KR101276960B1 - 차량 발전기의 제어방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

센서를 통해 차량이 위치한 도로의 경사를 측정하는 제1단계; 상기 측정된 경사 정보를 전자제어장치(Electronic Control Unit)에 전송하는 제2단계; 상기 전자제어장치는 상기 경사 정보를 이용하여 발전 제어 시스템(Alternator Management System)의 얼터네이터의 발전 부하 강도를 연산하여 결정하는 제3단계; 상기 전자 제어 장치가 발전 제어 시스템에 상기 발전 부하 강도에 대한 신호를 전송하는 제4단계; 상기 발전 제어 시스템이 상기 얼터네이터의 발전 부하 강도 신호에 따라 얼터네이터의 발전 부하 강도를 조정하는 제5단계; 및 상기 얼터네이터가 발전 부하 강도에 따라 전력을 발전하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 발전기 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

차량 발전기의 제어방법 및 시스템 {Automobile Alternator control Method and System thereof}

본 발명은 차량 발전기 제어방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중력센서 또는 자이로스코프 센서의 이용을 통해, 도로면의 차량의 경사정도 등 도로와 차량 간의 관계를 파악하여 얼터네이터를 제어하기 위한 방법 및 시스템이다.

배터리는 자동차에 있어서 중요한 부품으로, 배터리가 전기를 공급하여 일을 할 때 무엇인가가 계속적으로 배터리를 충전시켜지 않으면, 배터리의 전압이 떨어지고 결국에는 시동이 꺼져서 자동차는 아무런 작동을 할 수 없게 된다. 따라서 자동차의 전기시스템에서 배터리와 더불어 중요한 위치를 차지하고 있는 것이 얼터네이터(Alernator)로 대표되는 충전시스템이다. 얼터네이터는 전기력을 생성해서 이것을 배터리와 차량의 다른 전기시스템에 공급하는 기능을 한다.

다르게 표현하여, 차량 내의 얼터네이터는 교류를 발전하기 위한 발전기로, 전자기 유도(Electro-Magnetic Induction)현상에 의해서 전압과 전류를 생성한다. 엔진이 작동됨에 따라 회전하는 로터(Rotor)와 이것을 둘러싸고 정지해 있는 스테이터(Stator)의 상호작용으로 교류전압이 발생된다. 차량에서 사용되는 전기는 직류이기 때문에, 이렇게 발생된 교류는 전기가 한 쪽 방향으로만 흐르게 하는 다이오드(Diode)를 거쳐서 직류로 정류하여 사용된다.

한편, 얼터네이터에서 생성되는 전압은 자기장의 크기에 의해 조절되며, 이 자기장은 스테이터에 공급되는 전류에 의해 결정되는데, 이 스테이터 공급전류는 전압조절기(Voltage Regulator)에 의해 제어된다. 공급전류가 공급되지 않으면 얼터네이터에서는 전압을 생성시키지 못하며, 전압조절기의 기능에 의해 전압이 13.5V이하로 떨어지면 충전이 시작되고 전압이 14.5V이상이 되면 충전이 중지된다.

한편, 엔진과 연결된 얼터네이터가 발전을 멈춘 후 다시 발전을 할 때 순각적으로 물리적 부하가 걸려 얼터네이터와 연결된 엔진에 과중한 부하가 걸리게 된다.

그러므로 엔진의 부하를 최소화하여 연비를 향상시키고, 이산화탄소 배출을 절감하며, 배터리가 필요한 전류만큼을 충전하여 배터리의 수명을 연장하기 위해, 배터리의 충전 상태가 불량하거나, 감속 시와 같이 타력 주행이 가능할 때에 얼터네이터의 작동을 가변적으로 제어하는 것이 필요하다.

그러나 현재 일반적으로 얼터네이터의 제어는 차량이 도로에 오르막 경사면에 위치하는지 혹은 내리막 경사면에 위치하는지와 무관하게 토크에 대한 맵핑(Mapping) 정보를 이용하여 얼터네이터의 작동여부를 제어하고 있다.

그러므로 실제 도로 상태를 파악하지 못하고 토크와 맵핑된 정보를 이용하여 얼터네이터를 제어하므로 효율적인 제어를 불가능하고, 얼터네이터 작동여부를 결정하는 토크 맵핑 정보를 만들어야 하므로 개발 기간이 길며, 비용이 크게 발생된다. 또한, 상기 토크 맵핑 정보를 전자제어장치(Eldctronic Control Unit)에 저장해야 하므로 전자제어장치 내의 메모리 용량이 증가한다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 얼터네이터 작동 여부를 토크 맵핑 정보 대신 중력 센서나 자이로스코프 센서와 같은 차량의 외부 환경 정보를 센싱할 수 있는 장치를 이용하여 얼터네이터의 작동 여부를 결정하는 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 발전기 제어방법은 센서를 통해 차량이 위치한 도로의 경사를 측정하는 제1단계; 상기 측정된 경사 정보를 전자제어장치(Electronic Control Unit)에 전송하는 제2단계; 상기 전자제어장치는 상기 경사 정보를 이용하여 발전 제어 시스템(Alternator Management System)의 얼터네이터의 발전 부하 강도를 연산하여 결정하는 제3단계; 상기 전자 제어 장치가 발전 제어 시스템에 상기 발전 부하 강도에 대한 신호를 전송하는 제4단계; 상기 발전 제어 시스템이 상기 얼터네이터의 발전 부하 강도 신호에 따라 얼터네이터의 발전 부하 강도를 조정하는 제5단계; 및 상기 얼터네이터가 발전 부하 강도에 따라 전력을 발전하는 제6단계를 포함한다.

또한, 상기 제3단계는 상기 제1단계에서 측정된 도로의 경사에 따라, 전자제어장치는 얼터네이터의 발전 부하 강도를 동일한 방향으로 높이거나 혹은 동일한 방향으로 낮추는 연산을 한다.

또한, 상기 제3단계는 상기 도로가 차량의 주행방향에 대해 오르막이며, 상기 도로의 오르막 경사가 점진적으로 급해지는 경우, 얼터네이터의 발전 부하 강도를 기설정된 부하강도를 기준으로 점진적으로 낮추고, 상기 도로가 차량의 주행방향에 대해 내리막이며, 상기 도로의 내리막 경사가 점진적으로 급해지는 경우, 얼터네이터의 발전 부하 강도를 기설정된 부하강도를 기준으로 점진적으로 높이는 연산을 한다.

또한, 얼터네이터의 발전 부하 강도를 점진적으로 낮추기 위해 전자제어장치에서 발전 제어 시스템으로 전달되는 듀티비 값을 기설정된 듀비티 값을 기준으로 점진적으로 줄이고, 얼터네이터의 발전 부하 강도를 점진적으로 높이기 위해 전자제어장치에서 발전 제어 시스템으로 전달되는 상기 듀티비 값을 기준으로 점진적으로 높인다.

또한, 상기 제1단계의 센서는 중력센서(Gravity sensor) 또는 자이로스코프 센서(gyroscope sensor) 중 하나일 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 발전기 제어시스템은 차량이 위치한 도로의 경사를 상기 차량의 주행 방향에 따라 측정하는 센서,

상기 센서로부터 차량이 위치한 도로의 경사 정보를 전송받아 얼터네이터의 발전 부하 강도를 연산하고, 상기 발전 부하 강도 신호를 발전 제어 시스템에 전송하는 전자 제어 장치 및 상기 전자 제어 장치로부터 얼터네이터의 발전 부하 강도 신호를 전송받아 발전 부하 강도 신호에 따라 얼터네이터의 발전량을 조정하기 위해 얼터네이터의 발전 부하 강도를 조정하는 발전 제어 시스템으로 이루어진다.

또한, 상기 전자 제어 장치는 얼터네이터의 발전 부하 강도를 동일한 방향으로 높이거나 혹은 동일한 방향으로 낮추는 연산을 한다.

또한, 상기 전자 제어 장치는 상기 도로가 차량의 주행방향에 대해 오르막이며, 상기 도로의 오르막 경사가 점진적으로 급해지는 경우, 얼터네이터의 발전 부하 강도를 기설정된 부하강도를 기준으로 점진적으로 낮추고, 상기 도로가 차량의 주행방향에 대해 내리막이며, 상기 도로의 내리막 경사가 점진적으로 급해지는 경우, 얼터네이터의 발전 부하 강도를 기설정된 부하강도를 기준으로 점진적으로 높이는 연산을 한다.

또한, 상기 전자 제어 장치는 얼터네이터의 발전 부하 강도를 점진적으로 낮추기 위해 전자제어장치에서 발전 제어 시스템으로 전달되는 듀티비 값을 기설정된 듀비티 값을 기준으로 점진적으로 줄이고, 얼터네이터의 발전 부하 강도를 점진적으로 높이기 위해 전자제어장치에서 발전 제어 시스템으로 전달되는 상기 듀티비 값을 기준으로 점진적으로 높여서 전송한다.

또한, 상기 센서는 중력센서(Gravity sensor) 또는 자이로스코프 센서(gyroscope sensor) 중 하나일 수 있다.

본 발명을 통해, 토크 맵핑 정보 대신 실제 도로 상태를 파악하여 얼터네이터를 제어하므로 효율적인 제어가 가능하며, 토크 맵핑 정보를 이용하지 않으므로 토크 맵핑 정보를 개발하기 위한 시간 및 비용을 절감할 수 있다.

또한, 토크 맵핑 정보를 이용하지 않으므로 전자제어장치 내 토크 맵핑 정보를 저장하기 위해 필요한 메모리를 줄여 전체적인 전자제어장치의 제작 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 얼터네이터 제어 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 차량 발전기 제어 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 차량 발전기 제어 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 얼터네이터 제어 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 얼터네이터 제어 시스템의 각 구성 간의 데이터 흐름 순서도.

이하, 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 들어 상세히 설명한다.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서, 어떤 단계가 다른 단계와 "전에" 또는 "후에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 단계가 다른 단계와 직접 연동하는 경우뿐만 아니라 두 단계 사이에 또 다른 단계가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 “~ (하는) 단계” 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

먼저, 본 발명을 더욱 상세하게 이해하기 위해, 그 동안 공개된 차량 발전기 제어 방법에 대해서 서술한다. 차량의 얼터네이터는 차량 운행이 필요한 전력을 발전하기 위한 구성으로, 차량의 엔진으로부터 발생되는 토크를 이용하여 발전을 실시한다. 엔진에서 발생하는 토크는 주로 차량을 추진시키기 위한 파워로 사용되며, 또한 에어컨 등 각종 공조 시스템 등 차량에 필요한 파워를 제공하는 원천이 된다. 차량에 필요한 토크는 각 상황에 맞게 전자 제어 장치의 메모리에 맵핑 정보의 형태로 저장된다.

예를 들어, 일반 차량의 최대 토크가 30kg

m라고 할 때, 운전자가 평지에서 차량을 운행하기 위해 엑셀레이트를 50% 정도로 조정하는 경우, 출력되는 토크의 크기는 15kg

m에 해당한다. 이 때 동시에 운전자가 차량 내 에어컨을 작동시킨 경우, 에어컨 동작에 필요한 압축기 파워 등 필요하므로 더 높은 토크가 필요하다. 예컨대, 본 예에서 17kg

m의 토크가 필요할 수 있다. 또한, 본 예에서 얼터네이터로 발전이 필요한 경우는 17kg

m 더 높은 토크가 필요할 수 있다.

이렇듯 차량의 운행 상태, 속도, 각종 전자기기의 동작 여부 등에 따라 필요한 토크양의 값을 전자 제어 장치 내의 메모리에 상황 별로 저장해 두고, 실제 차량의 운행 상황 등에 맞게 전자 제어 장치 내 메모리의 토크 맵핑 정보를 활용하여 엔진의 출력을 조절한다.

그러나 차량의 외부 환경에 대한 정보, 특히 도로의 경사 정보를 미리 메모리에 맵핑 정보에 저장해 둘 수 없다. 특히 차량이 오르막 길을 주행하면서 발전을 하는 경우, 메모리의 토크 맵핑 정보는 여전히 동일한 토크 값을 참조하게 되므로 오르막 도로 주행에 따라 속도는 점점 떨어지게 된다. 이를 해결하기 위해 운전자는 엑셀레이터를 조정하여, 더 높은 출력을 내보낼 수 밖에 없다.

이하 본격적으로 본 시스템의 각 구성에 대해서 알아 본다.

중력센서(Gravity Sensor)는 차량이 현재 오르막 도로 주행을 하는지 내리막 주행을 하는지 판단할 수 있다. 물론, 오르막 혹은 내리막 도로 여부뿐만이 아니라 도로의 경사 정도를 측정할 수 있다. 이렇게 측정된 경사 정보를 전자 제어 장치로 전송한다.

중력센서와 전자 제어 장치 간의 통신은 차량 내 일반적인 통신 방법을 따른다. 예컨대, Pin To Pin 연결, CAN 통신, LIN 통신 또는 Flexray 통신을 통해 데이터를 송수신 받는다.

전자 제어 장치는 중력센서 등을 통해 도로 등의 경사 정도에 대해 전송받고, 내보낼 토크의 량을 연산한다. 앞선 예에서와 같이, 차량이 오르막 도로를 주행하고 있음에도 불구하고, 이러한 사실이 전자 제어 장치에 전달되지 않기 때문에 운전자는 엑셀레이터를 조정하여 출력을 높여야 했다.

그러나 본 발명에 따라 중력센서가 차량이 오르막 도로를 주행하고 있다는 정보를 전자 제어 장치에 전달하면, 전자 제어 장치는 얼터네이터가 발전 시 필요한 부하 정도(이하 '발전 부하 강도'라고 함. 발전량을 높이기 위해서 필요한 부하는 높고, 발전량을 낮추기 위해서 필요한 부하는 낮음은 물론이다. 발전 부하 강도 조정을 위해 얼터네이터에 흘려주는 전류 값을 조정한다는 것은 일반적인 공지의 기술로 본 명세서에서는 설명을 생략한다.)를 조정할 수 있다. 예컨대, 오르막 도로 주행 시에는 더 높은 토크가 필요하므로 전자 제어 장치는 얼터네이터의 발전량을 낮추는 방향으로 조정할 수 있다.

이와 반대로 차량이 내리막을 주행하는 경우, 차량 전체에 필요한 토크량이 줄어들게 되므로 전자 제어 장치는 발전 제어 시스템에 얼터네이터의 발전을 위한 신호를 전송할 수 있다.

전자 제어 장치는 중력센서에 의해 측정된 경도 정도의 크기에 따라 발전 제어 시스템에 전송할 값을 점진적으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 경사가 없는 평지에서 차량운행 시 얼터네이터의 발전 부하 강도를 50%라고 가정할 때, 5도 경사의 오르막 도로를 주행하는 경우, 발전 부하 강도를 30%로 조정할 수 있다. 또한, 10도 경사의 오르막 도로를 주행하는 경우, 발전 부하 강도를 15%로 조정할 수 있다.

반대도 마찬가지로, 5도 경사의 내리막 도로를 주행하는 경우, 발전 부하 강도를 70%로 조정할 수 있다. 또한, 10도 경사의 내리막 도로를 주행하는 경우, 발전 부하 강도를 90%로 조정할 수 있다.

본 예의 수치는 고정된 값이 아니며, 경사 각도에 따라 발전 부하 강도의 정도를 점진적으로 조절할 수 있다는 것을 보여주기 위함이다.

본 발명은 기존의 맵핑 정보를 통한 토크량 제어가 아니라 경사 정보를 이용하여 실시간의 토크량 제어 또는 얼터네이터 동작 여부를 연산하여 결정해 줄 수 있다.

전자 제어 장치는 발전 제어 시스템으로 상기 얼터네이터의 발전 부하 강도에 대한 정보를 전송한다. 전자 제어 장치와 발전 제어 시스템 간의 통신은 앞서 설명한 중력센서와 전자 제어 장치 간의 통신 방법이 동일하게 사용될 수 있다.

전자 제어 장치는 이러한 발전 부하 강도 조정을 위해 일반적으로 사용되는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식의 신호를 전송한다. 예를 들어, 오르막 도로를 주행하는 경우, 얼터네이터의 발전량을 줄이기 위해 듀티비 값을 줄여서 발전 제어 시스템에 전송하며, 내리막 도로를 주행하는 경우, 발전량을 높일 수 있기 때문에 듀티비 값을 늘려서 발전 제어 시스템에 전송하여, 최종적으로 발전량을 결정하게 된다.

이 후 발전 제어 시스템의 얼터네이터로부터 발전된 전력을 고르게 평탄화 하기 위해, 레귤레이터를 통해 배터리 쪽으로 전력이 공급되고, 최종적으로 배터리가 충전되게 된다.

한편, 본 발명에서 도로의 경사를 측정하기 위해 중력센서뿐만이 아니라 자이로스코프 센서를 이용할 수 있다. 자이로스코프 센서는 각속도를 검출하는 센서로 각속도는 회전 속도이다. 본 자이로스코프 센서를 이용하여 차량의 전후, 좌우, 위아래로 회전시킬 때 이 회전속도를 측정할 수 있다. 물론 차량이 위아래로 회전되는 경우는 극히 드물다. 다시 말해, 차량이 회전하더라도 자이로스코프 기준은 계속 수평을 유지하여 이에 대한 X, Y, Z 축 마다의 각 차이를 측정할 수 있다. 본 명세서상에 자이로스코프와 관련하여 회전속도를 측정할 수 있다는 의미는 회전속도 분석을 통해 차량이 놓인 위치의 도로의 경사도를 측정할 수 있다는 뜻을 의미한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

210: G-센서
220: ECU
230: AMS
240: 레귤레이터
250: 배터리

Claims (10)

1. 센서를 통해 차량이 위치한 도로의 경사를 측정하는 제1단계;
   상기 측정된 경사 정보를 전자제어장치(Electronic Control Unit)에 전송하는 제2단계;
   상기 전자제어장치는 상기 경사 정보를 이용하여 발전 제어 시스템(Alternator Management System)의 얼터네이터의 발전 부하 강도를 연산하여 결정하는 제3단계;
   상기 전자 제어 장치가 발전 제어 시스템에 상기 발전 부하 강도에 대한 신호를 전송하는 제4단계;
   상기 발전 제어 시스템이 상기 얼터네이터의 발전 부하 강도 신호에 따라 얼터네이터의 발전 부하 강도를 조정하는 제5단계; 및
   상기 얼터네이터가 발전 부하 강도에 따라 전력을 발전하는 제6단계
   를 포함하며,
   상기 제3단계는 상기 제1단계에서 측정된 도로의 경사에 따라, 전자제어장치는 얼터네이터의 발전 부하 강도를 동일한 방향으로 높이거나 혹은 동일한 방향으로 낮추는 연산을 하고,
   상기 도로가 차량의 주행방향에 대해 오르막이며, 상기 도로의 오르막 경사가 점진적으로 급해지는 경우, 얼터네이터의 발전 부하 강도를 기설정된 부하강도를 기준으로 점진적으로 낮추고,
   상기 도로가 차량의 주행방향에 대해 내리막이며, 상기 도로의 내리막 경사가 점진적으로 급해지는 경우, 얼터네이터의 발전 부하 강도를 기설정된 부하강도를 기준으로 점진적으로 높이는 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 발전기 제어방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   얼터네이터의 발전 부하 강도를 점진적으로 낮추기 위해 전자제어장치에서 발전 제어 시스템으로 전달되는 듀티비 값을 기설정된 듀비티 값을 기준으로 점진적으로 줄이고,
   얼터네이터의 발전 부하 강도를 점진적으로 높이기 위해 전자제어장치에서 발전 제어 시스템으로 전달되는 상기 듀티비 값을 기준으로 점진적으로 높이는 것을 특징으로 하는 차량 발전기 제어방법
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1단계의 센서는 중력센서(Gravity sensor) 또는 자이로스코프 센서(gyroscope sensor) 중 하나인 것을 특징으로 하는 차량 발전기 제어방법.
   
6. 차량이 위치한 도로의 경사를 상기 차량의 주행 방향에 따라 측정하는 센서,
   상기 센서로부터 차량이 위치한 도로의 경사 정보를 전송받아 얼터네이터의 발전 부하 강도를 연산하고, 상기 발전 부하 강도 신호를 발전 제어 시스템에 전송하는 전자 제어 장치 및
   상기 전자 제어 장치로부터 얼터네이터의 발전 부하 강도 신호를 전송받아 발전 부하 강도 신호에 따라 얼터네이터의 발전량을 조정하기 위해 얼터네이터의 발전 부하 강도를 조정하는 발전 제어 시스템으로 이루어지며,
   상기 전자 제어 장치는 얼터네이터의 발전 부하 강도를 동일한 방향으로 높이거나 혹은 동일한 방향으로 낮추는 연산을 하고,
   상기 도로가 차량의 주행방향에 대해 오르막이며, 상기 도로의 오르막 경사가 점진적으로 급해지는 경우, 얼터네이터의 발전 부하 강도를 기설정된 부하강도를 기준으로 점진적으로 낮추고,
   상기 도로가 차량의 주행방향에 대해 내리막이며, 상기 도로의 내리막 경사가 점진적으로 급해지는 경우, 얼터네이터의 발전 부하 강도를 기설정된 부하강도를 기준으로 점진적으로 높이는 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 발전기 제어 시스템.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 제6항에 있어서,
   상기 전자 제어 장치는 얼터네이터의 발전 부하 강도를 점진적으로 낮추기 위해 전자제어장치에서 발전 제어 시스템으로 전달되는 듀티비 값을 기설정된 듀비티 값을 기준으로 점진적으로 줄이고,
   얼터네이터의 발전 부하 강도를 점진적으로 높이기 위해 전자제어장치에서 발전 제어 시스템으로 전달되는 상기 듀티비 값을 기준으로 점진적으로 높여서 전송하는 것을 특징으로 하는 차량 발전기 제어 시스템.
   
10. 제6항에 있어서,
    상기 센서는 중력센서(Gravity sensor) 또는 자이로스코프 센서(gyroscope sensor) 중 하나인 것을 특징으로 하는 차량 발전기 제어 시스템.

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