JP2019085894A - オートダウンシフト機能付き乗物 - Google Patents

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Abstract

【課題】変速段の位置にかかわらずメインクラッチ操作無しでの滑らかな減速シフトを実現できる構成を提供する。【解決手段】オートダウンシフト機能付き乗物の制御装置は、シフト操作センサの検出信号に基づいて減速シフト操作の開始が判定されると、回転数センサで検出された変速段及び回転数に応じて、スロットル装置を制御してエンジンの吸気量を増量し、且つ、点火装置を制御して点火時期を変更するオートダウンシフト制御を実行する。【選択図】図1

Description

本発明は、メインクラッチ操作無しでの滑らかな減速シフトを実現できるオートダウンシフト機能付き乗物に関する。
従来、ドッグクラッチ式の手動変速機を搭載した自動二輪車等の乗物では、変速シフト時にクラッチを切断状態にしてからシフトペダルを操作し、ギヤチェンジを行うのが一般的である。これに対し、クラッチレバーによるメインクラッチの操作を行わずとも変速ショックの少ない変速を可能とする制御技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の構成によれば、手動変速機の減速シフトの開始に合わせて吸気量を増量し、減速シフト動作の過渡段階において全てのギヤが動力切断状態になるときに次に係合されるドッグ及びギヤの両者の回転数を互いに近づけることで、メインクラッチを切断せずともドッグがギヤに円滑に係合され、迅速な変速が可能となる。
特開2006−77623号公報
しかし、特許文献1の構成では、減速シフト時に出力応答性が比較的低い吸気量制御によりエンジン出力を目標出力に向けて増加させるため、エンジン出力の迅速な微調整が難しい。そうすると、自動二輪車等では、減速シフト前後の変速比の差が変速段の位置によって異なる場合があるため、変速段の位置によって変速操作の円滑性が変動してしまうことが考えられる。
そこで本発明は、変速段の位置にかかわらずメインクラッチ操作無しでの滑らかな減速シフトを実現できる構成を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係るオートダウンシフト機能付き乗物は、スロットル装置及び点火装置を有するエンジンと、前記エンジンの回転数を検出する回転数センサと、ライダーが変速操作を行うシフト操作子と、前記エンジンに接続されて前記シフト操作子の操作に連動して複数の変速段のギヤから一のギヤを選択して動力伝達状態にする手動変速機と、前記シフト操作子の操作を検出するシフト操作センサと、前記シフト操作センサ、前記シフト操作センサ及び前記回転数センサの各検出信号に基づいて前記エンジンを制御する制御装置と、を備えた乗物であって、前記制御装置は、前記シフト操作センサの前記検出信号に基づいて減速シフト操作の開始が判定されると、前記回転数センサで検出された回転数に応じて、前記スロットル装置を制御して前記エンジンの吸気量を増量し、且つ、前記点火装置を制御して点火時期を変更するオートダウンシフト制御を実行する。
前記構成によれば、減速シフト時のエンジン出力増加のために吸気量調整だけでなく点火時期調整も併せて行われるので、吸気量調整によりエンジン目標出力の大きな変化にも十分に対応しながら、出力応答性の高い点火時期調整によりエンジン出力を応答性良く調整でき、変速段にかかわらず変速操作を円滑に行うことができ、メインクラッチ操作無しでの滑らかな減速シフトを的確に実現できる。
前記複数の変速段のギヤのうち選択されたギヤの位置を検出するギヤポジションセンサを更に備え、前記制御装置は、前記減速シフト操作の開始が判定されると、前記ギヤポジションセンサで検出される前記変速段にかかわらず、前記回転数センサで検出された回転数に応じて前記スロットル装置を制御して前記エンジンの吸気量を増量し、かつ、前記ギヤポジションセンサで検出される前記変速段に応じて前記点火装置を制御して点火時期を変更する構成としてもよい。
前記構成によれば、減速シフト時の吸気量の増量をギヤポジションセンサで検出される変速段を参照することなく設定できるため、スロットル制御を簡素化できる。
前記制御装置は、前記減速シフト操作の開始が判定されると点火時期の位相を変更するように前記点火装置を制御すると共に、その点火時期の位相変更量を前記ギヤポジションセンサで検出された変速段に応じて決定する構成としてもよい。
前記構成によれば、減速シフト時には吸気量の増量と共に点火時期の位相変更によりエンジン出力を目標出力に合わせるため、エンジン出力の微調整が行い易く、減速シフトの円滑性が向上する。
前記制御装置は、点火遅角により前記点火時期の位相を変更し、減速シフト時の変速段が高位になるほど遅角量を増加させる構成としてもよい。
前記構成によれば、減速シフト時のエンジン目標出力に対して吸気量の増量が多めとなるときに点火遅角によりエンジン出力が目標出力に合わせられるため、エンジン出力の微調整が行い易く、減速シフトの円滑性が向上する。
前記制御装置は、減速シフト時の前記変速比差が最大であるときには、前記点火装置の点火時期を変更せずに前記スロットル装置を制御して前記エンジンの吸気量を増量し、減速シフト時の前記変速比差が最大であるとき以外には、前記点火装置を制御して点火時期を遅角させる構成としてもよい。
前記構成によれば、減速シフト時の点火時期の位相変更にあたり、許容レンジの狭い進角レンジではなく許容レンジの広い遅角レンジを用いるため、点火時期の調整幅を大きく確保することができる。
前記制御装置は、所定の制御条件が成立したときに前記オートダウンシフト制御を実行し、前記制御条件は、前記乗物の速度が第1閾値より大きく、前記エンジンの回転数が第2閾値より大きいと共に第3閾値よりも小さく、かつ、前記スロットル装置のスロットル開度が第4閾値よりも小さいとの条件を含む構成としてもよい。
前記構成によれば、不要な制御の実行を避けることができ、エンジン出力の無用な変動を防止できる。
前記制御装置は、減速シフト操作の完了が判定されると、前記点火時期が時間経過に伴って徐々に通常状態に戻るように前記点火装置を制御してもよい。
前記構成によれば、減速シフト完了直後の出力変動が抑制され、減速シフトの円滑性が更に向上する。
本発明によれば、変速段の位置にかかわらずメインクラッチ操作無しでの滑らかな減速シフトを実現できる構成を提供できる。
第1実施形態に係る自動二輪車の左側面図である。 図1に示す自動二輪車の手動変速機を各軸を通る面で切断した断面図である。 図1に示す自動二輪車の制御系統のブロック図である。 図2に示す手動変速機の変速段と変速比との関係を説明する図面である。 図3に示す制御装置のオートダウンシフト制御におけるスロットル開度の増量とエンジン回転数との関係を説明する図面である。 図3に示す制御装置のオートダウンシフト制御における点火遅角量と変速段との関係を説明する図面である。 図3に示す制御装置のオートダウンシフト制御の流れを説明するフローチャートである。 第2実施形態に係る自動二輪車のオートダウンシフト制御の流れを説明するフローチャートである。
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る自動二輪車1の左側面図である。図1に示すように、自動二輪車1は、クラッチレバーによるメインクラッチの操作を行わずとも変速ショックの少ない変速を可能とするオートダウンシフト機能を有するものである。自動二輪車1は、車体フレーム2と、車体フレーム2に支持された前輪3及び後輪4とを備える。前輪3は従動輪であり、後輪4は駆動輪である。
車体フレーム2は、ヘッドパイプ2aと、ヘッドパイプ2aから後方に延びるメインフレーム2bと、メインフレーム2bの後部に接続されたピボットフレーム2cとを有する。ヘッドパイプ2aは、ライダーRに把持されるバー型のハンドル5に接続されたステアリング軸(図示せず)を回動自在に支持する。前輪3は、当該ステアリング軸が回動することで左右に操舵される。
ハンドル5の後方かつメインフレーム2bの上側には、燃料タンク6が配置されている。燃料タンク6の後側には、ライダーRが跨って着座するシート7が配置されている。シート7の下方かつ左右両側には、ライダーRが足を載せるステップ部材8が配置されている。ステップ部材8の近傍には、ステップ部材8に載せた足で操作されるシフト操作子9(シフトレバー)が配置されている。ピボットフレーム2cには、スイングアーム10の前端部が軸支され、スイングアーム10の後端部には、後輪4が軸支されている。
前輪3と後輪4との間には、メインフレーム2b及びピボットフレーム2cに支持されたエンジンEが配置されている。エンジンEの出力軸には手動変速機11が動力伝達可能に接続されている。手動変速機11から出力される駆動力は、動力伝達部材13(例えば、チェーン又はベルト等)を介して後輪4に伝達される。エンジンEのクランク軸Eaは、車体フレーム2に支持されたクランクケース14に収容されている。クランクケース14は、手動変速機11も収容しており、変速機ケースを兼ねている。
シート7の下方には、エンジンEを制御する制御装置12(ECU)が配置されている。制御装置12は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ及びI/Oインターフェース等を有する。制御装置12は、プロセッサが不揮発性メモリに保存されたプログラムに従って揮発性メモリを用いて演算処理して各センサの検出信号に応じた制御信号を出力することでエンジンEを制御する。
図2は、図1に示す自動二輪車1の手動変速機11を各軸を通る面で切断した断面図である。図2に示すように、手動変速機11は、減速比の異なる複数組のギヤ列17を介してインプット軸15からアウトプット軸16に動力伝達可能に構成され、ギヤ列17のうち任意の一組を選択して変速を行うドッグギヤ式の変速機である。手動変速機11のインプット軸15には、エンジンE(図1参照)のクランク軸Eaからの動力がメインクラッチ(図示せず)を介して伝達される。アウトプット軸16の車幅方向一端部(例えば、左端部)には、アウトプット軸16の動力を後輪4に伝達する動力伝達部材13(図1参照)が係合されている。
手動変速機11には、運転者の操作に機械的に連動して複数組のギヤ列17から1組を選択して動力伝達経路を切り換えて変速を行うギヤシフタ18が設けられている。ギヤシフタ18は、インプット軸15又はアウトプット軸16に回転自在に嵌合されたギヤ17aと、インプット軸15にスライド自在に設けられて複数組のギヤ列17から1組を選択して係合するドッグギヤ17bと、アウトプット軸16にスライド自在に設けられて複数組のギヤ列17から1組を選択して係合するドッグギヤ17c,dと、ドッグギヤ17bをインプット軸15に沿って移動させるシフトフォーク19と、ドッグギヤ17c,dをアウトプット軸16に沿って移動させるシフトフォーク20,21と、シフトフォーク19〜21を動作させるシフトドラム22と、を備える。
手動変速機11では、インプット軸15及びアウトプット軸16に平行に設けられた支軸18にシフトフォーク19〜21がスライド自在に支持され、シフトフォーク19の一端部がインプット軸15のドッグギヤ17bに接続され、シフトフォーク20,21の一端部がアウトプット軸16のドッグギヤ17c,17dに接続され、シフトフォーク19〜21の他端部がシフトドラム22の案内溝Gに嵌合している。
シフトドラム22は、ライダーRによるシフト操作子9(図1参照)の操作に機械的に連動して回転し、その案内溝Gにより案内されたシフトフォーク19〜21が対応するドッグギヤ17b〜dをインプット軸15又はアウトプット軸16に沿ってスライドさせ、ギヤ列17のうちからライダーRが望む減速比の1組が動力伝達状態となり、所望の変速段の動力伝達経路が選択されることになる。アウトプット軸16には、ギヤポジションセンサ23が係合されている。
図3は、図1に示す自動二輪車1の制御系統のブロック図である。図3に示すように、制御装置12には、シフト操作センサ24、ギヤポジションセンサ23及びエンジン回転数センサ25からの検出信号が入力される。シフト操作センサ24は、シフト操作子9に接続され、シフト操作子9の動きを検出するセンサである。例えば、シフト操作センサ24は、変位計(例えば、ホールIC)又は荷重計である。例えば、シフト操作子9が減速シフト操作されると、シフト操作センサ24は正負いずれか一方の検出信号を出力し、シフト操作子9が加速シフト操作されると、シフト操作センサ24は正負いずれか他方の検出信号を出力する。ギヤポジションセンサ23は、シフトドラム22の回転角を検出することで、手動変速機11の複数の変速段のギヤ列17のうち選択されたギヤの位置(変速段)を検出する。エンジン回転数センサ25は、エンジンEのクランク軸Eaのクランク角を検出することで、エンジンEの回転数を検出する。
制御装置12は、エンジンEの吸気量を調整するスロットル装置26と、エンジンEの燃焼室内の混合気に点火する点火装置27(点火プラグ)とに対し、制御信号を出力する。スロットル装置26は、スロットル弁を駆動モータにより開閉動作させる電子制御スロットル装置である。即ち、制御装置12は、シフト操作センサ24、ギヤポジションセンサ23及びエンジン回転数センサ25の検出信号に応じて、スロットル装置26及び点火装置27を制御し、吸気量及び点火時期を調整する。本実施形態では、制御装置12は、シフト操作センサ24の検出信号に基づいて減速シフト操作の開始を判定すると、ギヤポジションセンサ23及びエンジン回転数センサ25で検出された変速段及び回転数に応じて、スロットル装置26を制御してエンジンEの吸気量を増量し、且つ、点火装置27を制御して点火時期を変更するオートダウンシフト制御を実行する。
図4は、図2に示す手動変速機11の変速段と変速比との関係を説明する図面である。図4に示すように、手動変速機11は、変速シフト前後の変速比Rの差が変速段の位置によって異なるように構成されている。手動変速機11では、例えば、各変速比差ΔRのうち、2速の変速比と1速の変速比との差ΔRmaxが最も大きく、6速の変速比と5速の変速比との差ΔRminが最も小さい。そのため、減速シフト動作の過渡段階の非動力伝達状態において次に係合されるドッグギヤ17b〜dとギヤ17aとの両者の回転数を互いに近づけるようにエンジン回転数を増加させるオートダウンシフト制御を行うに際し、エンジン回転数の増量を変速比差ΔRに応じて変更する必要がある。具体的には、変速比差ΔRが大きいときには、変速比差ΔRが小さいときに比べ、エンジン回転数の増量を大きくする必要がある。また、そのエンジン回転数の増量は、減速シフト動作時にエンジン回転数センサ25で検出されたエンジン回転数の値に応じて調整する必要もある。
図5は、図3に示す制御装置12のオートダウンシフト制御におけるスロットル開度の増量とエンジン回転数との関係を説明する図面である。図5に示すように、制御装置12は、シフト操作センサ24の検出信号に基づいて減速シフト開始が判定されると、スロットル開度が非変速時に比べて増量されるようにスロットル装置26を制御する。その際、制御装置12は、スロットル開度の増量の値を決定するに当たり、ギヤポジションセンサ23の検出信号は参照せず、エンジン回転数センサ25で検出されたエンジン回転数に応じてスロットル開度(吸気量)の増量を決定する。即ち、制御装置12は、減速シフト時の変速段の位置とは無関係にスロットル開度の増量の目標値を決定し、その増量の目標値は、図5の相関関係に従ってエンジン回転数の増加に伴って増加するように決定される。
図6は、図3に示す制御装置12のオートダウンシフト制御における点火遅角量と変速段との関係を説明する図面である。図6に示すように、制御装置12は、シフト操作センサ24の検出信号に基づいて減速シフト開始が判定されると、減速シフト時の変速段の一に応じて前記したスロットル開度の増量に併せて点火時期を遅角する。具体的には、変速比差ΔRmaxが最大となる2速から1速への減速シフト時には、点火時期の変更は行わずスロットル開度の増量のみでエンジン回転数を増加させる。他方、それ以外(6速→5速、5速→4速、4速→3速及び3速→2速)の減速シフト時では、2速から1速への減速シフトに合わせて設定されたスロットル開度増量によるエンジン回転数の増量を点火遅角により減少補正することで、エンジン回転数の増量値を各変速段に適した値に調節する。その際の点火遅角量は、減速シフト時にギヤポジションセンサ23で検出される変速段が高位になるにつれて増加するように決定される。
即ち、制御装置12は、減速シフト時の変速比差ΔRが最大(ΔRmax)であるときには、点火装置27の点火時期を変更せずにスロットル装置26を制御してエンジンEの吸気量を増量し、減速シフト時の変速比差ΔRが最大であるとき以外には、点火装置27を制御して点火時期を遅角させることで、エンジン回転数の増量が適値になるように吸気増量によるエンジン回転数の増量の過剰分を点火遅角により相殺する。
図7は、図3に示す制御装置12のオートダウンシフト制御の流れを説明するフローチャートである。図7に示すように、自動二輪車1の電源がONされているとき、制御装置12は、シフト操作センサ24の検出信号に基づいて減速シフト操作がなされたか否かを判定する(ステップS1)。減速シフト操作がなされたと判定されると、オートダウンシフタ制御の制御条件が成立しているか否かを判定する(ステップS2)。当該制御条件は、自動二輪車の走行速度が第1閾値(例えば、20km/h)より大きく、エンジンEの回転数が第2閾値(例えば、1000rpm)より大きいと共に第3閾値(例えば、10000rpm)よりも小さく、かつ、スロットル装置26のスロットル開度が第4閾値(例えば、全開の90%)よりも小さいとの条件を含む。
当該制御条件が成立していないと判定されると、ステップS1に戻る。他方、当該制御条件が成立している場合には、制御装置12は、スロットル装置26を制御して図5の相関関係に従って吸気量を増量すると共に(ステップS3)、ギヤポジションセンサ23で検出された現在の変速段の位置を参照し(ステップS4)、図6の規則に従って点火時期を遅角する(ステップS5)。そして、制御装置12は、ギヤポジションセンサ23の検出信号に基づいて減速シフト動作が完了したか否かを判定する(ステップS6)。
減速シフト動作が完了していない場合には、ステップS3及びS5の制御を継続する。他方、減速シフト動作が完了したと判定されると、スロットル開度を通常状態(非変速時)の開度に戻すように吸気量の増量を停止すると共に(ステップS7)、減速シフト完了直後の出力変動を抑制すべく、点火時期が時間経過に伴って徐々に通常状態(非変速時)の点火時期に戻るように点火時期のテーリング制御を行う。但し、当該テーリング制御中に次の減速シフト操作(ステップS1)が発生したら、当該テーリング制御は中止してステップS2〜S5の制御を行う。
以上に説明した構成によれば、減速シフト時のエンジンEの出力増加のためにスロットル装置26による吸気量調整だけでなく点火装置27による点火時期調整も併せて行われるので、吸気量調整によりエンジン目標出力の大きな変化にも十分に対応しながら、出力応答性の高い点火時期調整によりエンジン出力を応答性良く調整できる。よって、変速段にかかわらず変速操作を円滑に行うことができ、メインクラッチ操作無しでの滑らかな減速シフトを的確に実現できる。
また、減速シフト時には吸気量の増量と共に点火時期の位相変更によりエンジン出力を目標出力に合わせるため、エンジン出力の微調整が行い易く、減速シフトの円滑性が向上する。また、減速シフト時の変速比差ΔRが最大(ΔRmax)となるであるときには、点火時期を変更せずにエンジンEの吸気量を増量し、減速シフト時の変速比差ΔRが最大(ΔRmax)であるとき以外には、点火時期を遅角させるため、減速シフト時の点火時期の位相変更にあたり、許容レンジの狭い進角レンジではなく許容レンジの広い遅角レンジを用いられ、点火時期の調整幅を大きく確保することができる。
(第2実施形態)
図8は、第2実施形態に係る自動二輪車のオートダウンシフト制御の流れを説明するフローチャートである。図8に示すように、ステップS1〜S5,S7及びS8は、第1実施形態のものと同一であるため詳細な説明を省略する。制御装置12は、ステップS3及びS5のオートダウンシフト制御中に、予め決められたタイマー時間(例えば、0.5秒)が経過した否かを判定する(ステップS16)。タイマー時間が経過していないと判定されると、オートダウンシフト制御を継続する。他方、タイマー時間が経過したと判定されると、オートダウンシフト制御を終了するためにステップS7及びS8に移行する。
この構成によれば、タイマー時間を想定される減速シフト所要時間よりも少し長く設定することで、減速シフト完了直後の出力変動が抑制され、減速シフトの円滑性が更に向上する。なお、他の構成は前述した第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、変速比差ΔRが最も大きい減速シフト(例えば、2速→1速)に吸気増量の値を合わせるのではなく、変速比差ΔRが二番目に大きい所(例えば、3速→2速)に吸気増量の値を合わせて、変速比差ΔRが最大(ΔRmax)の減速シフトの変速時(例えば、2速→1速)のみ進角し、その他(6速→5速、5速→4速及び4速→3速)を遅角する構成としてもよい。また、変速比差ΔRが最小(ΔRmin)の減速シフト(例えば、6速→5速)に吸気増量の値を合わせて、変速比差ΔRが最小(ΔRmin)の減速シフト以外の減速時は当該吸気増量と共に点火進角する構成としてもよい。また、点火遅角に代えて、点火間引きを行ってもよい。また、シフト操作センサ24にシフト操作子9の操作方向を判別できないものを用いた場合には、ギヤポジションセンサ23の検出信号を参照して操作方向を判別するようにしてもよい。
1 自動二輪車(乗物)
9 シフト操作子
11 手動変速機
12 制御装置
18 ギヤシフタ
23 ギヤポジションセンサ
24 シフト操作センサ
25 エンジン回転数センサ
26 スロットル装置
27 点火装置
E エンジン

Claims (7)

  1. スロットル装置及び点火装置を有するエンジンと、前記エンジンの回転数を検出する回転数センサと、ライダーが変速操作を行うシフト操作子と、前記エンジンに接続されて前記シフト操作子の操作に連動して複数の変速段のギヤから一のギヤを選択して動力伝達状態にする手動変速機と、前記シフト操作子の操作を検出するシフト操作センサと、前記シフト操作センサ及び前記回転数センサの各検出信号に基づいて前記エンジンを制御する制御装置と、を備えた乗物であって、
    前記制御装置は、前記シフト操作センサの前記検出信号に基づいて減速シフト操作の開始が判定されると、前記回転数センサで検出された回転数に応じて、前記スロットル装置を制御して前記エンジンの吸気量を増量し、且つ、前記点火装置を制御して点火時期を変更するオートダウンシフト制御を実行する、オートダウンシフト機能付き乗物。
  2. 前記複数の変速段のギヤのうち選択されたギヤの位置を検出するギヤポジションセンサを更に備え、
    前記制御装置は、前記減速シフト操作の開始が判定されると、前記ギヤポジションセンサで検出される前記変速段にかかわらず、前記回転数センサで検出された回転数に応じて前記スロットル装置を制御して前記エンジンの吸気量を増量し、かつ、前記ギヤポジションセンサで検出される前記変速段に応じて前記点火装置を制御して点火時期を変更する、請求項1に記載のオートダウンシフト機能付き乗物。
  3. 前記制御装置は、前記減速シフト操作の開始が判定されると点火時期の位相を変更するように前記点火装置を制御すると共に、その点火時期の位相変更量を前記ギヤポジションセンサで検出された変速段に応じて決定する、請求項1又は2に記載のオートダウンシフト機能付き乗物。
  4. 前記制御装置は、点火遅角により前記点火時期の位相を変更し、減速シフト時の変速段が高位になるほど遅角量を増加させる、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のオートダウンシフト機能付き乗物。
  5. 前記制御装置は、減速シフト時の前記変速比差が最大であるときには、前記点火装置の点火時期を変更せずに前記スロットル装置を制御して前記エンジンの吸気量を増量し、減速シフト時の前記変速比差が最大であるとき以外には、前記点火装置を制御して点火時期を遅角させる、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のオートダウンシフト機能付き乗物。
  6. 前記制御装置は、所定の制御条件が成立したときに前記オートダウンシフト制御を実行し、
    前記制御条件は、前記乗物の速度が第1閾値より大きく、前記エンジンの回転数が第2閾値より大きいと共に第3閾値よりも小さく、かつ、前記スロットル装置のスロットル開度が第4閾値よりも小さいとの条件を含む、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のオートダウンシフト機能付き乗物。
  7. 前記制御装置は、減速シフト操作の完了が判定されると、前記点火時期が時間経過に伴って徐々に通常状態に戻るように前記点火装置を制御する、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のオートダウンシフト機能付き乗物。
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