KR100456769B1 - Active vibration control device for vehicles - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량에서 발생하는 여러 가지 주파수 성분을 능동적으로 제어하기 위한 임의의 제어력을 발생시킬 수 있는 차량의 능동형 진동 제어장치에 관한 것이다. 본 발명은 차량에서 발생하는 특정 주파수의 진동을 차단하는 장치에 있어서, 상기 차량에 장착되어 가진력(Ft)을 발생하는 진동 저감 대상 계와; 전자기 시스템으로 구성되어 상기 진동 저감 대상 계에 체결되며, 외부로부터 공급되는 구동 제어신호의 입력에 따라 상기 진동 저감 대상 계에 작용하는 가진력(Ft)을 상쇄시키도록 상기 진동 저감 대상 계에 제어력(Fc)을 가하는 동흡진기와; 상기 동흡진기로부터 발생하는 제어력(Fc)의 세기를 조절하도록 상기 동흡진기로 구동 제어신호를 공급하는 제어기를 포함하여 구성한다.The present invention relates to an active vibration control apparatus for a vehicle capable of generating any control force for actively controlling various frequency components generated in the vehicle. The present invention provides a device for blocking vibration of a specific frequency generated in a vehicle, the apparatus comprising: a vibration reduction target system configured to generate an excitation force (Ft) mounted on the vehicle; It is composed of an electromagnetic system is fastened to the vibration reduction target system, the control force (Fc) to the vibration reduction target system to cancel the excitation force (Ft) acting on the vibration reduction target system in accordance with the input of the drive control signal supplied from the outside A copper reducer for applying); And a controller for supplying a driving control signal to the copper reducer to adjust the intensity of the control force Fc generated from the copper reducer.
Description
본 발명은 차량의 동흡진기에 관한 것으로서, 특히 차량의 능동형 진동 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dynamic reducer of a vehicle, and more particularly to an active vibration control device of a vehicle.
통상적으로, 차량에서 발생하는 특정 주파수의 진동을 차단하기 위해 동흡진기를 장착하고 있다.Typically, a copper reducer is mounted to block vibration of a specific frequency generated in a vehicle.
그러나, 기존의 수동형 동흡진기는 사전에 튜닝(Tuning)된 특정한 주파수의진동에 대해서만 효과를 얻을 수 있기 때문에 차량에서 발생하는 넓은 주파수 대역의 진동을 차단하는 데에는 제약이 있다.However, the conventional passive copper reducer is limited in preventing the vibration of the wide frequency band generated in the vehicle because the effect can be obtained only for the vibration of a specific frequency that is previously tuned (Tuning).
이런 제약을 극복하기 위해서 국내외 차량 제조업체에서 90년대 중반부터 질량 및 강성이 조절되는 가변 동흡진기를 개발하고 있다.In order to overcome this limitation, domestic and overseas vehicle manufacturers have been developing variable dynamic reducers with adjustable mass and rigidity since the mid 90s.
가변 동흡진기의 개발 사례를 설명하면, 먼저, 유체탱크 내의 유량을 조절함으로써 동흡진기의 공진 주파수가 가진 주파수와 일치되도록 조절하는 가변 질량형 동흡진기가 개발되었다.To explain the development example of the variable dynamic reducer, first, a variable mass type dynamic reducer which adjusts the resonant frequency of the dynamic reducer to match the frequency of the same by adjusting the flow rate in the fluid tank was developed.
그리고, 탄성 튜브 내의 압력을 제어하여 강성을 변화시키는 방법으로 고유 진동수를 조절하는 가변 강성형 동흡진기가 개발되었다.In addition, a variable stiffness dynamic reducer for controlling the natural frequency has been developed by controlling the pressure in the elastic tube to change the rigidity.
또한, 공압을 이용하여 구조물에 부착된 질량체를 흔들어 줌으로써 제어력을 발생시킬 수 있는 동흡진기가 개발되었다.In addition, a dynamic reducer has been developed that can generate control by shaking a mass attached to a structure using pneumatic pressure.
이밖에 가변 동흡진기는 계속 개발되고 있는 추세이나, 대부분의 가변 동흡진기는 공진 주파수를 튜닝하여 특정 조화 가진 성분(Harmonic Component)을 제어하는 방식을 채택하고 있다.In addition, variable dynamic reducers continue to be developed, but most variable dynamic reducers adopt a method of controlling a harmonic component by tuning a resonance frequency.
상기한 바와 같이 현재까지 제시된 대부분의 가변 동흡진기에 대한 기술들은 질량 또는 강성을 조절하는 반능동 방식을 채택하고 있다.As described above, most of the techniques for variable dynamic reducers presented to date employ a semi-active method of controlling mass or stiffness.
또한, 반능동 방식의 기술은 제어가 용이한 장점은 있지만 여러 주파수의 가진 성분이 동시에 발생하는 엔진 가진력과 같은 외란을 효과적으로 제어하기에는 한계가 있다.In addition, the semi-active technology has the advantage of easy control, but there is a limit to effectively control disturbance such as engine excitation force in which excitation components of several frequencies occur simultaneously.
본 발명의 목적은 차량에서 발생하는 여러 가지 주파수 성분을 능동적으로 제어하기 위한 임의의 제어력을 발생시킬 수 있는 차량의 능동형 진동 제어장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an active vibration control apparatus for a vehicle capable of generating any control force for actively controlling various frequency components generated in the vehicle.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 엔진에 의한 차체 가진력을 제어하기 위해 설치된 동흡진기를 도식적으로 나타낸 도면.1 is a view schematically showing a dynamic reducer installed to control the vehicle body excitation force by the engine according to an embodiment of the present invention.
도 2는 동흡진기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.Figure 2 schematically shows the structure of a copper reducer.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동흡진기의 구성을 도시한 도면.3 is a view showing the configuration of a copper reducer according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3에 도시된 동흡진기의 결합된 상태를 도시한 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing a coupled state of the copper reducer shown in FIG.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 능동형 진동 제어흐름을 도시한 시스템도.5 is a system diagram showing an active vibration control flow of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량에서 발생하는 특정 주파수의 진동을 차단하는 장치에 있어서, 상기 차량에 장착되어 가진력(Ft)을 발생하는 진동 저감 대상 계와; 전자기 시스템으로 구성되어 상기 진동 저감 대상 계에 체결되며, 외부로부터 공급되는 구동 제어신호의 입력에 따라 상기 진동 저감 대상 계에 작용하는 가진력(Ft)을 상쇄시키도록 상기 진동 저감 대상 계에 제어력(Fc)을 가하는 동흡진기와; 상기 동흡진기로부터 발생하는 제어력(Fc)의 세기를 조절하도록 상기 동흡진기로 구동 제어신호를 공급하는 제어기를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a device for blocking vibration of a specific frequency generated in a vehicle, the vibration reduction target system for generating an excitation force (Ft) mounted to the vehicle; It is composed of an electromagnetic system is fastened to the vibration reduction target system, the control force (Fc) to the vibration reduction target system to cancel the excitation force (Ft) acting on the vibration reduction target system in accordance with the input of the drive control signal supplied from the outside A copper reducer for applying); It characterized in that it comprises a controller for supplying a drive control signal to the copper reducer to adjust the intensity of the control force (Fc) generated from the copper reducer.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While many specific details, such as the following description and the annexed drawings, are shown to provide a more general understanding of the invention, these specific details are illustrated for the purpose of explanation of the invention and are not meant to limit the invention thereto. And a detailed description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 차량에서 발생하는 특정 주파수의 진동을 차단하는 능동형 진동 제어장치의 구성을 설명한다.1 to 5, a configuration of an active vibration control device for blocking vibration of a specific frequency generated in a vehicle according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 실시예는 차량에 장착되어 가진력(Ft)을 발생하는 진동 저감 대상 계(110), 동흡진기(Dynamic Absorber)(120), 제어기(130)를 포함하여 구성한다.Embodiment of the present invention is configured to include a vibration reduction target system 110, a dynamic absorber (120), a controller 130 for generating an excitation force (Ft) mounted on the vehicle.
여기서 진동 저감 대상 계(110)라 함은 전술한 바와 같이 차량에 장착되어 가진력(Ft)을 발생하는 부분으로 예를 들면, 엔진, 변속기를 말한다.Here, the vibration reduction target system 110 refers to an engine and a transmission that are mounted on the vehicle to generate excitation force Ft as described above.
동흡진기(120)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 전자기 시스템으로 구성되어 진동 저감 대상 계(110)에 체결되며, 제어기(130)로부터 공급되는 구동 제어신호의 입력에 따라 진동 저감 대상 계(110)에 작용하는 가진력(Ft)을 상쇄시키도록 진동 저감 대상 계(110)에 제어력(Fc)을 가하는 기능을 한다.The vibration reducer 120 is configured as an electromagnetic system as shown in FIGS. 2 to 4, and is coupled to the vibration reduction target system 110, and is applied to the vibration reduction target system in response to an input of a driving control signal supplied from the controller 130. The control force Fc is applied to the vibration reduction target system 110 so as to cancel the excitation force Ft acting on the 110.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 실제 제작된 능동형 동흡진기(120)의 주요 구성 요소를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 실제 제작된 동흡진기(120)의 결합상태를 도시한 단면도이다.3 is a view showing the main components of the active copper reducer 120 actually manufactured in accordance with an embodiment of the present invention, Figure 4 is a coupling state of the copper reducer 120 actually manufactured according to an embodiment of the present invention It is a cross-sectional view.
동흡진기(120)는 하우징(121), 양방향으로 전자기력을 발생시킬 수 있는 전자석부(122, 123), 이동 질량(Moving Mass)(124), 가이드부(125), 변위 센서(126)를 포함하여 구성한다.The copper reducer 120 includes a housing 121, electromagnet parts 122 and 123 capable of generating electromagnetic force in both directions, a moving mass 124, a guide part 125, and a displacement sensor 126. To configure.
먼저, 하우징(121)은 그 외벽이 차체 또는 차체측 마운트 브라켓(210)과 볼트로 체결되며, 그 형상은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 원통형으로 형성된다.First, the housing 121 of the outer wall is fastened to the vehicle body or the vehicle-side mounting bracket 210 with a bolt, the shape is formed in a cylindrical shape as shown in Figs.
전자석부(122, 123)는 도 3에 도시된 바와 같이 각각의 코어(Core)에 코일(Coil)을 감아놓아서 양방향의 전자기력을 발생시킬 수 있는 형상을 갖는다.As shown in FIG. 3, the electromagnet parts 122 and 123 have a shape in which coils are wound around each core to generate bidirectional electromagnetic force.
이동 질량(124)은 전자석부(122, 123)로부터 발생하는 두 방향의 전자기력의 차이에 따라 운동하여 관성력을 발생시킨다.The moving mass 124 moves in accordance with the difference in electromagnetic force in two directions generated from the electromagnet parts 122 and 123 to generate an inertial force.
도 2에 도시된 참조 기호 g0은 공극을 나타낸다.Reference symbol g0 shown in FIG. 2 represents a void.
한편, 본 발명의 실시예에서는 전자석부(122, 123)와 이동 질량(124)이 설정 공극을 갖고 이격된 상태로 제작되는 예를 설명하였으나, 전자석부와 이동 질량이 일체형으로 제작될 수 있음에 유의해야 한다.On the other hand, in the embodiment of the present invention has been described an example in which the electromagnet portion (122, 123) and the moving mass 124 is produced in a spaced state with a set gap, the electromagnet portion and the moving mass can be manufactured in one piece Be careful.
가이드부(125)는 하우징(121) 내에서 이동 질량(124)의 횡방향 운동을 방지하는 기능을 한다.The guide part 125 functions to prevent the lateral movement of the moving mass 124 in the housing 121.
도 4에 도시된 참조 번호 (410)는 가이드부(125)와 이동질량(124)의 접촉면에 장착되는 오일 리스 베어링을 나타낸다.Reference numeral 410 shown in FIG. 4 denotes an oilless bearing mounted on the contact surface of the guide portion 125 and the moving mass 124.
변위 센서(126)는 이동 질량(124)의 변위 신호를 측정하는 기능을 하는 것으로써, 도 4에 도시된 실시예에 따르면 홀센서를 이용하여 비접촉식으로 변위를 감지한다.The displacement sensor 126 functions to measure a displacement signal of the moving mass 124. According to the embodiment shown in FIG. 4, the displacement sensor 126 detects the displacement in a non-contact manner using a hall sensor.
제어기(130)는 동흡진기(120)로부터 발생하는 제어력(Fc)의 세기를 조절하도록 동흡진기(120)로 구동 제어신호를 공급한다.The controller 130 supplies a driving control signal to the copper reducer 120 to adjust the intensity of the control force Fc generated from the copper reducer 120.
제어기(130)는 차체의 진동이나 가진력(Ft)을 측정하는 센서(140)로부터의 신호를 기준으로 전자석부(122, 123)를 구성하는 각각의 코일에 해당되는 전류(I1, I2)를 공급하여 동흡진기(120)의 구동을 제어한다.The controller 130 supplies currents I1 and I2 corresponding to respective coils constituting the electromagnet parts 122 and 123 based on a signal from the sensor 140 that measures vibration or excitation force Ft of the vehicle body. To control the driving of the copper reducer 120.
진동 제어를 위해서는 차체의 진동을 측정해야 하므로 차체에는 진동이나 가진력(Ft)을 측정하기 위한 센서(140)가 구비된다.Since the vibration of the vehicle body needs to be measured for vibration control, the vehicle body is provided with a sensor 140 for measuring vibration or excitation force Ft.
예를 들면, 제어기(130)는 진동 저감 대상 계(110)에 작용하는 가진력(Ft)이 작용하면 각각의 코일에 흐르는 전류(I1, I2)의 세기를 동일하게 공급하여 전자석부(122, 123)로부터 발생하는 두 개의 전자기력의 크기를 조절하며, 이동 질량(124)은 두 전자기력의 크기의 차이에 따라서 구동되어 해당되는 파형과 주파수 특성을 갖는 관성력을 발생시킨다.For example, when the excitation force Ft acting on the vibration reduction target system 110 is applied, the controller 130 supplies the same strengths of the currents I1 and I2 flowing to the respective coils to provide the electromagnets 122 and 123. The magnitude of the two electromagnetic forces generated from) is adjusted, and the moving mass 124 is driven according to the difference between the magnitudes of the two electromagnetic forces to generate an inertial force having a corresponding waveform and frequency characteristic.
제어기(130)는 도 5에 도시된 바와 같이 가진력(Ft)과 크기는 같고 위상이 반대인 제어력(Fc)을 발생시키도록 동흡진기(120)를 제어하는 피드 포워드 제어기(Feed Forward Controller)(131)와; 가진력(Ft) 및 제어력(Fc)과 구분되는 외란 성분의 힘(Fd)을 제거하는 피드백 제어기(Feed Back Controller)(132)로 구성한다.As shown in FIG. 5, the controller 130 controls a feed forward controller 131 which controls the dynamic reducer 120 to generate a control force Fc having the same magnitude and opposite phase as the excitation force Ft. )Wow; It is composed of a feedback controller (Feed Back Controller) 132 for removing the force (Fd) of the disturbance component distinguished from the excitation force (Ft) and the control force (Fc).
제어기(130)는 차체의 진동 또는 가진력(Ft)을 감지하는 센서(140)로부터 측정된 신호를 바탕으로 동흡진기(120)를 제어하는 신호를 생성한다.The controller 130 generates a signal for controlling the copper reducer 120 based on a signal measured from the sensor 140 that detects vibration or excitation force Ft of the vehicle body.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 진동 저감 대상 계(110)에 의해 발생되는 차체 진동 및 실내 소음을 저감시키기 위한 것으로서 하나의 주파수 성분이 아닌 광대역 주파수 성분을 동시에 제어할 수 있는 차량의 능동형 진동 제어장치에 관한 것이다.As described above, an embodiment of the present invention is to reduce the vehicle body vibration and the indoor noise generated by the vibration reduction target system 110, and active vibration of a vehicle capable of simultaneously controlling a wideband frequency component instead of one frequency component. It relates to a control device.
진동 저감 대상 계(110)의 진동에 의한 차체 진동 및 실내 소음 발생 경로는 다음과 같다.The vehicle body vibration and the indoor noise generation path due to the vibration of the vibration reduction target system 110 are as follows.
진동 저감 대상 계(110)의 진동 ⇒ 진동 저감 대상 계(110)의 마운트 브라켓 ⇒ 진동 저감 대상 계(110)의 마운트 ⇒ 차체측 마운트 브라켓(210) ⇒ 차체 ⇒ 차체 진동 및 실내 소음Vibration of vibration reduction target system 110 ⇒ Mount bracket of vibration reduction target system 110 ⇒ Mount of vibration reduction target system 110 ⇒ Body side mounting bracket 210 ⇒ Body ⇒ Body vibration and room noise
즉, 진동 저감 대상 계(110)의 진동에 따른 가진력(Ft)은 진동 저감 대상계(110)의 마운트를 통해 차체측 마운트 브라켓(210)을 가진시켜 차체 진동 및 실내 소음이 발생된다.That is, the excitation force (Ft) according to the vibration of the vibration reduction target system 110 is excited by the vehicle body side mounting bracket 210 through the mount of the vibration reduction target system 110 to generate vehicle body vibration and room noise.
이와 같이 진동 저감 대상 계(110)의 가진력(Ft)에 의해 발생하는 차체 진동은 가진력(Ft)과 크기는 같고 위상은 반대인 제어력(Fc)에 의해 저감된다.As described above, the vehicle body vibration generated by the excitation force Ft of the vibration reduction target system 110 is reduced by the control force Fc having the same magnitude as the excitation force Ft and the opposite phase.
예를 들어, 엔진 마운트를 통한 전달력(가진력(Ft))만큼의 역힘(Counter-Force)(제어력(Fc))을 차체측 마운트 브라켓(210)에 가하게 되면 차체측 마운트 브라켓(210)이 받는 순수 힘(Net Force)이 작아지게 되어 차체 진동 및 실내 소음을 크게 줄일 수 있다.For example, when the counter-force (control force Fc) equal to the transmission force (vibration force Ft) through the engine mount is applied to the vehicle-side mount bracket 210, the vehicle-side mount bracket 210 receives. The net force is reduced, greatly reducing body vibration and room noise.
본 발명의 실시예에 따른 동흡진기(120)가 제어력(Fc)을 발생시키는 기본 원리는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 전자기력에 의해 운동하는 이동 질량(124)의 관성 반발력을 이용하는 것이다.The basic principle of generating the control force Fc of the copper reducer 120 according to the embodiment of the present invention is to use the inertial repulsive force of the moving mass 124 moving by the electromagnetic force as shown in FIGS. 1 and 2.
도 1을 참조하면, 전자기 시스템으로 구성된 동흡진기(120)가 질량(m)에 전자기력을 가하면 질량(m)의 관성력(F)이 발생하는데 이 관성력(F)은 곧 동흡진기(120)에 관성 반발력으로 작용해 동흡진기(120)와 체결된 진동저감 대상 계(110)에 제어력(Fc)을 가하게 된다.Referring to FIG. 1, when the dynamic reducer 120 configured as an electromagnetic system applies an electromagnetic force to the mass m, an inertial force F of the mass m is generated. The inertial force F is inertia to the dynamic reducer 120. It acts as a repulsive force to apply a control force (Fc) to the vibration reduction target system 110 coupled with the copper reducer (120).
제어력(Fc)은 운전 중 진동저감 대상 계(110)에 작용하는 가진력(Ft)을 상쇄시켜 진동을 저감시키게 된다.The control force Fc cancels the vibration by reducing the excitation force Ft acting on the vibration reduction target system 110 during operation.
도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 동흡진기(120)의 동작을 설명한다.2 to 5 will be described the operation of the copper reducer 120 according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 전류가 코일에 흐르게 되면 이동 질량(124)을 끌어당기는 전자기력이 발생하게 된다.First, as shown in FIG. 2, when a current flows through a coil, an electromagnetic force attracting the moving mass 124 is generated.
예를 들어, 전자석부(122, 123)의 두 코일에 흐르는 전류(I1, I2)가 같으면 이동 질량(124)의 양쪽에 발생하는 전자기력의 크기가 같아져서 이동 질량(124)이 움직이지 않는다.For example, if the currents I1 and I2 flowing through the two coils of the electromagnet portions 122 and 123 are the same, the magnitude of the electromagnetic force generated on both sides of the moving mass 124 is the same, and the moving mass 124 does not move.
그러나, 전류(I1, I2)를 조절하여 전자기력의 크기에 차이를 주면 이동 질량(124)이 구동되어 임의의 파형과 주파수 특성을 가지는 관성력을 발생시키게 된다.However, when the currents I1 and I2 are adjusted to give a difference in the magnitude of the electromagnetic force, the moving mass 124 is driven to generate an inertial force having an arbitrary waveform and frequency characteristics.
여기서, 전류(I1, I2)는 동흡진기(120) 내에 장착된 변위 센서(126)로 측정된 이동 질량(124)의 변위 신호와 차체에 설치되어 차체의 진동을 감지하는 센서(140)로부터의 신호를 기준으로 제어기(130)로부터 공급하게 된다.Here, the currents I1 and I2 are transmitted from the displacement signal of the moving mass 124 measured by the displacement sensor 126 mounted in the copper reducer 120 and from the sensor 140 installed on the vehicle body to detect vibration of the vehicle body. It is supplied from the controller 130 based on the signal.
제어력(Fc)을 발생시키기 위한 제어흐름은 도 5에 도시된 바와 같이 피드 포워드(Feed-Forward) 제어와 피드백(Feed-Back) 제어가 결합된 형태를 띄게 된다.As shown in FIG. 5, the control flow for generating the control force Fc has a form in which a feed-forward control and a feed-back control are combined.
진동 저감 대상 계(110)의 진동에 기인한 차체 가진력(Ft)과 크기는 같고 위상이 반대인 제어력(Fc)을 발생시키기 위해 피드 포워드 제어로 동흡진기(120)를 제어하고, 노면 가진과 같은 외란 성분의 힘(Fd)의 영향을 제거하기 위해 피드백 제어를 한다.In order to generate the control force Fc having the same magnitude and opposite phase as the vehicle body excitation force Ft due to the vibration of the vibration reduction target system 110, the dynamic reducer 120 is controlled by feed forward control, Feedback control is performed to eliminate the influence of the force Fd of the disturbance component.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 능동형 진동 제어장치는 여러 주파수 성분이 동시에 발생하는 진동 저감 대상 계의 가진력 및 노면 가진과 같은 외란 성분의 힘을 효과적으로 제어하여 차체 진동 및 실내 소음을 저감시키는 효과가 있다.As described above, the active vibration control device for a vehicle according to the present invention effectively controls the force of disturbance components such as the excitation force and road excitation of the vibration reduction target system in which several frequency components occur at the same time, thereby reducing body vibration and indoor noise. There is.
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