JP4428806B2 - Vehicle steering device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者によるステアリング操作によって操舵輪の向きを変更する車両の操舵装置に関し、特に、1人或いは2人程度が乗車する簡易な構造の小型車両に用いて好適な操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、排気ガスの低減や消費エネルギーの低減などの観点から、1人或いは2人程度が乗車して移動することができる小型車両が開発され、実用にも供されている。
このような小型車両は4輪車や3輪車などの自立し得る形式で構成され、例えば特開平9―286348号公報に記載されるように、小排気量のエンジンを動力源として、少人数が低燃費にして低排出ガス量で手軽に移動することができる手段として利用される。
【0003】
このような小型車両を始めとして車両一般には、車両の走行方向を変更するために運転者によるステアリング操作によって操舵輪の向きを変更する操舵装置が備えられている。
このような操舵装置は、操舵輪を回転自在に支持するナックルブロックにナックルアームを設け、ナックルアームに連結されたタイロッドをステアリングホイールの回転力によって軸方向移動させ、これによって、ナックルブロックとともに操舵輪の向きを変更するものである。
【0004】
そして、このステアリングホイールの回転力によってタイロッドを軸方向移動させる機構としては、ステアリングホイールの回転をギアボックスによりピットマンアームの揺動に変換して当該ピットマンアームによりタイロッドを軸方向移動させるギアボックス式、ステアリングホイールの回転をピニオンによりラックの軸方向移動に変換して当該ラックによりタイロッドを軸方向移動させるラックピニオン式、ステアリングホイールの回転をリンクによって往復動に変換して当該リンクによりタイロッドを軸方向移動させるリンク式など、種々な形式のものが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような操舵装置にあっては、車両走行中に操舵輪が突起物に乗り上げたり窪みに嵌まるたりすると路面反力より操舵輪の向きを変えさせようとする力が発生し、これによって、ステアリングホイールにも向きを変えさせようとする力(すなわち、キックバック)が生じて当該ステアリングホイールを把持する運転者に不快感や疲労を与えてしまうことがあった。
この対策として、ラックピニオン式の操舵装置では、ラックに平行に油圧ダンパーを設けてラックに生じるキックバック力を干渉する方法が考えられるが、ラックピニオン式の操舵装置自体でも構造複雑で大型にして重力が嵩むものであるのに、これに油圧ダンパーを設けると更に構造が複雑化し重力が増大するのは言うに及ばず、油圧ダンパーの設置方法や形式を工夫しないとかなり大型化してしまう。
【0006】
ここで、上記のような小型車両では、構造簡易にして小型軽量化が特に要求されることから、ラックピニオン式やギアボックス式に比べて構造簡易で小型軽量なリンク式の操舵装置を採用するのが有利である。また、リンク式の操舵装置はステアリングホイールの回転力をタイロッドの軸方向移動力に変換するときのレシオがラックピニオン式やギアボックス式に比べて小さいことから操舵荷重が大きくなるが、小型車両は元々操舵荷重が小さいのでリンク式の操舵装置を採用しても操舵荷重についての問題はない。
しかしながら、リンク式の操舵装置では、変換レシオが小さいことからキックバック力がステアリングホイールに伝わり易く、ラックピニオン式やギアボックス式に比べて特に緩衝に対する対策が要望される。
【0007】
本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたもので、キックバックに対する緩衝機能を有した車両の操舵装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、特に小型車両に適用して好適な車両の操舵装置を提供することを目的とする。
なお、本発明の更なる目的は、以下の説明において明らかなところである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両の操舵装置は、操舵輪を回転自在に支持するナックルブロックと、ナックルブロックに設けられたナックルアームと、ナックルアームに連結されたタイロッドとを備え、軸方向に作用するキックバック力を吸収するためのダンパー機構がタイロッドに同軸に介装されている。
したがって、タイロッドを介して伝達されるキックバック力をダンパー機構によって緩衝することができ、しかも、このダンパー機構はタイロッドに介装されて同軸に配されているので、装置を大型化せずに緩衝機能を付加することができる。
【0009】
更に、本発明の操舵装置では、左右の操舵輪に連結する左右のタイロッドに油圧シリンダ式のダンパー機構をそれぞれ介装し、これらシリンダ間で油を流通させるパイプを当該シリンダ間に連結した。
したがって、ダンパー機構は空気などの圧縮性流体や弾性体を用いた種々な形式のものを用いることができるが、特に油圧シリンダ式のものを用いることによって、通常の操舵時にはダンパー機能を発生させずに運転者に操舵違和感を与えず且つキックバックに対しては大きな緩衝効果を発生するように容易に調整設定することができる。更に、これら油圧シリンダ間で油を流通させるようにしているため、キックバック力によって一方のタイロッドが縮んだ時には他方のタイロッドが伸びるといったように動作させることができ、これによって、トー角などのホイールアライメントが常に一定に保たれる。
【0010】
更に、本発明は、ステアリングホイールの回転力をタイロッドに直接的に伝達して当該タイロッドを軸方向移動させるリンク機構を備えており、すなわち、リンク式の操舵装置に適用している。
したがって、構造簡易にして小型軽量なことが利点であるリンク式操舵装置の利点を損なうことなくキックバックに対する緩衝機能を付加することができ、例えば小型車両に求められる要求を満足させることができる操舵装置を実現することができる。
なお、本発明は、リンク式操舵装置に適用して好適であるがラックピニオン式やギアボックス式などの他の形式の操舵装置に適用しても所期の作用効果を得ることができ、また、小型車量に限らず操舵装置を有する一般の車両に適用しても所期の作用効果を得ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明を、図に示す一実施形態を用いて具体的に説明する。なお、本例は、本発明を小型車量に用いられるリンク式(特にセンターアーム式)の操舵装置に適用したものである。
図1〜図3に示すように、本例の小型車両は前輪1と後輪2とにそれぞれ2つ車輪を備えた四輪車であり、中央部に1人の乗員(運転者)が着座する単座運転シート3が備えられている。
この小型車両の基本的な車体構造は、アルミニュームなどの金属製パイプ材で構成した枠型の車体フレーム4に樹脂製ボディーカバー5を被せたものであり、更に、このボディーカバー5の上方に樹脂製のルーフパネル6を配して乗員の着座シート3上方を覆ってキャビンを構成している。
【0012】
運転席には、ステアリングホイール7が設けられており、ステアリングホイール7からの操舵力を後述する操舵装置を介して加えることにより、操舵輪としての左右の前輪1が向きを変えて車両の走行方向が任意に変更できるようになっている。
なお、車体フレーム4の後部には枠型のスイングフレーム8が上下に揺動自在に取り付けられ、このスイングフレーム8上にエンジン、変速機、ディファレンシャル機構などを一体化したパワーユニット9が設けられており、駆動輪としての左右の後輪2は、このパワーユニット9に連結されてスイングフレーム8の揺動により懸架されるとともにパワーユニット9からの出力により駆動される。
【0013】
車体フレーム4の前部には一対のリーディングアーム10が設けられており、これらリーディングアーム10はそれぞれピボット11を中心として上下に揺動自在に取り付けられている。なお、各リーディングアーム10と車体フレーム4との間には、サスペンションスプリングとショックアブソーバとを組み付けたサスペンションユニット(図示せず)が設けられている。
各リーディングアーム10の先端にはそれぞれナックルブロック12が操舵方向へ回動自在に設けられており、これらナックルブロック12にそれぞれ操舵輪1が回転自在に支持されている。
【0014】
図4に詳示するように、ナックルブロック12はリーディングアーム10の先端に中心軸13(取り付けピン:図示せず)を中心として操舵方向へ回動自在に設けられており、各ナックルブロック12から突設されたナックルアーム14に操舵装置のタイロッド15の先端が連結されている。
この操舵装置は、ステアリングホイール7から伸びるステアリングコラム17の下端に板状のセンターアーム18を固定し、このセンターアーム18にタイロッド15の基端を連結したものであり、ステアリングホイール7の回転によってセンターアーム18をステアリングコラム17を中心として回転変位させ、これによって、タイロッド15を右又は左へ軸方向移動させてナックルブロック12を右又は左へ旋回させるものである。
【0015】
なお、タイロッド15の先端はピン19を介してナックルアーム14に回転自在に連結され、タイロッド15の基端はピン20を介してセンターアーム18に回転自在に連結されており、センターアーム18、タイロッド15、ナックルアーム14により、ステアリングホイール7の回転力を伝達して操舵輪1を旋回させるリンク機構が構成されている。
【0016】
図5及び図6に詳示するように、タイロッド15は油圧シリンダを同軸に介装した構造であり、シリンダボディー22の基端がセンターアーム18に連結され、シリンダボディー22から同軸に伸びるピストンロッド23の先端がナックルアーム14に連結される。
シリンダボディー22内部の略中央位置には環状の段部24によって小径部が形成されており、図5に示す通常時には、ピストンロッド23の基端に設けられたピストン25はこの小径部に摺動自在に収まっている。
【0017】
シリンダボディー22内部の小径部24を挟む両側には油を収容した油室26a、26bが形成されており、これら油室26a、26b内にはピストン25を図5に示す通常位置に保持するように付勢するリターンスプリング27a、27bが設けられている。
なお、図中の28はリターンスプリング27a、27bをピストン25に係合させるためのスプリングシートである。また、図中の29はシリンダボディー22の先端開口を塞ぐ蓋部材であり、ピストンロッド23は蓋部材29を貫通して軸方向移動自在であるとともに、蓋部材29に設けられたシール材30によって油室26aの油密が保持されている。
【0018】
ピストン25には油室26a、26b間を連通するオリフィス31が形成されており、図6に示すようにキックバック力によってピストン25が移動する際には、油室26a、26b間でオリフィス31を通して油が流れ、これによって、ピストン25の移動(すなわち、シリンダボディー22とピストンロッド23との間の相対移動)に対して減衰力を発生する。
シリンダボディー22には油室26a、26bにそれぞれ通じるポート33a、33bが形成されており、これらポートポート33a、33bは他方のタイロッド15を構成している油圧シリンダの同じポート33a、33bにそれぞれパイプ34a、34bを介して連通している。
【0019】
したがって、ピストン25の移動に伴う油室26a、26bの容量変化に対し、例えば、図6に示すように一方のタイロッドの油室26bの容量が小さくなるときには、他方のタイロッドの油室26bへパイプ34bを介して余剰油を一時的に流してその容量を大きくさせ、これによって、他方のタイロッドの油室26aの容量が小さくなることによる余剰油をパイプ34aを介して一方のタイロッドの油室26aへ流してその容量を一時的に大きくさせ、総じて、一方のタイロッド15が縮まるときには他方のタイロッド15が若干伸びてホイールアライメントが一定に保持されるようになっている。
【0020】
ここで、上記リターンスプリング27a、27bの付勢力は、通常の操舵操作によりタイロッド15に加わる軸方向力に対しては図5に示すようにピストン25を中立位置に保持し、この通常操舵力を上回るキックバック軸力に対しては図6に示すようにピストン25の移動を許容するように設定されており、操舵輪1からキックバック力が加わった時には上記のようなタイロッド15の伸縮による減衰力で緩衝効果を発生し、通常の操舵操作時にはタイロッド15の伸縮を抑えて操舵操作に違和感のないようにしている。
【0021】
次に、本例の操舵装置による動作を説明する。
まず、通常の操舵時には、運転者がステアリングホイール7を回転させるとセンターアーム18が回転し、これによってタイロッド15が右又は左へ軸方向移動してナックルブロック12をピン13回りに右又は左へ旋回させて、左右の操舵輪1を所望の方向へ旋回させることができる。
そして、走行中の路面反力により操舵輪1の向きを急激に変化させるキックバックが生じたときには、このキックバック力をタイロッド15の油圧シリンダ機構による減衰力で緩衝し、ステアリングホイール7へ伝わらないようになっている。
【0022】
更に、このような緩衝動作では図7に示すように一方(右操舵輪側)のタイロッド15が縮むと、他方(左操舵輪)のタイロッド15との間でパイプ34a、34bを通して油が流通し、他方(左操舵輪)のタイロッド15が伸張して、左右の操舵輪1間に設定されているトー角などのホイールアライメントが一定に保たれる。
なお、このような路面反力によるキックバックは一時的に生じるため、キックバック力がなくなったときには、直ちにリターンスプリング27a、27bによってピストン25が図5に示す中立位置に戻され、左右のタイロッド15が均等な長さとなる通常の状態に復帰する。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、キックバック力を吸収するためのダンパー機構をタイロッドに同軸に介装したため、ラックピニオン式、ギアボックス式、リンク式などの形式を問わず、当該ダンパー機構をステアリング装置の構成部材にはみ出すことなく組み込むことができ、操舵装置を大型化することなく緩衝機能を付加することができる。
また、本発明によると、左右のタイロッドに油圧シリンダ式のダンパー機構を介装し、これらシリンダ間で油を流通させるパイプを設けたため、油圧による優れた減衰効果を得られるとともに、油圧によってこれらタイロッドを同期して伸縮させることができ、左右の操舵輪間に設定されたトー角などのホイールアライメントを常に一定に保つことができる。
また、本発明によると、ステアリングホイールの回転力をタイロッドに直接的に伝達するリンク式の操舵装置としたため、構造簡易にして小型軽量なリンク式操舵装置を用いることにより小型車両に求められる要求を満足させることができるとともにキックバックに対する緩衝機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る小型車両の正面側から見た斜視図である。
【図2】 本発明の一実施形態に係る小型車両の背面側から見た斜視図である。
【図3】 本発明の一実施形態に係る小型車両の平面視した底面図である。
【図4】 本発明の一実施形態に係る操舵装置の全体構成を示す斜視図である。
【図5】 本発明の一実施形態に係る油圧ダンパー機構を通常時の状態で示す断面図である。
【図6】 本発明の一実施形態に係る油圧ダンパー機構を減衰力発生時の状態で示す断面図である。
【図7】 本発明の一実施形態に係る操舵装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
1:前輪(操舵輪)、 7:ステアリングホイール、
12:ナックルブロック、 14:ナックルアーム、
15:タイロッド、 17:ステアリングコラム、
18:センターアーム、 22:シリンダボディー、
23:ピストンロッド、 25:ピストン、
26a、26b:油室、 27a、27b:リターンスプリング、
31:オリフィス、 33a、33b:ポート、
34a、34b:パイプ、[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus that changes the direction of a steered wheel by a steering operation by a driver, and more particularly to a steering apparatus that is suitable for use in a small vehicle having a simple structure on which one or two people get on.
[0002]
[Prior art]
In recent years, from the viewpoint of reducing exhaust gas and energy consumption, a small vehicle that can be moved by one or two people has been developed and put into practical use.
Such a small vehicle is configured in a self-supporting form such as a four-wheeled vehicle or a three-wheeled vehicle. For example, as described in JP-A-9-286348, a small engine is used as a power source. It is used as a means that can be easily moved with low exhaust gas with low fuel consumption.
[0003]
In general, such small vehicles are equipped with a steering device that changes the direction of the steered wheels by a steering operation by a driver in order to change the traveling direction of the vehicle.
Such a steering device is provided with a knuckle arm on a knuckle block that rotatably supports a steered wheel, and a tie rod connected to the knuckle arm is moved in the axial direction by the rotational force of the steering wheel. Is to change the direction.
[0004]
And, as a mechanism for moving the tie rod in the axial direction by the rotational force of the steering wheel, a gear box type that converts the rotation of the steering wheel into the swing of the pitman arm by the gearbox and moves the tie rod in the axial direction by the pitman arm, A rack and pinion type in which the rotation of the steering wheel is converted into axial movement of the rack by a pinion and the tie rod is moved in the axial direction by the rack. The rotation of the steering wheel is converted to reciprocation by the link and the tie rod is moved in the axial direction by the link. Various types are known, such as a link type.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a steering device, when the steering wheel rides on a protrusion or fits into a recess while the vehicle is running, a force is generated to change the direction of the steering wheel due to the road surface reaction force. As a result, a force to change the direction of the steering wheel (that is, kickback) is generated, which may cause discomfort and fatigue to the driver holding the steering wheel.
As a countermeasure, in a rack and pinion type steering device, a method of interfering with the kickback force generated in the rack by providing a hydraulic damper in parallel with the rack can be considered. However, the rack and pinion type steering device itself has a complicated structure and a large size. Although the gravity is increased, if a hydraulic damper is provided, the structure becomes more complicated and the gravity increases. Needless to say, if the installation method and type of the hydraulic damper are not devised, the size is considerably increased.
[0006]
Here, in a small vehicle as described above, since a structure is simplified and a reduction in size and weight is particularly required, a link type steering device that is simpler in structure and smaller in weight than a rack and pinion type or a gear box type is adopted. Is advantageous. In addition, the link type steering device has a smaller ratio when converting the rotational force of the steering wheel to the axial movement force of the tie rod than the rack and pinion type and the gear box type. Since the steering load is originally small, there is no problem with the steering load even if a link type steering device is employed.
However, in the link type steering device, since the conversion ratio is small, the kickback force is easily transmitted to the steering wheel, and a countermeasure against the buffer is particularly required as compared with the rack and pinion type and the gear box type.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and an object thereof is to provide a vehicle steering apparatus having a buffering function against kickback.
It is another object of the present invention to provide a vehicle steering apparatus that is particularly suitable for a small vehicle.
Further objects of the present invention will be apparent from the following description.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A vehicle steering apparatus according to the present invention includes a knuckle block that rotatably supports a steered wheel, a knuckle arm provided on the knuckle block, and a tie rod connected to the knuckle arm, and a kickback that acts in the axial direction. A damper mechanism for absorbing force is interposed coaxially with the tie rod.
Therefore, the kickback force transmitted through the tie rod can be buffered by the damper mechanism, and since this damper mechanism is disposed coaxially with the tie rod, it can be buffered without increasing the size of the device. Functions can be added.
[0009]
Furthermore, in the steering apparatus of the present invention, hydraulic cylinder type damper mechanisms are respectively interposed in the left and right tie rods connected to the left and right steering wheels, and pipes for circulating oil between these cylinders are connected between the cylinders.
Therefore, the damper mechanism can use various types using a compressive fluid such as air or an elastic body, but it does not generate a damper function during normal steering by using a hydraulic cylinder type in particular. In addition, it is possible to easily adjust and set so that the driver does not feel uncomfortable in steering and a large buffering effect is generated against kickback. Furthermore, since oil is circulated between these hydraulic cylinders, when one tie rod is contracted by the kickback force, the other tie rod can be operated so as to be extended. Alignment is always kept constant.
[0010]
Furthermore, the present invention includes a link mechanism that directly transmits the rotational force of the steering wheel to the tie rod to move the tie rod in the axial direction, that is, is applied to a link type steering apparatus.
Therefore, it is possible to add a buffer function for kickback without impairing the advantages of the link type steering device, which is advantageous in that the structure is simple and small and light, and for example, steering that can satisfy the demands required for small vehicles An apparatus can be realized.
It should be noted that the present invention is suitable for application to a link type steering device, but the intended effects can be obtained even when applied to other types of steering devices such as a rack and pinion type and a gear box type. Even if the present invention is applied not only to a small vehicle amount but also to a general vehicle having a steering device, the desired effects can be obtained.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be specifically described with reference to an embodiment shown in the drawings. In this example, the present invention is applied to a link type (particularly, center arm type) steering device used for small vehicles.
As shown in FIGS. 1 to 3, the small vehicle of this example is a four-wheeled vehicle having two wheels on the
The basic vehicle structure of this small vehicle is a frame-type vehicle body frame 4 made of a metal pipe material such as aluminum and covered with a
[0012]
A steering wheel 7 is provided in the driver's seat, and by applying a steering force from the steering wheel 7 via a steering device to be described later, the left and right
A frame-type swing frame 8 is attached to the rear portion of the vehicle body frame 4 so as to be swingable up and down, and a power unit 9 in which an engine, a transmission, a differential mechanism, and the like are integrated is provided on the swing frame 8. The left and right
[0013]
A pair of leading arms 10 are provided at the front portion of the vehicle body frame 4, and these leading arms 10 are attached so as to be swingable up and down around a
A
[0014]
As shown in detail in FIG. 4, the
In this steering apparatus, a plate-
[0015]
The tip of the
[0016]
As shown in detail in FIGS. 5 and 6, the
A small-diameter portion is formed at a substantially central position inside the
[0017]
[0018]
The
The
[0019]
Therefore, for example, when the capacity of the
[0020]
Here, the urging force of the return springs 27a and 27b holds the
[0021]
Next, the operation of the steering apparatus of this example will be described.
First, at the time of normal steering, when the driver rotates the steering wheel 7, the
When a kickback that suddenly changes the direction of the steered
[0022]
Further, in such a buffering operation, as shown in FIG. 7, when one (right steering wheel side)
Since kickback due to such road reaction force occurs temporarily, when the kickback force is lost, the
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the damper mechanism for absorbing the kickback force is coaxially interposed in the tie rod, the damper mechanism can be used regardless of the rack pinion type, gear box type, link type or the like. Can be incorporated without protruding from the components of the steering device, and a buffer function can be added without increasing the size of the steering device.
In addition, according to the present invention, the hydraulic cylinder type damper mechanism is interposed between the left and right tie rods, and the pipe for circulating oil between these cylinders is provided. The wheel alignment such as the toe angle set between the left and right steering wheels can always be kept constant.
Further, according to the present invention, since the link type steering device that directly transmits the rotational force of the steering wheel to the tie rod is used, there is a demand for a small vehicle by using a small and light link type steering device with a simple structure. It can be satisfied and a buffering function against kickback can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a small vehicle according to an embodiment of the present invention viewed from the front side.
FIG. 2 is a perspective view seen from the back side of the small vehicle according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a bottom view in plan view of a small vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing an overall configuration of a steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a hydraulic damper mechanism according to an embodiment of the present invention in a normal state.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a hydraulic damper mechanism according to an embodiment of the present invention in a state when a damping force is generated.
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the steering device according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Front wheel (steering wheel), 7: Steering wheel,
12: Knuckle block, 14: Knuckle arm,
15: Tie rod, 17: Steering column,
18: Center arm, 22: Cylinder body,
23: piston rod, 25: piston,
26a, 26b: oil chamber, 27a, 27b: return spring,
31: Orifice, 33a, 33b: Port,
34a, 34b: pipes,
Claims (2)
左右の操舵輪に連結する左右のタイロッドに、軸方向に作用するキックバック力を吸収するための油圧シリンダ式のダンパー機構を当該タイロッドと同軸にそれぞれ介装し、これらシリンダ間で油を流通させるパイプを当該シリンダ間に連結したことを特徴とする車両の操舵装置。In a vehicle steering apparatus including a knuckle block that rotatably supports a steered wheel, a knuckle arm provided on the knuckle block, and a tie rod connected to the knuckle arm.
The left and right tie rods connecting the right and left steered wheels respectively interposed hydraulic cylinder type damper mechanism for absorbing the kickback force acting axially on the tie rod coaxially, circulating oil between these cylinders A steering apparatus for a vehicle , wherein a pipe is connected between the cylinders .
ステアリングホイールの回転力をタイロッドに直接的に伝達して当該タイロッドを軸方向移動させるリンク機構を備えたことを特徴とする車両の操舵装置。The vehicle steering apparatus according to claim 1 ,
A steering apparatus for a vehicle, comprising a link mechanism that transmits a rotational force of a steering wheel directly to a tie rod to move the tie rod in an axial direction.
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