KR102160633B1 - G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치 및 방법 - Google Patents

G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

회생제동 모드에서 G센서로부터 획득한 차량의 롤(Roll) 및 피치(Pitch) 각도에 따라 회생제동량을 가변하여 최적의 회생제동량 조절이 가능하도록 한 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 차량의 경사도를 검출하는 G센서, 차량의 속도를 출력하는 클러스터, 회생제동 스텝(Step)을 결정하는 주행모드 스위치 및 주행모드 스위치에 의해 회생제동 가변제어가 설정되면, 상기 클러스터에서 출력되는 차량 속도 값으로 주행 유무를 판단하고, 주행 시 상기 G 센서의 경사도 검출 값으로 도로상태를 판단하며, 판단한 도로상태에 따라 견인 모터 제어기에 전달하는 회생제동량을 가변하여 최적으로 회생제동량을 조절하는 회생제동 제어부를 포함하여, G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치를 구현한다.

Description

G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치 및 방법{Apparatus and method for controlling regenerative braking of electric vehicle using G sensor}
본 발명은 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회생제동 모드에서 G센서로부터 획득한 차량의 롤(Roll) 및 피치(Pitch) 각도에 따라 회생제동량을 가변하여 최적의 회생제동량 조절이 가능하도록 한 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차는 내연기관과는 달리 축전지(battery)에 저장된 전기에너지로 구동모터를 구동하고, 이를 동력전달장치를 통해 바퀴를 회전시켜 주행하는 무공해 자동차로서, 석유자원의 고갈과 함께 심각한 환경오염 문제가 우리 인류 모두의 문제로 등장하면서 저공해 무공해 자동차의 개발이 요구되고 있다.
이러한 전기 자동차에서 구동모터를 정지시킬 시(특히, 브레이크 페달을 가압할 시)에는, 구동모터의 진행방향으로 인가하던 토크를 차단하고, 관성에 의해 회전하는 구동모터의 진행방향에 대한 역으로 회전하게끔 토크를 인가함으로써 구동모터에 의한 차량제동이 가능하도록 되어 있다.
즉, 전기 자동차가 진행 중에 브레이크 페달을 밟게 되면 구동모터에 공급되는 전원을 차단하고, 차량의 진행 관성력에 의해 회전하는 구동모터의 전원인가 단자에서 역으로 발생하는 역기전력을 다시 구동모터에 인가하여 진행방향에 대해 구동모터가 역으로 회전하게끔 함으로써 제동력이 발생하는 데, 이러한 제동력 발생을 "회생제동"이라 한다.
통상의 전기 자동차에서 회생제동 방식은 감속페달의 단순 온(on)/오프(off) 신호를 이용하며, 감속페달을 밟는 그 순간의 차량속도 또는 구동모터의 회전수를 판별하여 미리 설정된 모터의 토크 및 회전수 특성 곡선을 이용하여 구동모터의 회생제동량을 결정하는 방법을 이용하거나, 또는 유압제동기의 제동량과 구동모터의 회생제동량을 동시에 결정하는 제어방법을 이용한다. 즉, 회생제동량을 설정하는 모드가 있으며, 각 회생제동량은 모드별로 고정되어 있다.
전기 자동차에서 회생제동에 대해 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 3> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 차량에 설치된 센서를 이용하여 승객 탑승 여부 또는 탑승 인원을 감지하고, 상기 승객 탑승 여부 또는 탑승 인원에 따라 추가 회생제동 가능량을 연산하여 차량의 회생제동 허용량에 더하여 줌으로써, 전기 모터를 동력원으로 사용하는 차량 등의 회생 제동량을 증대시키는 회생 제동량 가변 방법 및 시스템을 제공한다.
또한, <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 차속, 가속 페달의 위치 값, 브레이크 페달의 위치 값을 기초로 제동 조건이 만족하는지 판단하는 단계, 제동 조건이 만족한 상태에서 변속 조건이 만족하는지 판단하는 단계, 변속 조건이 만족되면, 인버터를 제어하여 구동 모터의 토크를 설정된 값으로 증가시켜 유지시키는 단계, 구동 모터의 토크가 설정된 값이 되면, 제1 유압 액추에이터를 제어하여 해방 요소의 해방을 개시하고 결합요소의 결합을 개시하는 단계, 총 제동량에 대응하는 총 제동 토크 및 구동 모터의 토크가 설정된 값으로 유지됨에 따라 없어지는 코스트 리젠 토크의 합에 대응하는 마찰 제동 토크를 계산하고, 휠 실린더가 마찰 제동 토크를 발생시키도록 제2 유압 액추에이터를 제어하는 단계, 구동 모터의 속도가 목표 변속단에 대응하는 속도에 동기화되면, 인버터를 제어하여 구동 모터의 토크를 회생제동 허용량에 대응하는 회생제동 토크를 발생시키도록 감소시키는 단계를 포함하여, 구동 모터를 구비한 차량의 제어방법을 구현한다.
또한, <특허문헌 3> 에 개시된 종래기술은 브레이크 제어기가 운전자의 제동입력에 따른 총 제동량을 연산하고, 상기 브레이크 제어기가 차량 속도에 근거하여 회생제동 가능량을 연산하여 차량 제어기로 전송하는 단계, 차량 제어기가 회생제동 가능량을 토대로 회생제동 수행량을 연산하는 단계, 차량 제어기가 총 제동량과 상기 회생제동 수행량을 이용하여 유압제동량을 연산하는 단계, 차량 제어기가 유압제동량 및 온도 변화에 따른 브레이크 패드와 디스크의 마찰계수 변동량에 근거하여 마찰제동 보상량을 연산하는 단계, 차량 제어기가 마찰제동 보상량에 근거하여 회생제동 수행량 및 회생제동량 중 어느 하나 이상을 보정하여 마찰 제동을 보상하는 단계 및 브레이크 제어기가 마찰제동 보상에 따라 마찰제동을 수행하는 단계를 포함한다. 이러한 구성을 통해, 회생제동을 이용하여 마찰제동량의 오차를 보상하는 차량의 제동 제어 장치 및 방법을 제공한다.
대한민국 공개특허 10-2016-0026430(2016.03.09. 공개)(회생 제동량 가변 방법 및 시스템) 대한민국 등록특허 10-1776721(2017.09.04. 등록)(구동 모터를 구비한 차량의 제어방법 및 장치) 대한민국 등록특허 10-1905959(2018.10.01. 등록)(차량의 제동 제어장치 및 방법)
그러나 상기와 같은 일반적인 전기차의 회생제동 방법은 회생제동량을 설정하는 모드가 있으며, 각 회생제동량은 모드 별로 고정되어 있어, 차량이 주행하고 있는 도로환경(경사도)에 상관없이 동일한 회생제동량을 적용함으로써, 전기차의 속도가 회생제동에 따라 오르막길에서는 줄고, 내리막길에서는 속도가 과다하게 줄어드는 문제점을 유발하였다.
또한, <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 3> 에 언급한 종래기술들도 전기 자동차에서 회생제동량의 가변은 가능하나, 도로환경(경사도)을 기반으로 회생제동량을 최적으로 제어하는 것은 불가능한 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 전기차의 회생제동량 제어방법 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 회생제동 모드에서 G센서로부터 획득한 차량의 롤(Roll) 및 피치(Pitch) 각도에 따라 회생제동량을 가변하여 최적의 회생제동량 조절이 가능하도록 한 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치"는, 차량의 경사도를 검출하는 G 센서; 차량의 속도를 출력하는 클러스터; 회생제동 스텝(Step)을 결정하는 주행모드 스위치; 상기 주행모드 스위치에 의해 회생제동 가변제어가 설정되면, 상기 클러스터에서 출력되는 차량 속도 값으로 주행 유무를 판단하고, 주행 시 상기 G 센서의 경사도 검출 값으로 도로상태를 판단하며, 판단한 도로상태에 따라 견인 모터 제어기에 전달하는 회생제동량을 가변하여 최적으로 회생제동량을 조절하는 회생제동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 G 센서는 롤(Roll) 각도 및 피치(Pitch) 각도를 경사도 값으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 회생제동 제어부는 판단한 도로상태가 업 구간(오르막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 감소시키며, 판단한 도로상태가 다운 구간(내리막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 증가시키며, 판단한 도로상태가 회전 구간이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 증가시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어방법"은, (a) 회생제동량을 제어하는 회생제동 제어부에서 주행모드 스위치에 의해 회생제동 가변제어가 설정되면, 클러스터에서 출력되는 차량 속도 값으로 주행 유무를 판단하고, 주행 시 G 센서의 경사도 검출 값으로 도로상태를 판단하는 단계; (b) 상기 회생제동 제어부에서 판단한 도로상태에 따라 견인 모터 제어기에 전달하는 회생제동량을 가변하여 최적으로 회생제동량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (b)단계는 (b1) 판단한 도로상태가 평지이면 미리 설정된 기준 회생제동량으로 회생제동량을 제어하는 단계; (b2) 판단한 도로상태가 회전 구간이면 회생제동량을 상기 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량(ΔT)만큼 증가시키는 단계; (b3) 상기 판단한 도로상태가 업 구간(오르막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 감소시키는 단계; (b4) 상기 판단한 도로상태가 다운 구간(내리막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 회생제동 모드에서 G센서로부터 획득한 차량의 롤(Roll) 및 피치(Pitch) 각도에 따라 회생제동량을 가변함으로써, 도로환경에 따라 최적의 회생제동량 조절을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기와 같이 도로환경에 따라 회생제동량을 최적으로 가변 제어함으로써, 전기차의 속도가 회생제동에 따라 오르막길에서는 줄어들고 내리막길에서는 속도가 과다하게 줄어드는 문제도 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치의 블록 구성도,
도 2는 본 발명에서 G 센서의 도로환경에 따른 롤 각도 및 피치 각도 설명 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어방법을 보인 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치의 구성도로서, 차량(전기 자동차, 도 2의 1)의 경사도를 검출하는 G 센서(10), 차량의 속도를 출력하는 클러스터(Cluster)(20), 회생제동 스텝(Step)을 결정하는 주행모드 스위치(30)를 포함한다. 여기서 주행모드 스위치(30)를 통해 회생제동 가변 유무를 결정할 수 있으며, 운전자가 회생제동 레벨을 임의로 조절할 수 있다. 상기 G센서(10)는 롤(Roll) 각도 및 피치(Pitch) 각도를 경사도 값으로 출력한다.
또한, 본 발명에 따른 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치는 상기 주행모드 스위치(30)에 의해 회생제동 가변제어가 설정되면, 상기 클러스터(20)에서 출력되는 차량 속도 값으로 주행 유무를 판단하고, 주행 시 상기 G 센서(10)의 경사도 검출 값으로 도로상태를 판단하며, 판단한 도로상태에 따라 견인 모터 제어기(50)에 전달하는 회생제동량을 가변하여 최적으로 회생제동량을 조절하는 회생제동 제어부(40)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량에 시동이 걸리면, G센서는 차량의 경사도를 검출하여 상기 회생제동 제어부(40)에 전달하고, 클러스터(20)는 차량 속도를 검출하여 상기 회생제동 제어부(40)에 전달하며, 주행모드 스위치(30)는 사용자의 조작에 따라 주행 모드(회생제동량 모드)를 상기 회생제동 제어부(40)에 전달한다.
여기서 G 센서(10)는 도 2에 도시한 바와 같이, 도로환경에 따른 롤(Roll) 각도와 피치(Pitch) 각도를 차량의 경사도 값으로 회생제동 제어부(40)에 전달한다.
상기 회생제동 제어부(40)는 상기 주행모드 스위치(30)를 통해 회생제동 가변제어와 레벨이 설정되면, 클러스터(20)에서 출력되는 차량 속도 값으로 주행 유무를 판단한다. 주행 유무를 판단한 결과, 차량이 운행되고 있는 것으로 판단되면, 상기 G 센서(10)의 경사도 검출 값으로 도로상태를 판단한다. 여기서 롤 각도로 회전 상태 유무를 판단할 수 있으며, 피치 각도로 오르막길이나 내리막길을 판단할 수 있다.
이어, 판단한 도로상태에 따라 견인 모터 제어기(50)에 전달하는 회생제동량을 가변하여, 견인모터(60)의 회생제동을 제어한다.
예컨대, 상기 롤 및 피치 각도를 통해 판단한 도로상태가 평지이면 미리 설정된 기준 회생제동량(T)으로 회생제동량(Regen)을 제어한다. 아울러 상기 판단한 도로상태가 회전 구간이면 회생제동량을 상기 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량(ΔT)만큼 증가시킨다(Regen = T + ΔT). 또한, 상기 판단한 도로상태가 업(Up) 구간(오르막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 감소시킨다((Regen = T - ΔT). 아울러 상기 판단한 도로상태가 다운(Down) 구간(내리막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 증가시킨다(Regen = T + ΔT).
이와 같이 본 발명은 회생제동 모드에서 G센서로부터 획득한 차량의 롤(Roll) 및 피치(Pitch) 각도에 따라 회생제동량을 가변함으로써, 전기차의 속도가 회생제동에 따라 오르막길에서는 줄어들고 내리막길에서는 속도가 과다하게 줄어드는 문제를 개선할 수 있게 되는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어방법을 보인 흐름도로서, (a) 회생제동량을 제어하는 회생제동 제어부(40)에서 주행모드 스위치(30)에 의해 회생제동 가변제어가 설정되면, 클러스터(20)에서 출력되는 차량 속도 값으로 주행 유무를 판단하고, 주행 시 G 센서(10)의 경사도 검출 값으로 도로상태를 판단하는 단계(S11 - S13, S15), (b) 상기 회생제동 제어부(40)에서 판단한 도로상태에 따라 견인 모터 제어기(50)에 전달하는 회생제동량을 가변하여 최적으로 회생제동량을 조절하는 단계(S14, S16 - S18)를 포함한다.
상기 (b)단계는 (b1) 판단한 도로상태가 평지이면 미리 설정된 기준 회생제동량으로 회생제동량을 제어하는 단계(S18), (b2) 판단한 도로상태가 회전 구간이면 회생제동량을 상기 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량(ΔT)만큼 증가시키는 단계(S14), (b3) 상기 판단한 도로상태가 업 구간(오르막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 감소시키는 단계(S16), (b4) 상기 판단한 도로상태가 다운 구간(내리막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 증가시키는 단계(S17)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 단계 S11에서 차량에 시동이 걸리면, G 센서(10)는 차량의 경사도를 검출하여 상기 회생제동 제어부(40)에 전달하고, 클러스터(20)는 차량 속도를 검출하여 상기 회생제동 제어부(40)에 전달하며, 주행모드 스위치(30)는 사용자의 조작에 따라 주행 모드(회생제동량 모드)를 상기 회생제동 제어부(40)에 전달한다.
상기 회생제동 제어부(40)는 단계 S12에서 상기 주행모드 스위치(30)를 통해 회생제동 가변제어와 레벨이 설정되면, 클러스터(20)에서 출력되는 차량 속도 값으로 주행 유무를 판단한다. 주행 유무를 판단한 결과, 차량이 운행되고 있는 것으로 판단되면, 단계 S13 및 S15에서 상기 G 센서(10)의 경사도 검출 값으로 도로상태를 판단한다. 여기서 롤 각도로 회전 상태 유무를 판단할 수 있으며, 피치 각도로 오르막길이나 내리막길을 판단할 수 있다.
이어, 판단한 도로상태에 따라 견인 모터 제어기(50)에 전달하는 회생제동량을 가변하여, 견인모터(60)의 회생제동을 제어한다.
예컨대, 상기 롤 및 피치 각도를 통해 판단한 도로상태가 평지이면 단계 S18로 이동하여 미리 설정된 기준 회생제동량(T)으로 회생제동량(Regen)을 제어한다. 아울러 상기 판단한 도로상태가 회전 구간이면 단계 S14로 이동하여 회생제동량을 상기 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량(ΔT)만큼 증가시킨다(Regen = T + ΔT). 또한, 상기 판단한 도로상태가 업(Up) 구간(오르막길)이면 단계 S16으로 이동하여 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 감소시킨다((Regen = T - ΔT). 아울러 상기 판단한 도로상태가 다운(Down) 구간(내리막길)이면 단계 S17로 이동하여 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 증가시킨다(Regen = T + ΔT).
이와 같이 본 발명은 회생제동 모드에서 G센서로부터 획득한 차량의 롤(Roll) 및 피치(Pitch) 각도에 따라 회생제동량을 가변함으로써, 전기차의 속도가 회생제동에 따라 오르막길에서는 줄어들고 내리막길에서는 속도가 과다하게 줄어드는 문제를 개선할 수 있게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
10: G 센서 20: 클러스터
30: 주행모드 스위치 40: 회생제동 제어부
50: 견인모터 제어기 60: 견인 모터

Claims (5)

  1. 전기 자동차에서 도로환경(경사도)에 따라 회생제동량을 조절하기 위한 장치로서,
    차량의 경사도를 검출하는 G센서;
    차량의 속도를 출력하는 클러스터;
    회생제동 스텝(Step)을 결정하는 주행모드 스위치; 및
    상기 주행모드 스위치에 의해 회생제동 가변제어가 설정되면, 상기 클러스터에서 출력되는 차량 속도 값으로 주행 유무를 판단하고, 주행 시 상기 G 센서의 경사도 검출 값으로 도로상태를 판단하며, 판단한 도로상태에 따라 견인 모터 제어기에 전달하는 회생제동량을 가변하여 회생제동량을 조절하는 회생제동 제어부를 포함하고,
    상기 G센서는 롤(Roll) 각도 및 피치(Pitch) 각도를 경사도 값으로 출력하며,
    상기 회생제동 제어부는 상기 롤 각도로 회전 상태 유무를 판단하며, 상기 피치 각도로 오르막길이나 내리막길을 판단하며,
    상기 회생제동 제어부는 상기 롤 및 피치 각도를 통해 판단한 도로상태가 평지이면 미리 설정된 기준 회생제동량(T)으로 회생제동량(Regen)을 제어하고, 상기 판단한 도로상태가 회전 구간이면 회생제동량을 상기 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량(ΔT)만큼 증가시켜(Regen = T + ΔT) 회생제동량을 제어하며, 상기 판단한 도로상태가 업(Up) 구간(오르막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 감소시켜(Regen = T - ΔT) 회생제동량을 제어하며, 상기 판단한 도로상태가 다운(Down) 구간(내리막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 증가시켜(Regen = T + ΔT) 회생제동량을 제어하는 것을 특징으로 하는 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 전기 자동차에서 도로환경(경사도)에 따라 회생제동량을 조절하기 위한 방법으로서,
    (a) 회생제동량을 제어하는 회생제동 제어부에서 주행모드 스위치에 의해 회생제동 가변제어가 설정되면, 클러스터에서 출력되는 차량 속도 값으로 주행 유무를 판단하고, 주행 시 G센서의 경사도 검출 값으로 도로상태를 판단하는 단계; 및
    (b) 상기 회생제동 제어부에서 판단한 도로상태에 따라 견인 모터 제어기에 전달하는 회생제동량을 가변하여 회생제동량을 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 (a)단계는 상기 G센서의 경사도 검출 값 중 롤 각도로 회전 상태 유무를 판단하며, 경사도 검출 값 중 피치 각도로 오르막길이나 내리막길을 판단하며,
    상기 (b)단계는 (b1) 판단한 도로상태가 평지이면 미리 설정된 기준 회생제동량으로 회생제동량을 제어하는 단계; (b2) 판단한 도로상태가 회전 구간이면 회생제동량을 상기 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량(ΔT)만큼 증가시키는 단계; (b3) 상기 판단한 도로상태가 업 구간(오르막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 감소시키는 단계; (b4) 상기 판단한 도로상태가 다운 구간(내리막길)이면 회생제동량을 기준 회생제동량 대비 미리 설정된 일정량만큼 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 G센서를 이용한 전기 자동차의 회생제동량 제어방법.








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