JP4591711B2 - 自動車の駆動伝達系を操作するための方法 - Google Patents

自動車の駆動伝達系を操作するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、請求項1の前段に記載の自動車の駆動伝達系を操作するための方法に関する。
特許文献1は、エンジンの形態の原動機と、手動シフト変速機と、動力を断接できずまた外力によって作動させられる動力分配装置とを有する駆動伝達系を操作するための方法を開示している。脚力によって作動させられるクラッチは、原動機と手動シフト変速機との間に取付けられる。動力分配装置は手動シフト変速機の下流に取付けられ、またオンロード走行から、高い変速比を有するオフロード走行への切り換えの形態の切換を実行できる作動部材を有する。動力分配装置の作動部材は、中央電子制御装置の形態の制御装置によって作動させられる。
特許文献2は、原動機と、自動変速機と、動力を断接できずまた外力によって作動させられる動力分配装置とを有する駆動伝達系を操作するための方法を記載している。動力分配装置の切換を開始する前に、自動変速機の前進ギヤクラッチが開放され、したがって、原動機と動力分配装置との間の動力伝達が遮断される。引き続き、動力分配装置の切換を行うことができる。切換が終了した後に、前進ギヤクラッチは再び閉鎖される。
同様に、特許文献3は、原動機と、自動変速機と、動力を断接できずまた外力によって作動させられる動力分配装置とを有する駆動伝達系を操作するための方法を記載している。切換を行う場合に、したがって、動力分配装置の変速比を変更する場合に、適切なギヤが自動変速機で自動的に選択される。
特許文献4は、商用車の一群の変速機を操作するための方法を記載している。自動化主変速機はこの一群の領域に属する。この一群の領域で要求された切換を行う場合に、切換後の原動機の回転速度が、最小回転速度未満であるかどうかについてのチェックが行われる。原動機の回転速度が、最小回転速度未満であった場合、切換は実行されない。
特許文献5は、自動化シフト変速機と、自動車の意図しない移動を防止するための装置とを有する自動車を記載している。原動機と、被駆動車輪との間の動力伝達を遮断する場合に、前記装置は、自動車の走行、特に所望の走行方向と反対の走行を防止するように作動させられる。
独国特許出願公開第4230989A1号明細書 米国特許第5,411,450A号明細書 GB2304835A号明細書 欧州特許出願公開第0947739A2号明細書 国際公開第00/021812A号パンフレット
これに関して、本発明の目的は、自動車を快適に運転することが可能になる自動車を運転するための方法を提案することである。この目的は、本発明によれば、請求項1に記載の方法によって達成される。
本発明によれば、動力分配装置に対する切換要求が存在する場合、切換を開始する前に、切換に関連する切換部材のトルクが、制御装置によって自動的に低減される。切換要求は、動力分配装置の変速比の変更又は二輪駆動と四輪駆動との間の切り換えに関する要求であり得る。この切換要求は、車両運転者によって、例えば内部のスイッチを作動させることによって引き起こし得る。この代わりに、自動車の動作変数と環境変数とに基づき、制御装置によって切換要求を生成してもよい。
切換部材、例えば歯車、摺動スリーブ及び/又は同期体のトルクの低減が必要であるが、この理由は、動力を断接できない変速機において、係合している切換部材によってトルクが伝達されないか又は非常に低いトルクのみが伝達される場合に限り、切換の実行、特に切換られた歯車の解除が可能になるようにするためである。
原動機の出力トルクの設定を制御することによって、例えば原動機の出力トルクをゼロにすることによって又は原動機と動力分配装置との間の接続を切り離すことによって低減を行うことができる。
トルクの低減が行われた後、外力によって、すなわち車両運転者の助けなしに作動させられる作動部材の適切な作動によって、切換が行われる。作動部材は、例えば、電動機あるいは油圧又は空圧ピストン/シリンダユニットとして設計することが可能である。切換が終了した後に、制御装置は切換部材でトルクを再び許容する。このために、車両運転者からの命令に従って、原動機の出力トルクが再び設定されるか又は原動機と動力分配装置との間の連結が回復させられる。車両運転者からの指示は、動力作動部材のある程度の作動、例えばアクセルペダルの位置から導出される。
この関連において、変速機を手動シフト変速機又は自動化変速機として設計することが可能である。
変速機は自動変速機として設計される。切換部材のトルクを低減するために、制御装置は、クラッチを開放することによって、能動連結又は摩擦連結によって生成される原動機と動力分配装置との間の動力伝達を遮断する。特に、制御装置は自動変速機のクラッチを開放し、このクラッチは、自動変速機のブレーキも意味すると理解される。クラッチを開放するために、制御装置は、自動変速機の作動部材を適切な形態で作動させる。自動変速機のクラッチの代わりに、例えば自動化歯車切換変速機が使用される場合、原動機と自動変速機との間に取付けられた発進クラッチも開放可能である。クラッチを開放することにより、動力分配装置はもはや原動機に連結されず、この結果、駆動伝達系は切り離され、したがってトルクがなくなる。
切換が終了した後に、制御装置は、前記クラッチを閉鎖することによって動力伝達を回復させる。
自動変速機は、例えば、遊星歯車式変速機、連続可変変速機、ダブルクラッチ変速機又は自動化歯車切換変速機として設計することが可能である。自動車は、原動機、自動変速機及び動力分配装置の各々のために、それらのアセンブリの1つ以上を同時に制御する1つ又は複数の別個の制御装置を有し得る。
したがって、切換部材のトルクを極めて確実に低減でき、また動力分配装置を切換えることが確実に可能になる。特に、例えばオフロード走行で生じる可能性があるような駆動伝達系の歪みがある場合に、原動機の出力トルクに影響を及ぼすことによって切換部材のトルクを低減することが極めて不確実になる。
自動車は、例えば電気油圧式ブレーキ装置として設計し得る能動ブレーキ装置を有する。制御装置によって作動部材を作動させることにより、ブレーキペダルの位置に関係なく、ブレーキ装置を用いて制動トルクを自動車に加えることができる。
動力分配装置の制御装置は、動力分配装置の切換中に、自動車の速度及び/又はこれから導出される変数を監視する。導出された変数は、例えば、現在の速度と切換の開始時の速度との間の差、自動車の加速度又は走行方向である。
監視の結果に基づき、制御装置は少なくとも間接的にブレーキ装置を作動させる。例えば、制御装置が、制動トルクに関する要求をブレーキ装置の制御装置に送信し、次に、この制御装置が当該要求を実現することによって、作動が行われる。切換が終了した後に、任意の要求がキャンセルされ、したがって、必要に応じて存在する任意の制動トルクが低減される。
動力分配装置の切換には、数秒、例えば最高3秒かかる場合がある。この時間中、駆動伝達系が切り離され、すなわち、原動機は、被駆動車輪に連結されないので、原動機からのトルクが車輪に作用することはない。この時間中、例えば自動車が坂道で運転される場合、意図しない及び制御できない自動車の移動が生じる可能性がある。自動車の速度及びブレーキ装置の作動を監視することによって、駆動伝達系を開放しているにもかかわらず、自動車の移動に対しアクティブな影響を及ぼすことができる。したがって、自動車の特に確実な運転が保証され、また自動車の制御できない運転が防止される。
切換要求が存在する場合に、制御装置は、切換後に、その後生じる原動機の回転速度を自動車の現在の速度と駆動伝達系の変速比とから算出する。このことは、切換中に動力分配装置の変速比が変化する場合にのみ関連する。算出された回転速度に基づき、シフトが自動変速機で行われるか又は切換要求が抑制される。
制御装置は、特に、切換後に原動機の回転速度の許容範囲を決定する。この許容範囲は、例えば制御装置に記憶するか、あるいは例えば速度のような自動車の動作変数及び/又は例えば道路勾配のような環境変数に基づき決定することが可能である。自動変速機を同時にシフトすることによって、回転速度を前記許容範囲内にすることができる場合、自動変速機及び動力分配装置の切換が行われる。例えば変速比が2.6の非常に大きく急激な変化が、動力分配装置の変速比の間に存在し得る。このことは、例えば、7段遊星歯車式変速機の場合の第2ギヤから第5ギヤへのシフトにほぼ一致するであろう。したがって、動力分配装置の切換を行う場合にまた自動変速機の一定の変速比が存在する場合に、原動機の回転速度は極めて急激に変化し、したがって、極めて急速に許容範囲外に出てしまうことがある。回転速度のこの急激な変化は、自動変速機の変速比を同時に変更することによって相殺できる。上述の例のような機能が維持されるので、動力分配装置をオフロード用ギヤに、すなわち、変速比が2.6の急激な変化があるようなより低い変速比にシフトする場合に、自動変速機を第2ギヤから第5ギヤに同時にシフトすることによって、原動機の回転速度を実質的に一定に維持できる。
また、自動変速機を同時にシフトすることにより、その後、原動機の回転速度が許容範囲外になった場合、動力分配装置の切換が抑制される。
したがって、動力分配装置の要求された切換の大部分も実行できる。しかし、同時に、原動機が、切換後に許容できない作動状態になる事態、例えば、回転速度が低くなりすぎるか又は高くなりすぎる事態が防止される。
本発明による方法が使用される場合、動力分配装置の切換を実行するために、車両運転者によるクラッチの作動は不要である。運転者が切換の実行を所望する場合、運転者は切換要求を単に引き起こすだけでよい。したがって、車両運転者にとっては、自動車の作動がより簡単かつより快適になる。
さらに、本発明による方法のお陰で、制御装置は、切換が適切であるかどうか、及び車両運転者による動作なしに切換を引き起こして行っているかどうかを決定できることが可能である。
本発明の実施形態では、動力分配装置の切換中に、制御装置は原動機の出力トルクを自動的に低減する。この場合、動力作動部材を用いた車両運転者からの指示は無視される。切換が終了した後に、制御装置は出力トルクの増大を再び許容し、また車両運転者からの指示が再び実行される。トルクの増減は、例えば傾斜路に沿って行うことが可能である。
したがって、車両運転者は、駆動伝達系を開放することにより、動力分配装置が原動機の回転速度を意図せずにまた不必要に上昇させることなく、動力分配装置の切換中に動力作動部材を作動させ続けることができる。クラッチの閉鎖中に、上昇させられた回転速度はほとんどの場合再び低減させられるであろう。したがって、自動車の運転はより簡単かつより快適になる。
本発明の実施形態では、制御装置は、間違った走行方向が検出された場合にブレーキ装置を作動させる。現在の走行方向が、車両運転者が所望する走行方向と反対である場合に、間違った走行方向となる。このことは、例えば、現在の走行方向と、自動変速機のセレクタレバーの位置又は切換の開始時の走行方向とを比較することにより決定することが可能である。車輪の適切な回転速度センサによって、現在の走行方向を決定し得る。制御装置は、特に自動車を停止させるためにブレーキ装置を作動させ、引き続き、切換が終了するまで自動車を不動にする。この場合、引き続き自動車が発進するときに、所望の走行方向と反対の走行を同様に防止できる。これによって、ヒルホルダとして知られている機能を実現できる。
例えば、自動車が低速で急勾配を駆け上がるときに動力分配装置を切換する場合に、間違った走行方向が生じる可能性がある。この切換中、駆動伝達系は切り離され、また原動機からの駆動トルクは自動車に作用しない。傾斜によって下向きの力がかかることにより、自動車は減速され、最も好ましくない例では、元の走行方向とは反対側に加速される。自動車は、万一それに後続する別の自動車が存在する場合にその別の自動車に向かって移動してしまうことがある。ブレーキ装置を作動させることによって、意図しない移動を防止でき、したがって、安全性を脅かす事態を排除できる。このことにより、自動車を特に確実に運転することが可能になる。
本発明の実施形態では、現在の速度と切換の開始時の初期速度との差、及び/又は速度勾配が制限値を超過した場合、制御装置がブレーキ装置を作動させる。特に、適切な制動トルクによって、一定の速度差又は一定の速度勾配、すなわち一定の加速度を設定できる。
このことにより、動力分配装置の切換中に自動車の速度が急上昇する事態が防止される。この事態は、例えば、自動車が急勾配を駆け下りるときに切換を行う場合に生じる可能性があるが、この理由は、駆動伝達系が切り離された状態では、自動車のエンジンブレーキも作用しないからである。したがって、駆動伝達系の切り離しは、自動車の極めて急激な突然の加速をもたらす可能性がある。この加速は車両運転者を非常に驚かせることがあり、したがって、この加速は、運転の安全性を脅かす事態を招くことがある。言及してきた事態の内の1つが当てはまる場合にブレーキ装置を作動させることによって、説明したような運転の安全性を脅かす事態を招かないようにすることができ、したがって、特に確実な自動車の運転を行うことができる。
図面の説明により、本発明の別の実施形態を理解することが可能である。本発明の例示的な実施形態について、図面に簡略化した形態で示し、また以下の記載においてより詳細に説明する。
図1によれば、図示していない自動車の駆動伝達系10は、制御装置12によって作動させられる内燃機関11を有する。このために、制御装置12は、例えばスロットルバルブアクチュエータのような図示していない作動部材と、例えば回転速度センサのようなセンサとに信号接続される。さらに、制御装置12は、車両運転者が内燃機関11の出力トルクを設定できるアクセルペダルとして設計される動力作動部材13に信号接続される。制御装置12は、検出された変数から、内燃機関11の別の動作変数、例えば内燃機関11の出力トルクを算出できる。
内燃機関11は、軸14を介して、7段遊星歯車式自動変速機として設計されかつ制御装置16によって作動させられる自動変速機15に連結される。このために、制御装置16は、例えば、クラッチ及びブレーキを作動させるための電磁弁のような図示していない作動部材と、例えば回転速度センサのようなセンサとに信号接続される。さらに、制御装置16は、車両運転者が、自動変速機15のシフトポジション、例えば、前進「D」、ニュートラル「N」又は後進「R」を設定できるセレクタレバー17に信号接続される。
自動変速機15には、その複数のクラッチ及びブレーキを表すクラッチ18が示されている。前記クラッチ及びブレーキは、サンギア、ウェブ及びリングギヤのような遊星歯車セットの要素に作用する。ブロック19は、自動変速機15の様々な変速比を実現できる複数の遊星歯車セットを示している。前記クラッチ及びブレーキは、変速比を設定するために使用される。クラッチ18、さらには2つ以上のクラッチ又はブレーキを開放することにより、制御装置16は自動変速機15の動力伝達を分割できる。
自動変速機15の下流には、制御装置16によって同様に作動させられる動力分配装置20が取付けられる。動力分配装置20は、オンロード用ギヤとオフロード用ギヤとを介した2つの異なる変速比を有する。さらに、動力分配装置で二輪駆動と四輪駆動との間の切り換えを行うことができる。このために、動力分配装置20は、制御装置16によって作動させられる図示していない作動部材を有する。さらに、制御装置16は、車両運転者が、動力分配装置20に対する切換要求、例えばオンロード用ギヤからオフロード用ギヤへの切り換えを引き起こすことができる作動ユニット21に信号接続される。
異なる直径を有する2つの遊動歯車23と24は、動力分配装置20の入力軸22に回転可能に取付けられる。入力軸22に回転固定して取付けられる同期体25及び摺動スリーブ26によって、遊動歯車23、24を入力軸にそれぞれ回転固定して連結できる。このために、図示していない作動部材によって、摺動スリーブ26を入力軸22の軸方向に変位させることができる。遊動歯車23と24は、中間軸27に回転固定して取付けられた対応する固定歯車28と29に噛合する。固定歯車28は、出力軸30に回転固定して取付けられた固定歯車31に噛合する。オンロード用ギヤは、遊動歯車23が入力軸22に連結されることによって設定され、また変速比がより高いオフロード用ギヤは、遊動歯車24が入力軸22に連結されることによって設定される。
出力軸30は、後駆動軸32によって、内燃機関11の出力トルクを後側の軸34を介して車両後輪35に公知の方法で伝達する後車軸変速機33に連結される。
動力分配装置20の出力軸30には、出力軸30を前駆動軸37に結合できる切換装置36が取付けられる。したがって、出力軸30は、内燃機関11の出力トルクを前側の軸39を介して車両前輪40に公知の方法で伝達できる前車軸変速機38に連結できる。
図示していない作動部材によって、切換装置36を作動させることができる。
したがって、切換装置36を用いて、制御駆動装置16による二輪駆動と四輪駆動との間の切り換えを行うことができる。
制御装置42によって作動させられる制動装置41は、車輪35、40に取付けられる。分かりやすくするために、1つの信号線43のみが示されている。制動装置41は電気油圧式に設計され、この場合、必要な油圧ラインは図示されていない。制御装置42は、車両運転者が、制動装置41によって加えられ、したがって自動車に作用する制動トルクを設定できるブレーキペダル44に信号接続される。このために、ブレーキペダル44の位置は、図示していないセンサによって検出されて、制御装置42に伝えられ、次に、それに応じて、制御装置42が制動装置41を作動させる。しかし、制御装置42は、例えば制御装置16の要求にで、ブレーキペダル44の位置に独立して制動装置41を作動させることも可能である。したがって、自動車は、制動装置41と制御装置42とブレーキペダル44とを少なくとも備えるブレーキ装置45を有する。
制動装置41には、制御装置42が車輪35、40の回転速度及び回転方向(前方又は後方)を検出できるようにする図示していない回転速度センサが組み込まれる。車輪35、40の回転速度から、自動車の速度及び加速度を決定できる。
制御装置12、16及び42は、シリアルバス接続を介して、例えばCANバスを介して互いに信号接続される。したがって、例えば車輪35と40の回転速度及び回転方向のような検出された変数を交換できるか、又は要求を制御装置に送信でき、例えば、自動変速機15及び動力分配装置20の制御装置16によって、所定の制動トルクの設定を制動装置41の制御装置42に送信できる。この場合、制動装置41は、少なくとも間接的に制御装置16によって作動させられる。
動力分配装置は自動変速機内に一体化させることも可能である。
さらに、動力分配装置は長手方向差動歯車を有することも可能である。
図2は、動力分配装置20を切換する場合の自動車を運転するための方法のフローチャートを示している。本方法は、制御装置16によって実行される。本方法は、例えばオンロード用ギヤからオフロード用ギヤへの切換要求により、ブロック50で開始する。
次のブロック51では、現在の速度と駆動伝達系10の変速比とによって、自動変速機15をシフトすることなく確立された原動機11の回転速度が、選択すべきギヤで決定される。算出精度を向上させるために、記憶された切換期間、現在の速度、現在の加速度、及び例えば走行抵抗又は勾配によって引き起こされる公知の駆動抵抗から、切換の終了時の自動車の速度を事前に算出し得る。
次の質問ブロック52は、要求された切換を行うことができるかどうかをチェックする。このために、ブロック51で算出された回転速度が許容範囲内にあるかどうかについてのチェックが第1に行われる。図示していない方法では、許容範囲は、自動車の動作変数と環境変数とに基づき制御装置16によって同様に決定される。前記回転速度が許容範囲外にある場合、自動変速機15の対応するシフトによって原動機11の回転速度を許容範囲内にすることができるかどうかについてのチェックが第2のステップで行われる。したがって、例えばオフロード用ギヤに切換する場合に、第2ギヤから第4ギヤへの自動変速機15のアップシフトを用いる。
チェックの結果が否定的であった場合、要求された切換を実行できず、したがって、要求が抑制されて、本方法はブロック61で終了する。
質問ブロック52のチェックが肯定的な結果であった場合、本方法は質問ブロック53に続く。この際、図2のすべての質問ブロックにおいて、本方法は、チェックが肯定的な結果の場合には質問ブロックの下方への出力に従って継続され、チェックが否定的な結果の場合には横方向への出力に従って継続されることを述べておく。
質問ブロック53では、質問ブロック52の結果に基づき、自動変速機15のシフトが必要であるかどうかについてのチェックが行われる。シフトが必要である場合、対応するシフトがブロック54で引き起こされる。自動変速機15のシフトが終了する前に、本方法を実行することが可能である。自動変速機15のシフトは本方法の更なる実行とは独立している。
ブロック54の後に、ブロック55が実行される。シフトが不要である場合、ブロック55が質問ブロック53の直後に実行される。ブロック55では、自動変速機15のクラッチ及びブレーキを適切に作動させることによって、原動機11と動力分配装置20との間の動力伝達が遮断される。同時に、原動機11の出力トルクは、動力作動部材13の位置に関係なく低減される。
次の質問ブロック56では、第1のステップにおいて、車輪35、40の回転方向が、車両運転者がセレクタレバー17によって設定する所望の回転方向と一致するかどうかについてのチェックが行われる。第2のステップにおいて、回転方向が正しい場合には、現在の速度と切換の開始時の速度との間の差が制限値未満であるかどうかについてのチェックが行われる。
問い合わせの1つが否定的な結果を供給した場合、ブロック57では、ブレーキ装置45が作動させられ、したがって制動トルクが増大される。車輪35、40の回転方向が誤っている場合には、自動車は停止させるために制動され、また速度差が大きすぎる場合、一定の速度差が設定される。
ブロック57を実行した後、又はブロック56の両方の問い合わせが肯定的な結果を供給した場合に、動力分配装置20の切換がブロック58で実行される。固定されたサイクル時間の後、例えば10ミリ秒後、質問ブロック59では、切換が既に終了しているかどうかについてのチェックが行われる。切換が終了していない場合、本方法は質問ブロック56に飛び越えて戻る。したがって、回転方向及び速度は切換中に常時チェックされる。
切換が終了した場合、ブロック60では、自動変速機15の動力伝達が、対応するクラッチを閉鎖することによって回復させられる。さらに、車両運転者からの指示に対応するトルクが原動機11で再び設定される。ブレーキ装置45がブロック57で作動させられている場合、増大された制動トルクが同時に再び低減される。したがって、切換が終了する。
本方法は次のブロック61で終了する。
動力分配装置を有する自動車の駆動伝達系の詳細図である。 動力分配装置を切換える場合の自動車を運転するための方法のフローチャートを示す図である。

Claims (6)

  1. 動機(11)と、
    動変速機(15)と、
    力分配装置(20)と、
    記原動機(11)と前記自動変速機(15)と前記動力分配装置(20)とを作動させるための少なくとも1つの制御装置(12、16)であって、前記動力分配装置(20)に対する、オンロード用ギヤとオフロード用ギヤとの間の切換又は二輪駆動と四輪駆動との間の切換に関する切換要求が存在する場合に、前記制御装置(16)によって切換が実行される少なくとも1つの制御装置(12、16)と、
    を有し、
    前記制御装置(16)が、
    記切換を開始する前に、前記自動変速機(15)のクラッチ(18)を開放して前記原動機(11)と前記動力分配装置(20)との間の動力伝達を遮断することによって、前記切換に関連する切換部材(23、24、25、26)でのトルクを低減し、
    記切換が終了した後に、前記クラッチ(18)を閉鎖して前記切換部材(23、24、25、26)でトルクを再び許容することによって前記動力伝達を回復させる、自動車の駆動伝達系を操作するための方法であって、
    記自動車が、能動ブレーキ装置(45)を有し、
    記制御装置(16)が、前記動力分配装置(20)の切換中に、前記自動車の速度又は前記自動車の速度から導出される変数を監視し、
    記制御装置(16)が、前記監視の結果に基づき前記ブレーキ装置(45)を作動させ、
    換要求が存在する場合に、前記制御装置(16)が、前記切換の後に生じる前記原動機(11)の回転速度を算出し、前記自動変速機(15)のシフトを行うか、又は前記算出された回転速度に基づき前記切換要求を抑制することを特徴とする方法。
  2. 前記制御装置(12、16)が、
    記切換中に前記原動機(11)の出力トルクを低減し、
    記切換が終了した後に前記出力トルクの増大を許容することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 誤った走行方向が検出された場合、前記制御装置(16)が、前記自動車を停止させるために前記ブレーキ装置(45)を作動させることを特徴とする、請求項1あるいは2に記載の方法。
  4. 現在の速度と前記切換の開始時の初期速度との差、又は速度勾配が制限値を超過した場合、前記制御装置(16)が前記ブレーキ装置(45)を作動させることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記制御装置(16)が、一定の速度差又は一定の速度勾配を設定することを特徴とする、請求項4に記載の方法。
  6. 前記切換の後の前記原動機(11)の前記回転速度の許容範囲が、前記制御装置(16)で決定され、
    記自動変速機(15)をシフトすることによって、前記回転速度を前記許容範囲内にすることができる場合、前記自動変速機(15)及び前記動力分配装置(20)の切換が行われ、
    もなければ、前記動力分配装置(20)の前記切換が抑制されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
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