JP2015527949A - 車両の作動方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、車両(4)を作動する方法において:内燃機関(7)に対する車両(4)の経時的な目標所要出力(68,70)を設定するステップと、内燃機関(7)に対する車両(4)の経時的な実際所要出力(58)が経時的な目標所要出力(68,70)とは異なっている場合に、追加ユニット(9)を内燃機関(7)に接続するステップとを含む方法に関する。これにより、具体的な走行状態とはほほ無関係に、特に診断モード(OBD)において内燃機関を作動することが可能となる。

Description

本発明は、一般に車両、特に車両のための駆動システムに関する。さらに本発明は車両を作動する方法に関する。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第102006051931号明細書により、ハイブリッド車のための駆動系が既知である。ハイブリッド車は、少なくとも2つのエネルギー変換器を取り付けられた駆動系を備える車両である。このようなエネルギー変換器は、例えば、電動機、オットーエンジン、およびディーゼルエンジンであってもよい。さらに、ハイブリッド車には2つのエネルギー蓄積器が設けられており、これらのエネルギー蓄積器は、例えば、電動機のためのアキュムレータまたはオットーエンジンのための燃料タンクであってもよい。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第102006051931号明細書
本発明によれば、請求項1に記載の車両を作動する方法、ならびにその他の独立請求項に記載の制御装置および制御装置を備える車両が提供される。
好ましい実施形態が従属請求項に記載されている。
本発明の第1態様によれば、次のステップ:
内燃機関に対する車両による経時的な目標所要出力を設定するステップと、
内燃機関に対する車両による経時的な実際所要出力が経時的な目標所要出力と異なる場合に、追加ユニットを内燃機関に接続するステップと
を備える車両を作動する方法が提案される。
内燃機関に対する車両による経時的な目標所要出力は、以下では、経時的な目標所要出力に応じて車両が内燃機関から取り出すことが望ましい所定の出力として理解されるべきである。この経時的な目標所要出力は、経時的に一定不変または可変となるように選択することができ、許容差を備えていてもよいし、または所定の値を備えていてもよい。対応して、経時的な実際所要出力は、車両が内燃機関から実際に取り出した出力として理解されるべきである。
上記方法は、車両によって内燃機関から取り出される出力は一般にあらかじめ予測可能ではないという考察に基づいている。地域構造、天候条件、交通状況、ドライバ挙動およびその他の条件が車両に影響を及ぼし、車両によって内燃機関から取り出される出力は変動する。しかしながら、内燃機関によって供給される出力の変動は一般に燃料消費量に影響を及ぼし、これにより、CO2排出量が増大することは環境に有害であり、さらに不経済である。車両の走行における快適性が損なわれる場合もある。
内燃機関により供給される出力におけるこのような変動を平滑にするために、車両によって取り出される出力と経時的な目標所要出力との正および/または負の差を、車両に提供されている補助ユニットにより捕捉し、適宜に利用することが提案される。この場合、補助ユニットとしては、余剰エネルギーを適宜に取り込むことができ、および/または車両によるエネルギーの追加需要をカバーできる任意のあらゆるエネルギー消費装置もしくはエネルギー発生器が考慮される。したがって、例えば内燃機関の回転数を低下させる代わりに、内燃機関によって生成された余剰エネルギーを交流発電機によって取り込み、バッテリに蓄積することができる。
特に好ましくは、追加ユニットは、内燃機関と共に車両の駆動系に作用する電気機械である。このような原理は、冒頭で述べたハイブリッド車により既知である。車両による経時的な実際所要出力と車両による経時的な目標所要出力との正および/または負の差を補正し、内燃機関による出力供給を平滑にすることは特に適切である。なぜなら、電気機械は、発電モードで余剰電気エネルギーを内燃機関から取り込み、エネルギー需要が増加した場合に内燃機関による出力供給に変動が生じることが不都合な場合に、この余剰電気エネルギーをエンジンモードで車両に供給することができるからである。
このために、特に好ましくは、経時的な実際所要出力と経時的な目標所要出力との差が車両の加速をもたらす場合に、電気機械は電気エネルギー蓄積器を充電するように設定されている。この場合、車両は実際に取り出すことが望ましいよりも少ない出力を内燃機関から取り出す。さもなければ対応した出力余剰分が車両を加速してしまうからである。対応した余剰エネルギーは一時蓄積される。
代替的または付加的に、経時的な実際所要出力と経時的な目標所要出力との差が車両の制動をもたらす場合、電気機械は車両の駆動系にトルクを供給するように設定されている。この場合、車両は実際に望ましいよりも多くの出力を内燃機関から取り出す。さもなければ車両は、出力の欠如により、道路摩擦、向かい風、および車両に反作用を及ぼす他の諸力により制動されるからである。この欠如している出力は、電気機械により供給することができる。
上記方法は、特に好ましくは車両診断の実施を改善するために用いることができ、経時的な目標所要出力は内燃機関で実施される車両診断に依存している。上記方法のこの実施形態は、車両による経時的な目標所要出力が車両診断時に所定の経過を示すことが望ましいという考察に基づいており、したがって、車両診断の範囲で得られる結果に基づいて、車両がエラーなしに機能しているかどうかを点検することができる。例えば、車両においてラムダ‐センサの効果を点検するためには、適量の燃料が内燃機関に噴射され、ラムダ‐センサなしに内燃機関において不完全な燃焼が起こった場合の経過に従った経時的な目標所要出力が望ましい。このような経時的な目標所要出力を生成するために、上記方法の範囲では、車両による消費出力の変動が、特に好ましくはハイブリッド駆動装置の電気機械である補助ユニットによって補正される。
特別な実施形態では、上記方法は、次のステップ:
車両によって走行されるルートにおける車両の経時的な実際所要出力を推定するステップと;
追加ユニットを内燃機関に接続することにより内燃機関の反応の経時的な目標経過を強制することができる確率に基づいて、実施される車両診断を計画するステップと
を含む。
このようにして、場合によって生じる内燃機関の出力供給の変動をルートにおいて具体的にいつ補正する必要があるのかをあらかじめ計画することができる。このような計画は、特に好ましくは、いわゆる車載診断、OBD‐診断で使用することができる。なぜならこのようなOBD‐診断は法的に定められており、車両の走行時に規則的な時期に実施する必要があるからである。この場合、車両、特に内燃機関を必ずしもOBD‐診断に適した作動状態に移行させなくてもよいように、ルートにおいて追加ユニットの補助によって通常の運転モードでOBD‐診断に適した作動状態を得ることできるかどうかを上記方法によってあらかじめ明らかにしておくことができる。
好ましい実施形態では、車両によって走行されるルートにおける車両の経時的な実際所要出力は、ナビゲーション装置、近距離センサおよび/またはメモリに保存されたデータに基づいて推定される。このようにして、走行されるルートにおける車両の経時的な実施所要出力を推定するために、推定をより確実にする仮定を行うことができる。
特に好ましい実施形態では、上記方法は、追加ユニットを内燃機関に接続することにより内燃機関の反応の経時的な目標経過を強制することができる確率が所定の閾値を下回った場合に、車両診断を禁止(停止)するステップを含む。このようにして、初めから失敗することがわかっており、したがって車両の燃料消費を不要に増大し、および/または排ガスを悪化させるだけであるようなルートの区間部分において車両診断およびOBD−診断が開始されることを防止することができる。
別の態様によれば、上記方法を実施するように設定された制御装置が設けられている。
さらにこの制御装置は、メモリおよびプロセッサを備えていてもよい。この場合、上記方法は、コンピュータプログラムの形式でメモリに保存されており、コンピュータプログラムがメモリからプロセッサに取り込まれた場合に方法を実施するためのプロセッサが設けられている。
別の態様によれば、上記制御装置を含む車両が設けられている。
本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて以下に詳細に説明する。
車道を走行する車両を示す概略図である。 例示的な車両診断システムを示す概略図である。 道路を走行する車両の経時的な速度経過を例示的な混合物配分の経過に対比して例示的に示す図である。 内燃機関によって供給された出力を経時的な目標所要出力に適合させるための調整回路を示す構造図である。
図面では、同じ機能または比較可能な機能を有する部材には同じ符号を付し、一度だけ説明する。
道路2を走行する車両4の概略図を示す図1を参照する。
車両4は駆動系5(図2に詳細に説明する)を有し、この駆動系5により車両4はルート6に沿って道路2を移動する。後に詳述するように、駆動系5は内燃機関7および電気機械9を含む。
図1では、車両は想定される第1時点で、図1に車両4を実線により示した道路2における位置をとっている。さらに図1には、第1時点から見て未来の第2時点および第3時点において車両4がとる第2位置および第3位置における車両4が点線により示されている。
内燃機関7のエラーのない作動を確保するために、いわゆる車載式故障診断、OBD‐診断が法的に定められており、これにより排ガスに関連した内燃機関7の誤作動を早期に検出し、車両4の誤作動による環境負荷を防止する。このようなOBD‐診断は、例えば、カリフォルニア大気資源局(略してCARBと呼ばれる)によって定義されている。CARBが要求する機能は、文書化のために行われる車両診断であり、診断的使用時モニタ実行率(短縮してDIUMPRと呼ばれる)と呼ばれ、DIUMPRの詳細は当業者には既知である。
内燃機関7の排ガスに関連した構成要素のOBD‐診断は、診断周期に基づいて行う必要がある。OBD−診断を行う場合、内燃機関7が、例えば内燃機関のモーメントに関して要求される作動特性に従っている必要がある。要求される作動特性に基づいて、内燃機関7の排ガスに関連した構成要素がエラーなしに反応しているか否かを点検することができる。しかしながら、実際の走行モードにおける内燃機関7の作動特性は、要求される作動特性とは一般に常に異なっており、したがって、適宜なOBD‐診断に際して要求される内燃機関7の作動特性が遵守されない場合、診断は中断され、要求される内燃機関7の作動特性が次に生じた場合にOBD‐診断の繰返しが試みられる。
OBD‐診断の実施について詳述する前に、車両4の上記駆動系5について詳しく説明する。
駆動系5は、内燃機関7、電気機械9、およびギア10を含む。この場合、内燃機関7はタンク12から燃料を供給される。内燃機関7は出力軸14において機械的な回転エネルギーを生成する。クラッチ16が一方では内燃機関7に結合されており、他方では電気機械9に結合されている。電気機械9は整流器16に電気的に接続されており、整流器16は電気エネルギー蓄積器18に接続されている。これにより、電気エネルギー蓄積器18は電気エネルギーを整流器16に伝送することができ、整流器16は電気機械9を駆動するためにこのエネルギーを使用する。このようにして、電気エネルギー蓄積器18に蓄積されたエネルギーが車両4を駆動するために使用される。
電気機械9が噛合いクラッチ16を介して、電気的な回転エネルギーを生成する内燃機関7に結合されている場合、電流は電気機械9から整流器16へ流れ、整流器16はこの電流を整流する。整流器16によって整流された電流は、電気エネルギー蓄積器18を充電する。これにより、内燃機関7から供給された機械的エネルギーは電気機械9および整流器16によって変換され、電気エネルギー蓄積器18に蓄積することができる。
さらに、電気機械9は第2クラッチ20を介してギア10に結合されている。ギア10は車両4の車輪22に結合されている。走行時に車両4は質量および速度に基づいて動的エネルギーを有し、この動的エネルギーをブレーキプロセスで車輪22からギア10および第2クラッチ部材20を介して電気機械9に伝達することができる。電気機械9はこのようにして伝達された車両の動的エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気エネルギーは整流器12によって整流され、電気エネルギー蓄積器18を充電するために使用される。
したがって、ブレーキプロセスで減衰された動的エネルギーを電気エネルギー蓄積器18に一時蓄積することができる。代替的または付加的に、例えば、一般的な家庭用コンセント(さらに説明しない)によって、例えば、いわゆる「プラグイン‐ハイブリッド車」の場合のように充電することができる充電ケーブル24を介して電気エネルギー蓄積器18を充電することもできる。
要約すると、電気機械9は車両4の駆動系5において機械的エネルギーと電気的エネルギーとの間で変換を行い、これにより車両4の駆動を支援するか、または、例えば制動時または下り坂走行時に生じる余剰の電気エネルギーを車両4の駆動系から取り込む。
OBD‐診断を実施するために適した例示的な車両診断システム26の概略図を示す図3を参照する。
車両診断システム26は、エンジンブロック28とエンジンブロック28に外気を供給する給気通路30とからなる内燃機関7を監視し、吸気通路30を貫流する外気量は給気測定装置32によって決定可能である。この場合、内燃機関7の排ガスは、主構成要素として排ガス通路34を備える排ガス浄化装置を介して案内され、排ガス通路34では、排ガスの流れ方向に第1排ガスセンサ36が触媒38の前方に配置されており、第2排ガスセンサ40が触媒38の後方に配置されている。
2つの排ガスセンサ36,40は、エンジン・エレクトロニクスと呼ばれる制御装置42に接続されており、制御装置42は、排ガスセンサ36,40のデータおよび給気測定装置32のデータから、エンジンブロック28に噴射された燃料と、吸気通路30を介して流れる外気との比率を計算する。計算された比率に基づいて制御装置42は燃料測定装置44を作動し、エンジンブロック28に噴射される燃料の量を制御する。制御装置42には、排ガスセンサ36,40の信号を評価することができる診断装置46が接続されているか、または組み込まれている。診断装置46は、さらに診断装置46による評価結果を表示または保存することができる表示‐/メモリユニット48に接続されていてもよい。
排ガス通路34においてエンジンブロック28の後方に配置された第1排ガスセンサ36によって、制御装置42を用いて排ガス浄化装置が最適な浄化作用を得るために適したラムダ値を設定することができる。排ガス通路34において触媒38の後方に配置された第2排ガスセンサ40を同様に制御装置42において評価することができ、既知の方法で排ガス浄化装置の酸素蓄積能力を決定するために用いる。
車両診断のために、図示の車両診断システム26は、例えば診断装置46において、内燃機関5の調整区間の動特性を点検することができる調整アルゴリズムが実行される。調整区間は、測定部材である排ガスセンサ36,40、アクチュエータであるエンジンブロック28、および調整器である制御装置42を含む。
第1排ガスセンサ36の動特性を検査するOBD‐診断では、診断装置30によって燃料混合物を意図的に過剰リッチ状態にし、第1排ガスセンサ36がこの過剰リッチ状態を検出するかどうか、および第1排ガスセンサ36を含む調整回路が所定の時間ブロック内に過剰リッチ状態に反応するかどうかを検査する。しかしながら、内燃機関7の作動特性に基づいて燃料混合物を適度にリッチ状態にすることが不可欠である場合、第1排ガスセンサ36を含む調整回路は、過剰リッチ状態に反応するが、しかしながら、所定の時間ブロック内には反応しない。OBD‐診断は失敗し、繰り返さなければならない。
OBD‐診断をあまりに頻繁に繰り返した場合、これらのOBD‐診断のみが原因で燃料を過剰消費することになりかねない。燃料混合物を調整する他のOBD‐診断は、例えば、触媒38を診断する場合にも、触媒38の後方の第2排ガスセンサ40の動特性を診断する場合にも使用される。燃料消費の増大のみならず、環境技術的にもこのようなOBD‐診断は懸念すべきである。なぜなら、OBD‐診断があまりに頻繁に実施された場合、燃料混合物のこのような積極的な調整は排ガスを劣悪化させ、これにより排ガス総量の持続的な劣悪化が生じる。
上述のような燃料の過剰消費および不要な環境負荷を防止するために、この実施形態では、追加ユニットである図2に示した電気機械9によって内燃機関7の出力供給を制御し、所定のOBD‐診断を無事に完了するために不可欠な所定の目標出力供給に電気機械9が追従するように設定することを提案する。この実施形態の範囲で、例えば丘陵地のない直進区間の走行または一定不変のエンジン負荷を伴う走行を必要とする所定のOBD‐診断が開始され、それにもかかわらず、車両がOBD‐診断の間に丘陵地に到達した場合には、電気機械9は、丘陵地を上るために目標出力供給を超える追加所要出力を電気エネルギー蓄積器18から取り出すか、または内燃機関7がOBD‐診断を無事に実施するために加える必要のある目標出力供給を超える出力余剰分を取り込み、電気エネルギー蓄積器18に保存することができる。
上記追加ユニットは、車両4の任意のあらゆる電力消費装置および発電機であってもよいが、しかしながら、電気機械9は電力を取り込むだけではなく供給することもでき、したがって目標出力を超える出力余剰分を取り込むのと同様に、目標出力を超える追加所要出力に応じることもできる。したがって、電気機械9は、本発明を技術的に実現するために特に好ましい。
OBD‐診断が無事に実施される可能性を高めるために、図1に示したルート6を調査することができ、この場合、どの区間部分50において電気機械9を用いても所定のOBD‐診断を実施することが不可能であるかが推定される。これは、例えば、制御装置42および/または診断装置46によって行うことができる。調査および推定の範囲で、ルート6において所定のOBD‐診断を実施するための区間部分のうち、電気機械9が目標出力を超える内燃機関7からの追加所要出力を提供することができないか、または目標出力を超える出力余剰分を内燃機関7から取り込むことができないことが初めから明らかである区間部分を除外することができる。冒頭部で言及した実施例では、これらの場所では丘陵地の勾配が例えば急峻すぎる場合もある。
ルート6の調査は、例えば、ルート6が既に一回走行されたかどうかの認識に基づいて適応的に行うことができる。このために、例えば車両4のメモリ52に、例えば、走行された経路に車両の操舵角および車両の傾斜角を対比させた表を保存しておいてもよい。操舵角に対する現在のルート6の経路の対比を、メモリ52に保存された対比と相関させた場合、既に走行されたルートを推定することができる。付加的に、メモリ52には、ルート6におけるドライバの走行特性を演繹することができるドライバプロフィールを保存してもよい。
代替的または付加的に、ルート6の調査をナビゲーションシステム54によって予測的に行い、随意に近距離センサ56によって行うことができ、近距離センサ56からルート6に関する環境データおよび交通データを引き出すこともできる。この場合にもルート6を調査においてドライバの走行特性を関連付けてもよい。例えば、ナビゲーションシステム54によってルート6における渋滞を検出することができる。この検出された渋滞に基づいて、車両4のアイドリング状態または車両4の発進停止モードで実施することのできるOBD‐診断を計画することができる。代替的または付加的に、近距離センサ56によって車両4の周辺を走査することができる。この場合、近距離センサ56は、画像評価装置を接続したカメラであってもよい。例えば、車両4の前方に低速走行する車両が検出された場合、例えば目前に迫るブレーキプロセスを推論することができ、実施されるOBD‐診断の計画にこのブレーキプロセスを取り入れてもよい。
このようにして、OBD‐診断および冒頭に挙げたDIUMPRの実施を改善することができる。
図4により、例えば、時間61にわたって記録されたルート6における内燃機関7の内燃機関モーメント59の経過に基づいた幾つかのOBD‐診断の計画を説明する。内燃機関モーメント59のこの経過58には、エンジンブロック28に噴射された燃料と、給気通路30を介して流れる外気との間の上記比率63が対比されており、この比率63は同様に時間61にわたって記録されている。比率63は以下では単純に混合物63と呼ぶ。
内燃機関モーメント59の経過58は、上述のように予測的に推定し、および/または適応的に決定することができる。
内燃機関モーメント59の経過58は、まず車両4が始動された後の初期の待機段階60を含む。初期の待機段階60の後に、車両4は加速段階62で平均的な走行速度に加速される。これは、例えば、ガレージまたは駐車場の車両4のパーキングエリアを離れた後の加速であってもよい。加速段階62の後の走行段階64では、例えば、信号で停止しなければならないことが予想されるために車両4がブレーキ段階66で再び待機状態に制動されるまで、内燃機関モーメント59の経過58を予測的または適応的に決定することにより予知可能な時間にわたって平均的な走行速度が保持される。その後には再び待機段階60が続き、待機段階60には、適宜に加速段階62、走行段階64、およびブレーキ段階66が続く。このプロセスは多かれ少なかれ規則的に繰り返される。
図4に示すように、内燃機関モーメント59の経過58は個々の段階60〜66において一定不変でなくてもよい。経過58は例えば、ルート6におけるカーブ、ルート6において予想される渋滞、および車両4の走行に影響を及ぼす他の出来事に依存している。
推定される内燃機関モーメント59の経過58に基づいて、どの期間に所定のOBD‐診断を無事に実施する見込みが特に高いかを決定することができる。このために、OBD‐診断のために内燃機関7によって出力される上記目標トルク(図4では参照符号68,70が付されている)と、内燃機関モーメント59の経過58との間に差がみられるかどうかが観察され、この差を電気機械9によって補正できるかどうかが決定される。
第1待機段階60では、推定される内燃機関モーメント59の経過58はOBD‐診断において不可欠である第1目標モーメント68をわずかに下回っているだけなので、触媒38を加熱するために混合物63の第1調整を開始することができる。OBD‐診断において目標出力68を供給するために、内燃機関7は、車両4を作動するために不可欠であるよりも多くの出力を供給する。この供給された出力の余剰分は、電気機械9によって電気エネルギー蓄積器18に伝送される。
これに対応して第1走行段階64では、推定される内燃機関モーメント59の経過58はOBD‐診断において不可欠である第2目標モーメント70をわずかに上回っているだけなので、第1排ガスセンサ36を診断するために第2混合物調整56を計画することができる。内燃機関7は、OBD‐診断において目標出力68を準備するために、車両4の作動に不可欠であるよりも少ない出力を供給するはずである。追加所要出力が、電気機械9によって電気エネルギー蓄積器18から供給される。

Claims (12)

  1. 車両(4)を作動する方法において:
    内燃機関(7)に対する前記車両(4)の経時的な目標所要出力(68,70)を設定するステップと、
    前記内燃機関(7)に対する前記車両(4)の経時的な実際所要出力(58)が経時的な前記目標所要出力(68,70)とは異なっている場合に、追加ユニット(9)を前記内燃機関(7)に接続するステップとを含む方法。
  2. 請求項1に記載の方法において、
    前記追加ユニット(9)が、前記内燃機関(7)と共に前記車両(4)の駆動系(5)に作用する電気機械(9)である方法。
  3. 請求項2に記載の方法において、
    経時的な前記実際所要出力(58)と経時的な前記目標所要出力(68,70)との差が前記車両(4)の加速をもたらす場合に、電気エネルギー蓄積器(18)を充電するように前記電気機械(9)を設定する方法。
  4. 請求項2または3に記載の方法において、
    経時的な前記実際所要出力(58)と経時的な前記目標所要出力(68,70)との差が前記車両(4)の制動をもたらす場合に、前記車両(4)の前記駆動系(5)にトルクを供給するように前記電気機械(9)を設定する方法。
  5. 請求項1から4までのいずれか一項に記載の方法において、
    経時的な前記目標所要出力(58)が、前記内燃機関(7)で実施される車両診断に依存している方法。
  6. 請求項5に記載の方法において:
    前記車両(4)によって走行されるルート(6)における前記内燃機関(7)の経時的な実際所要出力(58)を推定するステップと;
    前記追加ユニット(9)を前記内燃機関(7)に接続することによって、経時的な前記実際所要出力(58)と経時的な前記目標所要出力(68,70)との間の差を補正することができる確率に基づいて、実施される車両診断を計画するステップとを含む方法。
  7. 請求項6に記載の方法において、
    ナビゲーション装置(54)、近距離センサ(56)および/またはメモリ(52)に保存されたデータに基づいて、前記車両(4)によって走行されるルート(6)における前記車両(4)の経時的な前記実際所要出力(58)を推定する方法。
  8. 請求項6または7に記載の方法において、
    前記追加ユニット(9)を前記内燃機関(7)に接続することによって、経時的な前記実際所要出力(58)と経時的な前記目標所要出力(68,70)との間の差を補正することができる確率が所定の閾値を下回った場合に、車両診断を禁止するステップを含む方法。
  9. 請求項1から8までのいずれか一項に記載の方法を実施するために適した制御装置(42)。
  10. 請求項9に記載の制御装置(42)を含む車両(4)。
  11. プログラムコードを備えるコンピュータプログラムにおいて、
    該コンピュータプログラムがコンピュータまたは請求項9に記載の装置で実行された場合に、請求項1から8までのいずれか一項に記載の方法の全てのステップを実施するコンピュータプログラム。
  12. プログラムコードを含むコンピュータプログラム製品において、
    前記プログラムコードが、コンピュータにより読取り可能なデータ保持体に保存されており、前記プログラムコードがデータ処理装置で実行された場合に、請求項1から8までのいずれか一項に記載の方法を実施するコンピュータプログラム製品。
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