KR101241210B1 - 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치 및 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차에서 오일의 온도와 출력토크의 요구에 따라 오일펌프를 필요파워로 제어하여 오일펌프의 속도를 능동적으로 가변 제어할 수 있도록 하는 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치 및 방법이 개시된다.
본 발명은 하이브리드 자동차의 시동 온(운행 개시)이 검출되면 초기 전동식 오일펌프를 최대 파워(전류×전압)로 구동시켜 라인압을 형성시키는 과정; 정지모드에서 오일온도에 대응하기 위하여 필요 예측점도를 계산하고, 전동식 오일펌프의 구동속도를 'Low power'로 결정하여 회전속도를 제어하는 과정; 운전모드에서 라인압력의 변경에 따른 필요 예측점도를 계산하고, 전동식 오일펌프의 구동속도를 'Low power, Middle power, High Power' 중 어느 하나로 결정하여 구동속도를 제어하는 과정을 포함한다.

Description

하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치 및 방법{OIL PUMP CONTROLLING SYSTEN OF HYBRID VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 하이브리드 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오일의 온도와 출력토크의 요구에 따라 오일펌프를 필요파워로 제어하여 오일펌프의 속도를 능동적으로 가변 제어할 수 있도록 하는 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
차량에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 자동차가 제공되고 있다.
하이브리드 자동차는 좁은 의미로, 연료전지 자동차, 전기자동차와 구별될 수 있으나, 본 명세서에서 하이브리드 자동차의 의미는 순수 전기자동차와 연료전지 자동차를 포괄하는 것으로 하나 이상의 배터리가 구비되고, 배터리에 저장된 에너지가 자동차의 구동력으로 사용되는 자동차를 지칭한다.
하이브리드 자동차는 동력원으로 엔진과 모터가 적용되며, 주행상황에 따라 엔진과 모터의 특성을 발휘되어 연비 향상과 배기가스 절감을 제공한다.
하이브리드 자동차는 엔진과 모터로 구성되는 두 개의 동력원으로 주행하는 과정에서 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 추가적인 연비 향상을 도모할 수 있다.
하이브리드 자동차는 운전상황에 따라 엔진의 시동을 자동으로 온시키거나 오프 시키는 HSG(Hybrid Stop and Go)기능이 적용되고 있으며, HSG 기능의 실행으로 주행 중 엔진이 정지하는 경우가 발생한다.
그리고, 모터만의 동력으로 주행하는 전기자동차 모드(EV모드)가 실행되며, 이 상태에서 엔진의 동작이 중지된다.
이와 같이 엔진의 동작이 중지되면 엔진의 크랭크 샤프트에 직결되어 엔진의 동력으로 자동변속기에 오일을 공급하는 기계식 오일펌프의 동작 역시 정지되어 자동변속기 및 습식 엔진클러치에 적절한 유압을 공급하지 못하게 된다.
따라서, 자동변속기에 정상적인 라인압이 형성되지 못하여 유성기어에서 전진 1속을 유지시키는 마찰요소(클러치 및 브레이크)의 결합이 해제된다.
하이브리드 자동차에는 이러한 현상에 대비하여 기계식 오일펌프와 병렬로 전동식 오일펌프를 추가로 장착하고 있으며, 전동식 오일펌프는 엔진과는 별개로 동작될 수 있도록 하고 있다.
전동식 오일펌프는 HSG 기능의 실행으로 엔진이 정지되거나 EV모드가 실행되는 경우에 작동되는데, 하이브리드 제어기는 차량의 운전상태와 운전자의 요구토크에 따라 전동식 오일펌프의 목표 회전수를 결정하여 결정된 속도를 추종시킨다.
종래의 하이브리드 자동차에 적용되는 전동식 오일펌프의 제어는 오일의 온도(토크 및 점도)에 해당하는 규정된 일정 회전속도로 고정되어 있다.
즉, 엔진 클러치 및 변속기에 최적의 유압을 형성을 위기 위한 조건이 적용되지 않고 단지 단품의 편차만을 고려하여 최고 유온(예를 들어 120℃)과 최대의 상한 회전속도로 작동되도록 고정되어 있다.
이러한 제어는 엔진 클러치 및 변속기에서 필요로 하는 유압보다 불필요하게 더 많은 유량이 발생되도록 회전수를 고정시키고 있어 전력소모 및 연비저하를 초랴시키는 문제점을 발생시킨다.
또한, HSG기능의 실행으로 엔진이 정지되면 상시적으로 고속으로 회전하므로 내구성을 악화시키고, 배터리의 전류를 과다하게 소비하게 되며 배터리의 잦은 충방전을 제공하게 되어 배터리의 내구성을 악화시키는 문제점을 발생시킨다.
또한, 후진 등판 또는 전진 등판에서 엔진 클러치를 사용할 경우 많은 엔진 클러치에서 많은 유량을 사용하며, 이로 인해 변속기의 라인압력이 떨어져 클러치 풀림 문제를 발생시키는 것을 고려해서 과도하게 회전속도를 높게 선정하고 있어 불필요한 전력 소비와 유압의 과다 형성을 유발시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 운행중에 발생되는 라인압력의 변동에 따라 전동식 오일펌프를 동작시키는 제어명령을 다르게 출력하여 전동식 오일펌프의 회전속도가 라인압력 형성에 필요한 최적의 회전속도로 능동적으로 제어될 수 있도록 하는 것이다.
즉, 오일 온도와 요구 토크에 따른 라인압력의 변동에 따라 전동식 오일펌프를 제어하기 위한 필요 파워를 결정함으로써, 전동식 오일펌프의 회전속도를 능동적으로 가변 제어할 수 있는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징에 따르면, 제1구동원으로 운전모드 및 상황에 따라 시동이 온, 오프 제어되는 엔진; 제2구동원으로 인버터에서 공급되는 3상 교류전류에 의해 구동되어 출력토크를 변속기에 전달하고, 감속시 발전기로 동작되어 회생 에너지를 회수하는 모터; 변속기에 장착되며, 모터의 출력축과 직결되어 EV모드 혹은 HSG기능으로 엔진 시동이 오프된 상태에서 모터에 의해 구동되고, HEV모드에서 엔진의 동력으로 구동되어 라인압을 형성시키는 제1오일펌프; EV모드 혹은 HSG기능으로 엔진 시동이 오프된 상태에서 작동되어 변속기에 유압을 형성시키는 전동식 오일펌프; 라인압력의 변동에 따라 전동식 오일펌프를 파워기반(전류와 전압)으로 제어하여 라인압력의 상태에 따라 전동식 오일펌프의 회전속도를 능동적으로 가변 조정하는 하이브리드 제어기를 포함하는 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치가 제공된다.
상기 하이브리드 제어기는 시동 온(운행 개시)이 검출되면 초기 전동식 오일펌프를 최대 파워(전류×전압)로 구동시켜 라인압을 형성시킬 수 있다.
상기 하이브리드 제어기는 정지모드에서 오일온도에 대응하기 위하여 필요 예측점도를 계산하고, 전동식 오일펌프의 구동속도를 'Low power'로 결정하여 회전속도를 제어할 수 있다.
상기 하이브리드 제어기는 운전모드에서 필요 예측점도를 계산하고, 전동식 오일펌프의 구동속도를 'Low power, Middle power, High Power' 중 어느 하나로 결정하여 구동속도를 제어하며, 라인압력에 따라 파워량을 조정하여 구동속도를 가변 조정할 수 있다.
상기 하이브리드 제어기는 필요 예측점도의 계산은 차속과 입력토크, 변속단, 인히비터 스위치 위치, 라인압 학습값, 실제 구동되는 회전수, 입력전류, 입력전압, 전동식 오일펌프(400)의 온,오프 작동시간, 라인압력 정보를 포함하여 계산할 수 있다.
상기 하이브리드 제어기는 운전 상황에 따라 계산되는 필요 예측점도를 학습하여 전동식 오일펌프의 구동속도를 결정하는 맵 테이블을 변경할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 하이브리드 자동차의 시동 온(운행 개시)이 검출되면 초기 전동식 오일펌프를 최대 파워(전류×전압)로 구동시켜 라인압을 형성시키는 과정; 정지모드에서 오일온도에 대응하기 위하여 필요 예측점도를 계산하고, 전동식 오일펌프의 구동속도를 'Low power'로 결정하여 회전속도를 제어하는 과정; 운전모드에서 라인압력의 변경에 따른 필요 예측점도를 계산하고, 전동식 오일펌프의 구동속도를 'Low power, Middle power, High Power' 중 어느 하나로 결정하여 구동속도를 제어하는 과정을 포함하는 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어방법이 제공된다.
상기 운전모드에서 라인압력의 변경에 따라 전동식 오일펌프를 구동시키는 파워량을 조정하여 구동속도를 가변 조정할 수 있다.
상기 필요 예측점도는 차속과 입력토크, 변속단, 인히비터 스위치 위치, 라인압 학습값, 실제 구동되는 회전수, 입력전류, 입력전압, 전동식 오일펌프(400)의 온,오프 작동시간, 라인압력 정보를 포함하여 계산할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 요구토크에 따라 라인압력을 형성하기 위해 전동식 오일펌프의 제어신호를 라입압력의 변동에 따라 서로 다르게 결정하여 필요파워(전압X전류)만으로 전동식 오일펌프를 구동시킴으로써, 전동식 오일펌프의 회전속도를 능동적으로 제어할 수 있으며, 이를 통해 배터리 소비전력을 최소화하고 연비향상을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전동식 오일펌프의 작동을 전력기반 방식으로 변경하여 라인압력의 변경에 따라 전동식 오일펌프의 회전속도를 능동적으로 가변 제어함으로써, 목표 압력을 안정되게 추종시키는 최적의 제어를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어절차를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 엔진(100)과 HSG(110), 엔진 클러치(130), 모터(200), 변속기(300), 제1오일펌프(310), 전동식 오일펌프(400), 하이브리드 제어기(410), 오일펌프 제어기(420), 보조배터리(430), 인버터(440) 및 메인배터리(450)를 포함한다.
엔진(100)는 하이브리드 자동차에서 제1구동원으로 동작되며, 운전모드 및 운전상황에 따라 시동이 온/오프 제어된다.
상기 엔진(100)은 EV모드에서 시동 오프를 되고, HEV모드에서 시동 온되며, HSG기능이 실행에 따라 시동 온, 오프가 제어된다.
HSG(110)는 HSG기능의 실행에 따라 엔진(100)의 시동 온, 오프를 실행시키며, 엔진(100)이 시동 온을 유지하는 상태에서 잉여 출력이 발생되는 경우 발전기로 동작되어 잉여 출력을 회생 에너지로 회수하여 전압을 발전하며, 발전된 전압을 인버터(440)를 통해 메인 배터리(450)에 충전한다.
엔진 클러치(130)는 엔진(100)과 모터(200)의 사이에 장착되어 엔진(100)과 모터(200)의 동력전달을 단속하며, 통상적으로 습식 클러치로 적용되어 기계식 오일펌프(310) 혹은 전동식 오일펌프(400)에서 공급되는 유압에 의한 동작된다.
모터(200)는 하이브리드 자동차에서 제2구동원으로 동작되며, 인버터(440)에서 공급되는 3상 교류전류에 의해 구동되어 출력토크를 변속기(300)에 전달하고, 감속시 발전기로 동작되어 회생 에너지를 회수하여 전압을 발전하며, 발전된 전압을 인버터(400)를 통해 메인 배터리(450)에 충전한다.
변속기(300)는 자동변속기 혹은 무단변속기로 적용될 수 있으며, 운전요구 토크와 운전상황에 따라 변속비가 조정되며, 운전모드에 따라 엔진클러치(130)를 통해 합산되어 인가되는 출력토크를 조정된 변속비로 출력하여 구동륜에 전달시켜 주행될 수 있도록 한다.
제1오일펌프(310)는 변속기(300)에 장착되며, 모터(200)의 출력축과 직결되어 EV모드 혹은 HSG기능이 실행되어 엔진(100)의 시동이 오프된 상태에서 모터(200)의 구동으로 작동되어 유압을 형성시키고, HEV모드에서 엔진 클러치(130)를 통해 전달되는 엔진(100)의 동력으로 작동되어 유압을 형성시킨다.
상기 제1오일펌프(310)는 엔진(100)의 동력으로 작동되어 유압을 형성시키는 기계식 오일펌프의 기능과 모터(200)의 구동으로 작동되어 유압을 형성시키는 전동식 오일펌프의 기능을 포함한다.
전동식 오일펌프(400)는 HSG기능의 실행으로 엔진(100)의 시동이 오프된 상태나 EV모드로 주행되는 상태에서 작동되어 변속기(300) 및 엔진 클러치(130)에 유압을 형성시킨다.
하이브리드 제어기(410)는 시동 온(운행 개시)이 검출되면 초기 전동식 오일펌프(Electro Oil Pump : 400)의 구동을 최대 파워(전류×전압)로 구동시켜 라인압을 형성시키며, 이때 형성되는 라인압을 학습하여 피드백 제어가 실행될 수 있도록 한다.
상기 하이브리드 제어기(410)는 전동식 오일펌프(400)를 최대 파워로 초기 동작시킨 다음 정지모드에서 오일온도에 대응하기 위하여 필요 예측점도를 계산하거나 변속기 유온 측정값을 사용하여 전동식 오일펌프(400)의 구동속도를 제어하기 위한 파워(전류×전압)을 'Low power'로 결정한 다음 전동식 오일펌프(400)를 작동시켜 속도를 제어한다.
또한, 상기 하이브리드 제어기(410)는 운전모드에서의 라인압력의 변경에 따라 필요 예측점도를 계산하거나 변속기 유온 측정값을 사용하여 전동식 오일펌프(400)의 구동속도를 제어하기 위한 파워(전류×전압)를 'Low power, Middle power, High Power' 중 어느 하나로 결정한 다음 급감속 조건, 크리프 주행조건 등에 대하여 전동식 오일펌프(400)의 구동속도를 능동적으로 가변 제어한다.
상기 하이브리드 제어기(410)는 정지모드 및 운전모드에서의 필요 예측점도 계산은 차속과 입력토크, 변속단, 인히비터 스위치 위치, 라인압 학습값, 실제 구동되는 회전수, 입력전류, 입력전압, 전동식 오일펌프(400)의 온,오프 작동시간, 라인압력 등이 적용될 수 있다.
상기 하이브리드 제어기(410)는 상기 운전 상황에 따라 계산되는 필요 예측점도를 학습하여 전동식 오일펌프(400)의 구동속도를 결정하는 맵 테이블의 변경할 수 있다.
오일펌프 제어기(420)는 하이브리드 제어기(410)의 제어에 따라 전동식 오일펌프(400)를 전력기반으로 동작시켜 라인압력의 조건에 따라 전동식 오일펌프(400)의 속도를 가변 제어한다.
보조 배터리(430)는 하이브리드 자동차에서 전장부하를 담당하며, 각 제어기의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
인버터(440)는 하이브리드 제어기(410)에서 인가되는 제어신호에 따라 메인 배터리(450)에서 공급되는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환시켜 모터(200)의 구동토크 및 구동 속도를 조정한다.
상기 인버터(440)는 모터(200)가 발전기로 동작되는 경우 회생 에너지로 회수되는 전압을 메인 배터리(450)에 공급하여 충전시킨다.
메인 배터리(450)는 HEV모드에서 엔진(100)의 출력을 보조하기 위하여 모터(200)에 전원을 공급하고, 모터(200)의 발전 전압을 충전한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명 따른 하이브리드 자동차에서 통상적인 동작은 일반 하이브리드 자동차와 동일 내지 유사하게 실행되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명은 하이브리드 자동차에 적용되는 전동식 오일펌프의 속도를 파워기반으로 제어하여 라인압력의 변경에 따라 전동식 오일펌프의 속도를 능동적으로 가변 제어하는 발명이므로, 이에 대한 동작에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어절차를 도시한 흐름도이다.
본 발명이 적용되는 하이브리드 자동차에서 하이브리드 제어기는 시동 온(운행의 개시)이 검출되면(S110) 초기 라인압 형성을 위해 전동식 오일펌프(400)의 구동을 최대 파워(전류×전압)로 결정한 다음 오일펌프 제어기(420)를 통해 전동식 오일펌프(400)를 구동시켜 라인압을 형성시키며, 이때 형성되는 라인압을 학습하여 피드백 제어가 실행될 수 있도록 한다(S120).
상기와 같이 전동식 오일펌프(400)를 최대 파워로 초기 동작시킨 다음 변속기(300)의 오일온도에 대응하기 위하여 필요 예측점도를 계산하거나 변속기 유온 측정값을 사용하여 정지모드에서 전동식 오일펌프(400)의 구동속도를 제어하기 위한 파워(전류×전압)을 'Low power'로 결정한 다음 전동식 오일펌프(400)를 작동시켜 속도를 제어한다(S130).
또한, 상기와 같이 정지모드에서 전동식 오일펌프(400)를 작동시키기 위한 파워가 결정되면 운전모드에서의 필요 예측점도를 계산하거나 변속기 유온 측정값을 사용하여 전동식 오일펌프(400)의 구동속도를 제어하기 위한 파워(전류×전압)를 'Low power, Middle power, High Power로 결정한 다음 급감속 조건, 크리프 주행조건 등에 대하여 전동식 오일펌프(400)의 구동속도를 제어한다(S140).
상기 정지모드 및 운전모드에서의 필요 예측점도 계산은 차속과 입력토크, 변속단, 인히비터 스위치 위치, 라인압 학습값, 실제 구동되는 회전수, 입력전류, 입력전압, 전동식 오일펌프(400)의 온,오프 작동시간, 라인압력 등이 적용될 수 있다.
상기한 S130 및 S140의 동작은 시동 오프(운행 종료)가 검출되는 시점까지 반복되어 수행되며, 운전 상황에 따라 계산되는 필요 예측점도를 학습하여 전동식 오일펌프(400)의 구동속도를 결정하는 맵 테이블의 변경할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 추가, 삭제 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 엔진 200 : 모터
300 : 변속기 310 : 제1오일펌프
400 : 전동식 오일펌프 410 : 하이브리드 제어기
420 : 오일펌프 제어기 440 : 인버터

Claims (10)

  1. 제1구동원으로 운전모드 및 상황에 따라 시동이 온, 오프 제어되는 엔진;
    제2구동원으로 인버터에서 공급되는 3상 교류전류에 의해 구동되어 출력토크를 변속기에 전달하고, 감속시 발전기로 동작되어 회생 에너지를 회수하는 모터;
    변속기에 장착되며, 모터의 출력축과 직결되어 EV모드 혹은 HSG기능으로 엔진 시동이 오프된 상태에서 모터에 의해 구동되고, HEV모드에서 엔진의 동력으로 구동되어 라인압을 형성시키는 제1오일펌프;
    EV모드 혹은 HSG기능으로 엔진 시동이 오프된 상태에서 작동되어 변속기에 유압을 형성시키는 전동식 오일펌프; 및
    엔진 시동 오프 상태에서 전동식 오일펌프를 작동시키는 하이브리드 제어기;
    를 포함하고,
    상기 하이브리드 제어기는 운행 개시가 검출되면 전동식 오일펌프의 초기 구동을 최대 파워(전류 × 전압)로 구동시켜 라인압을 형성시키고,
    운행중 라인 압력의 변동에 따라 전동식 오일펌프를 전류와 전압의 파워기반으로 제어하여 라인 압력의 상태에 따라 전동식 오일펌프의 회전속도를 능동적으로 가변 조정하는 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는 운전중 필요 예측점도를 계산하여 전동식 오일펌프의 구동속도를 'Low power, Middle power, High Power' 중 어느 하나로 결정하여 제어하고, 상기 결정된 구동속도로 제어하는 상태에서 라인 압력에 따라 파워량을 조정하여 구동속도를 가변 조정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는 필요 예측점도의 계산은 차속과 입력토크, 변속단, 인히비터 스위치 위치, 라인압 학습값, 실제 구동되는 회전수, 입력전류, 입력전압, 전동식 오일펌프(400)의 온,오프 작동시간, 라인압력 정보를 포함하여 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는 운전 상황에 따라 계산되는 필요 예측점도를 학습하여 전동식 오일펌프의 구동속도를 결정하는 맵 테이블을 변경하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어장치.
  7. 하이브리드 자동차의 운행이 개시되면 초기 전동식 오일펌프를 최대 파워(전류×전압)로 구동시켜 라인 압력을 형성시키는 과정;
    운전중 라인 압력의 변경에 따른 필요 예측점도를 계산하여 전동식 오일펌프의 구동속도를 'Low power, Middle power, High Power' 중 어느 하나로 결정한 다음 구동속도를 제어하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 필요 예측점도는 차속과 입력토크, 변속단, 인히비터 스위치 위치, 라인압 학습값, 실제 구동되는 회전수, 입력전류, 입력전압, 전동식 오일펌프의 온,오프 작동시간, 라인압력 정보를 포함하여 계산하며,
    상기 필요 예측점도의 계산으로 결정된 어느 하나의 구동속도로 상기 전동식 오일펌프를 제어하는 상태에서 라인 압력의 변경에 따라 전동식 오일펌프를 구동시키는 파워량을 조정하여 구동속도를 가변 조정하는 하이브리드 자동차의 오일펌프 제어방법.
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