JP5285655B2 - Work vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、作業車両、特にエンジンと発電電動機と蓄電装置とを備えるハイブリット型の作業車両、及び、作業車両の発電電動機の劣化状態判定方法に関する。 The present invention relates to a work vehicle, in particular, a hybrid work vehicle including an engine, a generator motor, and a power storage device, and a deterioration state determination method for a generator motor of the work vehicle.
近年、油圧ショベルなどの作業車両の分野においてハイブリッド型の車両が開発されている。ハイブリッド型の作業車両は、エンジンと発電電動機と蓄電装置とを備えている。蓄電装置は、例えばキャパシタ或いはバッテリーであり、発電電動機が発電作用した場合に、発電された電力を蓄積する。また、蓄電装置は、蓄電装置に蓄積された電力を発電電動機あるいは作業機を駆動するための電動機に供給する。 In recent years, hybrid vehicles have been developed in the field of work vehicles such as hydraulic excavators. The hybrid work vehicle includes an engine, a generator motor, and a power storage device. The power storage device is, for example, a capacitor or a battery, and stores generated power when the generator motor generates power. The power storage device supplies the electric power stored in the power storage device to a generator motor or an electric motor for driving a work machine.
蓄電装置は、長期間使用されたり、過充電あるいは過放電を繰り返したりすると、劣化が進行する。特に作業車両は、過酷な環境下で使用されるため、作業車両に搭載される蓄電装置は劣化が進み易い。このため、蓄電装置の劣化状態を事前に判定し、劣化が限度まで進行している場合には、蓄電装置を交換するなどのメンテナンスを施す必要がある。ここで、蓄電装置の劣化状態を判定する技術が特許文献1に示されている。ここでは、発電電動機の回転数およびトルクと、蓄電装置の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、充電時間とに基づいて、蓄電装置の容量が算出される。充電時間は、蓄電装置が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間である。そして、算出した蓄電装置の容量と、基準となる容量とを比較することによって、蓄電装置の劣化状態が判定される。 When the power storage device is used for a long time or is repeatedly overcharged or overdischarged, the deterioration proceeds. In particular, since the work vehicle is used in a harsh environment, the power storage device mounted on the work vehicle is likely to deteriorate. For this reason, it is necessary to determine the deterioration state of the power storage device in advance and perform maintenance such as replacing the power storage device when the deterioration has progressed to the limit. Here, Patent Document 1 discloses a technique for determining a deterioration state of a power storage device. Here, the capacity of the power storage device is calculated based on the rotation speed and torque of the generator motor, the charging start voltage value and the charging end voltage value of the power storage device, and the charging time. The charging time is the time required for the power storage device to reach the charging end voltage value from the charging start voltage value. Then, the deterioration state of the power storage device is determined by comparing the calculated capacity of the power storage device with the reference capacity.
上記の技術では、蓄電装置の劣化状態を判定することができる。しかし、蓄電装置だけではなく発電電動機も、使用によって劣化が進行する。従って、蓄電装置の劣化状態のみが把握されて適切にメンテナンスが施されても発電電動機が劣化していては、充電や放電に要する時間が長くなる。一方、発電電動機の劣化状態を判定する方法として、発電電動機に所定の回転数及び所定のトルクの入力を与えて、発電電動機の出力の回転数及びトルクを計測することが知られている。しかし、作業車両に搭載された発電電動機に対して、このような方法を適用しようとすると、発電電動機を作業車両から取り外す必要がある。この場合、膨大な工数及びコストを必要としてしまう。本発明の課題は、作業車両において発電電動機の劣化状態を簡易に判定することにある。 With the above technique, the deterioration state of the power storage device can be determined. However, not only the power storage device but also the generator motor deteriorates with use. Accordingly, even if only the deterioration state of the power storage device is grasped and the maintenance is appropriately performed, if the generator motor is deteriorated, the time required for charging and discharging becomes long. On the other hand, as a method for determining the deterioration state of the generator motor, it is known to input a predetermined rotation speed and a predetermined torque to the generator motor and measure the rotation speed and torque of the output of the generator motor. However, if such a method is applied to the generator motor mounted on the work vehicle, the generator motor needs to be removed from the work vehicle. In this case, enormous man-hours and costs are required. An object of the present invention is to easily determine a deterioration state of a generator motor in a work vehicle.
本発明の第1の態様に係る作業車両は、エンジンと、発電電動機と、蓄電装置と、劣化状態判定部とを備える。発電電動機は、エンジンの出力軸に連結される駆動軸を有し、発電作用と電動作用とを行う。蓄電装置は、発電電動機が発電作用を行うことによって電力が蓄積され、発電電動機が電動作業を行なうときに発電電動機に電力を供給する。劣化状態判定部は、発電電動機の劣化状態を判定するための劣化状態判定制御モードにおいて、発電能力判定と電動能力判定との少なくとも一方を実行する。劣化状態判定部は、発電能力判定では、発電電動機に発電作用を行わせて、蓄電装置の電圧が所定の第1電圧値から第2電圧値まで上昇するのに要した時間を計測する。劣化状態判定部は、電動能力判定では、発電電動機に電動作業を行わせて、蓄電装置の電圧が所定の第3電圧値から第4電圧値まで降下するのに要した時間を計測する。 A work vehicle according to a first aspect of the present invention includes an engine, a generator motor, a power storage device, and a deterioration state determination unit. The generator motor has a drive shaft connected to the output shaft of the engine, and performs a power generation operation and an electric operation. The power storage device accumulates electric power when the generator motor performs a power generation operation, and supplies power to the generator motor when the generator motor performs an electric work. The deterioration state determination unit executes at least one of power generation capacity determination and electric power capacity determination in a deterioration state determination control mode for determining the deterioration state of the generator motor. In the power generation capacity determination, the deterioration state determination unit causes the generator motor to perform a power generation operation, and measures the time required for the voltage of the power storage device to rise from the predetermined first voltage value to the second voltage value. In the electric capacity determination, the deterioration state determination unit causes the generator motor to perform electric work, and measures the time required for the voltage of the power storage device to drop from the predetermined third voltage value to the fourth voltage value.
本発明の第2の態様に係る作業車両は、第1の態様の作業車両であって、作業車両に関する情報を表示する表示装置をさらに備える。劣化状態判定部は、計測した時間に基づく判定指数を表示装置に表示させる。 The work vehicle according to the second aspect of the present invention is the work vehicle according to the first aspect, and further includes a display device that displays information related to the work vehicle. The deterioration state determination unit displays a determination index based on the measured time on the display device.
本発明の第3の態様に係る作業車両は、第1又は第2の態様の作業車両であって、エンジン制御部と作業モード選択装置とをさらに備える。エンジン制御部は、エンジン出力トルク線に基づいてエンジンを制御する。エンジン出力トルク線は、エンジンの回転数とエンジンの出力トルクの上限との関係を規定するものである。エンジン制御部は、選択された作業モードに応じて変更されるエンジン出力トルク線に基づいて、エンジンを制御する。作業モード選択装置は、作業モードを選択するために操作される。劣化状態判定部は、複数の作業モードのうち特定の作業モードが選択されているときに劣化状態判定制御モードを実行する。 A work vehicle according to a third aspect of the present invention is the work vehicle according to the first or second aspect, and further includes an engine control unit and a work mode selection device. The engine control unit controls the engine based on the engine output torque line. The engine output torque line defines the relationship between the engine speed and the upper limit of the engine output torque. The engine control unit controls the engine based on an engine output torque line that is changed according to the selected work mode. The work mode selection device is operated to select a work mode. The deterioration state determination unit executes the deterioration state determination control mode when a specific work mode is selected from the plurality of work modes.
本発明の第4の態様に係る作業車両は、第1から第3の態様のいずれかの作業車両であって、油圧ポンプと、油圧アクチュエータと、操作装置と、操作ロック装置とをさらに備える。油圧ポンプは、エンジンによって駆動される。油圧アクチュエータは、油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動される。操作装置は、油圧アクチュエータを操作するための装置である。操作ロック装置は、操作装置による油圧アクチュエータの操作を禁止するための装置である。劣化状態判定部は、操作ロック装置が操作装置による油圧アクチュエータの操作を禁止している状態であるときに、劣化状態判定制御モードを実行する。 A work vehicle according to a fourth aspect of the present invention is the work vehicle according to any one of the first to third aspects, and further includes a hydraulic pump, a hydraulic actuator, an operation device, and an operation lock device. The hydraulic pump is driven by the engine. The hydraulic actuator is driven by hydraulic oil discharged from a hydraulic pump. The operating device is a device for operating the hydraulic actuator. The operation lock device is a device for prohibiting the operation of the hydraulic actuator by the operation device. The deterioration state determination unit executes the deterioration state determination control mode when the operation lock device is in a state where the operation of the hydraulic actuator by the operation device is prohibited.
本発明の第5の態様に係る作業車両は、第1から第4の態様のいずれかの作業車両であって、第1電圧値は、劣化状態判定制御モードでの蓄電装置への充電開始時の電圧値よりも高い。 The work vehicle according to a fifth aspect of the present invention is the work vehicle according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first voltage value is at the start of charging the power storage device in the deterioration state determination control mode. Higher than the voltage value.
本発明の第6の態様に係る作業車両は、第1から第5の態様のいずれかの作業車両であって、第3電圧値は、劣化状態判定制御モードでの蓄電装置の放電開始時の電圧値よりも低い。 A work vehicle according to a sixth aspect of the present invention is the work vehicle according to any one of the first to fifth aspects, wherein the third voltage value is the value at the start of discharging of the power storage device in the deterioration state determination control mode. Lower than the voltage value.
本発明の第7の態様に係る作業車両は、第1から第6の態様のいずれかの作業車両であって、劣化状態判定部は、劣化状態判定制御モードにおいて、発電電動機に発電作用と電動作業とを続けて行わせ、発電能力判定と電動能力判定との両方を実行する。 A work vehicle according to a seventh aspect of the present invention is the work vehicle according to any one of the first to sixth aspects, wherein the deterioration state determination unit is configured to generate power and perform electric power on the generator motor in the deterioration state determination control mode. The operation is continuously performed, and both the power generation capacity determination and the electric power capacity determination are executed.
本発明の第8の態様に係る作業車両の発電電動機の劣化状態判定方法は、エンジンと、発電電動機と、蓄電装置とを備える作業車両において、発電電動機の劣化状態を判定する方法である。発電電動機は、エンジンの出力軸に連結される駆動軸を有し、発電作用と電動作用とを行う。蓄電装置は、発電電動機が発電作用を行うことによって電力が蓄積され、発電電動機が電動作業を行なうときに発電電動機に電力を供給する。この劣化状態判定方法では、発電電動機の劣化状態を判定するための劣化状態判定制御モードにおいて、発電能力判定と電動能力判定との少なくとも一方を実行する。発電能力判定では、発電電動機に発電作用を行わせて、蓄電装置の電圧が所定の第1電圧値から第2電圧値まで上昇するのに要した時間が計測される。電動能力判定では、発電電動機に電動作業を行わせて、蓄電装置の電圧が所定の第3電圧値から第4電圧値まで降下するのに要した時間が計測される。 The deterioration state determination method for the generator motor of the work vehicle according to the eighth aspect of the present invention is a method for determining the deterioration state of the generator motor in a work vehicle including an engine, a generator motor, and a power storage device. The generator motor has a drive shaft connected to the output shaft of the engine, and performs a power generation operation and an electric operation. The power storage device accumulates electric power when the generator motor performs a power generation operation, and supplies power to the generator motor when the generator motor performs an electric work. In this deterioration state determination method, at least one of power generation capacity determination and electric power capacity determination is executed in a deterioration state determination control mode for determining the deterioration state of the generator motor. In the power generation capacity determination, the time required for the generator motor to generate power and the voltage of the power storage device to rise from the predetermined first voltage value to the second voltage value is measured. In the electric capacity determination, the time required for the voltage of the power storage device to drop from the predetermined third voltage value to the fourth voltage value is measured by causing the generator motor to perform electric work.
本発明の第1の態様に係る作業車両では、発電電動機が作業車両に搭載された状態で、発電能力判定と電動能力判定との少なくとも一方が行われる。このため、発電電動機を作業車両から取り外すことなく、発電電動機の劣化状態を判定することができる。これにより、発電電動機の劣化状態を簡易に判定することができる。 In the work vehicle according to the first aspect of the present invention, at least one of the power generation capacity determination and the power generation capacity determination is performed in a state where the generator motor is mounted on the work vehicle. For this reason, the deterioration state of the generator motor can be determined without removing the generator motor from the work vehicle. Thereby, the deterioration state of a generator motor can be determined easily.
本発明の第2の態様に係る作業車両では、判定指数が表示装置に表示される。このため、例えば、ユーザーが判定指数をサービスマニュアルなどに記された所定の適正範囲と比較することによって、発電電動機の劣化状態を容易に判定することができる。 In the work vehicle according to the second aspect of the present invention, the determination index is displayed on the display device. For this reason, for example, the user can easily determine the deterioration state of the generator motor by comparing the determination index with a predetermined appropriate range described in a service manual or the like.
本発明の第3の態様に係る作業車両では、発電電動機への入力トルク又は発電電動機からの出力トルクを安定させることができる。これにより、発電電動機の劣化状態を精度よく判定することができる。 In the work vehicle according to the third aspect of the present invention, the input torque to the generator motor or the output torque from the generator motor can be stabilized. Thereby, the deterioration state of the generator motor can be accurately determined.
本発明の第4の態様に係る作業車両では、発電電動機への入力トルク又は発電電動機からの出力トルクを安定させることができる。これにより、発電電動機の劣化状態を精度よく判定することができる。 In the work vehicle according to the fourth aspect of the present invention, the input torque to the generator motor or the output torque from the generator motor can be stabilized. Thereby, the deterioration state of the generator motor can be accurately determined.
本発明の第5の態様に係る作業車両では、充電開始当初の電圧の不安定な状態を避けて、電圧が安定した状態で電圧上昇時間を計測することができる。これにより、発電能力判定を精度よく行うことができる。 In the work vehicle according to the fifth aspect of the present invention, the voltage rise time can be measured while the voltage is stable while avoiding the unstable voltage state at the beginning of charging. Thereby, power generation capability determination can be performed accurately.
本発明の第6の態様に係る作業車両では、放電開始当初の電圧の不安定な状態を避けて、電圧が安定した状態で電圧降下時間を計測することができる。これにより、電動能力判定を精度よく行うことができる。 In the work vehicle according to the sixth aspect of the present invention, the voltage drop time can be measured while the voltage is stable while avoiding the unstable state of the voltage at the beginning of the discharge. This makes it possible to accurately determine the electric capacity.
本発明の第7の態様に係る作業車両では、蓄電装置の充電と放電とを繰り返す間に、発電電動機の発電能力判定と電動能力判定との両方を効率よく行わせることができる。 In the work vehicle according to the seventh aspect of the present invention, it is possible to efficiently perform both the power generation capability determination and the electric power capability determination of the generator motor while repeating the charging and discharging of the power storage device.
本発明の第8の態様に係る作業車両の発電電動機の劣化状態判定方法では、発電電動機が作業車両に搭載された状態で、発電能力判定と電動能力判定との少なくとも一方が行われる。このため、発電電動機を作業車両から取り外すことなく、発電電動機の劣化状態を判定することができる。これにより、発電電動機の劣化状態を簡易に判定することができる。 In the degradation state determination method for the generator motor of the work vehicle according to the eighth aspect of the present invention, at least one of the power generation capability determination and the motor capability determination is performed in a state where the generator motor is mounted on the work vehicle. For this reason, the deterioration state of the generator motor can be determined without removing the generator motor from the work vehicle. Thereby, the deterioration state of a generator motor can be determined easily.
本発明の一実施形態に係る作業車両100を図1に示す。この作業車両100は、油圧ショベルであり、車両本体1と作業機4とを備えている。
A
車両本体1は、走行体2と旋回体3とを有している。走行体2は、一対の走行装置2a,2bを有する。各走行装置2a,2bは、履帯2d,2eを有している。走行装置2a,2bは、後述する右走行モータ37及び左走行モータ38(図2参照)によって履帯2d,2eを駆動することによって、作業車両100を走行させる。
The vehicle body 1 includes a traveling
旋回体3は、走行体2上に載置されている。旋回体3は、走行体2に対して旋回可能に設けられており、後述する電動モータ32(図2参照)が駆動されることによって旋回する。また、旋回体3には運転室5が設けられている。旋回体3は、燃料タンク14と作動油タンク15とエンジン室16とカウンタウェイト18とを有している。燃料タンク14は後述するエンジン21(図2参照)を駆動するための燃料を貯留する。作動油タンク15は、後述する油圧ポンプ25(図2参照)から吐出される作動油を貯留する。エンジン室16は、後述するようにエンジン21や油圧ポンプ25などの機器を収納する。カウンタウェイト18は、エンジン室16の後方に配置されている。
The swivel body 3 is placed on the traveling
作業機4は、旋回体3の前部中央位置に取り付けられており、ブーム7、アーム8、バケット9、ブームシリンダ10、アームシリンダ11およびバケットシリンダ12を有する。ブーム7の基端部は、旋回体3に回転可能に連結されている。また、ブーム7の先端部はアーム8の基端部に回転可能に連結されている。アーム8の先端部は、バケット9に回転可能に連結されている。ブームシリンダ10、アームシリンダ11およびバケットシリンダ12は、後述する油圧ポンプ25から吐出された作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ10はブーム7を動作させる。アームシリンダ11はアーム8を動作させる。バケットシリンダ12は、バケット9を動作させる。これらのシリンダ10,11,12が駆動されることによって作業機4が駆動される。
The work machine 4 is attached to the front center position of the revolving structure 3 and includes a
図2に作業車両100の制御系統の構成図を示す。エンジン21はディーゼルエンジンであり、その出力馬力は、シリンダ内へ噴射する燃料量を調整することで制御される。この調整はエンジン21の燃料噴射ポンプ22に付設した電子ガバナ23がコントローラ40からの指令信号によって制御されることで行われる。ガバナ23としては、一般的にオールスピード制御方式のガバナが用いられ、エンジン回転数が、後述する目標回転数となるように、負荷に応じてエンジン回転数と燃料噴射量とを調整する。すなわち、ガバナ23は目標回転数と実際のエンジン回転数との偏差がなくなるように燃料噴射量を増減する。なお、エンジン21の実回転数は回転センサ24によって検出される。回転センサ24で検出されたエンジン21の実回転数は、検出信号として後述するコントローラ40に入力される。
FIG. 2 shows a configuration diagram of a control system of
エンジン21の出力軸には、油圧ポンプ25の駆動軸が連結されている。油圧ポンプ25は、エンジン21の出力軸が回転することにより駆動される。油圧ポンプ25は可変容量型の油圧ポンプであり、斜板26の傾転角が変化することで容量が変化する。
A drive shaft of the
ポンプ制御弁27は、コントローラ40から入力される指令信号によって動作し、サーボピストンを介して油圧ポンプ25を制御する。ポンプ制御弁27は、油圧ポンプ25の吐出圧と油圧ポンプ25の容量の積が、コントローラ40からポンプ制御弁27に入力される指令信号の指令値(指令電流値)に対応するポンプ吸収トルクを超えないように、斜板26の傾転角を制御する。すなわち、ポンプ制御弁27は、入力される指令電流値に応じて油圧ポンプ25の吸収トルクを制御する。
The
油圧ポンプ25から吐出された作動油は、操作弁28を介して、各種の油圧アクチュエータに供給される。具体的には、作動油は、ブームシリンダ10、アームシリンダ11、バケットシリンダ12、右走行モータ37、及び、左走行モータ38に供給される。これによりブームシリンダ10、アームシリンダ11、バケットシリンダ12、右走行モータ37、左走行モータ38がそれぞれ駆動され、ブーム7、アーム8、バケット9、走行体2の履帯2d,2eが作動する。なお、油圧ポンプ25の吐出圧は、油圧センサ39で検出され、検出信号としてコントローラ40に入力される。
The hydraulic oil discharged from the
操作弁28は、各油圧アクチュエータ10−12,31,32に対応する複数の制御弁を有する流量方向制御弁である。操作弁28は、操作装置51−54の操作方向に応じて、対応する油圧アクチュエータ10−12,31,32に作動油を供給する。また、操作弁28は、操作装置51−54の操作量に応じた開口面積だけ油路が開口するようにスプールを移動させる。
The
また、エンジン21の出力軸には、発電電動機31の駆動軸が連結されている。発電電動機31は、発電作用と電動作用を行う。発電電動機31は、インバータ33を介して、電動モータ32と、蓄電装置としてのキャパシタ34とに接続されている。発電電動機31が発電作用を行うことによりキャパシタ34に電力が蓄積される。キャパシタ34は、電動モータ32に電力を供給する。また、発電電動機31が電動作用を行うときには、キャパシタ34は発電電動機31に電力を供給する。キャパシタ34の充電電圧値は、電圧センサ35によって検出される。また、キャパシタ34の温度が温度センサ36によって検出される。電圧センサ35及び温度センサ36の検出結果は、検出信号としてコントローラ40に入力される。電動モータ32は、キャパシタ34から電力を供給されることによって駆動され、上述した旋回体3を旋回させる。
The drive shaft of the
発電電動機31のトルクは、コントローラ40によって制御される。発電電動機31が発電作用を行うように制御されるときには、エンジン10で発生した出力トルクの一部が、発電電動機31の駆動軸に伝達されてエンジン10のトルクを吸収して発電が行われる。発電電動機31で発生した交流電力はインバータ33で直流電力に変換されてキャパシタ34に供給される。発電電動機31が電動作用を行うように制御されるときには、キャパシタ34に蓄積された直流電力が、インバータ33で交流電力に変換されて発電電動機31に供給される。これにより、発電電動機31の駆動軸が回転駆動され、発電電動機31でトルクが発生する。このトルクは、発電電動機31の駆動軸からエンジンの出力軸に伝達されて、エンジン21の出力トルクに加算される。発電電動機31の発電量(吸収トルク量)、電動量(アシスト量;発生トルク量)は、コントローラ40からの指令信号に応じて制御される。
The torque of the
インバータ33は、発電電動機31が発電作用した場合には発電した電力を、またはキャパシタ34に蓄積された電力を、電動モータ32に適合する所望の電圧、周波数、相数の電力に変換して電動モータ32に供給する。なお、旋回体3の旋回動作が、減速或いは制動等された場合には、旋回体3の運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは、回生電力として、キャパシタ34に蓄電されるか、発電電動機31の電動作用のための電力として供給される。
The
運転室5には、各種の操作装置51−56及び表示入力装置43が設けられている。各種の操作装置51−56は、第1作業操作装置51、第2作業操作装置52、第1走行操作装置53、第2走行操作装置54、操作ロック装置55、目標回転数設定装置56などを有する。
In the
第1作業操作装置51及び第2作業操作装置52は、ブームシリンダ10、アームシリンダ11、バケットシリンダ12といった油圧アクチュエータを操作するための操作装置である。第1作業操作装置51及び第2作業操作装置52は、それぞれ操作レバーなどの操作部材を有している。オペレータは、第1作業操作装置51及び第2作業操作装置52を操作することによって、作業機4を作動させることができる。
The first
第1走行操作装置53、及び、第2走行操作装置54は、それぞれ履帯2d,2eを作動させるための操作装置である。第1走行操作装置53、及び、第2走行操作装置54は、それぞれ操作レバーなどの操作部材を有している。オペレータは、第1作業操作装置51及び第2作業操作装置52を操作することによって、作業車両100を走行させることができる。
The first
上記の操作装置51−54が操作されると、操作装置51−54の操作量に応じたパイロット圧(PPC圧)が、各操作装置51−54に対応した操作弁28のパイロットポートに加えられる。なお、操作装置51−54の操作量及び操作方向は、操作信号としてコントローラ40に入力される。また、第1作業操作装置51は、電動モータ32を操作するための操作装置を兼ねている。コントローラ40は、第1作業操作装置51からの操作信号に基づいて電動モータ32を制御する。これにより、オペレータは、第1作業操作装置51を操作することによって、旋回体3を旋回させることができる。
When the operation device 51-54 is operated, a pilot pressure (PPC pressure) corresponding to the operation amount of the operation device 51-54 is applied to the pilot port of the
操作ロック装置55は、上述した操作装置51−54による油圧アクチュエータの操作を禁止するための装置である。操作ロック装置55は、操作レバーなどの操作部材を有している。オペレータが操作ロック装置55をロック位置に操作すると、操作ロック装置55がロック位置に操作されたことを示す操作信号(以下、「ロック信号」と呼ぶ)がコントローラ40に入力される。上述した操作装置51−54と、操作装置51−54に作動油を供給するパイロット用油圧ポンプ(図示せず)とを結ぶ油圧回路には、制御弁29が設けられている。制御弁29は、コントローラ40からの指令信号によって制御され、連通状態と遮断状態とに切り換えられる。制御弁29が連通状態であるときには、パイロット用油圧ポンプから操作装置51−54に作動油が供給される。制御弁29が遮断状態であるときには、パイロット用油圧ポンプから操作装置51−54への作動油の供給が遮断される。すなわち、操作装置51−54から操作弁28へのパイロット圧の供給が遮断される。コントローラ40は、ロック信号を受信すると、制御弁29を遮断状態にするように制御弁29へ指令信号を送る。
The
目標回転数設定装置56は、後述するエンジン21の目標回転数を設定するための装置である。目標回転数設定装置56は、例えばダイヤルなどの操作部材を有している。オペレータは、目標回転数設定装置56を操作することにより、エンジン21の目標回転数を手動で設定することができる。目標回転数設定装置56の操作内容は操作信号としてコントローラ40に入力される。
The target rotational
表示入力装置43は、エンジン回転数や作動油温など、作業車両100の各種の情報を表示する表示装置として機能する。また、表示入力装置43は、タッチパネル式のモニタを有しており、オペレータによって操作される入力装置としても機能する。表示入力装置43は、後述する劣化状態判定制御モードの実行を指示するために操作される。また、表示入力装置43は、後述する作業機4の作業モードを選択するために操作される作業モード選択装置としても機能する。
The
コントローラ40は、RAM,ROMなどのメモリ及びCPUなどの装置を有するコンピュータによって実現される。コントローラ40は、図3のLe1で示すようなエンジン出力トルク線に基づいてエンジン21の制御を行うエンジン制御部として機能する。エンジン出力トルク線は、エンジン21が回転数に応じて出力できるトルク上限値を表す。すなわち、エンジン出力トルク線は、エンジン回転数と、エンジン21の出力トルクの最大値との関係を規定するものである。エンジン出力トルク線は、図示しない記憶装置に記憶されている。コントローラ40は、設定された目標回転数に応じてエンジン出力トルク線を変更する。コントローラ40は、エンジン回転数が、設定された目標回転数となるように、指令信号をガバナ23に送る。なお、図3のLe1は、目標回転数が最大目標回転数であるときのエンジン出力トルク線を示している。このエンジン出力トルク線は、例えばエンジン21の定格又は最大のパワー出力に相当する。ガバナ23は、エンジン21の出力トルクがエンジン出力トルク線を越えないようにエンジン21の出力を制御する。
The
また、コントローラ40は、エンジン21の目標回転数に応じた油圧ポンプ25の目標吸収トルクを算出する。この目標吸収トルクは、図3に示すように、エンジン21の出力馬力と油圧ポンプ25の吸収馬力とが目標マッチング点M1で釣り合うように設定される。コントローラ40は、図3のLpで示されるようなポンプ吸収トルク線に基づいて目標吸収トルクを算出する。ポンプ吸収トルク線は、エンジン回転数と、油圧ポンプ25の吸収トルクとの関係を規定するものであり、記憶装置に記憶されている。
Further, the
目標マッチング点は、表示入力装置43によって選択された作業機4の作業モードに応じて変更される。作業機4の作業モードとしては、パワーモードとエコノミーモードとを選択することができる。パワーモードは、作業機4の高出力を重視する作業モードである。エコノミーモードは、作業車両100の低燃費を重視する作業モードである。コントローラ40は、選択された作業モードに応じて、マッチング点が変更されるようにエンジン出力トルク線を変更する。そして、変更されたエンジン出力トルク線に基づいてエンジン21を制御する。例えば、目標回転数設定装置56によって最大目標回転数が設定されており、且つ、パワーモードが選択されているときには、図3のエンジン出力トルク線Le1に基づいてエンジン21が制御される。これにより、エンジン21の出力馬力と油圧ポンプ25の吸収馬力とが目標マッチング点M1で釣り合うように、エンジン21と油圧ポンプ25とが制御される。また、目標回転数設定装置56によって最大目標回転数が設定されており、且つ、エコノミーモードが選択されているときには、図3のエンジン出力トルク線Le2に基づいてエンジン21が制御される。これにより、エンジン21の出力馬力と油圧ポンプ25の吸収馬力とが目標マッチング点M2で釣り合うように、エンジン21と油圧ポンプ25とが制御される。
The target matching point is changed according to the work mode of the work machine 4 selected by the
また、コントローラ40は、劣化状態判定部として機能する。すなわち、コントローラ40は、表示入力装置43によって劣化状態判定制御モードの実行が選択されると、劣化状態判定制御モードを実行する。劣化状態判定制御モードは、キャパシタ34及び発電電動機31の劣化状態を判定するための制御モードである。なお、劣化とは、物理的変化によって性能が低下することを意味する。以下、劣化状態判定制御モードの処理について図4に示すフローチャートに基づいて説明する。
The
まず、ステップS1では、計測条件を満たすか否かが判定される。ここでは、作業車両100が劣化状態判定制御モードを実行するのに適した状態であるか否かが判定される。具体的には、エンジン21が始動されているか、作業モードとしてパワーモードが選択されているか、操作ロック装置55がロック位置であるか、などの計測条件が満たされているか判定される。このとき、表示入力装置43のモニタには、図5に示すように、オペレータに対して計測条件を満たすように操作を行うことを促すための画面が表示される。計測条件が満たされると、図6に示すように、オペレータに計測開始を確認するための画面が表示される。
First, in step S1, it is determined whether a measurement condition is satisfied. Here, it is determined whether or not work
ステップS2では、計測開始スイッチが押されたか否かが判定される。ここでは、図6の画面上の「START」キーが押されたか否かが判定される。「START」キーが押されると、ステップS3に進む。 In step S2, it is determined whether or not the measurement start switch has been pressed. Here, it is determined whether or not the “START” key on the screen of FIG. 6 has been pressed. When the “START” key is pressed, the process proceeds to step S3.
ステップS3では、発電作用が開始される。ここでは、コントローラ40は、発電電動機31を所定の回転数および所定のトルクで駆動する。すなわち、コントローラ40は、エンジン21の回転数および出力トルクを所定の値で一定となるようにエンジン21を制御する。また、油圧ポンプ25の吐出量は最小に絞られている。コントローラ40は、キャパシタ34の電圧を所定の充電開始電圧(V1)から所定の充電終了電圧(V4)まで上昇させるようにエンジン21に回転数指令を与える。また、コントローラ40は、キャパシタ34が充電開始電圧(V1)になるように発電電動機31を定電圧制御する。図7に示すように、キャパシタ34が充電開始電圧(V1)になると、キャパシタ34の充電が開始される。その後、コントローラ40は、キャパシタ34が充電終了電圧(V4)まで充電されるように発電電動機31を制御する。
In step S3, the power generation operation is started. Here, the
ステップS4では、キャパシタ34の電圧上昇時間が計測される。ここでは、上記のキャパシタ34の充電の開始と同時にタイマがスタートされる。そして、充電時間ΔT1が計測される。充電時間ΔT1は、充電開始から充電完了までに要した時間である。また、キャパシタ34の電圧が所定の第1電圧値(V2)から所定の第2電圧値(V4)まで上昇するのに要した時間Txnが計測される。第1電圧値(V2)は、キャパシタ34への充電開始電圧(V1)よりも高い値である。また、第2電圧値(V4)は、充電終了電圧(V4)と同じ値である。
In step S4, the voltage rise time of the
キャパシタ34が充電終了電圧(V4)まで充電されると、ステップS5において、コントローラ40は、キャパシタ34の充電を停止させる。また、充電終了時に、タイマによる充電時間ΔT1の計時が終了する。キャパシタ34の実際の充電電圧値が充電開始電圧(V1)、又は、充電終了電圧(V4)に達したか否かの判断は、電圧センサ35の検出結果に基づき行われる。
When the
以上のように、ステップS3からステップS5では、キャパシタ34の劣化判定のための充電時間の計測と共に、発電能力判定が実行される。すなわち、発電電動機31に発電作用を行わせて、キャパシタ34の電圧が第1電圧値(V2)から第2電圧値(V4)まで上昇するのに要した時間Txnが計測される。
As described above, in step S3 to step S5, the power generation capacity determination is executed together with the measurement of the charging time for determining the deterioration of the
次に、ステップS6では、電動作用が開始される。ここでは、コントローラ40は、エンジン21を所定の回転数で駆動すると共に、キャパシタ34の電圧を放電開始電圧(V4)から所定の放電終了電圧(V0)まで降下させるように発電電動機31を駆動する。放電開始電圧(V4)は、充電終了電圧(V4)と同じ値である。
Next, in step S6, the electric action is started. Here, the
ステップS7では、キャパシタ34の電圧降下時間が計測される。ここでは、上記のキャパシタ34の放電の開始と同時にタイマがスタートされ、放電時間ΔT2が計測される。放電時間ΔT2は、放電開始から放電完了までに要した時間である。また、キャパシタ34の電圧が所定の第3電圧値(V3)から所定の第4電圧値(V0)まで降下するのに要した時間が計測される。第3電圧値(V3)は、放電開始電圧(V4)よりも低い値である。第4電圧値(V0)は、放電終了電圧(V0)と同じ値である。
In step S7, the voltage drop time of the
キャパシタ34が放電終了電圧(V0)まで放電されると、ステップS8において、コントローラ40は、発電電動機31を停止させてキャパシタ34の放電を停止させる。また、放電終了時に、タイマによる放電時間ΔT2の計時が終了する。キャパシタ34の実際の充電電圧値が放電開始電圧V1、放電終了電圧V4に達したか否かの判断は、電圧センサ35の検出結果に基づき行われる。
When the
以上のように、ステップS6からステップS8では、電動能力判定が実行される。すなわち、発電電動機31に電動作業を行わせて、キャパシタ34の電圧が第3電圧値(V3)から第4電圧値(V0)まで降下するのに要した時間を計測する。従って、コントローラ40は、劣化状態判定制御モードにおいて、発電電動機31に発電作用と電動作業とを続けて行わせ、発電能力判定と前記電動能力判定との両方を実行する。なお、コントローラ40は、劣化状態判定制御モードの実行中、温度センサ36で検出されるキャパシタ34の温度を取り込む。
As described above, the electric capacity determination is executed from step S6 to step S8. That is, the time required for the voltage of the
次にステップS9において、計測を規定回数完了したか否かが判定される。計測が規定回数完了していない場合は、ステップS3からステップS8までの処理が繰り返される。計測が規定回数完了した場合は、ステップS10に進む。 Next, in step S9, it is determined whether or not the measurement has been completed a specified number of times. If the measurement has not been completed a predetermined number of times, the processing from step S3 to step S8 is repeated. If the measurement has been completed a predetermined number of times, the process proceeds to step S10.
ステップS10では、判定指数が算出される。ここでは、キャパシタ34及び発電電動機31の劣化状態を判定するための判定指数が算出される。判定指数は、キャパシタ容量指数と、発電電動機力行性能指数と、発電電動機回生性能指数とを含む。
In step S10, a determination index is calculated. Here, a determination index for determining the deterioration state of the
キャパシタ容量指数は、キャパシタ容量に基づく指数であり、例えばキャパシタ容量の平均値に所定の定数を乗じた値である。キャパシタ容量は、劣化状態判定制御モードの実行中の発電電動機31の回転数値およびトルク値と、キャパシタ34の充電開始電圧値V1および充電終了電圧値V4と、充電時間ΔT1とに基づいて、算出される。具体的には、発電電動機31からインバータ33にエネルギーが供給されるときのエネルギー効率を定数α、インバータ33におけるインバータ効率を定数βとすると、キャパシタ34の充電エネルギーΔJは、発電電動機31の発電エネルギーΔW、エネルギー効率α、インバータ効率β、充電時間ΔT1を用いて、下記(1)式で表される。
ΔJ=ΔW×α−(β×ΔT1) …(1)
一方、キャパシタ34の充電エネルギーΔJは、キャパシタ34の容量C、キャパシタ34の充電開始電圧値V1、充電終了電圧値V4を用いて、下記(2)式で表される。
ΔJ=(1/2)・C・(V4−V1) …(2)
上記(1)、(2)式からキャパシタ34の容量Cが算出される。そして、規定回数の計測から算出されたキャパシタ34の容量Cを平均する演算を行うことにより、平均容量Cが算出される。そして、平均容量Cに所定の定数を乗じた値がキャパシタ容量指数として算出される。
The capacitor capacity index is an index based on the capacitor capacity, for example, a value obtained by multiplying the average value of the capacitor capacity by a predetermined constant. The capacitor capacity is calculated based on the rotation value and torque value of the
ΔJ = ΔW × α− (β × ΔT1) (1)
On the other hand, the charging energy ΔJ of the
ΔJ = (1/2) · C · (V4−V1) (2)
The capacitance C of the
発電電動機力行性能指数は、キャパシタ34の電圧が第1電圧値(V2)から第2電圧値(V4)まで上昇するのに要した時間Txn」(以下、「電圧上昇時間Txn」と呼ぶ。)に基づく指数である。発電電動機力行性能指数は、例えば電圧上昇時間Txnの平均値に所定の定数を乗じた値である。電圧上昇時間Txnは、上述したステップS4で計測された値が用いられる(図7参照)。規定回数の計測で得られた電圧上昇時間Txnを平均する演算を行うことにより、平均電圧上昇時間Txが算出される。そして、平均電圧上昇時間Txに所定の定数を乗じた値が発電電動機力行性能指数として算出される。
The generator motor power running performance index is the time Txn required for the voltage of the
発電電動機回生性能指数は、キャパシタ34の電圧が第3電圧値(V3)から第4電圧値(V0)まで降下するのに要した時間Tyn(以下、「電圧降下時間Tyn」と呼ぶ。)に基づく指数である。発電電動機回生性能指数は、例えば電圧降下時間Tynの平均値に所定の定数を乗じた値である。電圧降下時間Tynは、上述したステップS7で計測された値が用いられる(図7参照)。規定回数の計測で得られた電圧降下時間Tynを平均する演算を行うことにより、平均電圧降下時間Tyが算出される。そして、平均電圧降下時間Tyに所定の定数を乗じた値が発電電動機回生性能指数として算出される。
The generator motor regeneration performance index is the time Tyn required for the voltage of the
次に、ステップS11において、判定指数が表示される。ここでは、図8に示すように、キャパシタ容量指数と発電電動機力行性能指数と発電電動機回生性能指数とが表示入力装置43のモニタに表示される。
Next, in step S11, the determination index is displayed. Here, as shown in FIG. 8, the capacitor capacity index, the generator motor power running performance index, and the generator motor regeneration performance index are displayed on the monitor of the
本実施形態にかかる作業車両100は以下の特徴を有する。
The
発電電動機31が作業車両100に搭載された状態で、発電電動機力行性能指数と発電電動機回生性能指数とが算出されて、表示入力装置43のモニタに表示される。このため、発電電動機31を作業車両100から取り外すことなく、発電電動機31の劣化状態を判定することができる。これにより、発電電動機31の劣化状態を簡易に判定することができる。
In a state where the
発電電動機力行性能指数と、発電電動機回生性能指数とが表示入力装置43のモニタに表示されるので、ユーザーがこれらの指数をサービスマニュアルなどに記された所定の適正範囲と比較することによって、発電電動機31の劣化状態を容易に判定することができる。
Since the generator motor power running performance index and the generator motor regeneration performance index are displayed on the monitor of the
作業モードとしてパワーモードが選択されている場合、及び、操作ロック装置55がロック位置に操作されている場合に、劣化状態判定制御モードが実行可能となる。このため、発電電動機31への入力トルクや発電電動機31からの出力トルクを安定させることができる。これにより、発電電動機31の劣化状態を精度よく判定することができる。
The degradation state determination control mode can be executed when the power mode is selected as the work mode and when the
上述した第1電圧値(V2)は、劣化状態判定制御モードでのキャパシタ34への充電開始電圧値(V1)よりも高い。このため、充電開始当初の電圧の不安定な状態を避けて、電圧が安定した状態で電圧上昇時間を計測することができる。これにより、発電電動機力行性能指数を精度よく算出することができる。
The first voltage value (V2) described above is higher than the charging start voltage value (V1) for the
上述した第3電圧値(V3)は、劣化状態判定制御モードでのキャパシタ34の放電開始電圧値(V4)よりも低い。このため、放電開始当初の電圧の不安定な状態を避けて、電圧が安定した状態で電圧降下時間を計測することができる。これにより、発電電動機回生性能指数を精度よく算出することができる。
The above-described third voltage value (V3) is lower than the discharge start voltage value (V4) of the
劣化状態判定制御モードにおいて、発電電動機31に発電作用と電動作業とを続けて行わせ、発電能力判定と電動能力判定との両方が実行される。このため、キャパシタ34の充電と放電とを繰り返す間に、発電電動機31の発電能力判定と電動能力判定との両方を効率よく行うことができる。
In the deterioration state determination control mode, the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of invention.
本発明は、油圧ショベルに限らず他の種類の作業車両にも適用されてもよい。 The present invention is not limited to hydraulic excavators, and may be applied to other types of work vehicles.
劣化状態判定制御モードにおいて、発電能力判定と電動能力判定との一方のみが実行されてもよい。 In the deterioration state determination control mode, only one of the power generation capacity determination and the electric power capacity determination may be executed.
発電電動機31及びキャパシタ34の劣化状態の判定が指数ではなく「OK」又は「NG」などの表示によって示されてもよい。例えば、記憶装置に所定の適正範囲が記憶されており、上記の手法によって算出された判定指数が、適正範囲と比較される。そして、判定指数が適正範囲内である場合には「OK」が表示され、適正範囲外である場合に「NG」が表示されるようにしてもよい。また、「OK」及び「NG」に限らず、肯定的な判定結果及び否定的な判定結果を示す他の表示が示されてもよい。
The determination of the deterioration state of the
蓄電装置は、キャパシタに限らず、バッテリーなどの他の種類の装置であってもよい。 The power storage device is not limited to a capacitor, and may be another type of device such as a battery.
劣化状態判定制御モードでの判定結果は、上記のようなタッチパネル式の表示入力装置43のモニタに限らず、表示専用のモニタに表示されてもよい。或いは、判定結果がランプなどで表示されてもよい。
The determination result in the deterioration state determination control mode is not limited to the monitor of the touch panel
コントローラ40は複数のコンピュータによって実現されてもよい。
The
本発明は、発電電動機の劣化状態を簡易に判定できる効果を有する。このため、本発明は、作業車両及び作業車両の発電電動機の劣化状態判定方法として有用である。 The present invention has an effect that a deterioration state of a generator motor can be easily determined. Therefore, the present invention is useful as a method for determining a deterioration state of a work vehicle and a generator motor of the work vehicle.
21 エンジン
31 発電電動機
34 キャパシタ(蓄電装置)
40 コントローラ(劣化状態判定部、エンジン制御部)
100 作業車両
43 表示入力装置(表示装置、作業モード選択装置)
25 油圧ポンプ
51−54 操作装置
55 操作ロック装置
21
40 controller (degradation state determination unit, engine control unit)
100
25 Hydraulic pump 51-54
Claims (8)
前記エンジンの出力軸に連結される駆動軸を有し、発電作用と電動作用とを行う発電電動機と、
前記発電電動機が発電作用を行うことによって電力が蓄積され、前記発電電動機が電動作業を行なうときに前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、
前記発電電動機の劣化状態を判定するための劣化状態判定制御モードにおいて、前記発電電動機に発電作用を行わせて、前記蓄電装置の電圧が所定の第1電圧値から第2電圧値まで上昇するのに要した時間を計測する発電能力判定と、前記発電電動機に電動作業を行わせて、前記蓄電装置の電圧が所定の第3電圧値から第4電圧値まで降下するのに要した時間を計測する電動能力判定との少なくとも一方を実行する劣化状態判定部と、
を備える作業車両。 Engine,
A generator motor having a drive shaft coupled to the output shaft of the engine and performing a power generation action and an electric action;
A power storage device that stores electric power when the generator motor performs a power generation operation, and supplies power to the generator motor when the generator motor performs electric work;
In the deterioration state determination control mode for determining the deterioration state of the generator motor, the generator motor is caused to perform a power generation action, and the voltage of the power storage device rises from a predetermined first voltage value to a second voltage value. Power generation capacity determination that measures the time required for the power generation, and causes the generator motor to perform electric work, and measures the time required for the voltage of the power storage device to drop from the predetermined third voltage value to the fourth voltage value A deterioration state determination unit that performs at least one of electric power determination to be performed,
Work vehicle equipped with.
前記劣化状態判定部は、計測した前記時間に基づく判定指数を前記表示装置に表示させる、
請求項1に記載の作業車両。 A display device for displaying information on the work vehicle;
The deterioration state determination unit causes the display device to display a determination index based on the measured time.
The work vehicle according to claim 1.
前記作業モードを選択するために操作される作業モード選択装置と、
をさらに備え、
前記劣化状態判定部は、複数の作業モードのうち特定の作業モードが選択されているときに前記劣化状態判定制御モードを実行する、
請求項1または2に記載の作業車両。 The engine is controlled based on an engine output torque line that defines the relationship between the engine speed and the upper limit of the engine output torque, and is based on the engine output torque line that is changed according to the selected work mode. An engine control unit for controlling the engine;
A work mode selection device operated to select the work mode;
Further comprising
The deterioration state determination unit executes the deterioration state determination control mode when a specific work mode is selected from among a plurality of work modes.
The work vehicle according to claim 1 or 2.
前記油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータを操作するための操作装置と、
前記操作装置による前記油圧アクチュエータの操作を禁止するための操作ロック装置と、
をさらに備え、
前記劣化状態判定部は、前記操作ロック装置が前記操作装置による前記油圧アクチュエータの操作を禁止している状態であるときに前記劣化状態判定制御モードを実行する、
請求項1から3のいずれかに記載の作業車両。 A hydraulic pump driven by the engine;
A hydraulic actuator driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump;
An operating device for operating the hydraulic actuator;
An operation locking device for prohibiting the operation of the hydraulic actuator by the operation device;
Further comprising
The deterioration state determination unit executes the deterioration state determination control mode when the operation lock device is in a state in which operation of the hydraulic actuator by the operation device is prohibited.
The work vehicle according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4のいずれかに記載の作業車両。 The first voltage value is higher than a voltage value at the start of charging the power storage device in the deterioration state determination control mode.
The work vehicle according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から5のいずれかに記載の作業車両。 The third voltage value is lower than a voltage value at the start of discharge of the power storage device in the deterioration state determination control mode.
The work vehicle according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から6のいずれかに記載の作業車両。 The deterioration state determination unit causes the generator motor to continuously perform the power generation action and the electric work in the deterioration state determination control mode, and performs both the power generation capacity determination and the electric power capacity determination.
The work vehicle according to any one of claims 1 to 6.
前記発電電動機の劣化状態を判定するための劣化状態判定制御モードにおいて、前記発電電動機に発電作用を行わせて、前記蓄電装置の電圧が所定の第1電圧値から第2電圧値まで上昇するのに要した時間を計測する発電能力判定と、前記発電電動機に電動作業を行わせて、前記蓄電装置の電圧が所定の第3電圧値から第4電圧値まで降下するのに要した時間を計測する電動能力判定との少なくとも一方を実行する、
作業車両の発電電動機の劣化状態判定方法。 An engine, a drive shaft connected to the output shaft of the engine, and a generator motor that performs a power generation operation and an electric operation; electric power is accumulated by the power generation operation of the generator motor; In a work vehicle comprising a power storage device that supplies power to the generator motor when performing work, a method for determining a deterioration state of the generator motor,
In the deterioration state determination control mode for determining the deterioration state of the generator motor, the generator motor is caused to perform a power generation action, and the voltage of the power storage device rises from a predetermined first voltage value to a second voltage value. Power generation capacity determination that measures the time required for the power generation, and causes the generator motor to perform electric work, and measures the time required for the voltage of the power storage device to drop from the predetermined third voltage value to the fourth voltage value Execute at least one of the electric power determination and
A method for determining a deterioration state of a generator motor of a work vehicle.
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