JP2021124409A - ストロークセンサの取り付け方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】より簡易な工程でストロークセンサを調整する手段を提供する。
【解決手段】ストロークセンサは、磁界を検出する磁界検出素子21と、磁界を発生させるとともに磁界検出素子21に対して第1の方向に相対移動可能な第1の磁石3と、磁界検出素子21の検出した磁界に基づき、第1の磁石3の磁界検出素子21に対する相対位置を示す指標値を求める処理部22と、を有する。マスター磁石5を、磁界検出素子21に対し、物理的に確定可能な第1の基準位置XR1に位置させ、指標値S1を求める。第1の磁石3と磁界検出素子21とを別々の構造物33,24に取り付け、第1の磁石3を、磁界検出素子21に対し、第1の基準位置XR1に相当し且つ物理的に確定可能な第2の基準位置XR2に位置させ、指標値S2を求める。指標値S1と指標値S2との差分=S1―S2を求める。指標値に差分を加算して出力するように処理部22の処理方法を変更する。
【選択図】図5
【解決手段】ストロークセンサは、磁界を検出する磁界検出素子21と、磁界を発生させるとともに磁界検出素子21に対して第1の方向に相対移動可能な第1の磁石3と、磁界検出素子21の検出した磁界に基づき、第1の磁石3の磁界検出素子21に対する相対位置を示す指標値を求める処理部22と、を有する。マスター磁石5を、磁界検出素子21に対し、物理的に確定可能な第1の基準位置XR1に位置させ、指標値S1を求める。第1の磁石3と磁界検出素子21とを別々の構造物33,24に取り付け、第1の磁石3を、磁界検出素子21に対し、第1の基準位置XR1に相当し且つ物理的に確定可能な第2の基準位置XR2に位置させ、指標値S2を求める。指標値S1と指標値S2との差分=S1―S2を求める。指標値に差分を加算して出力するように処理部22の処理方法を変更する。
【選択図】図5
Description
本発明はストロークセンサの取り付け方法に関する。
ストロークセンサは自動車のトランスミッション、ブレーキなど様々な分野に用いられている。特許文献1には、回転角検出用のセンサを備えたアクチュエータが開示されている。センサは予めアクチュエータに取り付けられる。アクチュエータの取付け誤差を補正するため、アクチュエータを作動させ、アクチュエータの駆動軸の移動量とセンサ出力とが求められ、それに応じて、センサで記憶されているセンサ特性が書き換えられる。
特許文献1に記載されたセンサ特性の書き換え方法は、センサをアクチュエータに取り付けた後にアクチュエータを動かす必要がある。このため、センサをアクチュエータに取り付けた後の工程が複雑となる。
本発明は、より簡易な工程でストロークセンサの調整が可能なストロークセンサの取り付け方法を提供することを目的とする。
本発明のストロークセンサの取り付け方法は、磁界を検出する磁界検出素子と、磁界を発生させるとともに磁界検出素子に対して第1の方向に相対移動可能な第1の磁石と、磁界検出素子の検出した磁界に基づき、第1の磁石の磁界検出素子に対する相対位置を示す指標値Sを求める処理部と、を有するストロークセンサの取り付け方法であって、第2の磁石を、磁界検出素子に対し、物理的に確定可能な第1の基準位置に位置させ、指標値S1を求めることと、第1の磁石と磁界検出素子とを別々の構造物に取り付け、第1の磁石を、磁界検出素子に対し、第1の基準位置に相当し且つ物理的に確定可能な第2の基準位置に位置させ、指標値S2を求めることと、指標値S1と指標値S2との差分ΔS=S1―S2を求めることと、指標値SにΔSを加算して出力するように処理部の処理方法を変更することと、を有する。
本発明によれば、より簡易な工程でストロークセンサの調整が可能なストロークセンサの取り付け方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明のストロークセンサ1の取り付け方法の実施形態について説明する。以下の説明において、第1の磁石が移動する方向を第1の方向またはX方向という。X方向と直交し、第1の磁石3の磁界検出素子21と対向する面と垂直な方向をY方向という。また、「相対位置」あるいは「第1の磁石3の相対位置」とは、特記ない限り、第1の磁石3の磁界検出素子21に対するX方向の相対位置を意味する。
図1は、自動車等に取り付けられたストロークセンサ1の概念図を示す。ストロークセンサ1は、磁界を検出する磁界検出素子21と処理部22とを備えるセンサアセンブリ2と、磁界検出素子21が検出する磁界を発生させる第1の磁石3と、を有している。第1の磁石3は、X方向に等間隔で配置された3つのサブ磁石31と、3つのサブ磁石31を相互に連結するヨーク32と、を有している。3つのサブ磁石31の磁界検出素子21と対向する面には、N極とS極が交互に配置されている。第1の磁石3は支持プレートなどの第1の構造物33に固定され、第1の構造物33はブレーキペダル等の可動部材(図示せず)に接続されている。第1の磁石3は、センサアセンブリ2、すなわち磁界検出素子21に対してX方向に相対移動可能である。第1の磁石3の磁界検出素子21に対する相対位置を検知することで、例えばブレーキペダルの踏み込み量を検出することができる。第1の構造物33の両側に一対のストッパ4が設けられており、第1の構造物33は両側のストッパ4の範囲を移動することができる。換言すれば、第1の構造物33の移動範囲は両側のストッパ4の間の区間となり、これに応じて第1の磁石3の移動範囲が定められる。
センサアセンブリ2は、第1の構造物33とは別の第2の構造物24に取り付けられている。第2の構造物24は、例えば第1の構造物33を覆うカバー部材であり、第1の構造物33に対してX方向に相対移動可能である。磁界検出素子21を第1の磁石3の近傍に配置するため、先端に磁界検出素子21が形成された突起部23が第2の構造物24に設けた穴25に挿入されている。センサアセンブリ2は磁界検出素子21と処理部22とを覆う筐体26を有している。第2の構造物24が磁界検出素子21と処理部22の収容部を備えている場合、筐体26は省略してもよい。磁界検出素子21は、X方向の磁界を検出する素子と、Y方向の磁界を検出する素子(ともに図示せず)と、を有している。これらの素子の種類は限定されず、ホール素子、TMR素子、GMR素子などを用いることができる。センサアセンブリ2は電源ケーブルや出力ケーブルなどが接続されているため、静止していることが好ましい。従って、本実施形態では、センサアセンブリ2が固定され、第1の磁石3が可動である。しかし、センサアセンブリ2が可動で、第1の磁石3が固定されていてもよい。
処理部22は磁界検出素子21の検出した磁界に基づき、第1の磁石3の相対位置を示す指標値Sを求める。3つのサブ磁石31はそれらの間に概ね正弦波状の磁束を形成する。ある位置における磁束のX成分をBx,Y成分をByとすると、当該位置における磁束の、X方向に対する角度θ(以下、磁界角度θという)は、arctan(By/Bx)で表すことができる。第1の磁石3の周囲の磁界は、解析等によって予め知ることができる。磁界検出素子21と第1の磁石3のY方向の間隔は既知であるから、磁界角度θが分かれば、第1の磁石3の相対位置を知ることができる。処理部22は磁界検出素子21の検出したBx,Byから磁界角度θ=arctan(By/Bx)を算出し、磁界角度θを相対位置に対応した出力電圧Vに変換して出力する。磁界角度θは0〜360°の角度範囲で検出可能である。このように、指標値Sは磁界角度θに基づき決定される出力電圧Vである。
相対位置と出力電圧Vとの関係は通常は曲線状であり、図2(a)に実線で示すように、3次関数に近似した曲線で表される。そこで、ストロークセンサ1を実機に取り付ける前に、ストロークセンサ1毎に、相対位置と出力電圧V(原指標値)との関係を線形に変換するキャリブレーションを行う。以下、キャリブレーションの方法について説明する。
まず、第1の磁石3と異なるマスター磁石5(第2の磁石)が取り付けられたキャリブレーション装置6(図4,5参照)にセンサアセンブリ2を取り付ける。キャリブレーション装置6は、第1の磁石3が取り付けられる第1の構造物33と、センサアセンブリ2が取り付けられる第2の構造物24とを模擬している。マスター磁石5の磁気特性や形状も第1の磁石3の磁気特性や形状と同一である。以上より、キャリブレーション装置6は製作誤差などの誤差要因を除き、図1に示す実機と実質的に同じ構成を有している。キャリブレーション装置6におけるマスター磁石5の可動範囲は、実機における第1の磁石3の可動範囲より広く設定されている。このようなキャリブレーション装置6を用いることで、多数のセンサアセンブリ2に対する効率的なキャリブレーションが可能となる。また、センサアセンブリ2は、マスター磁石5と実質的に同一の、任意の第1の磁石3と組み合わせることができるため、第1の磁石3の管理が容易となる。キャリブレーション装置6は、マスター磁石5を移動範囲の全域に渡りセンサアセンブリ2に対してX方向に相対移動させながら、磁界角度θ=arctan(By/Bx)を計算し、磁界角度θを相対位置に対応した出力電圧Vに変換して出力する。マスター磁石5と第1の磁石3はほぼ同一であるため、相対位置と出力電圧Vとの関係は図2(a)の実線とほぼ同じ曲線で表される。
次に、移動範囲の両端における出力電圧V1とV2を結ぶ直線を求める。この直線を、相対位置とキャリブレーション後の出力電圧V(以下、出力電圧Wという)との関係式とする。相対位置と出力電圧Wとの関係式は1次関数となる。この関係式を得るために、処理部22は磁界角度θを出力電圧Wに変換する変換手段を有している。変換手段は図3に示す変換マップの形で作成される。図3では便宜上グラフで示しているが、変換手段は実際には、テーブルの形で処理部22のメモリーに書き込まれている。変換マップは、θ0,θ1,θ2,・・,θN-2,θN-1,θN(ただし,Δθ=θi−θi-1=360°/N)(Nは自然数)に対する出力電圧W0,W1,W2,・・,WN-2,WN-1,WNのセットとして作成される。Nは例えば30〜40の範囲から選択される。本実施形態では、変換手段は磁界角度θを出力電圧Wに変換しているが、出力電圧Vを出力電圧Wに変換してもよい。
ストロークセンサ1は以下のように作動する。センサアセンブリ2の磁界検出素子21がBxとByを検出する。処理部22は磁界角度θ=arctan(By/Bx)を算出する。処理部22は変換手段によって、磁界角度θを相対位置に対応した出力電圧Wに変換して出力する。磁界角度θは、必要な場合、変換マップから内挿して求める。このようにして、ストロークセンサ1は、相対位置と線形の関係にある出力電圧Wを出力する。
しかし、第1の磁石3を第1の構造物33に取り付け、キャリブレーションを行ったセンサアセンブリ2を第2の構造物24に取り付けた際に、相対位置と出力電圧Wとの関係、すなわち図2(a)に破線で示す関係が維持されないことがある。例えば、第1の構造物33と第2の構造物24がそれぞれ有する製造公差のため、第1の磁石3とセンサアセンブリ2がX方向に相対的にずれることがある。第2の構造物24の穴25の位置がX方向にずれることもある。第1の磁石3を第1の構造物33に取り付ける際、またはセンサアセンブリ2を第2の構造物24に取り付ける際にも位置ずれが生じることがある。例えば、センサアセンブリ2の突起部23と第2の構造物24の穴25との間にはギャップが存在するため、センサアセンブリ2を第2の構造物24に取り付ける位置を正確に制御することは難しい。センサアセンブリ2や第1の磁石3の位置ずれは、これらを接着剤等で固定する場合にも発生する可能性がある。
図4は、位置ずれが測定精度に与える影響を模式的に示している。図4の上図に示すように、キャリブレーションはセンサアセンブリ2の突起部23が穴25と同心に取り付けられた状態で行われたと仮定する。これに対し、実機では、図4の中図に示すように、センサアセンブリ2の突起部23が穴25の右側縁部に接する位置で取り付けられている。第1の磁石3はマスター磁石5と同じ位置に取り付けられている。つまり、センサアセンブリ2の第1の磁石3に対する相対位置と、センサアセンブリ2のマスター磁石5に対する相対位置は、距離Dだけ互いにずれている。この場合、実機に取り付けられたセンサアセンブリ2は、図4の中図に示す位置にある第1の磁石3が、図4の下図における破線の位置にあると認識する。すなわち、センサアセンブリ2は、第1の磁石3が実際の位置よりも右側に距離Dだけ寄った位置にあると認識する。換言すれば、センサアセンブリ2は、第1の磁石3の端部が位置X0にあるときに出力すべき出力電圧Wを、第1の磁石3の端部が位置X0より距離Dだけ右側の位置X1にあるときに出力する。この結果、図2(b)に示すように、出力直線が右側に距離Dだけオフセットし、ストロークセンサ1の測定精度が低下する。なお、センサアセンブリ2の第1の磁石3に対する相対位置と、センサアセンブリ2のマスター磁石5に対する相対位置が、Z方向(図1において、X方向及びY方向と直交する方向)にずれることもあり得る。しかし、Z方向はストロークセンサ1が位置を検出する方向ではないこと、及び磁界分布はZ方向に大きく変化しないことから、Z方向のずれは測定精度に大きな影響を与えない。Z方向のずれによる測定誤差はX方向の同程度のずれによる測定誤差より1桁程度小さい。センサアセンブリ2の第1の磁石3に対する相対位置と、センサアセンブリ2のマスター磁石5に対する相対位置とがY方向にずれる場合の測定誤差も、Z方向にずれる場合の測定誤差と同程度である。
そこで、本実施形態では、ストロークセンサ1の処理部22における処理方法を変更する。まず、図5(a)に示すように、キャリブレーション装置6において、マスター磁石5の左端を、物理的に確定可能な相対位置である第1の基準位置XR1に位置させる。「物理的に確定可能」とは、機械的手段、電気的手段、磁気的手段等の何らかの物理的手段によって、マスター磁石5の磁界検出素子21に対するX方向の相対位置が確定可能であることを意味する。本実施形態では、第1の構造物33の移動範囲は、第1の構造物33を駆動するモータ35で規制される。従って、モータ35の制御によって決まる第1の構造物33の可動範囲の左端は、電気的手段によって確定可能な位置である。機械的手段によって確定される位置としては、キャリブレーション装置6に設けた、実機のストッパ4を模擬したストッパの位置や、ばねの圧縮量が最大となる位置などであってもよい。ここでは、第1の基準位置XR1を、第1の構造物33の可動範囲における、モータ35によって規制される左端位置Pから、距離Aだけ右にずれた位置とする。位置Pは、モータ35によって模擬される、実機の左側のストッパ4の位置である。マスター磁石5は第1の構造物33の所定の位置に正確に取り付けられているため、距離Aの精度は高い。次に、処理部22は第1の基準位置XR1を示す指標値S1を求め、指標値S1である出力電圧W1を出力する。指標値S1は後の処理のため、調整装置7または他の記憶装置に書き出される。以上の操作は上述したキャリブレーションの一部として行われる。第1の基準位置XR1を示す指標値S1はキャリブレーションによって取得されるため、指標値S1を取得するための追加の操作は不要である。
次に、図5(b)に示すように、第1の磁石3を第1の構造物33に取り付け、センサアセンブリ2を第2の構造物24に取り付ける。図5では、図4と同様、センサアセンブリ2は、突起部23が穴25の右側縁部に接する位置で第2の構造物24に取り付けられている。しかし、センサアセンブリ2の穴25に対する相対位置は未知であってよい。以下の工程では、ストロークセンサ1の処理部22の処理方法を変更するための調整装置7を用いる。第1の磁石3を、第1の基準位置XR1に相当し且つ物理的に確定可能な相対位置である第2の基準位置XR2に位置させる。「第1の基準位置XR1に相当」とは、第1の構造物3と第2の構造物24の全体構成に基づき、実機における第2の基準位置XR2がキャリブレーション装置6における第1の基準位置XR1と対応することである。本実施形態では、第2の基準位置XR2は、第1の磁石3の移動範囲の一方の端部、すなわち第1の構造物33が左側のストッパ4と当接するときの第1の磁石3の左端の位置であり、第1の基準位置XR1と一致している。すなわち、本実施形態では、第1の基準位置XR1は、(実機における第1の磁石3の移動範囲を模擬した)キャリブレーション装置6における、マスター磁石5の移動範囲の端部に位置しており、第2の基準位置XR2は、実機における、第1の磁石3の移動範囲のこれと対応する端部に位置している。
次に、処理部22は第2の基準位置XR2を示す指標値S2を求め、調整装置7は指標値S2である出力電圧W2を読み取る。ここでは、キャリブレーションと異なり、第1の磁石3を移動させる必要はない。第1の磁石3の左端は第2の基準位置XR2に留まったままである。また、第2の基準位置XR2は、第1の基準位置XR1との対応関係が一義的に確定できる限り、どの位置にあってもいいが、取付時の初期位置とするのが好ましい。これによって、第1の磁石3を取り付けた後、第1の磁石3をさらに移動させる必要性がなくなる。
次に、調整装置7は、指標値S1と指標値S2との差分ΔS=S1―S2を求める。指標値S1は、調整装置7に直接入力されているか、または上述の記憶装置を介して、予め調整装置7に入力されている。上述の通り、センサアセンブリ2の位置がキャリブレーション装置6と実機とで異なっているため、指標値S2は指標値S1と異なる。そして、調整装置7は、指標値SにΔSを加算して出力するように処理部22の処理方法を変更する。具体的には、調整装置7は、上述の方法によって算出した出力電圧WにΔW=W1−W2を加えて出力するように、処理部22に記憶されたプログラムを書き換える。例えば、出力電圧W1=4.0V、出力電圧W2=3.9Vである場合、ストロークセンサ1は第2の基準位置XR2で、出力電圧W2=4.0Vを出力する必要がある。なぜなら、ストロークセンサ1は、第2の基準位置XR2に対応する第1の基準位置XR1で出力電圧W1=4.0Vを出力するように調整されているため、第2の基準位置XR2で出力電圧W1=4.0Vを出力しなければ、第1の磁石3の正確な位置を検出できないからである。そこで、調整装置7は、ΔW=4.0−3.9=0.1Vを出力電圧W2=3.9Vに加え、出力電圧W2=4.0Vを出力するように処理部22の処理方法を変更する。代替案として、出力電圧WがΔW増加するように、書き込み装置で変換マップを直接書き換えてもよい。
これによって、図2(c)に示すように、実機に取り付けた際に生じるオフセットがキャンセルされ、キャリブレーションで求めた相対位置と出力Wとの関係が再現される。これは、オフセットが一般的にはそれほど大きくなく、一つの基準位置において求めたΔSを他の位置にも適用することで、他の位置においてもほぼ同程度にオフセットがキャンセルされるためである。換言すれば、図2(b)における実測値と理想値はほぼ平行移動の関係にある。このため、ある一点でシフト量を決め、実測値のグラフをそのシフト量だけ平行移動することによって、実測値全体を同程度の精度で補正できることになる。
本実施形態では、実機でストロークセンサ1の調整を行う際に、第1の磁石3を移動させる必要がない。第1の磁石3とセンサアセンブリ2を実機に取り付けた後は、取付時の初期位置で指標値S2を取得し、ΔSを計算し、これに基づいて処理部22の処理方法を変更するだけである。一般に、ストロークセンサ1のキャリブレーションはストロークセンサ1の製造者が行うが、実機に取り付けられた後のストロークセンサ1の調整は、ストロークセンサ1が組み込まれたアセンブリまたは最終製品の製造者が行う。このため、本実施形態では、アセンブリまたは最終製品の製造者で実施する工程が簡略化され、ストロークセンサ1の付加価値が高められる。
本実施形態では、第1の磁石3が特定の位置にしか(すなわち、離散的にしか)動かせない場合にも、高精度のキャリブレーションが可能である。例えば、第1の構造物33が、プランジャのように、可動範囲の両端のみで停止するように構成された部材に接続されていることがある。ストロークセンサ1を実機に組み込んだ後にストロークセンサ1のキャリブレーションを行う場合、キャリブレーションに使用できるのは2点の測定結果だけである。本実施形態では、ストロークセンサ1を実機に組み込む前に、多点の測定結果を使ってキャリブレーションができるため、キャリブレーションの精度の向上が可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されない。例えば、キャリブレーション用の第2の磁石5として、第1の磁石3を用いることができる。第1の磁石3はマスター磁石5とほぼ同一の磁気特性を有しているが、両者の磁気特性は完全に同じでない可能性がある。キャリブレーションが、マスター磁石5の代わりに、実機に取り付けられる第1の磁石3を用いて行われるため、第1の磁石3とマスター磁石5の磁気特性の違いに伴う測定誤差が生じない。
図6に示すように、第1の磁石3は単一の磁石であってもよい。磁界検出素子21の検出するY方向の磁束強度Byは第1の磁石3の相対位置に応じて変化する。このため、磁束強度Byを第1の磁石3の相対位置の指標値として用いることができる。すなわち、本変形例では、指標値Sは磁界強度に基づき決定される出力電圧である。
図7に示すように、第1の磁石3がラッチ機構34などによって可動範囲の中間位置で停止可能な場合、停止可能な中間位置を第1の基準位置XR1及び第2の基準位置XR2としてもよい。すなわち、物理的に確定可能な第1の基準位置XR1及び第2の基準位置XR2は可動範囲の端部でなくてもよい。
さらに、キャリブレーションは省略することができる。図2(a)に示すように、キャリブレーションを行って相対位置と出力電圧の関係を線形化するほうが、ストロークセンサ1の出力特性としては好ましいが、線形化は必須ではない。キャリブレーションを省略することで、製造工程の簡略化が可能である。
1 ストロークセンサ
2 センサアセンブリ
21 磁界検出素子
22 処理部
24 第2の構造物
3 第1の磁石
33 第1の構造物
5 第2の磁石(マスター磁石)
XR1 第1の基準位置
XR2 第2の基準位置
2 センサアセンブリ
21 磁界検出素子
22 処理部
24 第2の構造物
3 第1の磁石
33 第1の構造物
5 第2の磁石(マスター磁石)
XR1 第1の基準位置
XR2 第2の基準位置
Claims (9)
- 磁界を検出する磁界検出素子と、前記磁界を発生させるとともに前記磁界検出素子に対して第1の方向に相対移動可能な第1の磁石と、前記磁界検出素子の検出した磁界に基づき、前記第1の磁石の前記磁界検出素子に対する相対位置を示す指標値Sを求める処理部と、を有するストロークセンサの取り付け方法であって、
第2の磁石を、前記磁界検出素子に対し、物理的に確定可能な第1の基準位置に位置させ、指標値S1を求めることと、
前記第1の磁石と前記磁界検出素子とを別々の構造物に取り付け、前記第1の磁石を、前記磁界検出素子に対し、前記第1の基準位置に相当し且つ物理的に確定可能な第2の基準位置に位置させ、指標値S2を求めることと、
前記指標値S1と前記指標値S2との差分ΔS=S1―S2を求めることと、
指標値SにΔSを加算して出力するように前記処理部の処理方法を変更することと、を有する、ストロークセンサの取り付け方法。 - 前記第2の基準位置は前記第1の磁石の移動範囲の端部に位置し、前記第1の基準位置は前記移動範囲を模擬した移動範囲の対応する端部に位置する、請求項1に記載のストロークセンサの取り付け方法。
- 前記相対位置と前記指標値Sとの関係は1次関数で表される、請求項1または2に記載のストロークセンサの取り付け方法。
- 前記第2の磁石を前記磁界検出素子に対して前記第1の方向に相対移動させながら、前記第2の磁石の前記磁界検出素子に対する複数の相対位置と、各相対位置を示す原指標値と、の関係を求めることと、
前記関係を前記1次関数に変換する変換手段を求めることと、
前記変換手段を前記処理部に書き込むことと、を有する、請求項3に記載のストロークセンサの取り付け方法。 - 前記第2の磁石はマスター磁石である、請求項4に記載のストロークセンサの取り付け方法。
- 前記第2の磁石は前記第1の磁石である、請求項4に記載のストロークセンサの取り付け方法。
- 前記指標値Sは、前記磁界検出素子の検出した磁界から求められる磁界角度に基づく、前記ストロークセンサの出力電圧である、請求項1から6のいずれか1項に記載のストロークセンサの取り付け方法。
- 前記指標値Sは、前記磁界検出素子の検出した磁界から求められる磁界強度に基づく、前記ストロークセンサの出力電圧である、請求項1から6のいずれか1項に記載のストロークセンサの取り付け方法。
- 前記第2の基準位置は、前記第1の磁石を前記構造物に取り付けたときの初期位置である、請求項1から8のいずれか1項に記載のストロークセンサの取り付け方法。
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