JP3179079B2 - 車両用アクテイブサスペンションの制御方法 - Google Patents

車両用アクテイブサスペンションの制御方法

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    • B60G2800/912Attitude Control; levelling control

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、車両用アクティブサスペンションの制御方
法に関するものである。
従来の技術 気体又は液体等の流体の圧力で車体を支持するサスペ
ンションと、各サスペンション毎に流体の注入,排出を
それぞれ独立して制御する制御弁を有し、ばね上の上下
加速度,サスペンションのストローク変位等の情報に基
づき各サスペンション毎の流体注入,排出指示量を演算
し各制御弁の弁駆動信号を発して各サスペンション毎に
流体の注入,排出を制御するコントローラとからなるア
クテイブサスペンションは従来より種々開発され例えば
特開昭62−139709号公報にて公開されている。
又、上記のような車両のアクテイブサスペンションに
おいて、車体の前後方向加速度(前後g)や横方向加速
度(横g)を検出し、これらの情報から車両の加減速や
旋回に伴ない発生する車両姿勢の変化(ピッチング或は
ロール)を予測して車両姿勢を好ましい状態に保つべき
流体の流入,排出指示量を演算にて求め、制御弁の駆動
信号を発するロジックを上記コントローラに組込んだも
のを本出願人において開発し、特願昭63−246242号とし
て特許出願している。
更に又上記した車体の前後gや横gに基づく車両姿勢
制御ロジックをもったアクテイブサスペンションにおい
て、旋回時の車体ロールの方向とロールの度合をドライ
バの好みに応じて任意に選択設定できるようにしたもの
も本出願人において開発し、特願昭63−275939号として
特許出願している。
発明が解決しようとする課題 上記のように、横gに対応した車体ロールの制御を行
うアクテイブサスペンションにおいて、横gが大となる
と該横gによって生ずる左右方向の荷重移動量も大とな
り、ロール角をゼロ若しくは好みの角度に保つために必
要とするサスペンションの反力(サス反力)も大となる
ので、横gが限界値(一般乗用車ではほぼ±0.9g程度)
に近づくと荷重移動量が極めて大きくなり車体の姿勢維
持が困難となるばかりか、その状態での乗心地用の制御
も困難となる。
例えば右側前輪において横gに対し第3図に示すよう
な荷重移動が考えられる車両で、−0.9g〜0.9gの範囲で
狙い通りのロール制御を行おうとすると−x〜2W0+x k
gf(但しW0は右側前輪の初期サス反力である)の範囲で
サス反力をコントロールできる装置が必要であり、−x
kgfのサス反力をだすためにはダブルアクティング・対
向型の特殊なサスペンションが必要となる。また初期サ
ス反力W0の2倍以上の力をだすためには、例えばサスペ
ンションとしてハイドロニューマチックサスペンション
を使用している場合、サスペンションの初期圧(設計標
準圧)が高圧供給源内圧の1/2以下でなければならず、
高圧用ポンプの要求能力として高いものが必要となる。
本発明は旋回時の過渡的状態における車体の姿勢制御
機能をもった車両用アクテイブサスペンションの上記の
ような課題に対処することを目的とするものである。
課題を解決するための手段 本発明は、少なくとも、車体の横加速度の情報から車
両姿勢の変化即ち車体のロールを予測し、この車体のロ
ールを抑制するよう各サスペンションへの流体の注入,
排出を制御するフィードフォワード制御系を備えた車両
のアクティブサスペンションにおいて、車体の横加速度
が所定値を越えた場合には、サスペンションへの流体の
注入,排出を禁止して横加速度に応じたフィードフォワ
ード制御を中止することにより、サスペンションをパッ
シブ状態に切換えることを特徴とするものである。
作用 上記により、車体の横加速度が所定値以下の範囲内で
ある旋回時は、各サスペンション毎に車体横加速度に対
応した流体の注入,排出が行われ、車体ロールをゼロ若
しくは好みのロール角に制御する、というフィードフォ
ワード制御が行われるが、車体の横加速度が所定値を越
えると、各サスペンションはすべて流体の注入,排出が
行われず、内部流体が封じ込められたパッシブ状態とな
り、その状態で更に横加速度が増大すると該パッシブ状
態に切換わった時点を基準として横加速度に見合った車
体ロールが生じ、車体横加速度が低くなりパッシブ状態
解除の範囲内に入ると車体の横加速度に応じたフィード
フォワード制御が行われる状態にもどる。このような制
御方法を採ることで常用範囲でのアクティブサスペンシ
ョンとしての機能を充分確保した上で、システムユニッ
トの過剰な性能要求を抑え各ユニットの小型化,低コス
ト化をはかり得る。
実施例 以下本発明の実施例を附図を参照して説明する。
第1図は本発明を適用すべきアクティブサスペンショ
ンの制御システムの一例を示すシステム図であり、11,1
2は左右前輪のサスペンション、13,14は左右後輪のサス
ペンションで、各サスペンションとしてはオイル室Aと
密閉された気体室BとをダイヤフラムCにて区画した気
体ばね部Dの該オイル室AとオイルシリンダEのオイル
室FとをオリフィスGを介して連通させ、該オイルシリ
ンダEの一端(例えばシリンダの底面部)をサスペンシ
ョンアーム等の車輪側部材に,他端(例えばピストンロ
ッド)を車体側部材にそれぞれ結合し、上下方向の荷重
に対しオイルシリンダ内と気体ばね部のオイル室F,A間
を油がオリフィスGを介して流通し適当な減衰力を発生
させると共に、ダイヤフラムCを介して気体室Bに密閉
された気体の容積弾性によってばね作用を得るようにな
っている従来より公知のハイドロ・ニューマチックサス
ペンションを採用した例を示している。
21,22,23,24は上記各サスペンションのオイルシリン
ダEのオイル室Fに油を供給したり該オイル室Fの油を
排出したりする制御弁であって、これらの各制御弁21,2
2,23,24は後述するコントローラ3からの弁駆動信号に
よりそれぞれ独立して制御される。
4は油タンク、5は油ポンプであり、該油ポンプ5は
エンジン6によって回転駆動されるが、図示実施例では
パワステアリング用の油ポンプ5′と上記油ポンプ5と
をタンデムとしエンジン6により両油ポンプ5,5′が同
時に回転駆動される例を示している。
油ポンプ5の吐出油はチェックバルブ7を通って高圧
アキュムレータ8に蓄圧されると共に上記制御弁のうち
の1つまたは2つ以上が注入側に切換わるとその注入側
に切換わった制御弁から1つまたは2つ以上のサスペン
ションのオイル室に高圧の油が供給され、又制御弁のう
ちの1つまたは2つ以上が排出側に切換わるとその排出
側に切換わった制御弁から1つまたは2つ以上のサスペ
ンションのオイル室から油が排出されオイルクーラ9を
通って油タンク4に流入するようになっている。
10はリリーフ弁、11はロード・アンロード弁で、該ロ
ード・アンロード弁11は高圧アキュムレータ8が所定の
設定圧となったことを検出する圧力センサ81の信号に基
づきコントローラ3が発する信号によって図示のアンロ
ード状態に切換えられ、油ポンプ5の吐出油をオイルク
ーラ9側に流通させ油タンク4に流入させるものであ
る。
上記各サスペンション11,12,13,14には、ばね上の上
下加速度を検出する上下加速度センサ12と、ばね上とば
ね下の上下相対変位即ちサスペンションのストローク変
化を検出するサスストロークセンサ13とがそれぞれ設け
られ、各サスペンション毎にばね上の上下加速度とサス
ストローク変化の情報をコントローラ3に入力するよう
になっている。
14は車体の前後方向加速度即ち前後gを検出する前後
gセンサ、15は車体の横方向加速度即ち横gを検出する
横gセンサであり、該前後gセンサ14および横gセンサ
15が検出した前後gおよび横gの情報もコントローラ3
に入力される。
Vは各制御弁から各サスペンションに至る油通路をそ
れぞれ閉止し得る閉止弁であり、該閉止弁Vは通常時は
開となっているがコントローラ3からの閉弁指令によっ
て閉となるものである。
次にコントローラ3の制御ロジックを第2図を参照し
て説明する。
第2図において鎖線で囲んだ部分は前後左右のサスペ
ンションのうちの1つ例えば左前輪のサスペンション11
の制御ブロック図であって、該第2図では図示を省略し
ているがこれと同じ制御ロジックを4組備えており、各
サスペンション毎に独立して制御を行うようになってい
る。
各サスペンション部において上下方向加速度およびサ
スストローク変化をそれぞれのセンサ12および13で検知
すると、上下加速度信号に対してはローパスフィルタLP
Fを通して高周波成分を低減させ、不感帯回路I1を通し
てゼロ近傍の設定範囲の信号を取除き、ゲインG1を掛算
して制御弁の特性に合せた制御指示量Q1を得る。
サスストローク変化信号は微分回路Dを通るものとそ
のままのものとの2通りに分かれ、微分回路Dを通った
信号はサスストローク変化速度信号となり不感帯回路I2
を通ってゼロ近傍の設定範囲の信号を除去され更にゲイ
ンG2を掛けられて制御弁特性に合せた制御指示量Q2とな
り、サスストローク変化信号は基準車高信号発生回路H
により車高調整スイッチ16の状態を読んで指示された基
準車高信号との差をとって実サスストローク変化信号と
なり、不感帯回路I3を通してゼロ近傍の設定範囲の信号
を除去されゲインG3を掛けられて制御弁特性に合せた制
御指示量Q3となる。
上記した制御弁特性に合せた制御指示量Q1,Q2,Q3
は、例えば制御弁が流量制御弁であった場合は弁開閉特
性を考慮して注入又は排出すべきオイル量を制御弁の注
入側又は排出側の開弁指示時間又は弁指示開度におきか
えることを意味する。
以上3つの制御指示量Q1,Q2,Q3は加算され制御量補正
回路Rを通して温度とか管長の違いによる圧力損失とか
の環境条件を考慮した補正指示量Qに変換し、弁駆動信
号発生回路Wを通して制御弁駆動信号を発し、制御弁21
を注入側又は排出側に切換え、サスペンション11に指示
量通りの油の注入又は排出を行う。
上記の制御において、上下加速度による制御では上向
きの加速度に対してはサスペンション11内の油を排出し
下向きの加速度に対してはサスペンション11内に油を注
入すると言う制御を行うことにより、路面からの突き上
げ等下からの力に対しては柔らかく且つ減衰の高いサス
ペンション特性を,上(即ち車体)からの力に対しては
車高を基準車高に維持する方向に油を注,排制御するサ
スストローク変化速度およびサスストローク変化による
制御と協働して車高を維持するよう見かけ上剛いサスペ
ンション特性をつくりだす働らきをし、又上下加速度信
号をローパスフィルタLPFを通すことでばね下共振のよ
うに高い周波数領域の振動に対してはあまり反応せず、
ばね上共振近傍の低い周波数領域の振動に制御が集中し
てエネルギーを消費する低消費型乗心地,バウンシング
優先の制御仕様となる。
尚上記車高調整スイッチ16は、例えばノーマル車高か
らハイ車高に切換える切換スイッチであり、ノーマル車
高を選択しているときは基準車高信号発生回路Hは低い
基準車高信号を発し、車高調整スイッチ16をハイ車高側
に切換えると基準車高信号発生回路Hは高い基準車高信
号を発し、サスストローク変化信号による制御は車高を
基準車高に維持しようとする制御であるから、基準車高
が低いノーマル基準車高からハイ基準車高に切換わると
油注入の制御指示量Q3を発してサスペンション11に油を
注入して車高を上記ハイ基準車高に等しい高さまで上
げ、車高調整スイッチ16をノーマル車高側に戻せば油排
出の制御指示量Q3を発してサスペンション11内の油を排
出し車高をノーマル基準車高まで下げる働きをする。こ
の車高調整スイッチ16の切換えによる油の出し入れはす
べてのサスペンションで同時に行われる。
上記したばね上の上下加速度による制御およびサスス
トローク変化,サスストローク変化速度による制御によ
って、通常走行状態での通常の前後方向加速度や横方向
加速度にて生じる比較的小さな前後方向や左右方向の荷
重移動に対しては充分に対応でき、車体姿勢を正常に保
つことができるが、例えば急制動,急加速時或は急旋回
時等のように前後方向或は左右方向に大きな加速度が急
激に作用したような場合は、上記上下加速度,サススト
ローク変化速度,サスストローク変化等車体に生じた状
態変化に応じて制御では対応が遅れぎみになると言った
問題が生じる。
そこで、前記したように車体の前後gを検出する前後
gセンサ14および車体の横gを検出する横gセンサ15を
追加し、急加減速時,急旋回時等の車体姿勢制御を以下
に述べるようなフローにて行うようにしている。
即ち、第2図に示すように、前後gセンサ14で検知し
た前後g信号をヒステリシス17,不感帯回路18により通
常走行中の通常の前後g変動程度では反応せず、フルア
クセルや中程度以上のブレーキング時のように車体のピ
ッチングが発生する場合に作用するように信号を変換し
前後荷重移動量算出回路19に入力する。前後荷重移動量
算出回路19は、該入力された信号と予じめ記憶している
車両諸元と前記車高調整スイッチ16から求めた現在の車
体重心の地上高の情報から前後方向の荷重移動量を算出
しその算出結果をサス反力増算出回路20に出力する。サ
ス反力増算出回路20は、入力された前後方向の荷重移動
量の情報と、各サスペンションの形式,駆動形式(前輪
駆動形式,後輪駆動形式或は4輪駆動形式等)等より、
タイヤに加わる駆動力,制動力を考慮した各サスペンシ
ョン位置での上記荷重移動量によって生ずるであろうと
ころのサス反力増減量を各サスペンション毎に算出す
る。
上記した各サスペンションの形式,駆動形式等より、
タイヤに加わる駆動力,制動力を考慮すると言うこと
は、例えばトレーリングアーム形式のサスペンションの
場合制動力が車輪に作用するとその反力はトレーリング
アームの揺動軸受で支えられるのでトレーリングアーム
には一般にサスペンションばねを縮ませる方向のモーメ
ントが負荷され(制動時のアンチリフトジオメトリ特
性)、その負荷は慣性力にて生じる前後荷重移動に対し
前輪側では加算.後輪側では減算される状態となって現
れ、又加速時のサス反力には駆動輪では駆動反力にてサ
スペンションばねを伸ばそうとする方向のモーメントが
負荷され従動輪ではそのような負荷はない。このような
加算或は減算される負荷はトレーリングアームの配置,
揺動軸の配置等により異り、又ウイッシュボーン形式の
サスペンションではアッパおよびロアのコントロールア
ームの揺動軸の傾斜によって,マクファーソン形式のサ
スペンションではサスペンションストラットの傾斜やロ
アアームの回転軸位置等によって異る。
上記のように制動又は加速に伴なう前後荷重移動量に
よって生ずるであろう各サスペンション毎のサス反力増
減量はサスペンションの形式および駆動形式から各車輪
に加わる制動力,駆動力を考慮しなければ正確には算出
できないのである。
横gセンサ15で検知した横g信号も上記前後gセンサ
14の場合と同様ヒステリシス回路21,不感帯回路22を通
して通常走行中のわずかな横g変動程度には反応しない
ようにし所定値以上の信号だけがロールモーメント算出
回路23にインプットされるようにする。ロールモーメン
ト算出回路23はインプットされた信号から予じめ記憶し
ている車両諸元,前記車高調整スイッチ16から求めたそ
の時点における車体重心の地上高,サスジオメトリによ
って決まるロールセンタ地上高等の情報に基づき発生ロ
ールモーメントを算出し、更に狙いの左右荷重移動量前
後配分比に合せて発生ロールモーメントを前後輪のモー
メントに分配し、前後輪の左右荷重移動量を前後輪左右
荷重量移動量分配回路24にて算出しサス反力増算出回路
25に出力する。サス反力増算出回路25では、発生横gに
見合うタイヤに加わる総横力を定常状態では車体重心位
置と前後車輪間距離でヨーモーメント釣合式上釣合うよ
うに前後に分配し、前後輪別々に左右荷重移動量とタイ
ヤ横力,車高,サスペンションリンク形式等を考慮して
サス上下反力増減量をそれぞれ算出する。
上記の2つのサス反力増算出回路20および25にてそれ
ぞれ算出された前後g発生に基づくサス上下反力増減量
と横g発生に基づくサス上下反力増減量は総サス反力増
減および制御量算出回路26にインプットされ、こゝで2
つのサス上下反力増減量を各サスペンション毎に加算し
て各サスペンション毎の総サス反力増減量を求めると共
に、その総サス反力増減量に見合うサスペンション内圧
(サスペンションの気体室の内圧)を維持すべきオイル
の注入,排出の制御量を各サスペンション毎に算出す
る。そしてその制御量は制御量変換回路27にて弁仕様に
合せた各サスペンション毎の制御指示量Q4(例えば制御
弁が流量制御弁であった場合は弁開閉特性を考慮した注
入側又は排出側の開弁指示時間又は弁指示開度におきか
えることを意味する)に変換され、前記ばね上の上下加
速度,サスストローク変化速度およびサスストローク変
化量に基づく各サスペンション毎の制御指示量Q1,Q2,Q3
の加算値に加算され、これらQ1,Q2,Q3,Q4の加算値を前
記したように制御量補正回路Rを通して補正指示量Qと
し、弁駆動信号発生回路Wが制御弁駆動信号を発して各
サスペンション毎にオイルの注入又は排出を制御する。
上記のように、ばね上の上下加速度およびサスストロ
ーク変化により各サスペンション独立に乗心地向上を主
とした油の注入,排出制御を行う制御システムに、車体
の前後gおよび横gにより荷重移動量を予測して車体の
姿勢制御を行う制御ロジックを加えたことにより、加減
速時および旋回時等では、過渡的には車体のピッチング
やロールは前後gおよび横gによる制御ロジックでの車
体姿勢制御が主として働らき遅れのない的確なる車体姿
勢制御が行われる。
上記のようなアクテイブサスペンションの横gによる
制御系において、例えば第3図に示すように横gが大き
くなり限界値に近くなると荷重移動量が極めて大となり
姿勢制御が困難となり且つその状態での乗心地用の制御
も困難となることは前述した通りである。
そこで本発明では第1図に示すように各制御弁から各
サスペンションに至る油通路をそれぞれ閉止する閉止弁
Vを設けると共に、第2図に示すように横gセンサ15の
横g検出値を設定値と比較し横g検出値が設定値を越え
ると上記閉止弁Vに弁閉止信号を発し、各サスペンショ
ンをアクテイブ状態からパッシブ状態に切換えるアクテ
イブ・パッシブ切換回路28を設け、横gが設定値以上と
なったときは各サスペンション内の油を封止状態として
パッシブ化するようにしたものである。
上記横gの設定値は、横gの限界値のほぼ1/2前後程
度,例えば横g限界値がほぼ±0.9g程度の一般乗用車で
はほぼ±0.5g程度に設定するのが適当であり、このよう
にすることにより、それぞれのサスペンションのサス反
力の制御範囲W0−α〜W0+αは、ゼロより大で且つ初期
サス反力W0の2倍より小なる範囲となり、一般的なアク
テイブサスペンションで充分制御できると共に、油ポン
プ等の高圧供給源の要求能力を比較的低く抑え小型化,
低コスト化をはかることができる。
尚上記アクテイブ状態とパッシブ状態との切換設定値
は、第5図に示すように例えばアクテイブからパッシブ
への切換設定値は0.5gでパッシブからアクテイブへの切
換設定値は0.4gとする等、適当なヒステリシスを持たせ
ることにより開,閉チャターを防止するものとする。
上記において、横gに対し車体のロール角をゼロに保
つよう制御するものに上記閉止弁V及びアクテイブ・パ
ッシブ切換回路28を設けた場合は、第4図(イ)に示す
ように旋回時横gが設定値例えば0.5g以下の範囲では閉
止弁Vが開であり横g検出信号による過渡的状態制御及
びサスストローク変化信号によるフイードバック制御に
より各サスペンション独立に流体の注入,排出が行われ
車体を水平に保つが、横gが設定値を越えるとアクテイ
ブ・パッシブ切換回路28が閉止弁駆動信号を発しすべて
の閉止弁Vを閉とする。すると各サスペンション内の油
は封じ込められた状態即ちパッシブ状態となり、横gの
それ以上の増大に伴ない車体のロールが始まるが、横g
設定値までロールをゼロに保っているので、該車体のロ
ール角はロール制御を全く行わない従来の一般車のロー
ル角(第4図(ハ)参照)より小となる。
又前記先行技術として開示した特願昭63−275939号の
発明のように、本願第2図に示す制御系に車両旋回時の
車体ロール方向とロールの度合を任意に選択設定し得る
正逆ロール選択スイッチを追加し、横g検出信号による
制御系及びサスストローク変化信号による制御系が上記
正逆ロール選択スイッチにて選択したロール方向とロー
ル度合に保つよう各サスペンション毎に流体の注入,排
出制御を行うようにしたアクテイブサスペンションに、
上記閉止弁V及びアクテイブ・パッシブ切換回路28を設
けた場合も、横gが設定値(例えば0.5g)以下の範囲で
は正逆ロール選択スイッチにて選択した通りの車体ロー
ルにアクテイブ制御されるが横gが設定値を越えると閉
止弁Vがすべて閉となりパッシブ化され、例えば正逆ロ
ール選択スイッチで逆ロールを選択していた場合を例に
とると第4図(ロ)のようなロール特性となる。
上記のように、横gがある設定値を越えた範囲ではあ
らゆるアクテイブ制御を止めパッシブサスペンション化
することにより、常用範囲での乗心地及び車体姿勢の制
御等アクテイブサスペンション機能を充分に確保した上
で、システムユニットの小型化,低コスト化をはかり得
ると共に、乗心地は従来車より柔らかく横gの大なる旋
回時のロール角度は小さいと言った車両特性を容易に得
ることができる。
尚本発明は第1,2図の実施例に限らず、流体の圧力で
車体を支持するサスペンションをもち、少なくともサス
ペンションの伸縮ストローク変化を検出する手段を設
け、該サスペンションの伸縮ストロークの変化に応じて
目標とする車両姿勢に保つよう各サスペンション毎に独
立して流体の注入,排出制御を行うと共に、少なくとも
車両の横gを検出する横gセンサをもち、該横gに対応
した流体の注入,排出を行い車体ロール制御を行うよう
になっている車両用アクティブサスペンションにはすべ
て適用可能である。
発明の効果 以上のように本発明によれば、アクテイブサスペンシ
ョンのシステムユニットの過剰な性能要求を抑え各ユニ
ットの小型化,低コスト化が可能となると共に、無駄な
制御エネルギー消費を抑制し燃費の改善をはかることが
でき、更に従来より尚一層柔らかく乗心地の良いサスペ
ンション特性をもち且つ横gの大なる旋回時の車体ロー
ル角は従来より小さい車両特性を得ることができるもの
で、実用上多大の効果をもたらし得るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す流体の注入,排出系統
説明図、第2図は本発明における制御ロジックの一例を
示すブロック図、第3図は右側前輪の旋回横gに対する
荷重移動量の変化特性の一例を示す図、第4図は車両の
旋回横gに対する車体のロール特性例を示す図、第5図
は第1図示の閉止弁の開閉制御特性の一例を示す図であ
る。 11,12,13,14……サスペンション、21,22,23,24……制御
弁、3……コントローラ、13……サスストロークセン
サ、15……横gセンサ、28……アクテイブ・パッシブ切
換回路、V……閉止弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−265011(JP,A) 特開 昭63−263122(JP,A) 実開 平1−62104(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60G 17/015

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流体の圧力で車体を支持するサスペンショ
    ンと、車体の横加速度を検出する横加速度センサと、少
    なくとも上記横加速度に応じて各サスペンション毎に独
    立して流体の注入,排出をフィードフォワード制御して
    旋回時の車体ロールを抑制するコントローラとを有する
    車両のアクティブサスペンションにおいて、上記コント
    ローラは、上記横加速度がその限界値に関連して設定さ
    れた所定値以下の範囲では、上記横加速度に応じたフィ
    ードフォワード制御を実施して車体ロールを抑制すると
    ともに、上記横加速度が所定値を越えた場合には、上記
    サスペンションへの流体の注入,排出を禁止して上記横
    加速度に応じたフィードフォワード制御を中止すること
    により上記サスペンションをパッシブ状態に切換えるこ
    とを特徴とする車両用アクティブサスペンションの制御
    方法。
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