KR100974705B1

KR100974705B1 - 차량용 고장 처리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100974705B1
Application number: KR1020070129667A
Authority: KR
Inventors: 정태영; 임형빈
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2010-08-06
Also published as: KR20090062428A; US20090158079A1

Abstract

본 발명은 차량용 고장 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 고장 처리에 있어 하이브리드 차량 시스템의 특징인 빠른 제어주기를 만족시켜, 그로부터 CPU(제어부)의 부담을 줄일 수 있고, 의미 있는 고장정보(freeze frame)의 확보가 가능하도록 한 차량용 고장 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 각각 독립적인 제어주기를 갖는 고장검출부, 고장처리부, 고장관리부가 발생한 모든 고장을 우선순위에 따라 처리하도록 하되, 고장 발생시에 고장 관리 데이터(프리즈 프레임)를 확보할 때에는 발생한 고장의 종류나 우선순위와 상관없이 고장 발생 즉시 데이터를 확보하도록 하고, 독립적인 제어주기로 상기 고장관리부가 발생 고장을 검색한 뒤 프리즈 프레임과 조합하여 저장하도록 한 것에 특징이 있는 것이다.

하이브리드 차량, 고장, 고장검출부, 고장처리부, 고장관리부, 우선순위, 고장 관리 데이터, 프리즈 프레임

Description

차량용 고장 처리 시스템 및 방법{Fault information processing system and method for vehicle}

본 발명은 차량용 고장 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 시스템 내 고장이 발생하였을 때 그 고장에 대한 처리 및 제어를 수행하기 위한 고장 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)의 연소에 의해 회전력을 얻는 엔진(내연기관)과 배터리의 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미하며, 이를 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.

최근 연비를 개선하고 보다 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 전기 차량에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.

주지된 바와 같이, 하이브리드 차량에서는 전기모터의 회전력만을 이용하여 차량을 구동하는 EV(Electric Vehicle) 모드, 엔진의 회전력만을 이용하는 엔진 모드, 엔진과 전기모터의 회전력을 동시에 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드의 선택 및 전환이 가능하다.

상기와 같이 하이브리드 차량에서는 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 함께 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다는 장점이 있고, 엔진과 전기모터의 최적 작동영역을 이용하여 차량 연비를 향상시킴은 물론 제동시에는 전기모터로 에너지를 회수하므로 효율적인 에너지의 이용이 가능하다는 장점이 있다.

그리고, 하이브리드 차량에는 차량 전반의 제어를 담당하는 차량 제어기(Hybrid Control Unit, HCU)가 탑재되어 있고, 또한 시스템을 구성하는 각 장치별로 제어기를 구비하고 있다.

예컨대, 엔진 작동의 전반을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU, Engine ECU 또는 EMS(Engine Management System)라고도 함), 전기모터 작동의 전반을 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU), 변속기를 제어하는 변속기 제어기(Transmission Control Unit, TCU), 배터리 상태를 감시하고 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS), 실내 온도 제어를 담당하는 에어컨 제어기(Full Auto Temperature Controller, FATC) 등이 구비되어 있다.

여기서, HCU는 각 제어기들의 최상위 제어기로서, 상기한 각 제어기들이 최상위 제어기인 HCU를 중심으로 고속 CAN 통신라인으로 연결되어, 제어기들 상호 간에 정보를 주고받으면서 상위 제어기는 하위 제어기에 명령을 전달하도록 되어 있 다.

또한 하이브리드 차량에는 전기모터(구동모터)의 구동전력을 제공하는 메인배터리(고전압 배터리)와 차량 전장품의 구동전력을 제공하는 보조배터리(저전압 배터리)가 탑재되고, 고전압 전원의 공급을 단속하기 위한 메인릴레이, 보조배터리에는 고전압과 저전압 사이의 출력변환을 위한 저전압 DC-DC 컨버터(Low Voltage DCDC Converter, LDC, LV DCDC, 이하 LDC라 약칭함)가 연결된다.

여기서, 고전압 배터리는 차량 운행 중에 충/방전을 반복하면서 필요한 전력을 공급하며, 전기모터는 고전압 배터리의 전력을 공급받아 차량 구동을 위한 모터링을 수행하거나, 역으로 차량의 운동에너지로부터 발전을 수행하여 이때 생성된 전기에너지를 고전압 배터리에 충전한다.

또한 LDC는 기존 일반 차량의 알터네이터 역할을 하는 장치로, 주 기능은 12V 전장부하에 전력을 공급하고, 고전압 배터리로부터 나오는 고전압 직류전압을 저전압 직류전압으로 변환하여 보조배터리를 충전하는 역할을 한다.

또한 모터 보조(Motor Assist)시에는 고전압 배터리가 전기에너지를 전기모터에 공급(방전)하고, 회생제동시나 엔진 구동시에는 전기에너지를 저장(충전)하며, 이때 BMS는 배터리 충전 상태(State Of Charge, SOC), 가용 충전파워, 가용 방전파워 등을 HCU/MCU에 전송하여 배터리 안전 및 수명 관리 등을 수행한다.

한편, 차량 내 시스템에서 고장이 발생하였을 때 그 고장에 대한 처리 및 제어를 수행하는 기술이 필요한데, 종래에는 발생한 모든 고장에 대해 일괄적으로 고장 제어를 수행하고, 각 고장 발생 순서에 맞추어 해당 고장정보를 저장하였다.

하이브리드 차량의 경우에는 기존 일반 차량에 비해 발생 가능한 고장의 수가 매우 많고, 고장 제어가 복잡하며, 또한 그 제어주기도 매우 짧다.

따라서, 일괄적으로 수행되는 고장 제어는 하이브리드 시스템의 짧은 제어주기로 인해 제어용 CPU에 부담을 주고, 기존의 방법으로 저장된 고장정보는 하이브리드 시스템의 고장을 진단하는데 적절한 정보를 제공하지 못한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 특히 고장 처리에 있어 차량 시스템의 특징인 빠른 제어주기를 만족시켜, 그로부터 CPU(제어부)의 부담을 줄일 수 있고, 의미 있는 고장정보(freeze frame)의 확보가 가능하도록 한 차량용 고장 처리 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차량 내 발생한 고장에 대한 처리 및 제어를 수행하고 발생한 고장을 관리하기 위한 데이터를 저장하는 고장 처리 시스템으로서,

차량 내 각 시스템으로부터 고장 발생을 검출하고 하기 고장처리부 및 고장관리부에 고장 발생을 알려주는 고장검출부와;

상기 고장검출부로부터 고장 발생 여부를 전달받아 시스템 보호를 위한 고장 처리를 수행하는 고장처리부와;

상기 고장검출부로부터 고장 발생 여부를 전달받아 고장 진단 및 수리에 필요한 고장정보를 관리하는 고장관리부와;

상기 고장검출부에 의해 확보되는 고장 관련 데이터를 고장 발생 즉시 확보하여 저장하는 버퍼부를 포함하여 구성되는 차량용 고장 처리 시스템을 제공한다.

또한 본 발명은, 차량 내 발생한 고장에 대한 처리 및 제어를 수행하고 발생 한 고장을 관리하기 위한 데이터를 저장하는 고장 처리 방법으로서,

고장검출부가 차량 내 각 시스템으로부터 고장 발생을 검출하고 하기 고장처리부 및 고장관리부에 고장 발생을 알려주며 고장 발생시 확보되는 고장 관련 데이터를 버퍼부에 저장하는 단계와;

고장처리부가 상기 고장검출부로부터 고장 발생 여부를 전달받아 시스템 보호를 위한 고장 처리를 수행하는 단계와;

고장관리부가 상기 고장검출부로부터 고장 발생 여부를 전달받아 고장 진단 및 수리에 필요한 고장정보를 관리하는 단계를 포함하여 구성되는 차량용 고장 처리 방법을 제공한다.

상기와 같은 본 발명의 차량용 고장 처리 시스템 및 방법에 의하면, 각각 독립적인 제어주기를 갖는 고장검출부, 고장처리부, 고장관리부가 발생한 모든 고장을 우선순위에 따라 처리하도록 하되, 고장 발생시에 고장 관리 데이터(프리즈 프레임)를 확보할 때에는 발생한 고장의 종류나 우선순위와 상관없이 고장 발생 즉시 데이터를 확보하도록 하고, 독립적인 제어주기로 상기 고장관리부가 발생 고장을 검색한 뒤 프리즈 프레임과 조합하여 저장하도록 함으로써, 고장 처리에 있어 하이브리드 차량 시스템의 특징인 빠른 제어주기를 만족시켜, 그로부터 CPU(제어부)의 부담을 줄일 수 있고, 의미 있는 고장정보(freeze frame)의 확보가 가능해지는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 차량용 고장 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 하이브리드 차량의 시스템 내에서 고장이 발생하였을 때 그 고장에 대한 제어 및 처리를 수행하는 차량용 고장 처리 시스템 및 방법에 관한 것이며, 특히 고장 처리에 있어 하이브리드 차량 시스템의 특징인 빠른 제어주기를 만족시켜, 그로부터 CPU(제어부)의 부담을 줄일 수 있고, 의미 있는 고장정보(freeze frame)의 확보가 가능하도록 하는 기술을 제공하고자 한 것이다.

첨부한 도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 차량의 주요 구성을 도시한 개략도로서, 본 발명의 적용이 가능한 하이브리드 차량에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 고전압 배터리(1)와 커패시터(3), 고전압 배터리(1)의 전력을 단속하는 메인릴레이(2), 고전압 배터리(1)의 전력을 구동모터(15)에 인가하면서 구동모터를 제어하는 MCU(10), MCU(10)의 구동신호에 따라 구동하여 차량 전장부하(31)에 전력을 공급하는 LDC(DC-DC 컨버터)(30), MCU(10)와 협조제어를 수행하고 엔진 작동의 전반을 제어하는 ECU(또는 EMS라고도 함)(20), MCU(10)의 구동 제어하에 차량을 구동시키기 위한 구동력을 제공하는 구동모터(15), ECU(20)의 구동 제어하에 차량을 구동시키기 위한 구동력을 제공하는 엔진(21)이 탑재되어 있다.

여기서, 하이브리드 시스템의 고장 제어는 MCU(10)가 수행하며, 상기 MCU(10)는 제어부(CPU)(11), 구동부(12), 전원부(13), 메모리(예, EEPROM)(도 1에는 도시하지 않음) 등으로 구성된다.

상기 MCU(10)의 구성부 중에서도 본 발명에 따른 고장 처리 및 제어는 MCU 내 제어부(11)가 수행하며, 고장정보의 저장은 제어부(11)와 연계된 MCU의 메모리(EEPROM)(도 2에서 도면부호 14임)가 담당하게 된다.

또한 상기 제어부(11)는 고장 처리 및 제어 외에도 구동모터 제어, 차량 제어, 입출력 제어 기능을 담당한다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 고장 처리 시스템의 구성을 도시한 것으로, MCU의 제어부(11) 내 구성을 보여주고 있다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 고장 처리 과정을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고장 처리 과정에서 고장별 우선순위를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, MCU 내 제어부(11)는 고장 처리 및 제어를 수행하기 위해 고장검출부(11a), 고장처리부(11b), 고장관리부(11c)를 포함하여 구성되며, 본 발명에서는 고장 제어를 고장검출부(11a), 고장처리부(11b), 고장관리부(11c)가 분산 제어하는 방법과, 고장 발생시에 고장정보를 최우선 확보(freezing)한 후 고장 관리 제어주기가 빠른 고장 순으로 우선하여 고장 발생을 검색하고 발생한 고장과 확보(freezing)한 고장정보(freeze frame)를 조합하는 방법을 이용한다.

도 3을 참조하여 본 발명의 고장 처리 과정을 설명하면, 우선 고장검출 부(11a)는 하이브리드 차량 시스템에서 발생 가능한 모든 고장에 대한 검출만을 수행하고, 고장처리부(11b) 및 고장관리부(11c)에 고장 발생을 알린다.

상기 고장검출부(11a)가 하이브리드 차량의 각 시스템으로부터 고장 발생을 검출하여 고장처리부(11b) 및 고장관리부(11c)에 고장 발생을 알리게 되면, 고장처리부(11b)는 고장검출부(11a)로부터 고장 발생 여부를 전달받아 하이브리드 시스템의 보호를 위한 적절한 고장 처리(예, 제어 중단, 고전압 전원 차단 등)를 수행한다.

또한 고장관리부(11c)는 고장검출부(11a)로부터 고장 발생 여부를 전달받아 고장 진단 및 수리에 필요한 고장정보를 관리한다.

일반적으로 고장 검출 및 고장 처리는 빠른 제어주기를 요구하며, 고장 관리의 제어주기는 그만큼 빠른 제어주기를 필요로 하지 않는다.

하지만, 고장 관리의 제어주기는 느리게 하더라도 고장 발생 당시의 고장관련 데이터(freeze frame)는 고장 발생 즉시 확보하여야 하며, 그렇지 못했을 경우 하이브리드 시스템의 빠른 제어 특성상 의미 있는 데이터를 확보하는 것은 불가능 하다.

본 발명에서는 고장검출부(11a), 고장처리부(11b), 고장관리부(11c)가 모두 각기 다른 제어주기로 고장 처리를 수행할 수 있으며, 이때 발생 가능한 고장들 또한 우선순위를 두어 고장별(11a-1,11b-1,11c-1) 고장 검출, 고장 처리, 고장 관리의 제어주기를 다르게 할 수 있다.

고장별 우선순위를 나누는 방법은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 고장이 시스템 에 미치는 영향도(A), 고장을 유발하는 고장원(source)(B), 반응시간(C) 등이 있을 수 있으며, 이 외에도 우선순위를 구분할 수 있는 어느 기준도 가능하다.

예를 들어, 영향도 별로 나눌 때엔 화재, 파손, 멈춤, 성능 저하 등의 순으로 우선순위를 정할 수 있으며, 고장원 별로 나눌 때엔 제어신호 이상(과전류, 과전압, 저전압 등), 센서 고장(전류센서 고장, 속도센서 고장, 온도센서 고장 등), 통신 고장(CAN 미수신, 미송신 등) 등의 순으로 우선순위를 정할 수 있다.

또한 반응시간 별로 나눌 때엔 전류(과전류 등), 전압(과전압, 저전압 등)과 같이 반응시간이 매우 빠른 것과 온도(과온, 저온 등) 등과 같이 반응시간이 느린 순으로 우선순위를 정할 수 있다.

이때, 높은 우선순위의 고장 처리(검출, 처리, 관리)는 순서상 낮은 우선순위의 고장의 검출, 처리, 관리보다 앞서며, 높은 우선순위의 고장은 낮은 우선순위의 고장 검출 중 빠른 제어주기로 여러 번 검출, 처리, 관리될 수 있다.

예를 들어, 1ms의 검출주기를 갖는 높은 우선순위의 고장과 10ms의 검출주기를 갖는 낮은 우선순위의 고장이 존재할 때, 낮은 우선순위의 고장이 1회 검출될 때 높은 우선순위의 고장은 10회 검출될 수 있다.

이와 같이 고장검출부(11a)는 신속한 처리가 요구되는 고장을 우선순위로 하여 빠른 제어주기 순으로 검출(F1,F2)하고, 고장 검출시에 고장처리부(11b)와 고장관리부(11c)로 알린다(F3)(도 3 참조).

또한 고장처리부(11b)는 하이브리드 시스템의 보호를 위해 제어 중단, 예컨대 도 1에서 구동모터(15)의 제어 중단, 메인릴레이(2)에 의한 고전압 배터리(12) 의 전원(고전압 전원) 차단 등과 같은 적절한 조치를 즉시 취한다(F4).

이때, 고장검출부는 고장 발생 즉시 고장 관련 데이터를 확보(freezing)하여 버퍼부(11d)에 저장한다(F5).

이후 독립적인 제어주기를 가진 고장관리부(11c)는 고장별 우선순위에 따라 발생 고장을 검색(F6)하여 이미 확보(freezing)된 고장 관리 데이터를 발생 고장과 조합하여 해당 고장정보에 프리즈 프레임(freeze frame)으로 저장하고(F7), 이후 읽음 완료를 표시하여(프리징 데이터 읽음 확인 플래그 셋)(F8) 발생한 고장이 법규 및 정해진 규칙을 준수할 수 있도록 관리한다.

고장 관리에 필요한 모든 데이터(프리즈 프레임 포함)는 전원 오프(Off)시에 MCU(11) 내부에 준비된 메모리(14), 예컨대 EEPROM과 같은 NVRAM에 저장한다.

이와 같이 하여, 본 발명의 차량용 고장 처리 시스템은, 차량 내 발생한 고장을 처리 및 제어하고 발생한 고장을 관리하기 위한 고장 관리 데이터(프리즈 프레임 포함)를 저장하는 것이 가능한 시스템으로서, 각각 독립적인 제어주기로 고장 처리를 수행하는 고장검출부(11a), 고장처리부(11b), 고장관리부(11c) 및 버퍼부(11d)로 구성되며, 독립적인 제어주기를 갖는 상기의 각 구성부가 구성부별로 모든 고장을 우선순위에 따라 처리하도록 하되, 고장 발생시에 고장 관리 데이터(프리즈 프레임)를 확보할 때에는 발생한 고장의 종류나 우선순위와 상관없이 고장 발생 즉시 데이터를 확보하도록 하고, 독립적인 제어주기로 고장관리부(11c)가 발생 고장을 검색한 뒤 프리즈 프레임과 조합하여 저장하도록 함으로써, 고장 처리에 있어 하이브리드 차량 시스템의 특징인 빠른 제어주기를 만족시켜, 그로부터 CPU(MCU 내 제어부)의 부담을 줄일 수 있고, 의미 있는 고장정보의 확보가 가능해지는 장점이 있게 된다.

도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 차량의 주요 구성을 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 고장 처리 시스템을 도시한 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 고장 처리 과정을 나타낸 순서도,

도 4는 본 발명에 따른 고장 처리 과정에서 고장별 우선순위를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고전압 배터리 2 : 메인릴레이

3 : 커패시터 10 : MCU

11 : 제어부 11a : 고장검출부

11b : 고장처리부 11c : 고장관리부

12 : 구동부 13 : 전원부

14 : 메모리 15 : 구동모터

20 : ECU 21 : 엔진

30 : LDC 31 : 전장부하

Claims

차량 내 발생한 고장에 대한 처리 및 제어를 수행하고 발생한 고장을 관리하기 위한 데이터를 저장하는 고장 처리 시스템으로서,

차량 내 각 시스템으로부터 고장 발생을 검출하고 하기 고장처리부(11b) 및 고장관리부(11c)에 고장 발생을 알려주는 고장검출부(11a)와;

상기 고장검출부(11a)로부터 고장 발생 여부를 전달받아 시스템 보호를 위한 고장 처리를 수행하는 고장처리부(11b)와;

상기 고장검출부(11a)로부터 고장 발생 여부를 전달받아 고장 진단 및 수리에 필요한 고장정보를 관리하는 고장관리부(11c)와;

상기 고장검출부(11a)에 의해 확보되는 고장 관련 데이터를 고장 발생 즉시 확보하여 저장하는 버퍼부(11d);

를 포함하여 구성되는 차량용 고장 처리 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 고장검출부(11a), 고장처리부(11b), 고장관리부(11c)는 고장 처리에 있어서 독립적인 제어주기를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 고장 처리 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 고장검출부(11a), 고장처리부(11b), 고장관리부(11c)는 고장 발생시에 차량에서 발생 가능한 모든 고장들에 대한 미리 설정된 우선순위에 따라 고장별 고장 검출, 고장 처리, 고장 관리를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 고장 처리 시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 고장관리부(11c)가 독립적인 제어주기로 발생 고장을 우선순위에 따라 상기 버퍼부(11d)에서 검색한 뒤 이미 확보된 고장 관리 데이터를 발생 고장과 조합하여 저장하고 이후 읽음 완료를 표시하여 법규 및 정해진 규칙을 준수할 수 있도록 발생 고장을 관리하는 것을 특징으로 하는 차량용 고장 처리 시스템.
차량 내 발생한 고장에 대한 처리 및 제어를 수행하고 발생한 고장을 관리하기 위한 데이터를 저장하는 고장 처리 방법으로서,

고장검출부(11a)가 차량 내 각 시스템으로부터 고장 발생을 검출하고 하기 고장처리부(11b) 및 고장관리부(11c)에 고장 발생을 알려주며 고장 발생시 확보되는 고장 관련 데이터를 버퍼부(11d)에 저장하는 단계와;

고장처리부(11b)가 상기 고장검출부(11a)로부터 고장 발생 여부를 전달받아 시스템 보호를 위한 고장 처리를 수행하는 단계와;

고장관리부(11c)가 상기 고장검출부(11a)로부터 고장 발생 여부를 전달받아 고장 진단 및 수리에 필요한 고장정보를 관리하는 단계;

를 포함하여 구성되는 차량용 고장 처리 방법.
청구항 5에 있어서,

상기 고장검출부(11a), 고장처리부(11b), 고장관리부(11c)는 독립적인 제어주기로 고장에 대한 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 고장 처리 방법.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,

상기 고장검출부(11a)는 고장 발생 즉시 고장 관련 데이터를 확보하여 상기 버퍼부(11d)에 저장하는 것을 특징으로 하는 차량용 고장 처리 방법.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,

상기 고장검출부(11a), 고장처리부(11b), 고장관리부(11c)는 고장 발생시에 차량에서 발생 가능한 모든 고장들에 대한 미리 설정된 우선순위에 따라 고장별 고장 검출, 고장 처리, 고장 관리를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 고장 처리 방법.
청구항 8에 있어서,

상기 고장관리부(11c)가 독립적인 제어주기로 발생 고장을 우선순위에 따라 상기 버퍼부(11d)에서 검색한 뒤 이미 확보된 고장 관리 데이터를 발생 고장과 조합하여 저장하고 이후 읽음 완료를 표시하여 법규 및 정해진 규칙을 준수할 수 있도록 발생 고장을 관리하는 것을 특징으로 하는 차량용 고장 처리 방법.

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