JP2020159424A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト式ＣＶＴにおけるベルトの滑りの抑制と効率の向上との両立を図る。【解決手段】車両の駆動系に設けられるベルト式ＣＶＴを制御するものであって、車両の前方の路面の状況に関し、ＣＶＴのベルトとプーリとの間に不意の滑りが生じる可能性が高まるような所定の条件が成立している場合に、そうでない場合と比較してプーリのシーブによるベルトの挟圧力を増強し、または、車両の前方に所在する先行車両と自己との間の車間距離が、急ブレーキの可能性が高まるほどに狭い（ＣＶＴのベルトとプーリとの間に不意の滑りが生じる可能性が高まるような所定値以下に接近している）場合に、そうでない場合と比較してプーリのシーブによるベルトの挟圧力を増強する、車両の制御装置を構成した。【選択図】図３

Description

本発明は、車両の駆動系に設けられるベルト式の無段変速機（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）の制御に関する。

動力源として車両に搭載された内燃機関と車両の駆動輪との間に介在する駆動系の変速機の一種として、ベルト式ＣＶＴ（例えば、下記特許文献を参照）が公知である。ベルト式ＣＶＴは、内燃機関側の駆動軸に支持させた駆動プーリと駆動輪側の従動軸に支持させた従動プーリとにベルトを巻き掛けてなり、両プーリとベルトとの摩擦により、駆動軸に入力されるエンジントルクを従動軸ひいては駆動輪に伝動するものである。

駆動プーリ及び従動プーリはそれぞれ、軸方向に沿って対向する固定シーブと可動シーブとの対を要素し、これらシーブが両側からベルトを挟んで締め付ける。ベルトに接触する両シーブの内側面は切頭円錐状をなしており、両シーブの軸方向に沿った離間距離を拡縮させることで、ベルトを巻き掛けるプーリの径を実効的に変化させ、以てＣＶＴが具現する変速比を無段階に変更することができる。

特開２０１５−１２４７９０号公報

ベルト式ＣＶＴにおいては、ベルトとプーリとの間で滑りが生じると、シーブ面の焼き付きや偏摩耗によりベルト切断等の故障に至る。従って、そのような滑りが生じ難いよう、ベルトを挟む両シーブによる挟圧力を適正に制御することが要求される。

車両の走行中、駆動輪が凹凸のある路面から衝撃を受けると、その衝撃がＣＶＴの従動軸から従動プーリに伝わり、ベルトがプーリに対して不意に滑ることが起こり得る。また、車両の運転者がブレーキ装置により車両を急制動した場合にも、ベルトの滑りが発生する可能性がある。このような不意の滑りを防止するために、既存のシステムでは、プーリの挟圧力を安全余裕を加味して予め大きく設定している。

しかしながら、プーリの挟圧力が過剰に大きいことは、挟圧力を発生させる液圧ポンプ（オイルポンプ）の仕事を増やし、ポンプの駆動損失の増大を招き却ってベルト式ＣＶＴによるトルクの伝達効率を低下させる要因となり、好ましくない。

本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、ベルト式ＣＶＴにおけるベルトの滑りの抑制と効率の向上との両立を図ることを所期の目的としている。

本発明では、車両の駆動系に設けられるベルト式無段変速機を制御するものであって、
車両の前方の路面の状況に関し、無段変速機のベルトとプーリとの間に不意の滑りが生じる可能性が高まるような所定の条件が成立している場合に、そうでない場合と比較してプーリのシーブによるベルトの挟圧力を増強し、及び／または、車両の前方に所在する先行車両と自己との間の車間距離が、急ブレーキの可能性が高まるような所定値以下に接近している場合に、そうでない場合と比較してプーリのシーブによるベルトの挟圧力を増強する、車両の制御装置を構成した。

本発明によれば、ベルト式ＣＶＴにおけるベルトの滑りの抑制と効率の向上との両立を図ることができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態における車両の駆動系の構成を示す図。 同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関１００の概要を示す。内燃機関１００は、車両の駆動系を介して駆動輪に走行のための駆動力を供給する。内燃機関１００は、例えば火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気バルブよりも上流、各気筒１に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

図２に、本実施形態の車両が備える駆動系のトランスミッションを示す。このトランスミッションは、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９を備えてなる。本実施形態では、自動変速機８、９の構成要素として、遊星歯車機構を含む前後進切換装置８、及びベルト式ＣＶＴ９を採用している。

内燃機関１００が出力するエンジントルクは、内燃機関１００の出力軸であるクランクシャフトからトルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５の回転は、出力ギア１０１に伝達される。出力ギア１０１は、デファレンシャル装置のリングギア１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸（ドライブシャフト）１０３、及び車軸１０３に取り付けられた駆動輪を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、トルクコンバータ７の入力側と出力側とを相対回転不能に締結するロックアップクラッチ７３と、ロックアップクラッチ７３を断接切換駆動するための作動液圧（油圧）を制御するロックアップソレノイドバルブ（図示せず）とを要素とする。

ＣＶＴ９を搭載した車両においては、車速がある程度以上（例えば、１０ｋｍ／ｈ以上）である場合、ほぼ常時トルクコンバータ７をロックアップする。車速がそれ以下（例えば、５ｋｍ／ｈないし８ｋｍ／ｈ以下）となれば、トルクコンバータ７のロックアップを解除する。ロックアップ時、トルクコンバータ７の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は１となる。翻って、非ロックアップ時には、トルクコンバータ７の速度比が、駆動状態に応じて１よりも小さくなったり大きくなったりする。

前後進切換装置８は、そのサンギア８１がタービンランナ７２と連絡し、リングギア８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な液圧クラッチたるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、トルクコンバータ７の出力側）との間にも、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している。

走行レンジのうちのＤレンジでは、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、トルクコンバータ７の出力軸の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。翻って、Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、トルクコンバータ７の出力軸と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。

非走行レンジのうちのＮレンジでは、フォワードブレーキ８４及びリバースクラッチ８５をともに切断する。Ｐレンジでは、車軸１０３が動かないようにこれを機械的にロックする。

ＣＶＴ９は、この分野では既知のもので、駆動軸９４に相対回転不能に支持させた駆動プーリ９１と、駆動軸９４と平行に配された従動軸９５に相対回転不能に支持させた従動プーリ９２と、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２に巻き掛けられたベルト９３とを備える。

駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、ベルト９３を挟むように固定シーブ９１１に対向させて配置した可動シーブ９１２とを有する。可動シーブ９１２は、駆動軸９４上にローラスプラインを介してその軸方向に変位可能かつ相対回転不能に支持させてある。可動シーブ９１２の背後、固定シーブ９１１と反対側には、駆動軸９４に固定したシリンダを設け、そのシリンダと可動シーブ９１２と間に液圧室９１３を形成している。

従動プーリ９１は、従動軸９５に固定した固定シーブ９２１と、ベルト９３を挟むように固定シーブ９２１に対向させて配置した可動シーブ９２２とを有する。可動シーブ９２２は、従動軸９５上にローラスプラインを介してその軸方向に変位可能かつ相対回転不能に支持させてある。可動シーブ９２２の背後、固定シーブ９２１と反対側には、従動軸９５に固定したシリンダを設け、そのシリンダと可動シーブ９２２と間に液圧室９２３を形成している。

ベルト式ＣＶＴ９では、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２の各液圧室９１３、９２３に供給される作動液圧（作動油圧）が制御され、各プーリ９１、９２におけるベルト９３を挟む溝の幅が変更されることにより、駆動プーリ９１と従動プーリ９２とのプーリ比、換言すればＣＶＴ９が具現する変速比が連続的に無段階で変更される。プーリ比が小さくされるときには、駆動プーリ９１の液圧室９１３に供給される作動液圧が相対的に増大され、従動プーリ９２の液圧室９２３に供給される作動液圧が相対的に低減される。これにより、駆動プーリ９１の可動シーブ９１２が固定シーブ９１１側に移動し、固定シーブ９１１と可動シーブ９１２との間隔即ち溝幅が小さくなる。それに伴い、駆動プーリ９１に対するベルト９３の巻き掛け径が大きくなり、従動プーリ９２の固定シーブ９２１と可動シーブ９２２との間隔即ち溝幅が大きくなる。結果、駆動プーリ９１と従動プーリ９２とのプーリ比が小さくなる。

逆に、プーリ比が大きくされるときには、駆動プーリ９１の液圧室９１３に供給される液圧が相対的に低減され、従動プーリ９２の液圧室９２３に供給される作動液圧が相対的に増大される。これにより、ベルト９３に対する従動プーリ９２の推力がベルト９３に対する駆動プーリ９１の推力よりも大きくなり、従動プーリ９２の固定シーブ９２１と可動シーブ９２２との間隔が小さくなるとともに、固定シーブ９１１と可動シーブ９１２との間隔が大きくなる。結果、駆動プーリ９１と従動プーリ９２とのプーリ比が大きくなる。

ＣＶＴ９の液圧サーボ９１３、９２３に供給する作動液を吐出する液圧ポンプ（または、オイルポンプ。図示せず）は、内燃機関１００のクランクシャフトからエンジントルクの供与を受けて稼働する、既知の機械式（非電動式）のものである。一般的に、ＣＶＴ９の作動液は、トルクコンバータ７に用いられる流体と共通である。

駆動プーリ９１及び従動プーリ９２の推力は、それらプーリ９１、９２とベルト９３との間で滑りが生じない大きさであることを必要とする。このため、駆動軸９４に入力されるエンジントルクの大きさに応じた推力が得られるよう、プーリ９１、９２の液圧室９１３、９２３に供給するべき液圧を増減させる。液圧室９１３、９２３に供給するべき液圧は、変速コントロールバルブ（図示せず）即ち流量制御弁であるソレノイドバルブの操作を通じて調節する。

本実施形態の車両の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラが、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関１００のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジントルクまたはエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３のサージタンク３３内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関１００の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、車両の前方の所定の距離の範囲内に存在する物体または路面の位置や形状その他を検出するカメラ（単眼カメラやステレオカメラ）またはレーダ（光波を用いるレーザレーダやミリ波レーダや音波を用いる超音波レーダ（ソナー））等のデバイスから出力される信号ｆ、車外の環境の明るさまたは照度を検出するセンサ（照度センサまたは日射センサ）から出力される照度（または、日射量）信号ｇ、ＣＶＴ９のプーリ９１、９２がベルト９３に加えている挟圧力を検出するセンサから出力される挟圧力信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ロックアップクラッチ７３の断接切換用のロックアップソレノイドバルブに対して開度操作信号ｔ、フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度操作信号ｕ、ＣＶＴ９の液圧サーボ９１３、９２３を操作するための変速コントロールバルブに対して制御信号ｖ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して、内燃機関１００及び駆動系７、８、９を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関１００の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、気筒１に充填される吸気量（または、新気量）に見合った要燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、ＣＶＴ９の変速比及びプーリ９１、９２によるベルト９３の挟圧力、等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｔ、ｕ、ｖを出力インタフェースを介して印加する。

ＥＣＵ０は、現在の車両の運転状況に応じて、ＣＶＴ９のプーリ９１、９２がベルト９３に対して発揮する挟圧力を増減調整する。通常、運転者によるアクセルペダルの踏込量が大きく、運転者が車速の加速を要求している加速走行時、内燃機関１００が出力するエンジントルクを増大させるとともに、プーリ９１、９２の液圧室９１３、９２３に供給する液圧を増圧して、プーリ９１、９２によるベルト９３の挟圧力をより増強する。翻って、アクセルペダルの踏込量が大きくなく、車速が大きく変動しない定常走行時には、加速走行時と比較して、プーリ９１、９２の液圧室９１３、９２３に供給する液圧を減圧し、プーリ９１、９２によるベルト９３の挟圧力をより軽減する。

車両の走行中に駆動輪が凹凸のある路面から衝撃を受けると、その衝撃がＣＶＴ９の従動軸９５から従動プーリ９２に伝わり、ベルト９３がプーリ９１、９２に対して不意に滑ることが起こり得る。また、車両の運転者が突如ブレーキペダルを強く踏み込み、フットブレーキにより車両を急制動した場合にも、ベルト９３の滑りが発生する可能性がある。ベルト９３の滑りは、ベルト９３の切断やプーリ９１、９２のシーブ面の焼き付き等の故障を招く。

ベルト９３の不意の滑りを防止するべく、プーリ９１、９２のベルト９３に対する挟圧力を、安全余裕を加味して恒常的に大きく設定することも考えられる。だが、プーリ９１、９２の挟圧力が過剰に大きいことは、挟圧力を発生させる液圧ポンプの仕事を増やし、結果ポンプの駆動損失の増大を招き、却ってベルト式ＣＶＴ９によるトルクの伝達効率を低下させる要因となる。

そこで、図３に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、車両の走行する方向の前方の所定の距離の範囲内にある路面の状況に関して、ＣＶＴ９のベルト９３に不意の滑りが生じる可能性が高まるような所定の条件が成立している場合に（ステップＳ２）、そうでない場合と比較してプーリ９１、９２のベルト９３に対する挟圧力を増強する（ステップＳ４）フィードフォワード制御を実行する。

具体的には、ステップＳ２にて、カメラまたはレーダを介して車両の前方にある路面の状態を確認し、路面が整った舗装により平坦となっておらず凹凸が存在していることを感知したときに、ＣＶＴ９３のベルト９３に不意の滑りが生じる可能性があるとして、プーリ９１、９２の挟圧力を通常よりも増強する。

あるいは、ステップＳ２にて、カメラで撮影した画像を解析することで車両の前方にある標識、看板または道路情報板（道路情報掲示板、道路情報掲示装置）等を検出し、その標識等が示す内容が、車両の前方において道路工事を行っている等、路面に凹凸が存在する旨のものであるときに、ＣＶＴ９３のベルト９３に不意の滑りが生じる可能性があるとして、プーリ９１、９２の挟圧力を通常よりも増強する。

尤も、カメラ等を介して車両の前方にある路面の状態や標識等の内容を精確に把握するためには、車外の環境の照度が高く明るい昼間であることが望まれる。故に、ＥＣＵ０が、照度センサまたは日照センサを介して検出される車外の環境の照度が所定値以上に高いことを必要条件として（ステップＳ１）、車両の前方の路面または標識等の確認（ステップＳ２）及びプーリ９１、９２の挟圧力の増強（ステップＳ４）を実行することが好ましい。夜間やトンネル内等、車外の環境の照度が所定値未満に低いときには、車両の前方の路面または標識等の確認を行わない。

並びに、本実施形態のＥＣＵ０は、車両の前方に所在する先行車両と自己との間の車間距離が、ＣＶＴ９のベルト９３に不意の滑りが生じる可能性が高まるような所定値以下に接近している場合に（ステップＳ３）、そうでない場合と比較してプーリ９１、９２の挟圧力を増強する（ステップＳ４）フィードフォワード制御を実行する。

具体的には、ステップＳ３にて、カメラまたはレーダを介して先行車両との車間距離を計測し、現在の車間距離が所定値以下に接近しているならば、運転者が車両を急制動してＣＶＴ９３のベルト９３に不意の滑りが生じる可能性があるとして、プーリ９１、９２の挟圧力を通常よりも増強する。

上記のステップＳ１及びＳ２、またはステップＳ３の何れにも該当しない場合には、プーリ９１、９２の挟圧力を通常の大きさとする（ステップＳ５）。一旦ステップＳ１及びＳ２またはステップＳ３の条件が成立してプーリ９１、９２の挟圧力を増強した（ステップＳ４）後、ステップＳ１及びＳ２またはステップＳ３の条件が成立しなくなった場合にも、プーリ９１、９２の挟圧力を通常の大きさに戻す（ステップＳ５）。

本実施形態では、車両の駆動系に設けられるベルト式ＣＶＴ９を制御するものであって、車両の前方の路面の状況に関し、ＣＶＴ９のベルト９３とプーリ９１、９２との間に不意の滑りが生じる可能性が高まるような所定の条件が成立している場合に、そうでない場合と比較してプーリ９１、９２のシーブ９１１、９１２、９２１、９２２によるベルト９３の挟圧力を増強し、及び／または、車両の前方に所在する先行車両と自己との間の車間距離が、急ブレーキの可能性が高まるほどに狭い（ＣＶＴ９のベルト９３とプーリ９１、９２との間に不意の滑りが生じる可能性が高まるような所定値以下に接近している）場合に、そうでない場合と比較してプーリ９１、９２のシーブ９１１、９１２、９２１、９２２によるベルト９３に対する挟圧力を増強する、車両の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、車両の前方にある路面の凹凸や運転者による急制動に起因してＣＶＴ９のベルト９３の滑りが発生することが予測される状況において、これに先んじてプーリ９１、９２による挟圧力を増強し、ベルト９３の滑りを抑制することが可能となる。そして、ＣＶＴ９のベルト９３の滑りが発生する蓋然性が低い状況では、プーリ９１、９２による挟圧力を軽減して、ＣＶＴ９による損失を低減させ、車両の燃費性能の一層の向上を図ることができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、ステップＳ１及びＳ２の条件が成立する場合、ステップＳ３の条件が成立する場合の両方で、プーリ９１、９２による挟圧力を通常よりも増強していたが、これらのうちの一方の場合に限り、プーリ９１、９２による挟圧力を増強することとしても構わない。つまり、ステップＳ１及びＳ２を削除してもよく、またはステップＳ３を削除してもよい。

その他、各部の具体的な構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両の駆動系に設けられるベルト式ＣＶＴの制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
９…ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）
９１、９２…プーリ
９１１、９１２、９２１、９２２…シーブ
９３…ベルト
ｆ…カメラまたはレーダの出力信号
ｇ…照度信号
ｈ…挟圧力信号
ｖ…ＣＶＴの液圧回路上の変速コントロールバルブに与える制御信号

Claims (1)

1. 車両の駆動系に設けられるベルト式無段変速機を制御するものであって、
   車両の前方の路面の状況に関し、無段変速機のベルトとプーリとの間に不意の滑りが生じる可能性が高まるような所定の条件が成立している場合に、そうでない場合と比較してプーリのシーブによるベルトの挟圧力を増強し、
   または、車両の前方に所在する先行車両と自己との間の車間距離が、急ブレーキの可能性が高まるような所定値以下に接近している場合に、そうでない場合と比較してプーリのシーブによるベルトの挟圧力を増強する、車両の制御装置。

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