KR20120063626A - 외장에어백의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

외장에어백의 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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KR20120063626A
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Abstract

레이저 스캐너를 이용하여 외장에어백의 효과적인 전개가 구현하는 외장에어백의 제어장치 및 제 외장에어백의 제어장치 및 제어방법이 소개된다. 외장에어백의 제어장치는 호스트차량(H)의 속도를 감지하는 속도센서(100)와, 운전자의 핸들 조작에 따른 호스트차량(H)의 조향각을 감지하는 조향각센서(200)와, 전방물체(T)의 상대 거리 및 폭을 인식하여 전방물체(T)의 종류를 식별하고 전방물체(T)의 상대 속도를 계산하는 레이저 스캐너(300)와, 속도센서(100), 조향각센서(200) 및 레이저 스캐너(300)로부터 제공된 정보를 근거로 전방물체(T)의 감지지속시간, 전방물체(T)의 종류, 상대속도, 오버랩량 및 충돌예상시간을 계산하여 외장에어백(500)에 전개신호를 인가하는 컨트롤유닛(400)을 포함하여 구성된다.

Description

외장에어백의 제어장치 및 제어방법{APPARATUS FOR CONTROLLING EXTERIOR AIR-BAG AND METHOD THEREOF}
본 발명은 외장에어백의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 스캐너를 이용하여 전방물체와 호스트차량 간의 오버랩량을 계산하여 외장에어백의 효과적인 전개가 구현되도록 하는 외장에어백의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
도로 상에서의 차량간 충돌 위험성이 날로 증가함에 따라 보다 안정하고, 지능적인 자동차를 원하는 소비자의 욕구와 자동차 관련산업의 발전 추이가 접목되어 다양한 지능형 안전 시스템이 개발되어 적용되고 있다.
특히, 자차와 선행차량 혹은 자차와 후속차량간의 충돌경고 및 회피에 관한 많은 연구가 진행되고 있는데, 이러한 충돌 방지장치는 복잡한 도로상황 속에서 보다 안전하고 쾌적한 운전환경을 보장받을 수 있도록 하고 있다.
예컨대, 종래 차량에는 전방 장애물과의 충돌위험을 계산하고 충돌을 회피하기 위한 레이더 및 카메라가 장착되기도 하는데, 이 레이더와 카메라는 필요한 장애물까지의 거리와 현재 거리를 비교하여 운전자에게 경고를 수행하고, 경고에도 불구하고 운전자가 적절한 반응을 보이지 못하는 경우, 제동 제어 시스템을 통해 제동력을 발생시키거나 외장에어백을 전개시키기도 하였다.
그러나, 종래 레이더와 카메라를 동시에 사용하는 차량의 경우, 식별 가능 물체가 차량 및 보행자 등으로 한정되어 다양한 충돌 상황에 대응하기 어렵고, 레이더와 카메라로부터 입력되는 신호가 융합된 후 처리가 이루어지므로, 제어가 복잡해지고 처리 속도 또한 늦어지게 되며, 카메라의 환경적인 제한 때문에 날씨가 안 좋거나 광량이 적은 상태에서는 충돌 감지가 제대로 이루어지지 않게 되어 에어백의 제어를 통한 충돌회피가 어렵다는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 레이저 스캐너를 이용하여 전방물체와 호스트차량 간의 오버랩량을 계산하여 외장에어백의 효과적인 전개가 구현하는 외장에어백의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 외장에어백의 제어장치는, 속도센서, 조향각센서, 레이저 스캐너 및 컨트롤유닛을 포함하고, 속도센서는 호스트차량의 속도를 감지하고, 조향각센서는 운전자의 핸들 조작에 따른 호스트차량의 조향각을 감지하고, 레이저 스캐너는 전방물체의 상대 거리 및 폭을 인식하여 전방물체의 종류를 식별하고 전방물체의 상대 속도를 계산하고, 컨트롤유닛은 상기 속도센서, 조향각센서 및 레이저 스캐너로부터 제공된 정보를 근거로 전방물체의 감지지속시간, 전방물체의 종류, 상대속도, 오버랩량 및 충돌예상시간을 계산하여 외장에어백에 전개신호를 인가한다.
바람직하게, 상기 컨트롤유닛은 전방물체의 감지지속시간이 일정값 이상이고, 전방물체의 종류가 차량, 트럭 또는 미분류 대형물체이고, 상대속도가 40Km/h 이상이고, 충돌예상시간이 100ms 이하이고, 오버랩량이 호스트차량 폭의 25% 이상이며, 충돌예상시간이 60ms 내지 100ms 범위 이내이면 외장에어백에 전개신호를 인가한다.
바람직하게, 상기 컨트롤유닛은 호스트차량과 전방물체의 예상 충돌 지점에서, 호스트차량의 좌측모서리 지점(포지션 C)이 전방물체의 좌측 최외각 지점(포지션 A)과 전방물체의 우측 최외각 지점(포지션 B) 사이에 위치되는 경우, 상기 포지션 C에서 상기 포지션 B 및 포지션 D 중 최대값을 뺀 후, 전방물체의 너비값으로 나누고 100을 곱하여 오버랩량을 계산하고, 호스트차량의 우측모서리 지점(포지션 D)이 전방물체의 좌측 최외각 지점(포지션 A)과 전방물체의 우측 최외각 지점(포지션 B) 사이에 위치되는 경우, 상기 포지션 A 및 포지션 C 중 최소값에서 포지션 D를 더한 후, 전방물체의 너비값으로 나누고 100을 곱하여 오버랩량을 계산한다. 여기서, 호스트차량의 좌측모서리 지점(C)은 호스트차량의 폭의 +반값이고, 호스트차량의 우측모서리 지점(D)이 호스트차량의 폭의 -반값이다.
바람직하게, 상기 레이저 스캐너는 전방물체의 형태에 따라, 미분류 소형물체, 미분류 대형물체, 보행자, 이륜차, 차량, 트럭 중 어느 하나로 식별한다.
바람직하게, 상기 전방물체의 감지지속시간 일정값은 200ms이다.
한편, 본 발명에 따른 외장에어백의 제어방법은, 전방물체가 감지되면 전방물체의 감지지속시간, 상대 속도, 상대 거리 및 폭을 감지하는 단계와, 상기 전방물체의 감지지속시간이 200ms 이상인지를 판단하는 단계와, 상기 감지지속시간이 200ms 이상이면 상기 전방물체가 차량, 트럭 또는 미분류 대형물체인지를 판단하는 단계와, 상기 전방물체가 차량, 트럭 또는 미분류 대형물체이면 상기 전방물체의 상대속도가 40Km/h 이상인지를 판단하는 단계와, 상기 전방물체의 상대속도가 40Km/h 이상이면 전방물체와 호스트차량 간의 충돌예상시간이 100ms 이하인지를 판단하는 단계와, 충돌예상시간이 100ms 이하이면 전방물체와 호스트차량 간의 오버랩량이 25% 이상인지를 판단하는 단계와, 오버랩량이 25% 이상이면 충돌예상시간이 60ms 내지 100ms 범위 이내인지를 판단하는 단계와, 충돌예상시간이 60ms 내지 100ms 범위 이내이면 충돌예상시간에서 60ms를 뺀 후 외장에어백에 전개신호를 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 현저한 효과가 구현될 수 있다.
첫째, 본 발명은 레이더와 카메라로 구성된 퓨전센서를 사용하는 종래 기술과 달리, 거리 측정 및 식별이 동시에 이루어지는 레이저 스캐너를 사용함으로써, 식별 가능 범위가 확대되고, 제조 단가를 줄일 수 있으며, 외부의 자연 환경에 무관하게 사용이 가능하다는 이점이 있다.
둘째, 본 발명은 레이저 스캐너를 통해 전방물체와 호스트차량 간의 오버랩량을 계산하고 이 오버랩량을 이용하여 전방물체의 충돌 상황을 정확하게 감지할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 외장에어백의 제어장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 외장에어백의 제어방법을 도시한 블록도.
도 3a 내지 도 3b은 본 발명에 따른 외장에어백의 제어장치 및 제어방법의 오버랩량 계산시 사용되는 충돌 전,후의 참고도.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 외장에어백의 제어장치는, 레이저 스캐너(300)를 통해 전방물체(T)의 상대 거리 및 폭은 물론, 전방물체(T)의 종류와 상대 속도를 계산함으로써, 레이더와 카메라를 사용하는 종래 기술에 비해 차량 펄스를 감소시키고 승객의 상해를 감소시킨다.
이러한 외장에어백의 제어장치는 속도센서(100), 조향각센서(200), 선회속도센서(600), 레이저 스캐너(300) 및 컨트롤유닛(400)을 포함하여 구성된다.
구체적으로, 속도센서(100)는 호스트차량(H)의 차속을 검출하고, 조향각센서(200: Steering Angle Sensor)는 운전자의 핸들 조작에 따른 호스트차량(H)의 조향각을 감지한다. 조향각센서(200)는 스티어링휠에 장착되어 핸들의 조향속도, 조향방향 및 조향각을 검출하는데, 조향각센서(200)를 통해 감지된 정보는 운전자의 조향요구를 뜻하며, 속도센서(100)를 통해 감지된 정보는 실제 차량의 거동을 알 수 있는 데이터가 된다.
선회속도센서(600: Yaw-Rate Sensor)는 차량이 수직축을 기준으로 회전할 때 즉, Z축 방향을 기준으로 회전할 때 요레이트 센서 내부의 플레이트 포크가 진동 변화를 일으키면서 전자적으로 차량의 요모먼트를 감지한다.
레이저 스캐너(300)는 레이저 광선을 통해 반원장의 필드를 스캔함으로써 전방물체(T)의 상대 거리, 상대 속도 및 폭을 계산하고 전방물체(T)의 종류를 식별한다. 이러한 레이저 스캐너(300)는 레이더 및 카메라가 사용하는 종래 기술과 달리, 거리 측정 및 식별이 동시에 이루어지므로, 식별 가능 범위가 확대되고, 제조 단가를 줄일 수 있으며, 날씨나 그림자와 같은 외부 환경에 무관하게 사용이 가능하다
본 실시예에 따른 레이저 스캐너(300)는 전방물체(T)의 형태에 따라, 미분류 소형물체, 미분류 대형물체, 보행자, 이륜차, 차량, 트럭 중 어느 하나로 식별할 수 있는 구조로, 이 레이저 스캐너(300)에서 검출되는 전방물체(T)의 식별인자는 컨트롤유닛(400)에 제공되어 외장에어백(500)의 전개에 필요한 조건 인자로서 작용한다.
컨트롤유닛(400)은 상술한 속도센서(100), 조향각센서(200) 및 레이저 스캐너(300)로부터 감지된 정보를 제공받고, 제공된 정보를 근거로 전방물체(T)의 감지지속시간, 전방물체(T)의 종류, 상대속도, 오버랩량 및 충돌예상시간을 계산하여 외장에어백(500)에 전개신호를 인가한다.
예컨대, 컨트롤유닛(400)은 레이저 스캐너(300)를 통해 전방물체(T)가 감지되면 전방물체(T)의 감지지속시간, 상대 속도, 상대 거리 및 폭을 감지하고, 전방물체(T)의 감지지속시간이 200ms 이상인지를 판단하고, 감지지속시간이 200ms 이상으로 판단되면 전방물체(T)가 차량, 트럭 또는 미분류 대형물체인지 또는 1500mm 이상의 미분류 소형물체인지를 판단한다.
전방물체(T)가 차량, 트럭 또는 미분류 대형물체로 판단되거나 전방물체(T)가 1500mm 이상의 미분류 소형물체로 판단되면, 전방물체(T)의 상대속도가 40Km/h 이상인지를 판단한다. 그리고 전방물체(T)의 상대속도가 40Km/h 이상으로 판단되면 전방물체(T)와 호스트차량(H) 간의 충돌예상시간이 100ms 이하인지를 판단하고, 충돌예상시간이 100ms 이하이면 전방물체(T)와 호스트차량(H) 간의 오버랩량이 25% 이상인지를 판단한다. 이때, 오버랩량에 대한 구체적인 내용은 후술한다. 오버랩량이 25% 이상이면 충돌예상시간이 60ms 내지 100ms 범위 이내인지를 판단하고, 충돌예상시간이 60ms 내지 100ms 범위 이내이면 충돌예상시간에서 60ms를 뺀 후 외장에어백(500)에 전개신호를 인가하고, 충돌예상시간이 60ms 이내이면 외장에어백(500)에 전개신호를 바로 인가한다.
이하, 호스트차량(H)과 전방물체(T)의 충돌시 이들 간의 오버랩량을 계산하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 호스트차량(H)이 T1(x1, y1)에서 T2(x2, y2)로 감지지속시간동안 이동하는 경우, 충돌 예상 지점에서 호스트차량(H)과 전방물체(T)의 오버랩량을 구하기 위해, 먼저, 식 1 내지 식 4를 각각 구한다.
[식 1]
이동 기울기(K)=(y2 - y1)/(x2 - x1)
[식 2]
오프셋y값(Oy)=TW/2*(cosθ)
[식 3]
y인터셉트값(IY)=(y2-K*x2)-Oy
[식 4]
좌측 이격거리(a)=cosθ), 우측 이격거리(b)=cos(90°-θ)*Ty
(여기서, 이동 기울기(K): 호스트차량(H)을 향해 경사지게 이동되는 전방물체(T)의 기울기, θ: 이동 기울기(K)의 각도값, y인터셉트값(IY): 호스트차량(H)과 전방물체(T)의 예상 충돌 지점에서 호스트차량(H)의 중심 포지션(O)과 전방물체(T)의 우측 최외각 모서리의 거리, 좌측 이격거리(a): 전방물체(T)의 전방 모서리와 좌측 최외각 모서리 사이의 거리, 우측 이격거리(b): 전방물체(T)의 전방 모서리와 우측 최외각 모서리 사이의 거리, TW: 전방물체(T)의 너비값, Tl: 전방물체(T)의 길이값)
또한, 다음 식 5 내지 8을 구한다.
[식 5]
포지션 A =y인터셉트값(IY)-a
[식 6]
포지션 B=-(y인터셉트값(IY)+b)
[식 7]
포지션 C=Hw/2
[식 8]
포지션 D=-Hw/2
(여기서, 포지션 A: 전방물체(T)의 좌측 최외각 지점, 포지션 B: 전방물체(T)의 우측 최외각 지점, 포지션 C: 호스트차량(H)의 좌측모서리 지점, 포지션 D: 호스트차량(H)의 우측모서리 지점, Hw: 호스트차량(H)의 너비값)
이후, 다음 식 9 내지 10을 통해 호스트차량(H)과 전방물체(T) 사이의 오버랩량을 구한다.
[식 9]
IF 포지션 A ≥ 포지션 C and 포지션 B ≤ 포지션 C
오버랩량(%)=(포지션C- max(포지션 B, 포지션 D))/TW*100
[식 10]
IF 포지션 B ≤ 포지션 D and 포지션 A ≥ 포지션 D
오버랩량(%)=(min(포지션 A, 포지션 C)+포지션D)/TW*100
예컨대, 식 9에서 보듯이, 호스트차량(H)과 전방물체(T)의 예상 충돌 지점에서, 호스트차량(H)의 좌측모서리 지점(포지션 C)이 전방물체(T)의 좌측 최외각 지점(포지션 A)과 전방물체(T)의 우측 최외각 지점(포지션 B) 사이에 위치되는 경우, 포지션 C에서 포지션 B 및 포지션 D 중 최대값을 뺀 후, 전방물체(T)의 너비값(TW)으로 나누고 100을 곱하여 오버랩량을 계산한다.
또한, 식 10에서 보듯이, 호스트차량(H)의 우측모서리 지점(포지션 D)이 전방물체(T)의 좌측 최외각 지점(포지션 A)과 전방물체(T)의 우측 최외각 지점(포지션 B) 사이에 위치되는 경우, 포지션 A 및 포지션 C 중 최소값에서 포지션 D를 더한 후, 전방물체(T)의 너비값(TW)으로 나누고 100을 곱하여 오버랩량을 계산한다.
한편, 본 발명에 의한 외장에어백의 제어방법은, 레이저 스캐너(300)를 통해 전방물체(T)가 감지되면, 전방물체(T)의 감지지속시간, 상대 속도, 상대 거리 및 폭을 감지하고, 전방물체(T)의 감지지속시간이 200ms 이상인지를 판단하여 감지지속시간이 200ms 이상이면 전방물체(T)가 차량, 트럭 또는 미분류 대형물체인지를 판단한다.
계속해서, 전방물체(T)를 식별한 결과, 전방물체(T)가 차량, 트럭 또는 미분류 대형물체이면 전방물체(T)의 상대속도가 40Km/h 이상인지를 판단한다. 이때, 전방물체(T)가 1500mm 이상의 미분류 소형물체로 판단되는 경우에도, 전방물체(T)의 상대속도가 40Km/h 이상인지를 판단한다.
그리고 전방물체(T)의 상대속도가 40Km/h 이상이면 전방물체(T)와 호스트차량(H) 간의 충돌예상시간이 100ms 이하인지를 판단하여 100ms 이하이면 전방물체(T)와 호스트차량(H) 간의 오버랩량이 25% 이상인지를 판단한다. 여기서, 오버랩량은 호스트차량(H)과 전방물체(T)의 예상 충돌 지점에서, 상술한 포지션 C가 포지션 A와 포지션 B 사이에 위치되는 경우, 포지션 C에서 포지션 B 및 포지션 D 중 최대값을 뺀 후, 전방물체(T)의 너비값으로 나누고 100을 곱하여 오버랩량을 계산하고, 포지션 D가 포지션 A와 포지션 B 사이에 위치되는 경우, 포지션 A 및 포지션 C 중 최소값에서 포지션 D를 더한 후, 전방물체(T)의 너비값으로 나누고 100을 곱하여 오버랩량을 계산한다.
이렇게 계산된 오버랩량이 25% 이상이면 충돌예상시간이 60ms 내지 100ms 범위 이내인지를 판단하고, 충돌예상시간이 60ms 내지 100ms 범위 이내이면 충돌예상시간에서 60ms를 뺀 후 외장에어백(500)에 전개신호를 인가하고, 충돌예상시간이 60ms 이내이면 외장에어백(500)에 전개신호를 바로 인가함으로써, 전방물체(T)를 향한 외장에어백(500)의 전개가 정확하고 효과적으로 이루어지도록 한다.
상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 :속도센서 200 :조향각센서
300 :레이저 스캐너 400 :컨트롤유닛
500 :외장에어백 600 :선회속도센서

Claims (6)

  1. 호스트차량(H)의 속도를 감지하는 속도센서(100);
    운전자의 핸들 조작에 따른 호스트차량(H)의 조향각을 감지하는 조향각센서(200);
    전방물체(T)의 상대 거리 및 폭을 인식하여 전방물체(T)의 종류를 식별하고 전방물체(T)의 상대 속도를 계산하는 레이저 스캐너(300); 및
    상기 속도센서(100), 조향각센서(200) 및 레이저 스캐너(300)로부터 제공된 정보를 근거로 전방물체(T)의 감지지속시간, 전방물체(T)의 종류, 상대속도, 오버랩량 및 충돌예상시간을 계산하여 외장에어백(500)에 전개신호를 인가하는 컨트롤유닛(400)을 포함하는 것을 특징으로 하는 외장에어백의 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤유닛(400)은 전방물체(T)의 감지지속시간이 일정값 이상이고, 전방물체(T)의 종류가 차량, 트럭 또는 미분류 대형물체이고, 상대속도가 40Km/h 이상이고, 충돌예상시간이 100ms 이하이고, 오버랩량이 호스트차량(H) 폭의 25% 이상이며, 충돌예상시간이 60ms 내지 100ms 범위 이내이면 외장에어백(500)에 전개신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 외장에어백의 제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤유닛(400)은 호스트차량(H)과 전방물체(T)의 예상 충돌 지점에서, 호스트차량(H)의 좌측모서리 지점(포지션 C)이 전방물체(T)의 좌측 최외각 지점(포지션 A)과 전방물체(T)의 우측 최외각 지점(포지션 B) 사이에 위치되는 경우, 상기 포지션 C에서 상기 포지션 B 및 포지션 D 중 최대값을 뺀 후, 전방물체(T)의 너비값으로 나누고 100을 곱하여 오버랩량을 계산하고,
    호스트차량(H)의 우측모서리 지점(포지션 D)이 전방물체(T)의 좌측 최외각 지점(포지션 A)과 전방물체(T)의 우측 최외각 지점(포지션 B) 사이에 위치되는 경우, 상기 포지션 A 및 포지션 C 중 최소값에서 포지션 D를 더한 후, 전방물체(T)의 너비값으로 나누고 100을 곱하여 오버랩량을 계산하는 것을 특징으로 하는 외장에어백의 제어장치.
    (여기서, 호스트차량(H)의 좌측모서리 지점(C)은 호스트차량(H)의 폭의 +반값이고, 호스트차량(H)의 우측모서리 지점(D)이 호스트차량(H)의 폭의 -반값임)
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 스캐너(300)는 전방물체(T)의 형태에 따라, 미분류 소형물체, 미분류 대형물체, 보행자, 이륜차, 차량, 트럭 중 어느 하나로 식별하는 것을 특징으로 하는 외장에어백의 제어장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 전방물체(T)의 감지지속시간 일정값은 200ms인 것을 특징으로 하는 외장에어백의 제어장치.
  6. 전방물체가 감지되면 전방물체의 감지지속시간, 상대 속도, 상대 거리 및 폭을 감지하는 단계;
    상기 전방물체의 감지지속시간이 200ms 이상인지를 판단하는 단계;
    상기 감지지속시간이 200ms 이상이면 상기 전방물체가 차량, 트럭 또는 미분류 대형물체인지를 판단하는 단계;
    상기 전방물체가 차량, 트럭 또는 미분류 대형물체이면 상기 전방물체의 상대속도가 40Km/h 이상인지를 판단하는 단계;
    상기 전방물체의 상대속도가 40Km/h 이상이면 전방물체와 호스트차랑 간의 충돌예상시간이 100ms 이하인지를 판단하는 단계;
    충돌예상시간이 100ms 이하이면 전방물체와 호스트차랑 간의 오버랩량이 25% 이상인지를 판단하는 단계;
    오버랩량이 25% 이상이면 충돌예상시간이 60ms 내지 100ms 범위 이내인지를 판단하는 단계; 및
    충돌예상시간이 60ms 내지 100ms 범위 이내이면 충돌예상시간에서 60ms를 뺀 후 외장에어백에 전개신호를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 외장에어백의 제어방법.
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