JP2016048181A - バッテリ判定装置、携帯通信端末及びそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】テスタを用いることなく、バッテリ状態を簡易に把握すること。
【解決手段】バッテリ判定装置を、エンジン（２）の始動音を取り込むマイク（１１）と、前記エンジンの始動音の波形データを周波数分析して、前記エンジンの作動サイクルの開始点を示す周波数を抽出する周波数分析部（１２）と、前記作動サイクルの開始点を示す周波数に基づいて、バッテリ電圧が適正か否かを判定する電圧判定部（１３）と、前記バッテリ電圧の判定結果を表示するディスプレイ（１４）とを備える構成にした。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン始動時にバッテリ状態を判定するバッテリ判定装置、携帯通信端末及びそのプログラムに関する。

一般に、自動二輪車等において、電力の充電量よりも使用量が上回ることでバッテリ上がりが生じることが知られている。エンジン始動時には大きな電力が消費されるため、バッテリ上がりが生じるとエンジンを始動させるのに必要なバッテリ電圧を得ることができない。そこで、通常はバッテリにテスタを接続して、正常なバッテリ電圧が得られるか否かが測定される。この場合、テスタから延びる一対のクリップがバッテリの陽極端子と陰極端子に接続され、端子間のバッテリ電圧がディスプレイに表示されることでバッテリの充電や交換を促している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−７６５７０号公報

ところで、ユーザのほとんどはテスタを持っていないため、バッテリ状態を把握することができない。また、車種によってバッテリの規格や搭載位置も異なり、さらに車体からカウル等の外装部材を取り外して、バッテリをテスタに繋げなければならず、煩雑な作業になっていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、テスタを用いることなく、バッテリ状態を簡易に把握することができるバッテリ判定装置、携帯通信端末及びそのプログラムを提供することを目的とする。

本発明のバッテリ判定装置は、エンジンの始動音を取り込むマイクと、前記エンジンの始動音の波形データを周波数分析して、前記エンジンの作動サイクルの開始点を示す周波数を抽出する周波数分析部と、前記作動サイクルの開始点を示す周波数に基づいて、バッテリ電圧が適正か否かを判定する電圧判定部と、前記バッテリ電圧の判定結果を報知する報知部とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、エンジンの始動音とバッテリ電圧には一定の関係があり、エンジンの始動音に含まれる作動サイクルの開始点を示す周波数が抽出されることでバッテリ電圧が推定される。そして、バッテリ電圧が適正か否かがユーザに報知されることで、ユーザにバッテリ状態を知らせることができる。また、車体から外装部材を取り外す必要がなく、バッテリに接続するテスタも不要なので、バッテリ上がりが生じる前にユーザにバッテリ状態を容易に把握させることができる。

本発明のバッテリ判定装置において、前記電圧判定部は、前記作動サイクルの開始点を示す周波数と、前記バッテリ電圧の適正電圧の判定値となる第１の周波数、前記第１の周波数よりも低く前記バッテリ電圧の低下傾向の判定値となる第２の周波数、前記第２の周波数よりも低く前記バッテリ電圧の始動限界の判定値となる第３の周波数と、を比較することを特徴とする。この構成によれば、バッテリ状態を複数段階に分けて判定することで、ユーザに適切なバッテリの交換時期を知らせることができる。例えば、バッテリ電圧が低下傾向にある場合には、ユーザにバッテリの交換時期が近付いていることを知らせることができ、バッテリ電圧がエンジンの始動限界である場合には、ユーザにバッテリの交換時期が来たことを知らせることができる。

本発明のバッテリ判定装置において、前記電圧判定部は、前記作動サイクルの開始点の周波数が、前記エンジンの始動完了を示す第４の周波数より高い場合に判定を終了する。この構成によれば、エンジンが始動状態からアイドリング状態に遷移したときに、自動的に判定処理を終了させることができる。

本発明の携帯通信端末は、上記のバッテリ判定装置を備え、前記マイクは通話用のマイクであり、前記報知部はディスプレイであることを特徴とする。この構成によれば、携帯通信端末をバッテリ判定装置として使用することができる。

本発明のプログラムは、携帯通信端末で用いられるプログラムであって、前記携帯通信端末のマイクにエンジンの始動音を取り込ませるステップと、前記エンジンの始動音の波形データを周波数分析し、前記エンジンの作動サイクルの開始点の周波数を抽出するステップと、前記作動サイクルの開始点の周波数に基づいて、バッテリ電圧が適正か否かを判定するステップと、前記バッテリ電圧の判定結果を報知するステップとを前記携帯通信端末に実行させることを特徴とする。

この構成によれば、携帯通信端末にプログラムをインストールすることで、携帯通信端末をバッテリ判定装置として使用することができる。よって、ユーザの所有している携帯通信端末に対して、車載用のインフォテイメントの一種としてバッテリ状態を判定するプログラムを導入させ易くすることができる。

本発明によれば、エンジンの始動音とバッテリ電圧の一定の関係を利用してバッテリ電圧を推定することで、テスタを用いることなく、バッテリ状態を簡易に把握することができる。

エンジン回転数とバッテリ電圧の関係を示す図である。 本実施の形態に係る携帯通信端末のブロック図である。 本実施の形態に係るバッテリ判定の流れを示すフローチャートである。

先ず、図１を参照して、エンジン回転数とバッテリ電圧の関係について説明する。図１は、エンジン回転数とバッテリ電圧の関係を示す図である。なお、図１において、縦軸はエンジン回転数、横軸は時間をそれぞれ示している。また、波形Ｗ１はバッテリ電圧がＸ［Ｖ］以上、波形Ｗ２はバッテリ電圧がＹ［Ｖ］以下、波形Ｗ３はバッテリ電圧がＺ［Ｖ］以下のときの波形をそれぞれ示している。なお、Ｘ［Ｖ］はエンジン始動に十分な電圧、Ｙ［Ｖ］はエンジン始動可能だが低めの電圧、Ｚ［Ｖ］はエンジン始動の限界電圧をそれぞれ示している。

図１に示すように、各波形Ｗ１−Ｗ３は、それぞれ一定の周期でピーク値が繰り返されるように変化している。ここで、各波形Ｗ１−Ｗ３の各ピーク値は、ピストンがエンジンのＴＤＣ（Top Dead Center（上死点））を乗り越えるときの回転数（速度）を示している。すなわち、各波形Ｗ１−Ｗ３のピークの間隔は、それぞれエンジンの作動サイクルの１サイクルあたりの周期を示している。波形Ｗ１−Ｗ３に示すように、バッテリ電圧が高いとエンジン始動時の平均回転数が高く、バッテリ電圧が低いとエンジン始動時の平均回転数が低い傾向になることが分かる。

また、波形Ｗ１−Ｗ３に示すように、バッテリ電圧が高いとピークの間隔が狭くなって作動サイクルの周期が短くなり、バッテリ電圧の低下と共にピークの間隔が広がって作動サイクルの周期が長くなることが分かる。したがって、バッテリ電圧が高くなるのに伴って、単位時間当たりのサイクルの繰返し回数が多くなって周波数が高くなる。すなわち、バッテリ電圧が高い場合には、ピストンがエンジンのＴＤＣを乗り越えるときの周波数が高くなり、バッテリ電圧が低い場合には、ピストンがエンジンのＴＤＣを乗り超えるときの周波数が低くなっている（Ａ［Ｈｚ］＞Ｂ［Ｈｚ］＞Ｃ［Ｈｚ］）。

このように各波形のピークにおける周波数とバッテリ電圧の間には一定の関係が存在している。このため、周波数とバッテリ電圧の関係を利用して、周波数からバッテリの状態を推定することができる。例えば、ピークの周波数が周波数Ａ［Ｈｚ］付近の場合には、エンジンの平均回転数が高く、エンジン始動に十分なバッテリ電圧であることが推定される。ピークの周波数が周波数Ｂ［Ｈｚ］付近の場合には、エンジン始動可能なバッテリ電圧であるが、バッテリの交換時期が近付いていることが推定される。ピークの周波数が周波数Ｃ［Ｈｚ］付近の場合には、エンジンの始動限界のバッテリ電圧であり、バッテリ交換が必要なことが推定される。

ところで、エンジンの始動音を示す波形データと上記のエンジンの作動サイクルの間にも一定の関係が存在している。エンジンの始動音を示す波形データには、作動サイクルが含まれているため、エンジンの始動音からエンジン回転数や作動サイクルの開始点（ＴＤＣ）を示す周波数を推定することが可能である。本件発明者は、エンジンの始動音とエンジン回転数の間に一定の関係があり、さらにエンジン回転数とバッテリ電圧に一定の関係があることに着目して本発明に至った。すなわち、本発明の骨子は、エンジンの始動音から作動サイクルの開始点を示す周波数を求め、この周波数からバッテリ電圧を判定してバッテリ状態を推定することである。

以下、図２を参照して、バッテリ判定装置としての携帯通信端末について説明する。図２は、本実施の形態に係る携帯通信端末のブロック図である。なお、以下の説明では、バッテリ判定装置として携帯通信端末を例示して説明するが、バッテリ判定装置はエンジンの始動音からバッテリ状態を推定可能な装置であれば、どのような装置でもよい。また、ここでは携帯通信端末の通信機能については説明を省略する。さらに、自動二輪車のバッテリ判定を行うものとして説明する。

図２に示すように、携帯通信端末１は、いわゆるスマートフォンであり、携帯電話として機能するだけでなく、Ｗｅｂサイトや動画の閲覧が可能な他、アプリケーションを自由に追加することが可能になっている。本実施の形態に係る携帯通信端末１には、アプリケーションとしてバッテリ判定用のプログラムがインストールされており、携帯通信端末１にバッテリ判定装置としての機能が追加されている。この携帯通信端末１には、タッチスクリーン式のディスプレイ１４、通話用のマイク１１、端末操作用の各種ボタンやカメラが搭載されている。

この場合、バッテリ判定用のプログラムが起動されることで、携帯通信端末１のディスプレイ１４がバッテリ状態を報知する画面として機能し、通話用のマイク１１がエンジン２の始動音用の集音マイクとして機能する。また、携帯通信端末１には、周波数分析部１２と電圧判定部１３が設けられている。周波数分析部１２及び電圧判定部１３は、携帯通信端末１の各種処理を実行するプロセッサや、メモリ等により構成されている。メモリは、用途に応じてＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。

このように構成された携帯通信端末１は、エンジン２の始動時に車体に近づけて使用され、マイク１１によってエンジン２の始動音が取り込まれる。マイク１１に取り込まれたエンジン２の始動音は波形データとして周波数分析部１２に出力される。エンジン２の始動音には作動サイクルの音も含まれているため、波形データには作動サイクルの開始点（ＴＤＣ）を示す波形が繰返し表れている。周波数分析部１２では、このエンジン２の始動音を示す波形データが周波数分析される。周波数分析は、波形データに対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を実施し、時間領域の波形データを周波数領域の波形データに変換する。

さらに、周波数分析部１２では、変換後の波形データからフィルタ等によってエンジン２の作動サイクルの開始点を示す周波数成分が抽出される。この場合、所定の周波数帯に作動サイクルの開始点の周波数成分が表れるため、この周波数帯でフィルタリングされてフィルタリング後の波形の最大値を示す周波数Ｆが抽出される。また、エンジン２の作動サイクルの開始点は、波形データでピークとして表れるため、所定の閾値以上の周波数Ｆを抽出するようにしてもよい。上記したように、作動サイクルの開始点を示す周波数Ｆはバッテリ電圧に応じて高くなるため、バッテリ電圧を示す情報として電圧判定部１３に出力される。

電圧判定部１３では、作動サイクルの開始点を示す周波数Ｆに基づいて、バッテリ電圧が適正か否かが判定される。この場合、バッテリ電圧の適正電圧の判定値となる第１の周波数Ａ［Ｈｚ］、バッテリ電圧の低下傾向の判定値となる第２の周波数Ｂ［Ｈｚ］、バッテリ電圧の始動限界の判定値となる第３の周波数Ｃ［Ｈｚ］が、作動サイクルの開始点を示す周波数Ｆと比較される。第２の周波数Ｂ［Ｈｚ］は第１の周波数Ａ［Ｈｚ］よりも低く、第３の周波数Ｃ［Ｈｚ］は第２の周波数Ｂ［Ｈｚ］よりも低く設定されている（Ａ［Ｈｚ］＞Ｂ［Ｈｚ］＞Ｃ［Ｈｚ］）。

Ｆ［Ｈｚ］＞Ａ［Ｈｚ］の場合にはバッテリ電圧が適正電圧、Ａ［Ｈｚ］≧Ｆ［Ｈｚ］＞Ｂ［Ｈｚ］の場合にはバッテリ電圧が減少傾向、Ｂ［Ｈｚ］≧Ｆ［Ｈｚ］＞Ｃ［Ｈｚ］の場合にはバッテリ電圧が始動限界付近、Ｃ［Ｈｚ］≧Ｆ［Ｈｚ］の場合にはバッテリ電圧が始動限界以下と判定される。これらの判定結果は、それぞれバッテリ状態を示す文字列データに置き換えられてディスプレイ１４に出力される。ディスプレイ１４では、バッテリ電圧の判定結果として文字列を表示（報知）することで、ユーザにバッテリ状態を把握させている。

例えば、Ｆ［Ｈｚ］＞Ａ［Ｈｚ］の場合には、「バッテリ良好」という文字列がディスプレイ１４に表示され、ユーザにバッテリに問題がないことが報知される。Ａ［Ｈｚ］≧Ｆ［Ｈｚ］＞Ｂ［Ｈｚ］の場合には、「バッテリ電圧低下」という文字列がディスプレイ１４に表示され、ユーザにバッテリの交換時期が近付いていることが報知される。Ｂ［Ｈｚ］≧Ｆ［Ｈｚ］＞Ｃ［Ｈｚ］の場合には、「バッテリ交換要」という文字列がディスプレイ１４に表示され、ユーザにバッテリの交換時期が来たことが報知される。Ｃ［Ｈｚ］≧Ｆ［Ｈｚ］の場合には、「バッテリ緊急交換要」という文字列がディスプレイ１４に表示され、ユーザにバッテリの早急な交換が報知される。

また、電圧判定部１３では、エンジン２の始動完了、すなわちアイドリング状態を判定するための第４の周波数Ｄ［Ｈｚ］も判定値として使用される。第４の周波数Ｄ［Ｈｚ］は第１の周波数Ａ［Ｈｚ］よりも高く設定されている。電圧判定部１３では、作動サイクルの開始点を示す周波数Ｆ［Ｈｚ］が第４の周波数Ｄ［Ｈｚ］よりも高い場合には、エンジン２が始動状態からアイドリング状態に遷移したとして判定処理が終了される。これにより、携帯通信端末１による判定処理を自動的に終了させることが可能になっている。

続いて、図３を参照して、バッテリ判定の流れについて説明する。図３は、本実施の形態に係るバッテリ判定の流れを示すフローチャートである。なお、図３に示すバッテリ判定の流れは一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

図３に示すように、携帯通信端末１のマイク１１が車体のエンジン２に近づけられて、エンジン２の始動音の取り込みが実施される（ステップＳ０１）。エンジン２の始動音には、ピストンがＴＤＣを乗り越える際の作動サイクルの周期的な音が含まれている。このため、エンジン２の始動音を取り込むことで、エンジン２の作動サイクルの周波数成分を含む波形データが生成される。

次に、エンジン２の始動音の波形データに周波数分析が実施される（ステップＳ０２）。周波数分析では、エンジン２の始動音の波形データに対してＦＦＴ処理が施されて、時間領域の波形データから周波数領域の波形データに変換される。そして、周波数変換後の波形データがフィルタリングされて、作動サイクルの開始点（フィルタリング後の波形の最大値）を示す周波数Ｆ［Ｈｚ］が抽出される。なお、本実施の形態においては、エンジンの始動音の波形データを周波数分析する構成にしたが、この構成に限定されない。時間軸上でのエンジン２の始動音の特性をエンジン回転数の特性に変換して（図１参照）、エンジン回転数の特性を周波数分析する構成にしてもよい。

次に、作動サイクルの開始点を示す周波数Ｆ［Ｈｚ］と第４の周波数Ｄ［Ｈｚ］が比較される（ステップＳ０３）。周波数Ｆ［Ｈｚ］と第４の周波数Ｄ［Ｈｚ］の比較によってエンジン２がアイドリング状態か否かが判定される。周波数Ｆ［Ｈｚ］が第４の周波数Ｄ［Ｈｚ］よりも高い場合（ステップＳ０３でＹｅｓ）、エンジン２が既にアイドリング状態に遷移していると判定されて判定処理が終了される。これにより、エンジン２の始動完了時に自動的に判定処理を終了させることが可能になっている。

作動サイクルの開始点を示す周波数Ｆ［Ｈｚ］が第４の周波数Ｄ［Ｈｚ］以下の場合（ステップＳ０３でＮｏ）、周波数Ｆ［Ｈｚ］と第１の周波数Ａ［Ｈｚ］が比較される（ステップＳ０４）。周波数Ｆ［Ｈｚ］と第１の周波数Ａ［Ｈｚ］の比較によってバッテリ電圧が適正電圧であるか否かが判定される。周波数Ｆ［Ｈｚ］が第１の周波数Ａ［Ｈｚ］よりも高い場合（ステップＳ０４でＹｅｓ）、バッテリ電圧が適正であると判定されてディスプレイ１４に「バッテリ良好」と表示される（ステップＳ０５）。これにより、バッテリの寿命が十分あり、ユーザにバッテリの交換時期が先であることが知らされる。その後、エンジン２が始動完了してアイドル状態に遷移し、ステップＳ０３に移行する。

作動サイクルの開始点を示す周波数Ｆ［Ｈｚ］が第１の周波数Ａ［Ｈｚ］以下の場合（ステップＳ０４でＮｏ）、周波数Ｆ［Ｈｚ］と第２の周波数Ｂ［Ｈｚ］が比較される（ステップＳ０６）。周波数Ｆ［Ｈｚ］と第２の周波数Ｂ［Ｈｚ］の比較によってバッテリ電圧が低下傾向であるか否かが判定される。周波数Ｆ［Ｈｚ］が第２の周波数Ｂ［Ｈｚ］よりも高い場合（ステップＳ０６でＹｅｓ）、バッテリ電圧が低下傾向であると判定されてディスプレイ１４に「バッテリ電圧低下」と表示される（ステップＳ０７）。これにより、経年劣化によってバッテリの寿命が短くなり、ユーザにバッテリの交換時期が近付いていることが知らされる。その後、エンジン２が始動完了してアイドル状態に遷移し、ステップＳ０３に移行する。

作動サイクルの開始点を示す周波数Ｆ［Ｈｚ］が第２の周波数Ｂ［Ｈｚ］以下の場合（ステップＳ０６でＮｏ）、周波数Ｆ［Ｈｚ］と第３の周波数Ｃ［Ｈｚ］が比較される（ステップＳ０８）。周波数Ｆ［Ｈｚ］と第３の周波数Ｃ［Ｈｚ］の比較によってバッテリ電圧が始動限界の電圧に足りるか否かが判定される。周波数Ｆ［Ｈｚ］が第３の周波数Ｃ［Ｈｚ］よりも高い場合（ステップＳ０８でＹｅｓ）、バッテリ電圧が始動限界付近であると判定されてディスプレイ１４に「バッテリ交換要」と表示される（ステップＳ０９）。これにより、バッテリの寿命が残り僅かであり、ユーザにバッテリの交換時期が来ていることが知らされる。その後、エンジン２が始動完了してアイドル状態に遷移し、ステップＳ０３に移行する。

作動サイクルの開始点を示す周波数Ｆ［Ｈｚ］が第３の周波数Ｃ［Ｈｚ］以下の場合（ステップＳ０８でＮｏ）、バッテリ電圧が始動限界以下であると判定されてディスプレイ１４に「バッテリ緊急交換要」と表示される（ステップＳ１０）。これにより、バッテリの寿命が尽き又はバッテリ不良が発生し、ユーザに早急なバッテリの交換が必要なことが知らされる。

以上のように、本実施の形態によれば、エンジン２の始動音とバッテリ電圧には一定の関係があり、エンジンの始動音に含まれる作動サイクルの開始点を示す周波数が抽出されることでバッテリ電圧が推定される。そして、バッテリ電圧が適正か否かがユーザに報知されることで、ユーザにバッテリ状態を知らせることができる。また、車体から外装部材を取り外す必要がなく、バッテリに接続するテスタも不要なので、バッテリ上がりが生じる前にユーザにバッテリ状態を容易に把握させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態では、バッテリ判定装置として、バッテリ判定用のプログラムが組み込まれた携帯通信端末を例示して説明したが、この構成に限定されない。バッテリ判定装置は、バッテリ判定にのみ使用される専用装置でもよいし、バッテリ判定用のプログラムが組み込まれたＩＣレコーダでもよい。

また、上記した実施の形態では、自動二輪車のバッテリ状態を判定する構成について説明したが、この構成に限定されない。バッテリ判定装置は、バッテリによってエンジンを始動させる乗り物のバッテリ状態を判定可能であり、例えば、四輪、バギー車、雪上車、船舶等にも適用可能である。

また、上記した実施の形態では、報知部としてディスプレイ１４を例示して説明したが、この構成に限定されない。報知部は、バッテリ電圧の判定結果を報知可能であればよく、例えば、携帯通信端末１の効果音、呼び出し音、音声メッセージ、ライトの点滅や点灯等によって報知してもよい。

また、上記した実施の形態では、バッテリ電圧を３段階に分けて判定する構成にしたが、この構成に限定されない。バッテリ電圧が適正電圧か否かだけを１段階で判定してもよいし、バッテリ電圧を４段階以上に分けて判定してもよい。

また、上記した実施の形態では、エンジンの始動完了を判定する構成にしたが、この構成に限定されない。バッテリ判定装置では、エンジンの始動完了を判定しない構成にしてもよい。

以上説明したように、本発明は、テスタを用いることなく、バッテリ状態を簡易に把握することができるという効果を有し、特に、エンジン始動時にバッテリ状態を判定する携帯通信端末に有用である。

１ 携帯通信端末（バッテリ判定装置）
２ エンジン
１１ マイク
１２ 周波数分析部
１３ 電圧判定部
１４ ディスプレイ（報知部）

Claims (5)

1. エンジンの始動音を取り込むマイクと、
   前記エンジンの始動音の波形データを周波数分析して、前記エンジンの作動サイクルの開始点を示す周波数を抽出する周波数分析部と、
   前記作動サイクルの開始点を示す周波数に基づいて、バッテリ電圧が適正か否かを判定する電圧判定部と、
   前記バッテリ電圧の判定結果を報知する報知部とを備えたことを特徴とするバッテリ判定装置。
2. 前記電圧判定部は、前記作動サイクルの開始点を示す周波数と、前記バッテリ電圧の適正電圧の判定値となる第１の周波数、前記第１の周波数よりも低く前記バッテリ電圧の低下傾向の判定値となる第２の周波数、前記第２の周波数よりも低く前記バッテリ電圧の始動限界の判定値となる第３の周波数と、を比較することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ判定装置。
3. 前記電圧判定部は、前記作動サイクルの開始点の周波数が、前記エンジンの始動完了を示す第４の周波数より高い場合に判定を終了することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバッテリ判定装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のバッテリ判定装置を備え、前記マイクは通話用のマイクであり、前記報知部はディスプレイであることを特徴とする携帯通信端末。
5. 携帯通信端末で用いられるプログラムであって、
   前記携帯通信端末のマイクにエンジンの始動音を取り込ませるステップと、
   前記エンジンの始動音の波形データを周波数分析し、前記エンジンの作動サイクルの開始点の周波数を抽出するステップと、
   前記作動サイクルの開始点の周波数に基づいて、バッテリ電圧が適正か否かを判定するステップと、
   前記バッテリ電圧の判定結果を報知するステップとを前記携帯通信端末に実行させることを特徴とするプログラム。

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