JP6686384B2 - ハイブリッド車両の回生電力量制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の回生電力量制御方法 - Google Patents

ハイブリッド車両の回生電力量制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の回生電力量制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、ハイブリッド車両の回生電力量制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の回生電力量制御方法に関し、更に詳しくは、車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両の回生電力量制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の回生電力量制御方法に関する。
近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両(以下「HEV」という。)が注目されている。このHEVにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシストが行われる一方で、慣性走行時や始動時にはモータージェネレーターによる回生発電が行われる(例えば、特許文献1を参照)。
このHEVが慣性走行しているときにおける、モータージェネレーターによる回生電力量の目標値(目標回生電力量)は、従来、HEVの走行状態(エンジンの燃料噴射量、エンジン回転数、車速等)に基づいて設定されてきた。なお、慣性走行とは、運転者がアクセルペダルを踏まずに(アクセルオフで)エンジンブレーキを効かせながら走行していることである。
しかしながら、HEVが下り勾配の道路を走行しているときに、その道路の下り勾配の大きさによっては、モータージェネレーターによる回生電力量を未だ大きくする余地が残っていた。
また、ハイブリッド車両の回生発電に関連する技術として、降坂時の勾配度に応じて自動変速機の変速比を低レシオ化または低シフト化するとともに、減速の程度に応じて決定された回生量を所定に減少させるハイブリッド車両の回生制御装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上記のハイブリッド車両の回生制御装置では、降坂時の勾配度に応じて回生量を所定に減少させているので、すなわち、勾配度が大きくなるにつれて回生可能な量も大きくなるにもかかわらず、その回生可能な量の多くを無駄に捨てていることとなり、結果として、燃費の向上を図ることができないという問題がある。
特開2002−238105号公報 特開2000−102110号公報
本発明の目的は、ハイブリッド車両が下り勾配の道路を走行しているときに、モータージェネレーターによる回生電力量を大きくすることができ、モータージェネレーターにインバーターを介して接続されるバッテリーの充電量を十分に確保することができ、その結果として燃費を向上させることができるハイブリッド車両の回生電力量制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の回生電力量制御方法を提供することにある。
上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の回生電力量制御システムは、車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両の回生電力量制御システムにおいて、前記制御装置が、前記ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配が前記ハイブリッド車両の車重に基づいて設定される設定勾配閾値以上の下り勾配である場合に、前記モータージェネレーターの回生電力量の目標値である目標回生電力量を、前記ハイブリッド車両の走行状態に基づいて設定される回生電力量である基本回生電力量に、前記走行地点の下り勾配の大きさの正関数として設定される補正回生電力量を加算して算出する制御を行うように構成され、前記ハイブリッド車両の車重が重いほど前記設定勾配閾値が小さくなる
また、上記のハイブリッド車両の回生電力量制御システムにおいて、前記制御装置が、前記ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配が前記設定勾配閾値以上の下り勾配である場合に、前記モータージェネレーターの目標回生電力量と、前記モータージェネレーターにインバーターを介して接続されるバッテリーの充電量の合計値である合計電力量が、前記バッテリーに充電できる量の最大値である最大充電量値以上となったときには、前記合計電力量が前記最大充電量値未満となるように、前記目標回生電力量を減少させる制御を行うように構成される。
また、上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両は、上記のハイブリッド車両の回生電力量制御システムを備えて構成される。
また、上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の回生電力量制御方法は、車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両の回生電力量制御方法において、前記ハイブリッド車両の車重に基づいて設定される設定勾配閾値は、前記ハイブリッド車両の車重が重いほど小さくなり、前記ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配が前記設定勾配閾値以上の下り勾配である場合に、前記モータージェネレーターの回生電力量の目標値である目標回生電力量を、前記ハイブリッド車両の走行状態に基づいて設定される回生電力量である基本回生電力量に、前記走行地点の下り勾配の大きさの正関数として設定される補正回生電力量を加算して算出する制御を行うことを特徴とする方法である。
また、上記のハイブリッド車両の回生電力量制御方法において、前記ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配が前記設定勾配閾値以上の下り勾配である場合に、前記モータージェネレーターの目標回生電力量と、前記モータージェネレーターにインバーターを介して接続されるバッテリーの充電量の合計値である合計電力量が、前記バッテリーに充電できる量の最大値である最大充電量値以上となったときには、前記合計電力量が前記最大充電量値未満となるように、前記目標回生電力量を減少させる制御を行うことを特徴とする方法である。
本発明のハイブリッド車両の回生電力量制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の回生電力量制御方法によれば、ハイブリッド車両が急な下り勾配の道路を走行しているときに、その下り勾配が大きくなるにつれて、モータージェネレーターの回生電力量の目標値(目標回生電力量)を大きくするので、モータージェネレーターにインバーターを介して接続されるバッテリーの充電量を十分に確保することができる。その結果、バッテリーへの充電のためのエンジンの燃料噴射を抑制でき、さらに、上り勾配の道路でのモータージェネレーターのアシスト機会を増加することができ、燃費を向上させることができる。
また、モータージェネレーターによる回生電力量をバッテリーに充電すると、バッテリーの充電量が過剰になると予測される場合には、モータージェネレーターによる目標回生電力量を減少補正するので、バッテリーへの過剰な充電を防止して、バッテリーの耐久性を向上させることができる。
本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の回生電力量制御システムを備えたハイブリッド車両の構成図である。 本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の回生電力量制御方法の制御フローの前半を示す図である。 本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の回生電力量制御方法の制御フローの後半を示す図である。 道路勾配と補正回生電力量との相関関係を示す図である。 車重と設定勾配閾値との相関関係を示す図である。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の回生電力量制御システムを備えたハイブリッド車両を示す。
このハイブリッド車両(以下「HEV」という。)は、普通乗用車のみならず、バスやトラック、ピックアップトラックなどを含む車両であり、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン10及びモータージェネレーター31を有するハイブリッドシステム30を備えている。
エンジン10においては、エンジン本体11に形成された複数(この例では4個)の気筒12内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト13が回転駆動される。このエンジン10には、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが用いられる。クランクシャフト13の回転動力は、クランクシャフト13の一端部に接続するクラッチ14(例えば、湿式多板クラッチなど)を通じてトランスミッション20に伝達される。
トランスミッション20には、HEVの運転状態と予め設定されたマップデータとに基づいて決定された目標変速段へ、変速用アクチュエーター(図示しない)を用いて自動的に変速するAMTやATが用いられている。なお、トランスミッション20は、AMTのような自動変速式に限るものではなく、ドライバーが手動で変速するマニュアル式であってもよい。
トランスミッション20で変速された回転動力は、プロペラシャフト22を通じてデファレンシャル23に伝達され、一対の駆動輪24にそれぞれ駆動力として分配される。
ハイブリッドシステム30は、モータージェネレーター31と、そのモータージェネレーター31に順に電気的に接続するインバーター35、高電圧バッテリー32、DC/DCコンバーター33及び低電圧バッテリー34とを有している。
高電圧バッテリー32としては、リチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーなどが好ましく例示される。また、低電圧バッテリー34には鉛バッテリーが用いられる。
DC/DCコンバーター33は、高電圧バッテリー32と低電圧バッテリー34との間における充放電の方向及び出力電圧を制御する機能を有している。また、低電圧バッテリー34は、各種の車両電装品36に電力を供給する。
このハイブリッドシステム30における種々のパラメーター、例えば、電流値、電圧値やSOC値などは、BMS(バッテリーマネジメントシステム)39により検出される。
モータージェネレーター31は、回転軸37に取り付けられた第1プーリー15とエンジン本体11の出力軸であるクランクシャフト13の他端部に取り付けられた第2プーリー16との間に掛け回された無端状のベルト状部材17を介して、エンジン10との間で動力を伝達する。なお、2つのプーリー15、16及びベルト状部材17の代わりに、ギヤボックスなどを用いて動力を伝達することもできる。また、モータージェネレーター31に接続するエンジン本体11の出力軸は、クランクシャフト13に限るものではなく、例えばエンジン本体11とトランスミッション20の間の伝達軸やプロペラシャフト22であっても良い。
このモータージェネレーター31は、エンジン本体11を始動するスターターモーター(図示せず)の代わりに、クランキングを行う機能を有していてもよい。
これらのエンジン10及びハイブリッドシステム30は、制御装置80により制御される。具体的には、HEVの発進時や加速時には、ハイブリッドシステム30は高電圧バッテリー32から電力を供給されたモータージェネレーター31により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や制動時においては、モータージェネレーター31による回生発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー32を充電する。
本発明のハイブリッド車両の回生電力量制御システムは、車両走行用の動力源であるエンジン10及びモータージェネレーター31と、制御装置80と、を有するハイブリッドシステム30を備えたシステムである。
そして、制御装置80が、ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配Gが実験等により予め設定された設定勾配閾値G1以上の下り勾配である場合に、モータージェネレーター31の回生電力量の目標値である目標回生電力量Etを、ハイブリッド車両の走行状態(エンジン10の燃料噴射量、エンジン回転数、車速等)に基づいて設定される回生電力量である基本回生電力量Ebに、走行地点の下り勾配Gの大きさの正関数として設定される補正回生電力量Ecを加算して算出する制御を行うように構成する。すなわち、目標回生電力量Et=基本回生電力量Eb+補正回生電力量Ecとするとともに、この補正回生電力量Ecを、走行地点の下り勾配Gが小さいときには小さくなるように、走行地点の下り勾配Gが大きいときには大きくなるように、設定する。
ここで、道路勾配Gは、例えば、ESCシステム(横滑り防止システム)に搭載されている加速度センサー(Gセンサ−)、輪速センサー、ジャイロセンサー等の各種センサーの検出値を用いて推定算出したり、あるいは、ハイブリッド車両にナビゲーションシステムが搭載されている場合には、このナビゲーションシステムに登録されている道路勾配情報を用いたりして算出する。
また、この設定勾配閾値G1は、ハイブリッド車両に加わる重力加速度による前進方向の力が走行抵抗以上になり、エンジン10及びモータージェネレーター31からの駆動力が無くても、減速しない勾配に選定される。
より詳細には、この設定勾配閾値G1は、図5に示すような車重と設定勾配閾値G1の相関関係を設定した制御マップを用いて、ハイブリッド車両の車重を基に算出される。ハイブリッド車両の車重が軽いほど設定勾配閾値G1は大きくなり、車重が重いほど設定勾配閾値G1は小さくなる。
また、設定勾配閾値G1の大きさに基づいて補正回生電力量Ecは変化する。図4に示すように、ハイブリッド車両の車重をa、b、c(a>b>c)として、それぞれの車重に対応する設定勾配閾値G1をG1a、G1b、G1cとし、それぞれの設定勾配閾値G1に対応する補正回生電力量Ecを示す線をLa、Lb、Lcとした場合、車重が大きくなるにつれて、補正回生電力量Ecが大きくなることが分かる。
なお、ハイブリッド車両がオートクルーズ走行する場合には、従来は、運転者により設定された設定車速度で一定走行するように、モータージェネレーター31による回生電力量(回生トルク)の目標回生量Etを基本回生電力量Ebに設定しているが、本発明では、道路勾配Gが設定勾配閾値G1以上の下り勾配である場合には、走行地点の下り勾配Gの大きさの正関数として補正回生電力量Ecを設定して、目標回生電力量Et(=Eb+Ec)を算出するフィードフォワード制御を行う。
なお、オートクルーズは、特に高速道路を走行する際に使用されており、運転者によってオートクルーズ作動スイッチ(図示しない)が投入された場合に、制御装置80が、HEVを自動走行させて予定通りに運行させる走行モードである。
このオートクルーズにおける走行モードとしては、エンジン走行、アシスト走行、モータ走行、及び惰性走行を、走行路の勾配、ハイブリッド車両の車重などのパラメーターに基づいて適時選択して、ハイブリッド車両の車速を予め設定された目標速度範囲に維持してHEVを自動走行させるモードや、先行車両に追従するように適時選択して、HEVに先行車を追従させるモードを例示できる。
また、上記のハイブリッド車両の回生電力量制御システムにおいて、制御装置80が、ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配Gが設定勾配閾値G1以上の下り勾配である場合に、モータージェネレーター31の目標回生電力量Etと、モータージェネレーター31にインバーター35を介して接続される高電圧バッテリー32の充電量Esの合計値である合計電力量E(=Et+Es)が、高電圧バッテリー32に充電できる量の最大値である最大充電量値Esmax以上となった(E≧Esmax)ときには、合計電力量Eが最大充電量値Esmax未満となるように、目標回生電力量Etを減少させる制御を行うように構成する。この充電量EsはBMS39により検出され、充電量Esの検出値のデータはBMS39または制御装置80に記憶させる。
次に、上記のハイブリッド車両の回生電力量制御システムを基にした、本発明のハイブリッド車両の回生電力量制御方法について、図2、図3の制御フローを参照しながら説明する。図2の制御フローは、車両の始動時等で、図3の制御フローを実施する前に、上級の制御フローから呼ばれて実施され、実施後に、上級の制御フローに戻る制御フローとして示している。図3の制御フローは、車両の慣性走行時や始動時等、モータージェネレーター31による回生発電制御を行うときに、予め設定した制御時間が経過する毎に上級の制御フローから呼ばれて実施され、実施後に上級の制御フローに戻る制御フローとして示している。
図2の制御フローについて説明する。図2の制御フローがスタートすると、ステップS10にて、ハイブリッド車両の車重を取得して、この取得した車重の情報を制御装置80に記憶させる。この車重の取得方法は、車両重量計(図示しない)等を用いて車重を検出する方法でもよいし、車両の寸法等に係る各種パラメーターを用いて車重を推定する方法でもよい。また、発進時や変速時に駆動輪24に伝達される駆動力が走行抵抗に等しくなるとして車重を推定する方法でもよい。
そして、ステップS10の制御を実施後、ステップS20に進み、ステップS20にて、図5に示すような車重と設定勾配閾値G1の相関関係を設定した制御マップを用いて、ステップS10で取得した車重の情報を基に、設定勾配閾値G1を算出して、制御装置80に記憶させる。ステップS20の制御を実施後、リターンに進み、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。なお、この設定勾配閾値G1としては、例えば、ハイブリッド車両の車重が25tの場合には、2%の勾配を例示できる。
図3の制御フローについて説明する。図3の制御フローがスタートすると、ステップS30にて、高電圧バッテリー32の充電量EsをBMS39または制御装置80より読み込むとともに、ハイブリッド車両の走行状態(エンジン10の燃料噴射量、エンジン回転数、車速等)に基づいて基本回生電力量Ebを推定算出する。ステップS30の制御を実施後、ステップS40に進む。
ステップS40にて、ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配GがステップS20で算出した設定勾配G1以上か否かを判定する。この道路勾配Gの算出は、ステップS30またはステップS40で行う。ステップS40にて、道路勾配Gが設定勾配G1未満であると判定した場合(NO)は、ステップS80に進み、ステップS80にて、基本回生電力量Ebを目標回生電力量Et(=Eb)に設定する。ステップS80の制御を実施後、ステップS90に進み、目標回生電力量Et分のモータージェネレーター31による回生発電制御を実施する。ステップS90の制御を実施後、リターンに進み、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。
一方、ステップS40にて、道路勾配Gが設定勾配G1以上であると判定した場合(YES)は、ステップS50に進み、ステップS50にて、走行地点の下り勾配Gの大きさの正関数として設定される補正回生電力量Ecを算出するとともに、この補正回生電力量Ecと、ステップS30で読み込みまたは算出した充電量Es及び基本回生電力量Ebを用いて、目標回生電力量Et(=Eb+Ec)及び合計電力量E(=Et+Es)を算出する。ステップS50の制御を実施後、ステップS60に進む。
ステップS60にて、ステップS50で算出した合計電力量Eが最大充電量値Esmax以上であるか否かを判定する。ステップS60にて、合計電力量Eが最大充電量値Esmax未満であると判定した場合(NO)には、ステップS90に進み、目標回生電力量Et分のモータージェネレーター31による回生発電制御を実施する。ステップS90の制御を実施後、リターンに進み、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。
一方、ステップS60にて、合計電力量Eが最大充電量値Esmax以上であると判定した場合(YES)には、ステップS70に進み、ステップS70にて、合計電力量Eが最大充電量値Esmax未満となるように、目標回生電力量Etを減少させる制御(補正)を行う。ステップS70の制御を実施後、ステップS90に進み、目標回生電力量Et分のモータージェネレーター31による回生発電制御を実施する。ステップS90の制御を実施後、リターンに進み、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。
以上のように、上記のハイブリッド車両の回生電力量制御システムを基にした、本発明のハイブリッド車両の回生電力量制御方法は、車両走行用の動力源であるエンジン10及びモータージェネレーター31を有するハイブリッドシステム30を備えたハイブリッド車両の回生電力量制御方法において、ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配Gが予め設定された設定勾配閾値G1以上の下り勾配である場合に、モータージェネレーター31の回生電力量の目標値である目標回生電力量Etを、ハイブリッド車両の走行状態に基づいて設定される回生電力量である基本回生電力量Ebに、走行地点の下り勾配Gの大きさの正関数として設定される補正回生電力量Ecを加算して算出する制御を行うことを特徴とする方法である。
また、上記のハイブリッド車両の回生電力量制御方法において、ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配Gが設定勾配閾値G1以上の下り勾配である場合に、モータージェネレーター31の目標回生電力量Etと、モータージェネレーター31にインバーター35を介して接続される高電圧バッテリー32の充電量Esの合計値である合計電力量E(=Et+Es)が、高電圧バッテリー32に充電できる量の最大値である最大充電量値Esmax以上となったときには、合計電力量Eが最大充電量値Esmax未満となるように、目標回生電力量Etを減少させる制御を行うことを特徴とする方法である。
本発明のハイブリッド車両の回生電力量制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の回生電力量制御方法によれば、ハイブリッド車両が急な下り勾配の道路を走行しているときに、その下り勾配が大きくなるにつれて、モータージェネレーター31の回生電力量の目標値(目標回生電力量)Etを大きくするので、モータージェネレーター31にインバーター35を介して接続される高電圧バッテリー32の充電量を十分に確保することができる。その結果、高電圧バッテリー32への充電のためのエンジン10の燃料噴射を抑制でき、さらに、上り勾配の道路でのモータージェネレーター31のアシスト機会を増加することができ、燃費を向上させることができる。
また、モータージェネレーター31による回生電力量を高電圧バッテリー32に充電すると、高電圧バッテリー32の充電量が過剰になると予測される場合には、モータージェネレーター31による目標回生電力量Etを減少補正するので、高電圧バッテリー32への過剰な充電を防止して、高電圧バッテリー32の耐久性を向上させることができる。
加えて、特に、ハイブリッド車両がバスやトラックなどの大型車両の場合には、積荷や乗客数によって車重が大きく変動するので、車重に応じて設定勾配閾値G1や補正回生電力量Ecを設定することが望ましい。
このように、車重に応じて設定勾配閾値G1や補正回生電力量Ecを設定することで、車重が比較的重い場合には、モータージェネレーター31の回生電力量をより増加させることができるので、燃費の向上に有利になる。また、車重が比較的軽い場合には、回生による過剰な制動力によってハイブリッド車両が減速し過ぎることを回避できるので、ドライバビリティの向上に有利になる。
10 エンジン
11 エンジン本体
30 ハイブリッドシステム
31 モータージェネレーター
32 高電圧バッテリー(バッテリー)
35 インバーター
80 制御装置
Et 目標回生電力量
Eb 基本回生電力量
Ec 補正回生電力量
Es 高電圧バッテリーの充電量
Esmax 高電圧バッテリーの充電量の最大値
E 高電圧バッテリーの充電量と目標回生電力量の合計電力量

Claims (5)

  1. 車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両の回生電力量制御システムにおいて、
    前記制御装置が、
    前記ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配が前記ハイブリッド車両の車重に基づいて設定される設定勾配閾値以上の下り勾配である場合に、
    前記モータージェネレーターの回生電力量の目標値である目標回生電力量を、前記ハイブリッド車両の走行状態に基づいて設定される回生電力量である基本回生電力量に、前記走行地点の下り勾配の大きさの正関数として設定される補正回生電力量を加算して算出する制御を行うように構成され、
    前記ハイブリッド車両の車重が重いほど前記設定勾配閾値が小さくなるハイブリッド車両の回生電力量制御システム。
  2. 前記制御装置が、
    前記ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配が前記設定勾配閾値以上の下り勾配である場合に、
    前記モータージェネレーターの目標回生電力量と、前記モータージェネレーターにインバーターを介して接続されるバッテリーの充電量の合計値である合計電力量が、前記バッテリーに充電できる量の最大値である最大充電量値以上となったときには、前記合計電力量が前記最大充電量値未満となるように、前記目標回生電力量を減少させる制御を行うように構成される請求項1に記載のハイブリッド車両の回生電力量制御システム。
  3. 請求項1または2に記載のハイブリッド車両の回生電力量制御システムを備えたハイブリッド車両。
  4. 車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両の回生電力量制御方法において、
    前記ハイブリッド車両の車重に基づいて設定される設定勾配閾値は、前記ハイブリッド車両の車重が重いほど小さくなり、
    前記ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配が前記設定勾配閾値以上の下り勾配である場合に、
    前記モータージェネレーターの回生電力量の目標値である目標回生電力量を、前記ハイブリッド車両の走行状態に基づいて設定される回生電力量である基本回生電力量に、前記走行地点の下り勾配の大きさの正関数として設定される補正回生電力量を加算して算出する制御を行うことを特徴とするハイブリッド車両の回生電力量制御方法。
  5. 前記ハイブリッド車両の走行地点の道路勾配が前記設定勾配閾値以上の下り勾配である場合に、
    前記モータージェネレーターの目標回生電力量と、前記モータージェネレーターにインバーターを介して接続されるバッテリーの充電量の合計値である合計電力量が、前記バッテリーに充電できる量の最大値である最大充電量値以上となったときには、前記合計電力量が前記最大充電量値未満となるように、前記目標回生電力量を減少させる制御を行うことを特徴とする請求項4に記載のハイブリッド車両の回生電力量制御方法。
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