JPH07500415A - 自動車の臨界駆動トルクを求める装置 - Google Patents

自動車の臨界駆動トルクを求める装置

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 自動車の臨界駆動トルクをめる装置 本発明は、複数の被駆動輪を有する自動車のための、タイヤグリップ限界の領域 内での臨界駆動トルクを表す情報をめる装置に関する。
従来のアンチロック制御装置及びトラクションコントロール装置の閉ループ制御 特性はタイヤと走行軌道の間の摩擦係数に対して、多くの場合タイヤがグリップ できる乾燥した走行軌道のための摩擦係数に対して構成されている。摩擦係数に は、許容限界の僅か手前のスリップ値が、すなわち駆動輪が空転せずに走行軌道 に伝達できるその都度の車輪負荷に依存する(臨界的)駆動トルクが対応する。
例えば濡れているか又は凍結している走行軌道等に起因して摩擦係数が変化する と、これにより閉ループ制御特性が劣化することがある。例えばアンチロック制 御装置では滑りやすい凍結走行軌道の上でのブレーキ距離が長くなることがある 。従って、このような閉ループ制御装置の閉ループ制御特性を、瞬時の走行軌道 の状態に整合させることが望ましい。
ドイツ特許出願公開第3814956号公報から、伝達された駆動トルク又はブ レーキトルクと、駆動輪の車輪速度とから瞬時の摩擦係数及びスリップ曲線の増 加を評価することができるアンチロック制御装置及びトラクションコントロール 装置のための閉ループ制御装置が公知である。この際、摩擦係数の正確な検出は 行われていない。
本発明の課題は、自動車の走行作動中に、タイヤのグリップ限界領域内の臨界駆 動トルクを表す量についての情報を正確にめることを可能にする装置を提供する ことにある。このために必要な装置コストはできるだけ少ないままにとどめる。
この課題は本発明により、冒頭に記載の形式の装置において請求項1の特徴部分 に記載の特徴により解決される。本発明の有利な実施例は請求の範囲第2項〜第 13項に記載されている。
本発明は、自動車は個々に制御される駆動電動機を有するから、一部の被駆動輪 の駆動トルクのみを短時間すなわち過渡的にこれらの被駆動輪のグリップ限界に 接近させるだけで、これから臨界駆動トルクの大きさをめることができるとの知 見から出発する。それぞれの電動機に供給される電力の検出値と、電動機の回転 数と一致する実際の車輪回転数の検出値又は変速機を挿入接続した場合には電動 機の回転数に対して所定の比を有する実際の車輪回転数の検出値とから、それぞ れの駆動トルクを計算回路により計算できる。本発明では運転者が、車両の走行 特性が変化したと感知しないように、駆動トルクの増加は短時間のみ行われる。
これは回転トルクの増加は、外部から感知可能な応動が発生するのを実際上車両 の質量慣性により阻止できる程度に、調整されねばならないことを意味する。
これは例えば、回転トルク増加の持続時間を1回の車両回転の数分の1の期間、 好ましくは最大でも1/2、とりわけ好ましくは最大でも1/10に制限するこ とにより可能である。臨界駆動トルクをめるプロセスを行う計算回路が、短時間 の駆動トルク増加中に駆動輪の車輪回転数をめ、相対的な車輪回転数差、すなわ ち車輪回転数に対する互いに比較される2つの車輪の車輪回転数差をめる。より 小さい駆動トルクを有する駆動輪がまだ大幅に小さいスリップ値を有するとの通 常は満足されている前提条件のもとに、相対的な回転数差は、短時間増加した駆 動トルクを有する駆動輪のスリップ絶対値を直接に示す。例えば10〜15%の 領域内に定めることができる所定臨界限界値よりめられた相対的な回転数差が小 さいままであるかぎり、当該の駆動輪の空転は発生せず、従って摩擦状態が不変 とすると、駆動トルクは検出された大きさで問題なく走行動作で利用できる。計 算回路により行われる駆動トルクの増加量は、所定の固定値又はそれぞれの車輪 での実際の駆動トルクの所定の%割合である。
有利には例えば実際の駆動トルクの最大でも1/4だけの増加が行われる。所定 の増加値は、車輪回転数に依存しても決めることができる。少なくとも、回転ト ルクを増加する際に設定スリップ限界値にまだ到達しないかぎり、臨界駆動トル クをめるプロセスは時間の経過とともに繰返される。この場合まず初めに、まだ 臨界的でない駆動トルクの大きさに関する情報を出力できる。しかし、直ちにプ ロセスを繰返すことも可能である。この場合しかし有利には、所定のスリップ限 界値及びひいては臨界駆動トルクに接近するために駆動トルク増加値をより大き くする。
求められた相対的な回転数差により、スリップ限界値を越えたことを検出すると 計算回路は、臨界駆動トルクの正確な値をめようとする。これは、反復法に ゛ より行われる。すなわち、駆動トルクの増加値が、前より小さく選択される。ス リップ限界値を越えたことが、第1の回転トルク増加の際にすでに発生したとす ると、増加値は例えば1/2にできる。次いで、回転トルクが再び増加する際に またスリップ限界値を越えたことが検出されると、次のステップでさらに小さい 増加が行われる。逆の場合、最後の2つの値の間に位置する値が選択される。こ のようにして計算回路は僅かな数のステップで十分に正確に臨界駆動トルクの実 際の値に接近できる。
臨界駆動トルクは、車輪負荷を考慮するとスリップするタイヤと走行軌道との間 の実際の摩擦係数のための尺度にもなる。このようにして得られた摩擦係数に関 する情報は、又は臨界回転トルクのすでにめられた値も、アンチロック制御装置 及び/又はトラクションコントロール装置の閉ループ制御特性を制御するために 及び/又は例えば警報装置又は走行軌道状態を表示するディスプレーにより運転 者に情報を伝達するために用いることができる。
臨界駆動トルク及び/又は摩擦係数をめる間(両者をまとめて以下においてほと んどの場合に摩擦係数をめると記述する)、有利には駆動トルクの変化は、駆動 トルク制御装置が自動車のすべての被駆動輪の駆動トルクの和を所定値に保持す るように行われる。これにより回転トルク制御装置は、被駆動輪への駆動トルク の配分のみを変化させ、従って摩擦係数をめる間に回転トルクの変化により快適 性が劣化することがない。さらに、このような好ましくない作用は、自動車の前 述の質量慣性により、そして回転トルクの増加を短時間しか行わないことにより 大幅に減少される。
同一の駆動軸の車輪の間の駆動トルクの変化により、場合によっては自動車の上 下軸の回りに強いヨーイングモーメントが発生するので、有利には回転トルク制 御装置は、自動車の前軸の被駆動輪の駆動トルクの相対後軸の被駆動輪の駆動ト ルクの和の比を変化させる。
本来、摩擦係数情報をめるためにその都度に同一の車輪の駆動トルク及び同一の 駆動軸の複数の車輪の駆動トルクが増加され次いで再び減少されるだけでょい。
しかし、自動車の前軸と後軸との間及び/又は左輪と右輪との間の輪郭駆動トル ク又は摩擦係数の差も検出できるように、有利には回転トルク制御装置は両波駆 動輪の駆動トルクを交互に増加させる。
タイヤのグリップ限界に到達した際に車輪と走行軌道との間の摩擦係数をめるこ とは、この作動状態のために必要な駆動トルクのみに依存するのではなく、走行 軌道に対して垂直に作用する車輪負荷にも依存する。車輪負荷は、第1の近似の 際には少なくとも非加速走行状態では一定の大きさと仮定できる。しかし、摩擦 係数をめる精度を高めるために有利には、本発明の装置は、スリップする車輪に 走行軌道に対して垂直に作用する瞬時の車輪負荷を検出する車輪負荷検出手段を 有する。車輪負荷は、例えば自動車のシャシに取付けられている力センサを用い て測定するか、又はシャシ調整装置例えば緩衝器に取付けられているその他の検 出装置からその情報を受取ることも可能である。
しかし車輪負荷は、走行状態に関する情報例えばカーブ半径のための尺度として 操舵角(舵取り角)に関する情報から及び/又は車両加速度又は横揺れ角に関す る情報から、車両慣性を表す大きさ例えばその質量又は横揺れ慣性又は非慣性モ ーメント等を考慮して計算できる。
摩擦係数又は臨界駆動トルクに関する情報を更新することは、周期的に所定時間 間隔例えば10秒毎又は1分毎に1度行われる。しかし更新は状態に依存して行 うこともでき、有利には更新は走行作動中に制御装置が、自動車の前軸の被駆動 輪にも後軸の被駆動輪にも時間的にずれて発生するスリップ値変動を検出し、次 いで、臨界駆動トルク又は摩擦係数を表す情報の更新を起動するように行われる 。この変形実施例では、通常の走行作動においても前輪及び後軸の互いに隣接す るタイヤのスリップ値が、車両が例えば高い摩擦係数の走行軌道から小さい摩擦 係数の走行軌道へ移動した場合にある値だけ変化させられる。スリップ値は通常 は、タイヤの限界グリップ値に到達するほどには変化しないが、スリップ値変動 が所定の順次で車輪に発生した時にはすなわちまず初めに前軸に次いで後軸に又 はバック走行の場合には逆の順序で発生した時には、しかし摩擦係数情報の更新 は、スリップ値が変動しただけで起動される。
本発明は、それぞれ別個の1つの駆動輪に連結されている個々の電動機が、内燃 機関により駆動される発電機から電子出力装置を介して給電される自動車におい て有利である。このような駆動装置においては計算回路は、駆動トルクの大きさ を、スリップさせるタイヤの車輪の電動機に供給される電力の大きさ及びこの車 輪の回転数に依存して計算する。回転トルク検出のために、いずれにせよ発生し ている信号を利用する。
電動機により駆動される個々の車輪を有する自動車のためのこのような駆動装置 の1つの例は、ドイツ特許出願公開第4011291号公報に開示されている。
この場合、電動機は、電子転流式多極機械であり、その回転子は、極性が切換わ る多数の永久磁石から形成されている。
個々の固定子巻線への転流を正しい角度位置で行うために、これらの電動機は、 回転子と固定子との間のその都度の相対位置を非常に正確にめる装置を備え、従 って作動が開始されると直ちに1回転の数分の1を終えると直ちに、時間を考慮 して実際の回転数及びその変化をめることを可能にする情報を得る。従ってこの 発明のために、コストのかかる追加の装置を必要としない。
自動車の縦方向で同一の側に位置する2つの車輪の間のカーブ走行の際の実際の 回転数差は、発生スリップに関する情報を歪める。何故ならばスリップが発生し なくともカーブの幾何学的形状が回転数差を要求する。従って有利には、このよ うなカーブ走行を検出するセンサ装置(例えば操舵輪センサ)が設けられる。
このセンサ装置は、計算回路が臨界駆動トルクをめることが直線走行の際のみ行 うこと又はそれぞれの車輪の軌跡の異なる曲率半径に起因する誤差の補償を行う ことを可能にする。しかしセンサ装置は計算回路が、自動車の縦方向で同一の側 の車輪のカーブ半径がほぼ同一と予測される限り、計算回路がこれらの車輪の間 のみの回転数比較を行うようにすることもできる。
次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。
第1図はタイヤのグリップ限界での摩擦係数を表す情報をめる装置を有する自動 車のための駆動装置のブロック回路図、第2図及び第3図は摩擦係数情報をめる 際に用いられる原理を説明するための線図である。
第1図には原動機付車両の内燃機関1が示されている。内燃機関1には発電機3 がフランジ接続されている。原動機付車両の前輪7及び後輪9の双方のすべての 車輪5は、別個に電動機11により駆動される。それぞれ電動機11は電流制御 回路13を介して発電機3から給電される。制御装置15は、電流制御回路13 を例えばアクセルペダルの調整位置に依存して、車輪5に所望の駆動トルクが調 整されるように制御する。
所望の駆動トルクに依存して、図示されていない方法で発電機3及び内燃機関1 の出力が制御される。
駆動装置には、車両ブレーキのアンチロック制御装置及び/又は駆動輪のタイヤ スリップを制限するトラクションコントロール装置のための17により示されて いる閉ループ制御装置が配置されている。この閉ループ制御装置の閉ループ制御 特性を瞬時の走行軌道状態により良好に整合できるように、閉ループ制御装置1 7に計算回路19から、瞬時に走行する走行軌道の摩擦係数に関する情報が供給 される。マイクロプロセッサ等であり制御装置t15の一部であることもある計 算回路19は、制御装置15から、瞬時のダイナモエンジン電圧及び瞬時のダイ ナモエンジン電流の積を基礎とする個々の電動機11の瞬時の電力に関する情報 を制御装置15から得る。さらに計算回路工9は、センサ21から、瞬時の車輪 回転数を表す情報を受取り、センサ23から、走行軌道に対して垂直の瞬時の車 輪負荷に関する情報を受取る。計算回路19は、車輪の駆動トルクを、その電動 機11の電力を車輪回転数に゛より除算して計算し、駆動トルクを車輪負荷によ り除算して比を形成する。この比は、タイヤのグリップ限界に接近した際にめら れた回転トルク及び車輪負荷の値のために形成される場合にはタイヤのグリップ 限界における摩擦係数のための尺度を表す。
第2図は、走行軌道25の上を回転する被駆動輪5の力及び回転トルクの状態を 示す。ただし、MAは電動機11の駆動トルク、 FLは走行軌道25に垂直な車輪負荷、FNは走行軌道の上の車輪5の載置個所 における垂直力、 Fvは車輪5の前進駆動力、 rはタイヤのダイナミック半径である。
タイヤスリップ値Sは、車輪5が実際に走行した距離と、車輪5の周縁長により 決まる理論的に走行した距離との間の差を、理論的に走行した距離により除算し て得られる商に等しい。前進駆動力が小さい場合の前進駆動力Fvは、実質的に タイヤスリップ値Sに比例する。しかし、限界前進駆動力F /7に到達すると スリップ値は、第3図に示されているように車輪5のタイヤがスリップしてスリ ・ノブ値が非常に大きくなる。
限界前進駆動力F′、での摩擦係数μは、次の式から得られる。車輪5のタイヤ が路面にグリ・ノブしている間は、 Fv<μ・FN (1) しかし車輪5の駆動トルクが増加して、タイヤがスリップを開始する値に到達す ると、すなわち限界前進駆動力F’vに到達すると次式が成り立つ。
F−v=tt 、FN (2) 車輪負荷FLが垂直力FNに等しいとの前提のもとに式(2)から次式が得られ る。
F v= M A/ r (3) タイヤのグリップ限界に到達した場合の摩擦係数μに対して次式が成り立つ。
u= (MA/ r)/ Ft、 (4)摩擦係数μをめるために計算回路19 は制御装置15を介して、前軸7の車輪5と後軸9の車輪5との間の駆動トルク の再配分を行う。駆動トルクはすべての車輪5の駆動トルクの和が、快適性が損 われるのを回避するために、一定のままであるように再配分される。制御装置1 5は、センサ21から供給された回転数情報に基づき計算回路19が、駆動トル クが増加した車輪5のタイヤスリップ値の増加を検出するまで前輪7と後輪9と に対して交互に駆動トルクを増加する。
その際、計算回路19は、タイヤスリップ値が所定のスリップ限界値を越えたが どうか監視する。スリップ限界値を越えて増加したタイヤスリップ値を検出する と、瞬時の駆動トルクMA及び瞬時の車輪負荷FLが検出され、摩擦係数μが、 これらの大きさから出発して計算される。
計算回路19は、摩擦係数μに関する情報をアンチロック制御装置及び/又はト ラクションコントロール装置に供給するだけでなく、27により示されているデ ィスプレーを介して運転者にも走行軌道状態を伝達する。
計算回路19は、摩擦係数情報の更新を例えば約10秒又は1分の間隔で周期的 に繰返し行う。その上、センサ21の回転数情報も、走行中に順次にスリップ変 動がまず初めに前軸7に次いで後軸9にも発生したかどうかについて監視される 。前軸7でも後軸9でも順次に続くスリップ値変動は、走行軌道の路面状態の突 然の変化と解釈され、従って摩擦係数情報の更新が行われる。
フロントページの続き (72)発明者 ルッツ、ディーター ドイツ連邦共和国、デー 8720 シュヴアインフルト、シュペッサートシュ トラーセ(72)発明者 ナグラー、フランツ ドイツ連邦共和国、デー 8729 オッテンドルフ、アム・ツェーントグラー フェン(72)発明者 オッホス、マルチインドイツ連邦共和国、デー 872 0 シュヴアインフルト、エーバースペルクシュトラーセ10 (72)発明者 シーボルト、シュテファンドイツ連邦共和国、デー 8720  シュヴアインフルト、ギムナジウムシュトラーセ(72)発明者 シュミット ーブリュッケン、ハンスーヨアヒム ドイツ連邦共和国、デー 8712 ゲルダースハイム、ゾンネンシュトラーセ  9 (72)発明者 ティーラー、ヴオルフガンクドイツ連邦共和国、デー 872 8 ハスフルト、カスタニエンヴエーク 1 (72)発明者 ヴアークナー、ミヒャエルドイツ連邦共和国、デー 8721  二−ダーヴエルン、オツトーシュトラーセ 3 (72)発明者 ヴエステンドルフ、ホルガードイツ連邦共和国、デー 872 1 ハンバッハ、ゲンゼライテ 8 (72)発明者 ヴイヒナネック、ライナードイツ連邦共和国、デー 8721  マーデンハウゼン、エアレンブルンシュトラーセ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.自動車が複数の駆動輪(5)を有し、回転トルク検出手段(15,21)が その都度の駆動トルクの大きさに対応する回転トルク情報を求め、さらに前記回 転数検出手段(21)が前記駆動輪(5)のその都度の回転数の大きさに対応す る回転数情報を求め、計算回路(19)が臨界情報を求め及びそれを出力するた めに設けられている、自動車の駆動輪の臨界回転トルクを表す情報を求める装置 において、前記各駆動輪(5)が、駆動トルク制御装置(13)により別個に制 御可能な電動機(11)により駆動され、 前記計算回路(19)が、少なくとも1つの駆動輪(5)の駆動トルクを他方の 駆動輪(5)に加えて短時間にわたり増加させ、前記増加は所定の固定値又はこ の車輪(5)の実際の駆動トルクの所定%割合に対応し、 増加した駆動トルクを有する前記駆動輪(5)の求められた回転数情報と、より 小さい駆動トルクを有する他の駆動輪(5)の求められた回転数情報とが、前記 計算回路(19)で互いに比較され、これによりスリップが検出され、 前記計算回路(19)は、検出された回転数差が所定の許容可能な相対的な回転 数差を越えないときは、短時間増加された駆動トルクが未だ非臨界的な大きさを 有することを表す信号を出力するか、又は再び駆動トルク増加をより大きい駆動 トルク増加値で行うように制御し、次いで、所定の許容可能な相対的な回転数差 に到達すると、臨界的回転トルクであることを表す信号を出力し、 所定の許容可能な相対的な回転数差を越えた回転数差が検出されると(タイヤグ リップ限界を越えた)、駆動トルクを繰返し増加させ、このとき少なくとも第1 のステップではより小さい増加値とする反復的近似法により許容可能な相対的な 回転トルク差へ接近させて、前記計算回路(19)によりその臨界回転トルクを 求めて出力信号として出力することを特徴とする自動車の駆動輪の臨界回転トル クを表す情報を求める装置。 2.計算回路(19)が、少なくとも1つの駆動輪(5)の回転トルクが短時間 にわたり増加する間は回転トルク制御装置(13)を介して日動車のすべての回 転トルクの和を所定値に保持することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の自 動車の駆動輪の臨界回転トルクを表す情報を求める装置。 3.計算回路(19)が回転トルク制御装置(13)を介して自動車の前輪(7 )の被駆動輪(5)の駆動トルクの和対後輪(9)の被駆動輪(5)の駆動トル クの和の比を変化させることを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項に記載の 自動車の駆動輪の臨界回転トルクを表す情報を求める装置。 4.計算回路(19)が回転トルク制御装置(13)を介して少なくとも両被駆 動輪(5)の駆動トルクを交互に増加することを特徴とする請求の範囲第1項か ら第3項のうちのいずれか1つの項に記載の自動車の駆動輪の臨界回転トルクを 表す情報を求める装置。 5.少なくとも1つの駆動輪(5)の駆動トルクの増加値が、この駆動輪(5) の実際の駆動トルクの最大で1/4であることを特徴とする請求の範囲第1項か ら第4項のうちのいずれか1つの項に記載の自動車の駆動輪の臨界回転トルクを 表す情報を求める装置。 6.駆動トルクの短時間の増加が、車輪の1回転の1/2より短い時間例えは1 /10より短い時間に制限されていることを特徴とする請求の範囲第1項から第 5項のうちのいずれか1つの項に記載の自動車の駆動輪の臨界回転トルクを表す 情報を求める装置。 7.許容可能な相対的な回転数差が、10〜15%の領域内とすることを特徴と する請求の範囲第1項から第6項のうちのいずれか1つの項に記載の自動車の駆 動輪の臨界回転トルクを表す情報を求める装置。 8.短時間にわたり増加した駆動トルクを有する駆動輪(5)に作用する瞬時の 車輪負荷を検出する車輪負荷検出手段(23)が設けられ、計算回路(19)が 、この駆動輪(5)の車輪負荷及び検出臨界駆動トルクに基づいて、走行軌道と 前記駆動輪(5)との間の摩擦係数を表す情報を求めることを特徴とする請求の 範囲第1項から第7項のうちのいずれか1つの項に記載の自動車の駆動輪の臨界 回転トルクを表す情報を求める装置。 9.計算回路(19)が、複数の異なる走行軌道状態を表示するための警報装置 (27)例えばディスプレーを制御することを特徴とする請求の範囲第1項から 第8項のうちのいずれか1つの項に記載の自動車の駆動輪の臨界回転トルクを表 す情報を求める装置。 10.計算回路(19)が、アンチロック制御装置及び/又はトラクションコン トロール装置の閉ループ制御装置(17)を制御することを特徴とする請求の範 囲第1項から第9項のうちのいずれか1つの項に記載の自動車の駆動輪の臨界回 転トルクを表す情報を求める装置。 11.計算回路(19)が、臨界駆動トルクを求めるプロセスを所定時間間隔で 繰返すことを特徴とする請求の範囲第1項から第10項のうちのいずれか1つの 項に記載の自動車の駆動輪の臨界回転トルクを表す情報を求める装置。 12.計算回路(19)が走行作動中に、すべての駆動輪(5)の回転数を監視 して、自動車の前輪(7)の駆動輪(5)に突然発生したスリップ値変動と、こ れに時間的にずれて後輪(9)の駆動輪(5)に発生したスリップ値変動とを検 出すると、臨界駆動トルクを求めるプロセスを実行することを特徴とする請求の 範囲第1項から第11項のうちのいずれか1つの項に記載の自動車の駆動輪の臨 界回転トルクを表す情報を求める装置。 13.回転数検出装置(21)が、電子転流回路を有する永久磁石形多極電動機 としての構成された電動機(11)の構成素子であり、回転トルクを求めること が増加した駆動トルクを有する駆動輪(5)の前記電動機(11)に供給された 電力及びこの駆動輪(5)の回転数に基づいて計算機により行われることを特徴 とする請求の範囲第1項から第12項のうちのいずれか1つの項に記載の自動車 の駆動輪の臨界回転トルクを表す情報を求める装置。 14.相対的な回転数差を求めるために、自動車の縦方向で同一の側に配電され ている2つの駆動輪(5)が用いられることを特徴とする請求の範囲第1項から 第13項のうちのいずれか1つの項に記載の自動車の駆動輪の臨界回転トルクを 表す情報を求める装置。 15.自動車のカーブ走行を検出するセンサ装置が設けられ、計算回路(19) が、カーブ走行に関する伝達されたデータに基づいて、相対的な回転数差を求め る際に、比較する駆動輪(5)の軌跡の異なる曲率半径に起因する誤差を補償す ることを特徴とする請求の範囲第1項から第14項のうちのいずれか1つの項に 記載の自動車の駆動輪の臨界回転トルクを表す情報を求める装置。 16.自動車のカーブ走行を求めるセンサ装置が設けられ、前記センサ装置は、 カーブ走行の際に、臨界駆動トルクを求めるプロセスの実行を阻止することを特 徴とする請求の範囲第1項から第14項のうちのいずれか1つの項に記載の自動 車の駆動輪の臨界回転トルクを表す情報を求める装置。
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