WO2018173909A1 - 自動運転制御装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an automatic operation control device.
  • a higher-level control device that controls automatic driving hands over the operation to the driver even if a failure occurs in the automatic driving control device itself, for example. It is required to continue the operation for a certain period of time. In order to realize the continuation of the operation for a certain period of time, redundancy using system multiplexing and operation monitoring can be considered.
  • a high-order control apparatus has a high calculation load.
  • a control command value is stored in advance in a higher-level control device (electronic control device), so that a plurality of actuator drive devices (lower-order control device group) are multiplexed.
  • a method has been proposed in which the control is continued for a certain period without making the electronic control device redundant.
  • the lower-level control device group accumulates control errors in each control system, and from the traveling mode determined by the higher-level control device in advance. There is a problem in that there is a possibility that the operation will deviate.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to improve the reliability of an automatic driving system.
  • the present invention includes a host controller that outputs a control target value of an actuator group based on an action plan of the vehicle, and an actuator group of the vehicle based on a command from the host controller.
  • a lower-level control device that controls the vehicle, and holds the control target value given by the higher-level control device over a certain period of time in the lower-level control device, and the higher-level control device does not satisfy a desired function.
  • the lower-level control device is controlled based on the held control target value, and the action plan is determined by determining and correcting the difference between the actual operation value of the vehicle and the control target value. Control to follow.
  • the reliability of an automatic driving system can be improved.
  • the present embodiment outputs an appropriate calculation result when outputting a calculation result based on an input signal to the electronic control device from various sensors mounted on the control target.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of the automatic driving system in this embodiment.
  • This system takes as input the vehicle state quantity observation values input from external information observation equipment such as sensors (not shown) and the own vehicle state quantity observation equipment mounted on the host vehicle.
  • a trajectory planning device 1 that is a host control device that converts a traveling trajectory of the host vehicle including a command value and the like into a steering angle and a speed degree and outputs the converted trajectory is provided.
  • the steering control device 21 that drives the actuator based on the speed command value, the steering angle command value, and the like output from the trajectory planning device 1, the brake control device 22, and the lower ranks including a powertrain control device and a suspension control device (not shown)
  • a control device 2 is provided.
  • the cooperative operation by the two control devices of the steering control device 21 and the brake control device 22 will be described, but not limited to this, the cooperative operation by two or more control devices is also possible. Can be targeted.
  • the lower-level control device 2 receives a command value data group 3 such as rudder angle and speed up to a predetermined period ahead as shown in FIG. 2, which is generated by the trajectory planning device 1 as a higher-level control device. Then, the data is stored in a storage medium configured by a RAM (Random Access Memory) or the like configured in each of the lower control device groups 2.
  • a system is assumed in which the trajectory planning apparatus 1 outputs steering angle / speed command values up to 10 seconds ahead at intervals of 100 milliseconds.
  • FIG. 2 shows an example in which the command value data group 3 is created with time information. However, a method of sorting and outputting the command value data group 3 in time-series order without giving time information, The same processing can be performed thereafter.
  • This command value data group is updated every time the cycle planning apparatus 1 operates.
  • the steering angle command value data group 31 is stored in the steering angle storage medium 211 configured inside or outside the steering control device 21, and the steering angle command value data group 31 and the speed command value data group 32 are respectively set.
  • the steering angle storage medium 221 and the speed storage medium 222 configured inside or outside the brake control device 22 are held.
  • the steering control device 21 and the brake control device 22 are supplied with a steering angle command value group 31 and a speed command value group sent from the trajectory planning device 1 at regular intervals.
  • the control command value to be output is used to control the steering and braking of the vehicle.
  • the trajectory planning function 1 required by the internal calculation failure or the like cannot be satisfied in the trajectory planning apparatus 1, steering is performed according to the steering angle command value group 31 held in the steering angle storage medium 211 described above.
  • the control device 21 drives the brake control device 22 according to the speed command value group 32 held in the speed storage medium 222, and continues the steering and brake control of the own vehicle.
  • the rudder angle command value group 31 and the speed created by the trajectory planning apparatus 1 and held in the rudder angle storage medium 211 and the speed storage medium 222 in advance.
  • the command value group 32 although the control function is degenerated, it is possible to continue the automatic operation for a certain period.
  • the steering angle of the host vehicle controlled by the steering control device 21 and the host vehicle controlled by the brake control device 22 are controlled.
  • the speed is coordinated by the trajectory planning apparatus 1.
  • the steering angle and the speed of the host vehicle are the steering angle command value group 31 and the speed command respectively held by the steering control device 21 and the brake control device 22, respectively. Since the control is independently performed according to the value group 32, it is difficult to realize the cooperative operation.
  • the rudder angle / speed is an own vehicle trajectory generated in advance by the trajectory planning device 1 because it is affected by errors during control, road gradients and road surface conditions that are difficult to discriminate in advance by the trajectory planning device 1 A deviation from the assumed vehicle track 4 occurs.
  • the left and right speeds are independently controlled by the brake control device 22 and the control of the vehicle steering angle performed by the steering control device 21 is corrected, so that the upper control Even in the absence of the trajectory planning device 1 as a device, it is possible to realize a cooperative operation.
  • an outline of error determination from a trajectory planned in advance by the trajectory planning apparatus 1 and error correction will be described.
  • FIGS. 5 and 6 show how the vehicle travels when the correction calculation is not performed. Assume that the speed at time 0.2 in Table 3 has changed from the state shown in FIG. 4 which is a predetermined command value group. At this time, due to the change in speed at time 0.2 in FIG. 6, feedback is applied to the speed controlled by the brake control device 22 after time 0.3, and the speed after time 0.3 is adjusted as shown in FIG. However, since the steering control device 21 is controlled independently from the brake control device 22 and its control system, the actual traveling track 5 deviated from the assumed vehicle track 4 set in the track planning device 1. It can be seen that it is difficult to follow the original assumed vehicle track 4.
  • the left and right speeds are independently controlled in the speed control, the steering is changed, and the command value is corrected as shown in FIG. 8 corresponding to the correction trajectory 6 shown in FIG. Realize re-following of setting to own vehicle track.
  • a corrected trajectory 6 composed of corrected steering angles ⁇ _cor A61, ⁇ _cor B62, and a correction speed V_cor 63 is conceivable.
  • the corrected steering angles ⁇ _cor A61, ⁇ _cor B62, and the corrected speed V_cor 63 are given by the following correction method 1, for example.
  • V_cor 63 is determined based on the positional relationship (distance) between the correction target point 68 and the correction start position.
  • ⁇ _corA 61 and ⁇ _corB 62 are obtained by the following formulas 1 and 2.
  • ⁇ _corA arcsin (Vref * sin ⁇ _refA / V_cor)
  • ⁇ _corB ⁇ _refB- ⁇ _refA + ⁇ _corA
  • the corrected steering angles ⁇ _corA61 and ⁇ _corB62 can be created while maintaining the vehicle speed at the corrected speed V_cor63 by individually controlling the left and right speeds by the brake control device 22.
  • This example shows an example in which the vehicle returns at time T0 + 0.4 from the deviation from the assumed vehicle track 4 at time T0 + 0.3, that is, returns at 100 msec, which is one control cycle of the automatic driving control device.
  • the present embodiment is an example in which only the steering control device 21 and the brake control device 22 are cooperatively operated, and there is a case where it is difficult to increase the speed because the powertrain control device or the like is not used. In such a case, for example, it is necessary to take a method of continuing the correction over a time corresponding to a plurality of control cycles so as to reduce the deviation from the assumed vehicle track 4 along the time axis. The same applies to the case where the return in one control cycle is not performed from the viewpoint of the ride comfort of the occupant.
  • a difference occurs between the speed command value data group 32 held in the brake control device 22 and the actual speed value measured by the speed sensor, and a deviation from the assumed vehicle track 4 occurs.
  • the speed control sensor mounted in the system of the brake control device 22 or the yaw moment sensor mounted on the vehicle body may be used in the brake control device 22. It is possible to detect the difference from the steering angle command value data group 31 held in the steering angle storage medium 221 and follow the own vehicle assumed track 4 by the same means.
  • the host controller that outputs the control target value of the actuator group based on the action plan of the vehicle
  • the lower controller that controls the actuator group of the vehicle based on the command from the host controller
  • the control target value given from the host control device over a certain period of time is held in the lower control device, and if the host control device does not satisfy a desired function, the control target value that is held
  • the lower-level control device is controlled based on the control, and controls to follow the action plan by discriminating and correcting the difference between the actual operation value of the vehicle and the control target value.
  • one of the lower-level control devices when there is a plurality of the lower-level control devices and one of the lower-level control devices monitors the other lower-level control device and detects a deviation of the vehicle from the action plan, one of the lower-level control devices is The control target value of the subordinate control device is corrected.
  • the brake controller which is one of the lower control devices, monitors the behavior of the steering controller, which is the other of the lower control devices, and detects a deviation from the action plan of the vehicle
  • the control target value of the steering controller is corrected. According to the above-described embodiment, even when the trajectory planning apparatus 1 does not satisfy a desired function, the cooperative operation between the steering control device 21 and the brake control device 22 is realized, and the automatic operation set by the trajectory planning apparatus 1 in advance is realized.
  • 1 Trajectory planning device (high-order control device), 2: subordinate control device, 21: steering control device, 22: brake control device, 23: steering drive device, 24: brake drive device.

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Abstract

本発明は、自動運転システムの信頼性を高めることを目的とする。車両の行動計画に基づきアクチュエータ群の制御目標値を出力する上位制御装置1と、上位制御装置1からの指令に基づいて、車両のアクチュエータ群を制御する下位制御装置2と、を備え、上位制御装置1から与えられる、車両の一定期間に亘る制御目標値を下位制御装置2に保持し、上位制御装置1が所望の機能を満たさない場合、保持されている制御目標値に基づいて下位制御装置2が制御されるように構成され、車両の実動作値と前記制御目標値との差を判別して補正することにより、前記行動計画に追従するように制御する。

Description

自動運転制御装置
 本発明は、自動運転制御装置に関する。
 高度な自動運転システムの実現に向け、自動運転を制御する上位の制御装置(電子制御装置)には、例えば自動運転を制御する装置自体に障害が発生したような場合でも、ドライバに操作を引き渡すまでの一定期間、動作を継続することが求められる。
  この一定期間の動作継続を実現するためには、システムの多重化と動作監視を用いた冗長化が考えられる。
  一方、一般に上位の制御装置は演算負荷が高くなる。
  このような課題に対して、特許文献1では、上位の制御装置(電子制御装置)に予め制御指令値を蓄積することで、多重化された複数のアクチュエータの駆動装置(下位制御装置群)に対する制御を、電子制御装置の冗長化を行わずに一定期間継続する方式が提案されている。
特開2016-38689号公報
 一方で、上位の制御装置がその機能を果たさない状況においては、下位制御装置群の協調動作を実現することが困難となる。
  下位制御装置群は、独立に自身に保持された制御指令値に基づいた制御を継続するため、それぞれの制御系における制御誤差が蓄積し、事前に上位の制御装置により定められていた走行形態から乖離した動作に至る可能性がある、という課題がある。
 本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、自動運転システムの信頼性を高めることを目的とする。
 上記課題を解決するために、本発明は一例として、車両の行動計画に基づきアクチュエータ群の制御目標値を出力する上位制御装置と、前記上位制御装置からの指令に基づいて、前記車両のアクチュエータ群を制御する下位制御装置と、を備え、前記上位制御装置から与えられる、前記車両の一定期間に亘る制御目標値を前記下位制御装置に保持し、前記上位制御装置が所望の機能を満たさない場合、保持されている制御目標値に基づいて前記下位制御装置が制御されるように構成され、前記車両の実動作値と前記制御目標値との差を判別して補正することにより、前記行動計画に追従するように制御する。
本発明によれば、自動運転システムの信頼性を高めることができる。
本発明の実施例における、自動運転システム構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における、軌道計画装置による出力データの例である。 本発明の実施例における、自車想定軌道を示す図である。 本発明の実施例における、自車想定軌道に対応する舵角値、速度値を示す図である。 本発明の実施例における、自車想定軌道と実走行軌道の乖離を示す図である。 本発明の実施例における、実走行軌道に対応する舵角値、速度値を示す図である。 本発明の実施例における、補正軌道を示す図である。 本発明の実施例における、補正軌道に対応する舵角値、速度値を示す図である。 本発明の実施例における、補正軌道に対応する舵角値、速度値の演算方式を示す図である。
 以下、本発明の実施例に係る自動運転制御装置について図面を用いて説明する。本実施例は、制御対象に装着された各種センサから電子制御装置への入力信号を基に演算した結果を出力するにあたり、適切な演算結果を出力するものである。
 図1に本実施例における自動運転システムの全体構成を示す。本システムは、図示しないセンサ等の外部情報観測機器、および自車両に搭載される自車状態量観測機器から入力される自車状態量観測値を入力とし、自車の速度指令値、舵角指令値等を含む自車の走行軌道を舵角、速度度に変換して出力とする、上位制御装置である軌道計画装置1を備える。
  また、軌道計画装置1から出力される速度指令値、舵角指令値等に基づきアクチュエータを駆動するステアリング制御装置21、ブレーキ制御装置22、および図示しないパワートレイン制御装置やサスペンション制御装置等を含む下位制御装置2を備える。
  本実施例においては、説明の簡単化のため、ステアリング制御装置21およびブレーキ制御装置22の二つの制御装置による協調動作を説明するが、これに限らず、二つ以上の制御装置による協調動作も対象とすることができる。
 下位制御装置2は、上位制御装置である軌道計画装置1により生成される、予め定められた、図2に示すような一定期間先までの舵角・速度などの指令値データ群3を受信し、下位の制御装置群2にそれぞれ構成されるRAM(Random Access Memory)等により構成される記憶媒体へ保存する。本実施例においては、100ミリ秒間隔、10秒先までの舵角・速度指令値を軌道計画装置1が出力するようなシステムを想定する。また、図2には指令値データ群3を時刻情報つきで作成する例を示すが、時刻情報を付与せず、時系列順に指令値データ群3をソートして出力する等の方式についても、以下同様に処理を行うことが可能である。
 この指令値データ群は、軌道計画装置1の動作する周期毎に都度更新される。本実施例においては、舵角指令値データ群31をステアリング制御装置21の内部もしくは外部に構成される舵角記憶媒体211に、舵角指令値データ群31および速度指令値データ群32を、それぞれブレーキ制御装置22内部もしくは外部に構成される舵角記憶媒体221、速度記憶媒体222に保持するものとする。
  軌道計画装置1が、求められる軌道生成機能を満たしている場合、ステアリング制御装置21およびブレーキ制御装置22は、軌道計画装置1から一定周期毎に送られる舵角指令値群31、速度指令値群32のうち、出力すべき制御指令値を用いて自車のステアリングおよびブレーキの制御を行う。
 対して、軌道計画装置1内にて、例えば内部での演算失敗等により求められる軌道生成機能を満足できない場合には、前述の舵角記憶媒体211に保持された舵角指令値群31に従いステアリング制御装置21を、速度記憶媒体222に保持された速度指令値群32に従いブレーキ制御装置22を駆動させ、自車のステアリングおよびブレーキ制御を継続する。これにより、軌道計画装置1が所望の機能を満足しない場合においても、事前に軌道計画装置1により作成され、舵角記憶媒体211、速度記憶媒体222に保持された舵角指令値群31、速度指令値群32を用いることで、制御機能は縮退するものの一定期間自動運転を継続することが可能となる。
 このような制御を行う自動運転システム構成においては、軌道計画装置1が正しく動作している限りにおいて、ステアリング制御装置21が制御する自車の舵角と、ブレーキ制御装置22が制御する自車の速度は、軌道計画装置1により協調動作が実現される。一方で、軌道計画装置1が所望の機能を満たさない場合、自社の舵角と自車の速度は、それぞれステアリング制御装置21とブレーキ制御装置22がそれぞれ保持する舵角指令値群31、速度指令値群32に従い独立に制御が行われることにより、協調動作の実現は困難となる。舵角・速度は、制御時の誤差や、軌道計画装置1による事前の判別が困難な道路勾配、路面状態等の影響を受けるため、軌道計画装置1により事前に生成された自車軌道である、自車想定軌道4からの乖離が発生する。このような乖離を補正するため、本実施例においてはブレーキ制御装置22にて左右の速度を独立に制御しステアリング制御装置21が行う自車舵角の制御に補正を加えることにより、上位の制御装置である軌道計画装置1が不在の場合においても、協調動作を実現することが可能になる。以下、軌道計画装置1が事前に計画した軌道からの誤差判別、および誤差の補正について概略を説明する。
 以降、補正演算を行う際の状況例を示す。いま、自車が曲線軌道に沿って走行している中、時刻T0にて軌道計画装置1が所望の機能を満たさなくなったとする。この時、直前の軌道計画装置1の演算結果では、図3に示す自車想定軌道4に相当する、舵角記憶媒体211、および速度記憶媒体222に保持された舵角指令値データ群31、速度指令値データ群32が出力されているとし、これに従って縮退制御が開始される。この際の舵角指令値データ群31、および速度指令値データ群32の例を図4に示す。
 前述のように、制御系における誤差や道路勾配、路面摩擦といった環境影響により、必ずしも表2に示す指令値群への追従が実現されるわけではない。補正演算を行わない場合の走行の様子を、図5および図6に示す。表3の表中時刻0.2における速度が、事前に定められた指令値群である図4の状態から変化したとする。この際、図6中の時刻0.2における速度の変化により、時刻0.3以降に、ブレーキ制御装置22が制御する速度にフィードバックがかかり、同図6に示すように時刻0.3以降における速度が調整される。ただし、ステアリング制御装置21においては、ブレーキ制御装置22およびその制御系からは独立して制御が為されるため、軌道計画装置1で設定されていた自車想定軌道4から乖離した実走行軌道5をとり、元の自車想定軌道4への追従が困難であることが分かる。
 そこで前述のように、速度制御において左右速度を独立に制御することで操舵に変更を加え、図7に示す補正軌道6に相当する図8に示すような指令値の補正を行うことで、当初設定の自車軌道への再追従を実現する。一例としては、補正舵角θ_corA61、θ_corB62、および補正速度V_cor63から成る、補正軌道6が考えられる。補正舵角θ_corA61、θ_corB62、および補正速度V_cor63は、例えば次の補正方法1により与えられる。なお、図9に示す自車想定軌道舵角θ_ref64は、自車想定軌道4から乖離が発生した直後の制御時刻における軌道計画装置1により事前に規定された舵角指令値を、自車想定軌道からの乖離速度V_diff65は前述の制御系における誤差や道路勾配、路面摩擦といった環境影響による自車想定軌道4と自車実速度との誤差値であるとする。
 <補正方法>
  補正目標点68および補正開始位置の位置関係(距離)に基づき、V_cor63を決定。
  V_cor63が定まることにより、θ_corA61およびθ_corB62が、下記数式1、2により得られる。
 [数式1]
 θ_corA = arcsin( Vref * sinθ_refA / V_cor)
 [数式2]   θ_corB = θ_refB - θ_refA + θ_corA

  以上の方式により、自車想定軌道4へ実軌道を補正する補正軌道6の作成が可能となる。
 補正舵角θ_corA61およびθ_corB62は、ブレーキ制御装置22により左右速度を個別に制御することにより、自車速度を補正速度V_cor63に維持しつつ、補正舵角を作成することができる。
 本例では時刻T0+0.3における自車想定軌道4からの乖離から、時刻T0+0.4にて復帰する、すなわち自動運転制御装置の1制御周期とした100msecにて復帰する例を示している。ただし、本実施例はステアリング制御装置21およびブレーキ制御装置22のみを協調動作させる例であり、パワートレイン制御装置等を用いていないため速度を増速することが困難な場合が存在する。このような場合においては、例えば自車想定軌道4からの乖離を時間軸に沿って低減するように、複数の制御周期に相当する時間に亘り、補正を継続する方法を取る必要がある。他にも乗員の乗り心地等の観点から、1制御周期での復帰を行わない場合にも同様である。
 また、本例ではブレーキ制御装置22に保持された速度指令値データ群32と、速度センサにより測定される速度実測値に差異が発生し、自車想定軌道4からの乖離が発生するケースについて説明したが、ステアリング制御装置21に保持された舵角指令値データ群31と、舵角センサにより測定される舵角実測値に差異が発生する場合や、舵角および速度に同時に差異が発生する場合も発生し得る。舵角指令値データ群31と舵角実測値に差異が発生する場合については、ブレーキ制御装置22の系に搭載される速度センサや、車体に搭載されるヨーモーメントセンサにより、ブレーキ制御装置22内の舵角記憶媒体221に保持される舵角指令値データ群31との差異を検出し、同様の手段にて自車想定軌道4への追従が可能となる。
 以上の実施例では、車両の行動計画に基づきアクチュエータ群の制御目標値を出力する上位制御装置と、前記上位制御装置からの指令に基づいて、前記車両のアクチュエータ群を制御する下位制御装置と、を備え、前記上位制御装置から与えられる、前記車両の一定期間に亘る制御目標値を前記下位制御装置に保持し、前記上位制御装置が所望の機能を満たさない場合、保持されている制御目標値に基づいて前記下位制御装置が制御されるように構成され、前記車両の実動作値と前記制御目標値との差を判別して補正することにより、前記行動計画に追従するように制御する。
  また、前記下位制御装置は複数有し、一方の前記下位制御装置が他方の前記下位制御装置を監視し、前記車両の前記行動計画からの逸脱を検出した場合、一方の前記下位制御装置が他方の前記下位制御装置の制御目標値を補正する。
  また、前記下位制御装置の一方であるブレーキコントローラが、前記下位制御装置の他方であるステアリングコントローラの挙動を監視し、前記車両の前記行動計画からの逸脱を検出した場合、左右の速度の制御により前記ステアリングコントローラの制御目標値を補正する。
 以上の実施例により、軌道計画装置1が所望の機能を満たさない場合においても、ステアリング制御装置21とブレーキ制御装置22間での協調動作が実現され、事前に軌道計画装置1により設定された自車想定軌道4への追従継続が実現される。これにより、自動運転システムの信頼性を損なわずに軌道計画装置1の冗長化を解除でき、自動運転システムを安価に実現することが可能となる。
  本実施例では、高度な自動運転システムを安価に実現できる。また、下位の制御装置群に指令値を蓄積するコンセプトにおいて、下位システム間での協調動作を実現することで、高度な自動運転システムを低コストかつ高信頼に実現することができる。
  本実施例では、上位コントローラによる調停なく、下位コントローラ間に保持された制御指令蓄積値のみで協調動作を実現できる。その結果、機能安全対応のための指令値蓄積型 安全コンセプトを実現し、高度な自動運転システムを実現の信頼性を損なわずに上位の電子制御装置の多重化を解除でき、同システムの低コスト化が実現される。
 以上説明した各実施形態や各種の変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。
1:軌道計画装置(上位制御装置)、2:下位の制御装置、21:ステアリング制御装置、22:ブレーキ制御装置、23:ステアリング駆動装置、24:ブレーキ駆動装置。

Claims (3)

  1.  車両の行動計画に基づきアクチュエータ群の制御目標値を出力する上位制御装置と、
     前記上位制御装置からの指令に基づいて、前記車両のアクチュエータ群を制御する下位制御装置と、を備え、
     前記上位制御装置から与えられる、前記車両の一定期間に亘る制御目標値を前記下位制御装置に保持し、
     前記上位制御装置が所望の機能を満たさない場合、
     保持されている制御目標値に基づいて前記下位制御装置が制御されるように構成され、
     前記車両の実動作値と前記制御目標値との差を判別して補正することにより、前記行動計画に追従するように制御することを特徴とする自動運転制御装置。
  2.  請求項1に記載の自動運転制御装置であって、
     前記下位制御装置は複数有し、一方の前記下位制御装置が他方の前記下位制御装置を監視し、前記車両の前記行動計画からの逸脱を検出した場合、一方の前記下位制御装置が他方の前記下位制御装置の制御目標値を補正することを特徴とする自動運転制御装置。
  3.  請求項2に記載の自動運転制御装置であって、
     前記下位制御装置の一方であるブレーキコントローラが、前記下位制御装置の他方であるステアリングコントローラの挙動を監視し、前記車両の前記行動計画からの逸脱を検出した場合、左右の速度の制御により前記ステアリングコントローラの制御目標値を補正する、ことを特徴とする自動運転制御装置。
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