような、電動発電機のアシスト、モータ単独走行、及び、バッテリを電源とする電力機器の使用等を停止する放電抑制制御、又は、内燃機関が軽負荷運転で電動発電機による発電を行う余裕があるときに電動発電機による発電を行ってバッテリを充電する軽負荷時充電制御の少なくとも一方で、容易にバッテリの充電量を確保することができる。
上記のハイブリッド車両において、前記内燃機関過熱判定手段は、前記内燃機関の冷却水温度の時系列のデータを基にして、前記第1期間内、又は、前記第2期間内に前記内燃機関が過熱状態に入るか否かを判定するように構成されると、内燃機関を冷却する冷却水の温度である冷却水温度の時系列の上昇傾向と、判定時点での冷却水温度とから、このままの内燃機関の運転状態が継続するとした場合に、冷却水温度が、過熱判定用温度を超える時期(タイミング)を容易に算定できるので、この超える時期を予め設定した第1期間と第2期間(タイミング)と比較することで、容易に、内燃機関が、第1期間内、又は、第2期間内に過熱状態に入るか否かを判定することができるようになる。
上記のハイブリッド車両において、前記内燃機関過熱判定手段は、前記内燃機関の冷却水温度の時系列のデータに加えて、大気温度のデータを加味して、前記第1期間内、又は、前記第2期間内に前記内燃機関が過熱状態に入るか否かを判定するように構成されると、大気温度によっても内燃機関の冷却量が異なるため、冷却水温度の予測値が大気温度の影響を受けるので、この大気温度のデータを加味することにより、より精度よく内燃機関が過熱状態に入る時期を推定できるようになる。
そして、上記の目的を達成するための本発明のハイブリッド車両の制御方法は、内燃機関と電動発電機を備え、該電動発電機でアシスト可能なハイブリッド車両の制御方法において、前記内燃機関が過熱状態に入るか否かを判定して、予め設定した第1期間内に前記内燃機関が過熱状態に入ると判定した場合には、前記電動発電機の電力源となるバッテリの充電量を確保する充電量確保制御を行い、前記第1期間より短い、予め設定した第2期間内に前記内燃機関が過熱状態に入ると判定した場合には、前記電動発電機で駆動力を発生してアシストすると共に、車両走行に必要な要求駆動力に対する前記内燃機関の駆動力の割合を減少する過熱回避制御に移行することを特徴とする方法である。この方法によれば、上記のハイブリッド車両と同様の効果を奏することができる。
本発明のハイブリッド車両及びハイブリッド車両の制御方法によれば、内燃機関と電動発電機を備え、電動発電機でアシスト可能なハイブリッド車両において、内燃機関が過熱状態に入る時期を予測判定して、過熱状態になる前に充電量確保制御を行ってバッテリに十分な電力を蓄えておくので、電動発電機でアシストする過熱回避制御に移行した後には、バッテリに蓄えられた十分な電力量で電動発電機によりアシストすることができ、このアシストにより、内燃機関の負荷を減少して、内燃機関での発生熱量を減少することができる。従って、車両走行で要求される必要駆動力を確保しながら、内燃機関から排出される排気ガスの状態を悪化させることなく、内燃機関が過熱状態になるのを回避できる。
本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両の構成を模式的に示した図で、電動発電機によるアシスト状態を示す図である。 本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両の制御方法の制御フローの一例を示す図である。
以下、本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両、及びハイブリッド車両の制御方法について、図面を参照しながら説明する。図1に示すように、この実施の形態のハイブリッド車両(HEV)1は、エンジン(内燃機関)10と電動発電機(走行用電動機兼発電機)20と変速機30を備え、エンジン10の動力と電動発電機20の動力を変速機30を介して車輪34に伝達する車両であり、エンジン10と電動発電機20の両方を走行用の動力源とすることができる車両である。
なお、ここでは、図1のパラレル型ハイブリッド車両を例にして説明するが、必ずしもパラレル型ハイブリッド車両でなくてもよく、電動発電機20で内燃機関10が発生する駆動力をアシスト(補助)することができる機能を有するハイブリッド車両であればよい。
図1に示すように、このエンジン10の動力は、エンジン10に接続するトルクコンバータ13、接続状態のエンジン走行用クラッチ14と変速機30とプロペラシャフト31を介して差動装置(デファレンシャルギア)32に伝達され、更に、車軸33を介して車輪34に伝達される。
一方、電動発電機20の動力は、バッテリ22に充電(蓄電)された電力がインバータ21を介して電動発電機20に供給されることで発生し、この動力は、接続状態のモータ走行用クラッチ23と変速機30とプロペラシャフト31を介して差動装置32に伝達され、更に、車軸33を介して車輪34に伝達される。
これらにより、エンジン10の動力と電動発電機20の動力の一方又は両方が変速機30を介して、車輪34に伝達され、ハイブリッド車両1が走行する。
この図1の構成では、エンジン走行用クラッチ14の接続及び断絶の切り替えにより、エンジン10の動力の車輪34への伝達と遮断を行い、また、モータ走行用クラッチ23の接続及び断絶の切り替えにより、電動発電機20の動力の車輪34への伝達と遮断を行うが、エンジン10の動力又は電動発電機20の動力の伝達と遮断を適宜切り替えることができればよく、必ずしも、エンジン走行用クラッチ14又はモータ走行用クラッチ23を設けなくてもよい。
また、このエンジン10の排気ガスG中のNOx(窒素酸化物)、PM(微粒子状物質)等を浄化するために、NOx低減触媒装置12aやPM捕集フィルタ装置12b等を備えた排気ガス浄化装置12を排気通路11に配設して、排気ガスG中のNOx、PM等を浄化処理している。
そして、エンジン10と電動発電機20と変速機30を備えたハイブリッドシステム2、及び、ハイブリッド車両1の制御を行うための制御装置40が設けられ、この制御装置40により、エンジン10の全般の制御、インバータ21による電動発電機20の全般の制御、エンジン走行用クラッチ14の断接制御とモータ走行用クラッチ23の断接制御を含むハイブリッドシステム2の全般の制御を含むハイブリッド車両1の全般の制御等々を行う。
また、このハイブリッドシステム2を搭載するハイブリッド車両1を制御する制御装置40は、エンジン10が過熱状態に入るか否かを判定する内燃機関過熱判定手段41を備えて構成される。
この内燃機関過熱判定手段41は、予め設定した第1期間t1内にエンジン10が過熱状態に入るか否かを判定し、また、エンジン10が予め設定した第2期間t2内に過熱状態に入るか否かを判定する。この第2期間t2は第1期間t1より短く設定され、例えば、第1期間t1は、30秒〜60秒程度に、第2期間t2は、60秒〜120秒程度に設定される。
そして、制御装置40は、この内燃機関過熱判定手段41が第1期間t1内にエンジン10が過熱状態に入ると判定した場合には、電動発電機20の電力源となるバッテリ22の放電を抑制する放電抑制制御、又は、エンジン10で発生する負荷量Qeaが予め設定した負荷量Qecよりも小さい軽負荷運転のときに電動発電機20による発電を行ってバッテリ22を充電する軽負荷時充電制御の少なくとも一方を行って、電動発電機20の電力源となるバッテリ22の充電量を確保する充電量確保制御を行い、また、内燃機関過熱判定手段41が第2期間t2内にエンジン10が過熱状態に入ると判定した場合には、電動発電機20で駆動力Qmを発生してアシストすると共に、車両走行に必要な要求駆動力Qtに対するエンジン10の駆動力Qeの割合Ret(=Qe/Qt)を減少する過熱回避制御に移行するように構成される。
この内燃機関過熱判定手段41では、エンジン10の冷却水温度Twの時系列のデータを基にして、第1期間t1内、又は、第2期間t2内にエンジン10が過熱状態に入るか否かを判定する。
つまり、エンジン10を冷却する冷却水の温度である冷却水温度Twの時系列の上昇傾向、例えば、経過時間をtとし、ある時間増分Δt内での冷却水温度Twの増分をΔTwとすると、直前の時系列データTw-1を用いてΔTw=Tw−Tw-1となり、微分値dTw/dt(=ΔTw/Δt)と、判定時点での冷却水温度Twとから、このままのエンジン10の運転状態が継続するとした場合に、冷却水温度Twが、過熱判定用温度Twcを超える時期(タイミング)txを容易に算定できる。Twc=Tw+tx×ΔTw/Δtなので、tx=(Twc−Tw)/(ΔTw/Δt)となる。
この超える時期txを予め設定した第1期間t1と第2期間t2と比較することで、容易に、エンジン10が第1期間t1内、又は、第2期間t2内に過熱状態に入るか否かを判定することができるようになる。
なお、単に、判定時の冷却水温度Twと微分値dTw/dtだけでなく、その前の時系列データを用いて冷却水温度Twの推移を示す曲線を回帰分析などにより求めて、この曲線から冷却水温度Twが、過熱判定用温度Twcを超える時期(タイミング)txを算定することもできる。この場合はより正確に予測できることになり、より精度高い制御が可能となる。この過熱判定用温度Twcは例えば、90℃〜100℃の間の温度に設定される。
また、内燃機関過熱判定手段41は、エンジン10の冷却水温度Twの時系列のデータTwに加えて、大気温度Taのデータを加味して、第1期間t1内、又は、第2期間t2内にエンジン10が過熱状態に入るか否かを判定するように構成されることが好ましい。これにより、大気温度Taによってもエンジン10の冷却量が異なるため、冷却水温度Twの予測値が大気温度Taの影響を受けるので、この大気温度Taのデータを加味することにより、より精度よくエンジン10が過熱状態に入る時期txを推定できるようになる。つまり、大気温度Taが高いと冷却効果が少なくなり過熱し易くなるので、第1期間t1、第2期間t2を長くする。一方、大気温度Taが低いと冷却効果が多くなり過熱し難くなるので、第1期間t1、第2期間t2を短くする。
そして、放電抑制制御又は軽負荷時充電制御の少なくとも一方が行われる充電量確保制御が、エンジン10が過熱状態に第1期間t1内に入ると判定した第1時点taから第2期間t2内に入ると判定した第2時点tbまでの間行われる。
この放電抑制制御では、モータ走行用クラッチ23を断絶状態にして、バッテリ22の放電を伴うような、電動発電機20のアシスト、及び、モータ単独走行を停止し、それと共に、バッテリ22を電源とする、その他の電力機器、例えば、エアコン等の使用を停止する。これにより、第2時点tb以降における電動発電機20によるアシストのための電力量を消費せずに確保しておくことができる。
一方、軽負荷時充電制御では、エンジン10の出力の一部を使用して電動発電機20で発電してもエンジン10に余裕がある軽負荷運転のときに電動発電機20による発電を行ってバッテリ22を充電する。なお、この軽負荷運転であるか否かは、エンジン10で発生する負荷量Qeaが予め設定した負荷量Qecよりも小さいか否かで判定する。
また、過熱回避制御は、第2時点tb以降に行われ、モータ走行用クラッチ23を接続状態にして電動発電機20で駆動力Qmを発生してアシストすると共に、車両走行に必要な要求駆動力Qtに対するエンジン10の駆動力Qeの割合Ret(=Qe/Qt)を減少する。これにより、電動発電機20によるアシスト分だけ、エンジン10の駆動力Qeの発生量を減少でき、エンジン10における負荷を減少して、エンジン10における発生熱量を減少することができるのでエンジン10が過熱状態になるのを回避できる。
なお、第2期間t2をゼロに設定すると、エンジン10が過熱状態に入った時点tc(=tb)を判定できるようになり、過熱状態に入る前の時点tbからではなく、過熱状態に入ったときから電動発電機20によるアシストを行うことができる。
次に、本発明の実施の形態のハイブリッド車両の制御方法について、図2の制御フローを参照しながら説明する。この図2の制御フローは、ハイブリッド車両1の運転が開始されると、上級の制御フローから呼ばれて、通常のハイブリッド車両1の運転の制御と並行して実施され、ハイブリッド車両1の運転が停止されると、割り込みによりリターンに行って上級の制御フローに戻り、上級の制御フローと共に終了する制御フローとして示している。
この図2の制御フローが開始されると、ステップS11で、エンジン10が、予め設定した第1期間t1内に過熱状態に入るか否かを判定する。この判定で、エンジン10が、第1期間t1内に過熱状態に入らない場合は(NO)、通常のハイブリッド車両1の制御を他の制御フローで行い、予め設定した制御時間Δtiを経過した後、ステップS11に戻る。
一方、このステップS11の判定で、エンジン10が、第1期間t1内に過熱状態に入る場合は(YES)、ステップS12に行く。このステップS12では、エンジン10が、予め設定した第2期間t2内に過熱状態に入るか否かを判定する。
このステップS12の判定で、エンジン10が、第2期間t2内に過熱状態に入らない場合は(NO)、ステップS13に行き、電動発電機20の電力源となるバッテリ22の充電量を確保する充電量確保制御を、通常のハイブリッド車両1の制御よりも優先させて行い、予め設定した制御時間Δtiを経過した後、ステップS11に戻る。この充電量確保制御では、電動発電機20の電力源となるバッテリ22の放電を抑制する放電抑制制御、又は、エンジン10で発生する負荷量Qeaが予め設定した負荷量Qecよりも小さい軽負荷運転のときに電動発電機20による発電を行ってバッテリ22を充電する軽負荷時充電制御の少なくとも一方を行う。
一方、ステップS12の判定で、エンジン10が、第2期間t2内に過熱状態に入る場合は(YES)、ステップS14に行き、電動発電機20で駆動力Qmを発生してアシストすると共に、車両走行に必要な要求駆動力Qtに対するエンジン10の駆動力Qeの割合Retを減少する過熱回避制御を、通常のハイブリッド車両1の制御よりも優先させて行い、予め設定した制御時間Δtiを経過した後、ステップS11に戻る。
そして、ステップS11からステップS13又はステップS14を繰り返して実施し、ハイブリッド車両1の運転が停止されると、割り込みによりリターンに行き、上級の制御フローに戻って、この上級の制御フローの終了とともに、図2の制御フローも終了する。
また、図2の制御フローに従った制御によれば、エンジン10が過熱状態に入るか否かを判定して、予め設定した第1期間t1内にエンジン10が過熱状態に入ると判定した場合には、電動発電機20の電力源となるバッテリ22の充電量を確保する充電量確保制御を行い、第1期間t1より短い、予め設定した第2期間t2内にエンジン10が過熱状態に入ると判定した場合には、電動発電機20で駆動力Qeを発生してアシストすると共に、車両走行に必要な要求駆動力Qtに対するエンジン10の駆動力Qeの割合Retを減少する過熱回避制御に移行することができる。
従って、上記のハイブリッド車両1及びハイブリッド車両の制御方法によれば、エンジン10と電動発電機20を備え、電動発電機20でアシスト可能なハイブリッド車両1において、エンジン10が過熱状態に入る時期を予測判定して、過熱状態になる前に充電量確保制御を行ってバッテリ22に十分な電力を蓄えておくので、電動発電機20でアシストする過熱回避制御に移行した後には、バッテリ22に蓄えられた十分な電力量で電動発電機20によりアシストすることができ、このアシストにより、エンジン10の負荷を減少して、エンジン10での発生熱量を減少することができる。従って、車両走行で要求される必要駆動力Qtを確保しながら、エンジン10から排出される排気ガスGの状態を悪化させることなく、エンジン10が過熱状態になるのを回避できる。
1 ハイブリッド車両(HEV)
2 ハイブリッドシステム
10 エンジン(内燃機関)
11 排気通路
12 排気ガス浄化装置
12a NOx低減触媒装置
12b PM捕集フィルタ装置
13 トルクコンバータ
14 エンジン走行用クラッチ
20 電動発電機(走行用電動機兼発電機)
21 インバータ
22 バッテリ
23 モータ走行用クラッチ
30 変速機
31 プロペラシャフト
32 差動装置(デファレンシャルギア)
33 車軸
34 車輪
40 制御装置
41 内燃機関過熱判定手段
G 排気ガス
Qe エンジンの駆動力
Qea エンジンの負荷量
Qec 予め設定した負荷量
Qm 電動発電機の駆動力
Qt 車両走行に必要な要求駆動力
Ret 要求駆動力に対するエンジンの駆動力の割合
t 経過時間
t1 第1期間
t2 第2期間
ta 第1時点
tb 第2時点
tc エンジンが過熱状態に入った時点
tx 冷却水温度が過熱判定用温度を超える時期
Ta 大気温度
Tw 冷却水温度
Tw-1 冷却水温度の直前の時系列データ
Twc 過熱判定用温度
Δt 時間増分
Δti 制御時間
ΔTw 冷却水温度の増分

Claims (5)

  1. 内燃機関と電動発電機を備え、該電動発電機でアシスト可能なハイブリッド車両において、
    当該ハイブリッド車両を制御する制御装置が、
    前記内燃機関が過熱状態に入るか否かを判定する内燃機関過熱判定手段を備え、
    該内燃機関過熱判定手段が予め設定した第1期間内に前記内燃機関が過熱状態に入ると判定した場合には、前記電動発電機の電力源となるバッテリの充電量を確保する充電量確保制御を行い、
    前記内燃機関過熱判定手段が前記第1期間より短い、予め設定した第2期間内に前記内燃機関が過熱状態に入ると判定した場合には、前記電動発電機で駆動力を発生してアシストすると共に、車両走行に必要な要求駆動力に対する前記内燃機関の駆動力の割合を減少する過熱回避制御に移行するように構成されることを特徴とするハイブリッド車両。
  2. 前記充電量確保制御が、前記電動発電機の電力源となるバッテリの放電を抑制する放電抑制制御、又は、前記内燃機関で発生する負荷量が予め設定した負荷量よりも小さい軽負荷運転のときに前記電動発電機による発電を行ってバッテリを充電する軽負荷時充電制御の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両。
  3. 前記内燃機関過熱判定手段は、前記内燃機関の冷却水温度の時系列のデータを基にして、前記第1期間内、又は、前記第2期間内に前記内燃機関が過熱状態に入るか否かを判定するように構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載のハイブリッド車両。
  4. 前記内燃機関過熱判定手段は、前記内燃機関の冷却水温度の時系列のデータに加えて、大気温度のデータを加味して、前記第1期間内、又は、前記第2期間内に前記内燃機関が過熱状態に入るか否かを判定するように構成されることを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド車両。
  5. 内燃機関と電動発電機を備え、該電動発電機でアシスト可能なハイブリッド車両の制御方法において、
    前記内燃機関が過熱状態に入るか否かを判定して、予め設定した第1期間内に前記内燃機関が過熱状態に入ると判定した場合には、前記電動発電機の電力源となるバッテリの充電量を確保する充電量確保制御を行い、前記第1期間より短い、予め設定した第2期間内に前記内燃機関が過熱状態に入ると判定した場合には、前記電動発電機で駆動力を発生してアシストすると共に、車両走行に必要な要求駆動力に対する前記内燃機関の駆動力の割合を減少する過熱回避制御に移行することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
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