KR20110118215A - 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치에 관한 것으로, 가속페달의 조작상태 및 차량의 주행상태에 따라 운전자에게 답력상승모드 또는 진동모드를 제공할 수 있게 됨으로써 연비향상을 도모할 수 있도록 함은 물론 더 나아가 안전운행에 도움을 줄 수 있게 되고, 자기장을 이용하여 페달암(13)에 반발답력을 제공하는 구성이기 때문에 동력 전달시 손실율이 크지 않으며 이로 인해 보다 정확한 작동이 가능하게 됨으로써 품질 향상을 도모할 수 있게 되며, 작동 소음이 거의 발생하지 않음과 더불어 구조의 단순화를 도모할 수 있게 됨으로써 콤팩트(compact)화가 가능하게 된다.
이를 달성하기 위한 본 발명의 엑츄에이터 장치는, 페달암하우징에 고정 설치된 엑츄에이터하우징과, 상기 엑츄에이터하우징속에 고정 설치되면서 ECU의 제어에 따른 전류를 인가받아서 전자석화 되는 고정자와, 일단은 상기 고정자속에 위치하고 타단은 상기 엑츄에이터하우징을 관통하여 페달암을 향하도록 설치됨과 더불어 상기 고정자에 전류인가 시 상기 고정자로부터 돌출되는 이동을 하여서 상기 페달암에 답력을 가하는 이송자와, 상기 ECU의 제어를 통해 상기 고정자로 인가되는 전류량을 결정할 수 있도록 상기 엑츄에이터하우징에 고정 설치되어서 상기 페달암의 회전량을 검출하는 위치센서를 포함하여 구성된다.

Description

능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치{Actuator apparatus of active accelerator pedal}
본 발명은 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치에 관한 기술이다.
일반적으로, 차량에 구비된 능동형 가속페달은 답력상승모드와 진동모드 등을 구현할 수 있는 구성을 갖추고 있는 바, 상기 답력상승모드 및 진동모드는 차량에 구비된 모드 선택버튼으로 제어모드를 선택할 수 있도록 되어 있다.
차량의 연비를 나쁘게 하는 가속페달의 빈번한 조작 또는 급격한 조작 그리고 차량의 주행상태(차선이탈, 위험한 차간거리, 위험한 곡선주행 등)에 따라 제어모드가 작동되는 바, 이러한 제어모드는 운전자의 선택에 따라 답력상승모드 및 진동모드로 선택할 수 있으며, 이러한 기능을 통해 운전자는 안전운행을 도모할 수 있게 된다.
상기와 같은 답력상승모드, 진동모드 등을 구현하기 위해서는 엑츄에이터를 구비하고 있어야 하는 바, 종래의 엑츄에이터는 도 1에 도시된 바와 같이 PMDC 모터(1), 감속기어(2), 회전샤프트(3), 웜휠(4) 등을 구비한 구성으로, ECU(5; 전자제어유니트)의 제어신호에 의해 모터(1)가 회전하면, 상기 모터(1)의 회전력이 감속기어(2)와 회전샤프트(3)를 통해 웜휠(4)로 전달되고, 상기 웜휠(4)의 회전이 페달암(7)에 전달되어 상기 페달암(6)이 운전자쪽으로 회전됨으로 인해, 페달(7)을 밟고 있는 운전자는 답력상승모드 또는 진동모드에 해당하는 답력을 느낄 수 있도록 된 것이었다.
하지만, 상기와 같은 능동형 가속페달의 종래 엑츄에이터는 다단의 감속기어(2)와 회전샤프트(3) 및 웜휠(3) 등 기어기구를 통해 동력을 전달하는 구조이기 때문에 동력 전달시 손실율이 크며, 이럴 경우 품질문제를 유발할 수 있는 단점이 있었다.
또한, 상기와 같은 종래의 엑츄에이터는 작동소음이 심한 단점도 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 동력전달의 손실로 인한 품질문제 발생을 없앨 수 있도록 함으로써 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하고, 더 나아가 작동소음도 없앨 수 있도록 함은 물론 구조의 단순화를 도모하여 콤팩트화를 가능하게 하는 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치는, 페달암하우징에 고정 설치된 엑츄에이터하우징과; 상기 엑츄에이터하우징속에 고정 설치되면서 ECU의 제어에 따른 전류를 인가받아서 전자석화 되는 고정자와; 일단은 상기 고정자속에 위치하고 타단은 상기 엑츄에이터하우징을 관통하여 페달암을 향하도록 설치됨과 더불어 상기 고정자에 전류인가 시 상기 고정자로부터 돌출되는 이동을 하여서 상기 페달암에 답력을 가하는 이송자와; 상기 ECU의 제어를 통해 상기 고정자로 인가되는 전류량을 결정할 수 있도록 상기 엑츄에이터하우징에 고정 설치되어서 상기 페달암의 회전량을 검출하는 위치센서를 포함하여 구성된다.
상기 고정자는 상기 엑츄에이터하우징에 분리 가능하도록 결합되어 설치되는 고정자 코어와; 상기 고정자 코어에 권선되어서 상기 ECU의 제어에 따라 전류를 인가받는 코일로 구성된다.
상기 이송자는 부싱을 매개로 상기 엑츄에이터하우징을 관통하면서 상기 엑츄에이터하우징에 대해 이동 가능하도록 설치되는 샤프트와; 상기 코일속에 위치하는 상기 샤프트의 일단에 일체로 구비된 이송자 코어와; 상기 이송자 코어에 N극과 S극이 순차적으로 교대로 배치되게 결합된 영구자석으로 구성된다.
그리고, 본 발명에 따른 엑츄에이터 장치는 상기 엑츄에이터하우징으로부터 돌출된 상기 샤프트와 접촉하도록 상기 페달암하우징에 설치되어서 상기 고정자에 전류가 인가되지 않을 때 상기 샤프트의 자유로운 이동을 억제하는 샤프트고정장치를 더 포함하여 구성된다.
상기 샤프트고정장치는 상기 엑츄에이터하우징으로부터 돌출된 상기 샤프트의 일측에서 상기 페달암하우징에 고정 설치된 고정케이스와; 상기 고정케이스의 가이드통로를 따라 이동 가능하도록 설치되면서 상기 고정케이스로부터 돌출된 선단이 상기 샤프트와 접촉하도록 설치된 고정핀부재와; 상기 고정케이스와 상기 고정핀부재에 양단이 지지되도록 설치되어서 상기 고정핀부재의 선단이 상기 샤프트와 항시 접촉할 수 있도록 상기 고정핀부재에 탄성력을 제공하는 스프링부재로 구성된다.
그리고, 상기 엑츄에이터하우징으로부터 돌출된 상기 샤프트의 외주면에는 상기 고정자에 전류가 인가되지 않을 때 상기 고정핀부재의 선단이 삽입되는 핀삽입홈이 반원의 단면모양을 갖추고서 원주방향을 따라 일체로 형성된다.
본 발명에 의한 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치는, 가속페달의 조작상태 및 차량의 주행상태에 따라 운전자에게 답력상승모드 또는 진동모드를 제공할 수 있게 됨으로써 연비향상을 도모할 수 있도록 함은 물론 더 나아가 안전운행에 도움을 줄 수 있게 되고, 자기장을 이용하여 페달암에 반발답력을 제공하는 구성이기 때문에 동력 전달시 손실율이 크지 않으며 이로 인해 보다 정확한 작동이 가능하게 됨으로써 품질 향상을 도모할 수 있게 되며, 작동 소음이 거의 발생하지 않음과 더불어 구조의 단순화를 도모할 수 있게 됨으로써 콤팩트화가 가능한 효과가 있다.
도 1은 능동형 가속페달의 종래 엑츄에이터 장치를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 엑츄에이터 장치가 구비된 능동형 가속페달의 도면,
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 엑츄에이터 장치의 결합상태 사시도와 평면도 및 분해 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 샤프트고정장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 능동형 가속페달은 도 2에 도시된 바와 같이 펜던트 타입(pendant type)을 일례로서 도시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 오르간 타입(organ type)을 사용할 수도 있다.
상기 펜던트 타입 능동형 가속페달은 운전석 하부의 대시패널에 고정 설치되는 페달암하우징(11)과, 상기 페달암하우징(11)에 힌지축(12)을 매개로 회전 가능하게 결합된 페달암(13)과, 상기 페달암(13)의 끝에 회전 가능하게 힌지 결합된 페달(14)을 포함하여 구성된다.
상기 페달암하우징(11)에는 슬라이더(15)의 상단이 차체의 전후방향으로 이동 가능하게 결합되고, 상기 슬라이더(15)의 하단에는 상기 페달(14)의 하단이 회전 가능한 구조를 갖도록 힌지 결합되어 설치된다.
그리고, 운전석 하부의 플로워 패널에는 가이드블록(16)이 고정 설치되며, 상기 가이드블록(16)에는 상기 슬라이더(15)의 하단이 차체의 전후방향으로 이동 가능하게 결합되어 설치된다.
또한, 상기 가속페달은 상기 페달암하우징(11)속에 위치하는 상기 페달암(13)에 스프링시트(17)가 마련되고, 상기 스프링시트(17)에는 페달암스프링(18)의 하단이 설치되며, 상기 페달암스프링(18)의 상단은 상기 페달암하우징(11)에 지지 설치된 구조로, 상기 페달암(13)의 회전복귀는 상기 페달암스프링(18)의 복원에 의해 이루어지게 된다.
상기와 같은 펜던트 타입 능동형 가속페달의 구조는 본 출원인이 출원한 특허출원번호 10-2009-0119574호에 이미 자세히 기재한 바 있기에 본 명세서에서는 이에 대한 설명을 생락한다.
상기 펜던트 타입 능동형 가속페달은 운전자의 조작감 향상과 피로감을 줄일 수 있으면서 연료 소비율의 향상을 통해 연비를 절감시킬 수 있는 전자식을 채택한 구성이며, 이를 위해 상기 페달암하우징(11)에는 센서(19)가 고정 설치되고, 상기 센서(19)는 센서레버(미도시)를 통해 상기 페달암하우징(11)속에 위치하는 상기 페달암(13)과 연결된 구조를 갖게 된다.
이에 따라, 운전자가 페달(14)을 밟아 페달암(13)을 회전시키게 되면, 센서(19)는 페달암(13)과 결합된 센서레버의 회전동작에 따른 출력값의 변화를 검출하여 트로틀 제어유니트로 전기신호를 보내게 되며, 상기 트로틀 제어유니트는 제어신호를 보내 액추에이터를 구동시켜 스로틀 밸브를 개폐시킴으로써 연소량을 조절하게 된다.
상기 전자식 가속페달에 대한 자세한 설명은 본 출원인이 출원한 특허출원번호 10-2010-0011773호 등에 이미 자세히 기재한 바 있기에 본 명세서에서는 이에 대한 설명을 생락한다.
한편, 본 발명에 따른 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치(30)는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 페달암하우징(11)에 고정 설치된 엑츄에이터하우징(31)과, 상기 엑츄에이터하우징(31)속에 고정 설치되면서 ECU(32;전자제어유니트)의 제어에 따른 전류를 인가받아서 전자석화 되는 고정자(33)와, 일단은 상기 고정자(33)속에 위치하고 타단은 상기 엑츄에이터하우징(31)을 관통하여 상기 페달암(13)을 향하도록 설치됨과 더불어 상기 고정자(33)에 전류인가 시 상기 고정자(33)로부터 돌출되는 이동을 하여서 상기 페달암(13)에 답력을 가하는 이송자(34)와, 상기 ECU(32)의 제어를 통해 상기 고정자(33)로 인가되는 전류량을 결정할 수 있도록 상기 엑츄에이터하우징(31)에 고정 설치되어서 상기 페달암(13)의 회전량을 검출하는 위치센서(35)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 엑츄에이터하우징(31)는 상하단으로 분리 가능한 분리형으로 구성된다.
상기 ECU(32)는 연비를 나쁘게 하는 가속페달의 빈번한 조작 또는 급격한 조작, 차량의 주행상태(차선이탈, 위험한 차간거리, 위험한 곡선주행 등)에 따른 신호를 각종 센서를 통해 전달받아서 상기 고정자(33)로 전류의 인가 유무를 판단하게 되며, 또한 상기 위치센서(35)로부터 검출된 신호를 전달받아서 상기 고정자(33)로 인가되는 전류량을 결정하게 된다.
상기 위치센서(35)는 홀소자를 구비한 홀센서이다.
그리고, 상기 고정자(33)는 상기 엑츄에이터하우징(31)에 분리 가능하도록 결합되어 설치되는 고정자 코어(33a)와, 상기 고정자 코어(33a)에 권선되어서 상기 ECU(32)의 제어에 따라 전류를 인가받는 코일(33b)로 구성된다.
상기 고정자 코어(33a)에는 상기 코일(33b)이 권선 가능하도록 홈이 구비된다.
상기 이송자(34)는 부싱(36)을 매개로 상기 엑츄에이터하우징(31)을 관통하면서 상기 엑츄에이터하우징(31)에 대해 이동 가능하도록 설치되는 샤프트(34a)와, 상기 코일(33b)속에 위치하는 상기 샤프트(34a)의 일단에 일체로 구비된 이송자 코어(34b)와, 상기 이송자 코어(34b)에 N극과 S극이 순차적으로 교대로 배치되게 결합된 영구자석(34c)으로 구성된다.
한편, 본 발명에 따른 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치(30)는 상기 엑츄에이터하우징(31)으로부터 돌출된 상기 샤프트(34a)와 접촉하도록 상기 페달암하우징(11)에 설치되어서 상기 고정자(33)에 전류가 인가되지 않을 때 상기 샤프트(34a)의 자유로운 이동을 억제하는 샤프트고정장치(37)를 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 샤프트고정장치(37)는 상기 엑츄에이터하우징(31)으로부터 돌출된 상기 샤프트(34a)의 일측에서 상기 페달암하우징(11)에 고정 설치된 고정케이스(37a)와, 상기 고정케이스(37a)의 가이드통로(37b)를 따라 이동 가능하도록 설치되면서 상기 고정케이스(37a)로부터 돌출된 선단이 상기 샤프트(34a)와 접촉하도록 설치된 고정핀부재(37c)와, 상기 고정케이스(37a)와 상기 고정핀부재(37c)에 양단이 지지되도록 설치되어서 상기 고정핀부재(37c)의 선단이 상기 샤프트(34a)와 항시 접촉할 수 있도록 상기 고정핀부재(37c)에 탄성력을 제공하는 스프링부재(37d)로 구성된다.
그리고, 상기 엑츄에이터하우징(31)으로부터 돌출된 상기 샤프트(34a)의 외주면에는 상기 고정자(33)에 전류가 인가되지 않을 때 상기 고정핀부재(37c)의 선단이 삽입되는 핀삽입홈(34d)이 형성되는데, 상기 핀삽입홈(34d)은 단면이 반원모양으로 형성되면서 상기 샤프트(34a)의 원주방향을 따라 일체로 형성된 구조이다.
이하, 본 발명 실시예의 작용에 대해 설명한다.
차량의 주행 중 운전자의 잘못된 습관에 의해 가속페달이 빈번히 조작되거나 또는 급격한 조작이 반복될 때 그리고 차선이탈, 위험한 차간거리, 위험한 곡선주행 등 차량이 불안정한 주행상태를 하고 있을 때, ECU(32)는 차량에 구비된 각종 센서들로부터 상기의 정보들을 전달받아서 고정자(33)의 코일(33b)로 전류가 인가될 수 있도록 제어하게 된다.
코일(33b)로 전류가 인가되면 고정자 코어(33a)는 전자석화 되어 자장이 발생하게 되고, 자장이 발생하면 영구자석(34c)의 극성에 의해 이송자(34)는 리니어(linear)하게 고정자(33)로부터 돌출되는 이동을 하게 된다.
이송자(34)가 고정자(33)로부터 돌출되는 이동을 하게 되면, 샤프트(34a)도 엑츄에이터하우징(31)으로부터 돌출되는 양이 증가하여 샤프트(34a)의 선단은 페달암(13)과 접촉하게 되고, 페달(14)을 밟고 있는 운잔자의 답력에 따라 도 2의 상태에서 힌지축(12)을 중심으로 반 시계방향으로 회전하고 있던 페달암(13)은 상기 샤프트(34a)의 반발답력에 의해 시계방향으로 회전하려는 힘을 받게 된다.
그러면, 운전자는 페달(14)을 통해 샤프트(34a)의 반발답력을 전달받게 됨으로써 더 이상 불필요한 페달(14) 조작을 멈추게 되는 바, 이에 따라 연비향상에 도움을 줄 수 있는 에코모드를 구현할 수 있고, 또한 안정적인 주행을 할 수 있게 된다.
한편, 코일(33b)에 전류가 인가될 때 이송자(34)가 고정자(33)로부터 돌출되는 양은 페달암(13)의 회전양에 비례하게 되는 바, 즉 페달암(13)이 많이 회전한 상태(도 2의 상태에서 힌지축을 중심으로 반 시계방향으로의 회전이 큰 상태)이면 이송자(34)의 돌출양은 적고, 반대로 페달암(13)이 적게 회전한 상태이면 이송자(34)의 돌출양은 많아지게 된다.
이는 샤프트(34a)가 리니어(linear)하게 페달암(13)에 반발답력을 가해주기 위한 것으로, 상기와 같이 페달암(13)의 회전양에 따라 이송자(34)의 돌출양을 결정하는 것은 위치센서(35)가 담당하게 된다.
즉, 위치센서(35)는 페달암(13)의 회전양을 검출하여 이에 대한 신호를 ECU(32)로 전송하게 되고, 상기 ECU(32)는 상기 위치센서(35)로부터 전달된 신호를 통해 고정자(33)의 코일(33b)로 인가되는 전류량을 결정하게 되는 바, 이송자(34)가 움직이는 전체 구간에서 이송자(34)가 동일한 추력을 낼 수 있도록 이송자(34)의 위치(돌출량)에 따라 상기 ECU(32)가 코일(33b)로 인가되는 전류량의 크기를 제어하는 것이다.
그리고, ECU(32)의 제어에 의해 코일(33b)로 인가되는 전류의 극성을 빠른 속도로 반복해서 바꾸어 주면, 이송자(34)는 고정자(33)로부터 돌출되었다가 후퇴하는 동작이 반복해서 진행되고, 이에 따라 샤프트(34a)가 페달암(13)에 가해주는 반발답력은 진동모드로 바뀌게 되므로, 운전자는 페달(14)을 통해 전달되는 진동을 통해 불안전한 주행상태(차선이탈, 위험한 차간거리, 위험한 곡선주행 등)임을 파악하여 더 이상의 가속페달 조작을 하지 않게 됨으로써, 안전주행을 할 수 있게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치(30)는 가속페달의 조작상태 및 차량의 주행상태에 따라 운전자에게 답력상승모드 또는 진동모드를 제공할 수 있게 됨으로써, 연비향상을 도모할 수 있도록 함은 물론 더 나아가 안전운행에 도움을 줄 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 엑츄에이터 장치(30)는 자기장을 이용하여 페달암(13)에 반발답력을 제공하는 구성이기 때문에, 종래와 같이 기어기구를 이용하는 구성보다 동력 전달시 손실율이 크지 않으며, 이로 인해 보다 정확한 작동이 가능하게 됨으로써 품질 향상을 도모할 수 있는 장점도 있다.
또한, 본 발명에 따른 엑츄에이터 장치(30)는 작동 소음이 거의 발생하지 않는 구성으로 소비자의 품질 만족도를 높일 수 있는 장점도 있다.
또한, 본 발명에 따른 엑츄에이터 장치(30)는 기어기구를 이용하는 종래의 구성보다 구조의 단순화를 도모할 수 있게 됨으로써 콤팩트(compact)화가 가능한 장점도 있다.
11 - 페달암하우징 13 - 페달암
30 - 엑츄에이터 장치 31 - 엑츄에이터하우징
32 - ECU 33 - 고정자
34 - 이송자 35 - 위치센서
36 - 부싱 37 - 샤프트고정장치

Claims (6)

  1. 페달암하우징에 고정 설치된 엑츄에이터하우징과;
    상기 엑츄에이터하우징속에 고정 설치되면서 ECU의 제어에 따른 전류를 인가받아서 전자석화 되는 고정자와;
    일단은 상기 고정자속에 위치하고 타단은 상기 엑츄에이터하우징을 관통하여 페달암을 향하도록 설치됨과 더불어 상기 고정자에 전류인가 시 상기 고정자로부터 돌출되는 이동을 하여서 상기 페달암에 답력을 가하는 이송자와;
    상기 ECU의 제어를 통해 상기 고정자로 인가되는 전류량을 결정할 수 있도록 상기 엑츄에이터하우징에 고정 설치되어서 상기 페달암의 회전량을 검출하는 위치센서;
    를 포함하는 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 고정자는,
    상기 엑츄에이터하우징에 분리 가능하도록 결합되어 설치되는 고정자 코어와;
    상기 고정자 코어에 권선되어서 상기 ECU의 제어에 따라 전류를 인가받는 코일;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 이송자는,
    부싱을 매개로 상기 엑츄에이터하우징을 관통하면서 상기 엑츄에이터하우징에 대해 이동 가능하도록 설치되는 샤프트와;
    상기 코일속에 위치하는 상기 샤프트의 일단에 일체로 구비된 이송자 코어와;
    상기 이송자 코어에 N극과 S극이 순차적으로 교대로 배치되게 결합된 영구자석;
    으로 구성된 것을 특징으로 하는 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 엑츄에이터하우징으로부터 돌출된 상기 샤프트와 접촉하도록 상기 페달암하우징에 설치되어서 상기 고정자에 전류가 인가되지 않을 때 상기 샤프트의 자유로운 이동을 억제하는 샤프트고정장치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 샤프트고정장치는,
    상기 엑츄에이터하우징으로부터 돌출된 상기 샤프트의 일측에서 상기 페달암하우징에 고정 설치된 고정케이스와;
    상기 고정케이스의 가이드통로를 따라 이동 가능하도록 설치되면서 상기 고정케이스로부터 돌출된 선단이 상기 샤프트와 접촉하도록 설치된 고정핀부재와;
    상기 고정케이스와 상기 고정핀부재에 양단이 지지되도록 설치되어서 상기 고정핀부재의 선단이 상기 샤프트와 항시 접촉할 수 있도록 상기 고정핀부재에 탄성력을 제공하는 스프링부재;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 엑츄에이터하우징으로부터 돌출된 상기 샤프트의 외주면에는 상기 고정자에 전류가 인가되지 않을 때 상기 고정핀부재의 선단이 삽입되는 핀삽입홈이 반원의 단면모양을 갖추고서 원주방향을 따라 일체로 형성된 것;
    을 특징으로 하는 능동형 가속페달의 엑츄에이터 장치.
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