CN104884758A - 用于对在动力传动系的元件停止时间结束时的发动机温度实施估计的管理动力传动系的方法 - Google Patents
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Abstract
用于对配备有发动机(1)和针对发动机(1)的特定位置(P)的温度的估计器(2)的机动车辆的动力传动系进行管理的方法包括当该动力传动系启动时对估计器(2)进行初始化的步骤(E1)。所述初始化步骤(E1)包括以下步骤:限定(E1-1)该动力传动系的元件的停止时间;限定(E1-2)表示周围空气温度的至少一个值;基于所限定的停止时间和表示所限定的周围空气温度的值来评估(E1-3)发动机(1)的热参数;从所评估出的热参数来初始化(E1-4)估计器(2)。
Description
技术领域
本发明涉及机动车辆领域。
本发明更具体地涉及一种用于对机动车辆的动力传动系进行管理的方法,该机动车辆配备有发动机和针对发动机的特定位置处的温度的估计器。
背景技术
在动力传动系中,发动机、具体地热力发动机通常被冷却以便保护其汽缸盖。这是因为汽缸盖包括不同的特定位置,这些位置还被称为“可熔区”,如果这些特定位置超过预定温度,这些可熔区容易恶化。因此对这些特定位置的温度加以控制来实施对发动机的充分冷却是重要的。
该动力传动系可以配备有估计器,其功能是对这些特定位置的区域中的温度进行估计以便实施适当的冷却策略。
当动力传动系启动时,存在是问题是使得估计器以合适的初始化温度来初始化以利于监测特定位置。初始化温度是固定值,该固定值被选择成高估特定位置的实际温度,以便不损坏发动机。应理解的是,这种高估并不允许优化冷却策略,或者当启动车辆时旨在被实施的并且可能需要了解此时发动机的温度的任何其他策略。
发明内容
本发明的目标是提供一种克服以上阐述的缺点的解决方案。
此目标的实现具体地是由于一种用于对配备有发动机和针对发动机的特定位置的温度估计器的机动车辆的动力传动系进行管理的方法实,并且其中该方法包括当动力传动系启动时实施的估计器的初始化的步骤,该初始化步骤包括以下步骤:确定该动力传动系的元件的停止时间;确定表示周围空气的温度的至少一个值;根据所确定的停止时间和表示周围空气的温度的所确定的值来评估该发动机的一个热参数;基于所评估的热参数来初始化该估计器。
有利地,所评估出的该热参数是该发动机的该特定位置的一个评估出的温度。
优选地,该评估该热参数的步骤包括确定该发动机在该动力传动系的该元件的该停止时间开始时的至少一个温度的步骤、和/或确定表示周围空气在该动力传动系的该元件的该停止时间开始时的温度的至少一个值的步骤。
根据一个实施例,确定表示该初始化步骤的该周围空气的温度的至少一个值的该步骤包括通过该发动机的一个进气温度传感器测量表示该周围空气的温度的该温度的步骤和/或通过该车辆的外侧的区域中的一个温度传感器测量表示该周围空气的温度的该温度的步骤。
优选地,评估该发动机的该热参数的该步骤包括模拟该发动机在该停止时间期间的温度的发展的步骤,该模拟步骤考虑了由于该发动机的运行供应给该发动机的在零值上的热流,并且确定由于该发动机的冷却的该发动机的散热流。
根据一个发展形式,该模拟步骤包括确定该周围空气的温度在该停止时间期间的发展的步骤。
有利地,该发动机在时刻t的散热流是从以下方程中确定的: (T°发动机(t)-T°ext(t)),其中h(t)是该发动机与该车辆的发动机罩下方的空气之间在该时刻t的热交换系数,S是该发动机(1)与该发动机罩下方的空气之间的交换表面,T°发动机(t)是该发动机在该时刻t的温度,T°ext(t)是该周围空气在该时刻t的温度。
此外,由于该估计器被配置成随着时间估计与该发动机的不同的特定位置对应地相关联的温度,所述估计该热参数的步骤可以被实施来评估该发动机的每个特定位置的温度,从而用该发动机的各特定位置的初始化温度来初始化该估计器。
根据一个实施例,该方法依次包括该初始化步骤、使用该初始化估计器估计该发动机的该特定位置的温度的步骤、和控制该冷却回路的步骤,该冷却回路被配置成如果该特定位置的估计出的温度低于和/或持续一段预定时间段低于一个预定阈值则限制对该发动机的该特定位置的冷却。
本发明还涉及一种包括用于实施所述的方法的硬件和/或软件元件的设备,并且用于实施该方法的这些硬件和/或软件元件包括:一个用于确定该驱动系的元件的停止时间的元件;一个用于确定表示周围空气的温度的至少一个值的元件;一个根据所确定的停止时间和表示周围空气的温度的所确定的值来评估该发动机的热参数的元件;一个用于基于所评估的热参数来初始化该估计器的元件。
附图说明
在以下通过非限制性实例的方式给出的并且在附图中展示的对本发明的具体实施例的说明中将更清楚地认识到其他优点和特征,在附图中:
-图1是旨在在本发明的背景中使用的驱动系的特定实施例的示意图,
-图2是根据本发明的一个实施例的方法的示意图,
-图3展示了被配置成用于提供发动机的特定位置处的温度估计的估计器,
-图4展示了被配置成用于提供发动机的若干特定位置处的温度估计的估计器,
-图5展示了图4估计器的计算单元。
具体实施方式
下述方法与现有技术的不同之处具体在于,该方法将允许在考虑发动机的至少一个热参数(具体是与实际最接近的温度)的情况下初始化估计器。
如图1中所展示的机动车辆的驱动系配备有发动机1和在发动机1的特定位置P处的温度估计器2。
图2展示了用于对这种驱动系进行管理的方法,该方法包括当驱动系启动时实施的对估计器2进行初始化的步骤E1。初始化步骤E1包括确定该驱动系的元件的停止时间的步骤E1-1。
术语“驱动系的启动”旨在被理解成是指发动机停止的车辆的驾驶员开启点火开关以便在车辆的停止阶段(例如,在停车场)之后启动车辆。
针对其确定出停止时间的预期元件可以是发动机1、驱动系的监督处理器3等等。
优选地,驱动系的这个元件是监督处理器3。这是因为,当驾驶员关闭发动机时,处理器3仍活跃持续几秒钟(例如,几十秒),这段使得活动停下的时间在本领域中还被称为“动力锁(power latch)”。在使得活动停下期间,该处理器继续使用估计器2来便计算在发动机的特定位置处的有效温度。在使得活动停下时间结束时,估计器2关闭。
以此方式,在重新启动操作过程中,令人希望的是优选地在重新启动时以与发动机的特定位置P的温度接近的温度来初始化估计器2。优选地,此初始化温度是恰好在发动机启动之前发动机例如在特定位置P处的温度。
该方法进一步包括确定表示周围空气的温度的至少一个值的步骤E1-2。属于初始化步骤E1的此步骤E1-2可以包括通过发动机1的进气温度传感器4测量表示周围空气的温度的温度的步骤和/或通过车辆的外侧的区域中的温度传感器5测量表示周围空气的温度的温度的步骤。进气温度传感器4通常位于发动机1的进气收集器6中。车辆的外侧的区域中的温度传感器5本身可以位于车辆的后视镜上。这两个传感器5和6可以连接旨在采集其信号的处理器3。这些测量结果表示停止时间结束时(即,在重新启动操作开始时)的实际温度。
术语“周围空气的温度”旨在被理解成是指车辆周围的空气。因此,其可以是相对于车辆的外部空气。
此外,该方法的初始步骤E1包括根据所确定的停止时间和表示周围空气的温度的所确定的值来评估发动机1的热参数的步骤E1-3。最后,该方法的初始步骤E1包括基于所评估的热参数的初始化估计器2的步骤E1-4。
优选地,所评估的热参数是发动机1的特定位置具体在停止时间结束时的所评估的温度。因此,此评估的热参数将能够充当估计器2的初始化温度。
实际上,评估步骤E1-3使得能够确定驱动系的元件的停止时间结束时热参数所必须处于的值。此评估步骤E1-3可以在估计器2在初始化步骤E1-4的初始化之前由该估计器、更具体地由估计器2的计算装置实施。
为此目的,有可能存储了当发动机停止时或当停止时间开始时的发动机温度和周围空气温度值,这些值能够随后具体地从存储器恢复来实施评估步骤。以此方式,热参数评估步骤E1-3包括确定发动机1在驱动系元件的停止时间开始时的至少一个温度(因此,此确定步骤可以通过恢复发动机1存储在存储器中的在驱动系元件的停止时间开始时的至少一个温度的步骤来实施)和/或确定表示周围空气在驱动系元件的停止时间开始时的温度的至少一个值的步骤(因此,此确定步骤可以通过恢复可以存储在存储器中的表示周围空气在驱动系元件的停止时间开始时的温度的至少一个值的步骤来实施)。所确定的发动机1在停止时间开始时的温度可以是在驱动系元件停止之前估计器2所估计的发动机的(例如,特定位置的)最后温度。所确定的周围空气在驱动系元件的停止时间开始时的温度可以是驱动系元件停止之前(例如,由传感器)测量的周围空气的最后温度。
因此,了解停止时间开始的周围温度、停止时间结束时的周围温度、以及发动机1在驱动系元件的停止时间开始时的温度,就能够以精确的方式近似出发动机(具体地,在特定位置的区域中)在驱动系启动时的温度值。
换言之,总体上,评估发动机1的热参数的步骤E1-3可以包括模拟发动机1(具体地在特定位置的区域中)在停止时间期间的温度的发展的步骤,该模拟步骤考虑了由于发动机运行而送至发动机1的在零值上的热流,并且确定通过发动机1的冷却的该发动机的散热流。在这些数据和条件下,估计器2可以在停止时间之后实施对发动机1的特定位置P的温度在驱动系元件的停止时间的整个持续时间内的发展的模拟。允许实施此模拟的方程可以与在发动机1的操作期间实时使用的那些方程相同,因此,估计器本身可以计算将用其来初始化该估计器的这个热参数的值。模拟的时间步长可以是大约一秒。即,估计器2将在非常短的时间内模拟停止时间的每一秒的热参数的理论值,以便在停止时间结束时获得接近实际值的热参数的值。
在本说明书中,供应给发动机的热流还可以被认为是进入发动机的热量流,并且散热流可以被认为是从发动机排出的热量流。
实际上,在步骤E1-3过程中,通过发动机1的运行供应给该发动机的热流被认为是自发动机处于停止状态以来一直是零。以此方式,由于具体随着发动机1的周围空气的热交换,借助于发动机1排出所积累的热量,发动机1的温度将会渐进地下降。
此外,为了以最好可能的方式模拟发动机1的温度的发展,该模拟步骤可以包括确定周围空气的温度在停止时间期间的发展的步骤。周围空气的温度的发展的这种近似法可以基于停止时间开始时的周围温度和停止时间结束时的周围温度(这些值能够是以上确定的那些值,并且具体地存储在存储器中)来实施。例如,该近似法是借助于线性近似法、或借助于指数近似法(例如,借助于考虑了停止时间期间温度递减的指数递减)、或借助于停止时间开始时的周围温度与停止时间结束时周围温度之间的平均值的计算来实施的。这种近似法和计算对于本领域的技术人员而言是众所周知的并且此处将不详细阐述所有内容。通过非限制性实例,可以从以下公式中近似出在限定了停止时间的t1与t2之间的时刻t(t1是停止时间开始时的时刻,并且t2是停止时间结束时的时刻)的近似温度Tapp:
Tapp(t)=T空气(t1)+(t+t1)*((T空气(t2)-T空气(t1))/(t2-t1)),方程(1)
其中T空气(t1)和T空气(t2)是周围空气在t1和t2的(例如,在这些时刻t1和t2测量的)温度的实际值。
根据一个特定实施例,发动机在时刻t的散热流是由以下方程中确定的:
(T°发动机(t)-T°ext(t)),方程(2)
其中h(t)是发动机(例如,被认为是金属质量)与车辆的发动机罩下方的空气在时刻t的热交换系数,S是发动机1与发动机罩下方的空气之间的交换表面,T°发动机(t)是发动机1(具体地其金属质量)在时刻t的温度,T°ext(t)是周围空气在时刻t的温度。发动机的发动机罩通常由保护发动机的在车辆前部或后部的触及通道的车体构件形成。在步骤E1-3过程中,在时刻t的T°ext源自于上述近似法。
在发动机停止情况下,即,为了计算停止时间期间的h(t)与自然对流系数空气/金属与空气相关联。
在估计器2已经被初始化之后,将能够使用该估计器来具体地考虑发动机1的操作而确定发动机1的特定位置P处的温度,以便优化发动机1的温度的升高。此优化有利地例如是使得通过促进在用于发动机的废气的后处理的设备中的化学反应而能够减少污染物的排放。此优化例如通过增加发动机的温度上升的速度,这允许减少发动机摩擦的发生,还使得能够减少发动机的燃料消耗。此优化还可能(当适用时)能够(具体在柴油发动机中)降低发动机的冷运行噪音。
以此方式,该方法可以依次包括估计器2的初始化步骤E1、初始化估计器2对发动机1的特定位置P的温度的估计的步骤E2以及控制冷却回路的步骤E3,该冷却回路被配置成用于如果该特定位置P的所估计的温度低于和/或持续一段预定时间段低于预定阈值则限制发动机1的特定位置P的冷却。即,控制步骤E3允许控制冷却回路的不同元件来尽快地达到发动机的标称运行温度。
在步骤E2过程中,发动机被启动;这涉及到发动机具体地由于发动机的燃料的燃烧而引起热量供应的操作。
图3阐述了使用初始化估计器2估计特定位置P的这种温度的特定实施例。例如,估计器2包括至少三个输入端和一个输出端。这三个输入端允许为估计器供应以下数据:车辆的参数En1(力,发动机速度和/或发动机负载和/或车辆的速度)、环境温度En2和初始化温度En3(即,所评估的热参数)。在输出端S1,估计器2提供发动机1的特定位置P的区域中的温度的估计。
优选地,在步骤E3已经被实施之后,预定阈值将用于验证此控制步骤E3已经停止了还是在继续。为了处理控制步骤E3的实施时间而使用此阈值是优选的,因为就冷却器进行的冷却受到发动机的严格要求的限制的意义而言就驱动系的消耗方面能够实现增益(与标准“操作”形成对照,在标准操作中针对特定的速度,冷却器始终在最大,而不管发动机的要求如何)。使得冷却受到发动机的严格要求的限制还允许发动机在温度方面更快速升高,从而引起发生减少的摩擦和就燃料消耗和污染排放物方面的增益。
根据特定实施例,估计特定位置P的温度的步骤E2可以包括以下步骤:
确定由于发动机根据所评估的热参数(该热参数优选地仅用于当发动机被重新启动时初始化估计器;一旦发动机转动,就不再使用)的操作引起的在特定位置P的区域中供应给发动机1的热流(例如,热量),和确定发动机1在特定位置P的区域中的散热流(例如,热量)。发动机的散热流可以根据以上方程(2)的公式来确定。在本实例中,由于发动机转动(即,产生一系列燃料燃烧的步骤),系数h(t)可以(借助于计算或借助于表格中的读数)从车辆的操作位置(车辆速度和/或发动机负载和/或车辆的速度等等)中确定。此外,在对转动的发动机进行估计的情况下,具体地由以上阐述的传感器在方程(2)的输出连续地提供周围温度。
此外,确定供应给发动机的热流和确定发动机的散热流可以各自实施从测量结果产生的表格中的读数数据估计这些流的步骤和/或在对车辆的驱动系的操作进行的校准过程中实施的模拟。例如,它们可以作为输入从表格中确定:发动机和车辆参数(例如,发动机速度和/或发动机负载、和/或车辆的速度等等);估计器所计算的具体地在特定位置的区域中的一个或多个温度;以及发动机之外的空气的温度。
优选地,在从所评估的已经对估计器2初始化了的热参数第一次估计该特定位置的温度之后,估计器2在循环的基础上具体地从以下公式估计特定位置P的区域中的温度:
F供应-F排放=MnxCpxDeltaT,方程(3)
其中F供应是所供应的热流,F排放是散热流,Mn是特定位置的区域中的热惯量,Cp是特定位置P的区域中的热容,并且DeltaT是特定位置P的区域中的温度变化,以便验证被配置成限制发动机1的冷却的步骤E3是否必须继续。
通常,发动机、具体地热力发动机是通过离要冷却的发动机的区尽可能近地循环的冷却流体来冷却的。以此方式,被配置成限制发动机1的冷却的步骤E3优选地实施停止或限制发动机1的冷却流体循环的步骤。
根据一个实施例,估计器2被配置成随着时间对对应地与发动机1的不同的特定位置P相关联温度加以估计。优选地,实施评估热参数的步骤E1-3来评估发动机1的每个特定位置P的温度,从而用发动机1的各特定位置的初始化温度来初始化估计器2。当然,还能够用单个热参数值来初始化估计器2,然后,估计器2能够从此单个热参数值进行推断估计出发动机1的不同的特定位置P处的温度。
如图4中所展示的,针对这些特定位置中的每个位置,再次采用了图3的元件,估计器2可以包括计算单元(B1到BN)。优选地以相同的方式构成针对N个特定位置的这N个计算单元。术语“相同的方式”旨在被理解成是指相同的架构和相同的方程。相比之下,所使用的参数、数据和表格可以是一个单元与另一个单元不同的。
图5更详细地展示了计算单元。首先,发动机速度值Rm和发动机转矩值Cm使得能够从燃烧流Tf的表格(例如,通过测试校准或通过校准)确定出在特定位置P的区域中供应给发动机的热流ft1,该热流由与表示有待监测的特定位置P的金属质量Mn相关联的热惯量建模。此金属质量Mn的值可以借助于测试或借助于计算来确定。热惯量(在本实例中以ft2表示)的散热流是具体地借助于上述方程(2)在任何时间计算的。在图5的实例中,系数h(t)根据速度变化,即,本系数可以从将车辆的速度值V1当做输入的并且作为输出提供h(t)的表格中确定。在与计算单元相关联地第一次发起特定位置P的温度估计时,热惯量的温度在初始化阶段过程中被置于所评估出的温度Ti。然后,针对未来的估计,使用了上述方程(3)。以此方式,在任何时间,发动机的处理器都可以估计有待监测的特定位置N的区域中的温度ST,因此,该温度对应于热惯量MN的区域中的温度。然后,此温度可以在任何时间与相应的发动机在位置N的可靠性阈值加以比较(在“估计器之外”)。根据以上说明,该计算可以是“在任何时间”实施的。实际上,还可以不是连续地,而是每Δt周期性地实施该计算(并且通常这是由驱动系的监督处理器3实际上实施的),其中Δt=x秒或分数秒,x可以是或可以不是恒定的并且通常在0.01秒与1秒(含)之间,优选地x等于0.1秒。该计算还可以发动机每y转实施一次的,y被包括在发动机0.5转与50转之间,并且优选地y等于发动机1转。
通常,特定位置P是与发动机1的汽缸盖的“可熔”区相关联的位置;因此,优选的是了解其温度以便以适当的方式对发动机1实施冷却并且因此防止驱动系的发动机1发生不可修复的损坏。
上述方法能够在不使用传感器(例如,位于发动机1的特定位置P处以便直接测量其温度的传感器)或与车辆的当前技术定义相比较的附加传感器的情况下以最好可能的方式估计发动机1启动时的温度。为此目的,用于测量流逝时间(停止时间)的车载时钟和一个或多个用于了解周围温度的空气温度传感器(后视镜和/或在发动机中通过流量计空气温度传感器)的联合使用能够至少部分地实施上述方法。
即,驱动系一被重新启动就用对实际而言真实的温度初始化估计器2。与现有技术相比较,这提高了精确度、因此还改善了就污染排放物方面的增益。
此外,可以使用机动车辆中已经存在的部件实施该方法。以此方式,该方法实施起来简单并且不涉及到任何巨大额外成本。
在车辆所载的用于确定停止时间的时钟故障的情况下,将会选择至少一个固定温度来初始化估计器2。此固定温度被选择成高估相关联的特定位置的温度,以便保护该特定位置。
本发明还涉及一种能够由处理器读取的数据记录介质,在该数据记录介质上记录有数据处理程序,该数据处理程序包括用于实施如所描述的方法的步骤的数据处理程序编码装置。
此外,数据处理程序可以包括当程序被处理器、具体地以上阐述的监督处理器3实施时能够实施如所描述的方法的步骤的数据处理程序编码装置。
为了实施该方法,一种设备可以包括用于实施该方法的硬件和/或软件元件。更确切地,这些用于实施该方法的硬件和/或软件元件可以包括:一个用于确定驱动系的元件的停止时间的元件;一个用于确定表示周围空气的温度的至少一个值的元件;一个根据所确定的停止时间和表示周围空气的温度的所确定的值来评估该发动机的热参数的元件;以及一个用于基于所评估的热参数来初始化该估计器的元件。这些不同的元件可以由处理器、具体地监督处理器3控制,以便实施该方法。
一种机动车辆可以包括被配置成用于实施如所描述的方法的处理器和/或以上阐述的设备,该设备与该处理器接口连接。
Claims (10)
1.一种用于对配备有发动机(1)和针对发动机(1)的特定位置(P)的温度的估计器(2)的机动车辆的动力传动系进行管理的方法,其特征在于该方法包括当该动力传动系启动时实施的该估计器(2)的初始化的步骤(E1),该初始化步骤(E1)包括以下步骤:
-确定(E1-1)该动力传动系的一个元件的停止时间,
-确定(E1-2)表示周围空气的温度的至少一个值,
-根据所确定的停止时间和表示周围空气的温度的所确定的值来评估(E1-3)该发动机(1)的一个热参数,
-基于所评估的热参数来初始化(E1-4)该估计器(2)。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所评估出的该热参数是该发动机(1)的该特定位置的一个评估出的温度。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法,其特征在于,评估该热参数的该步骤(E1-3)包括确定该发动机在该动力传动系的该元件的该停止时间开始时的至少一个温度的步骤、和/或确定表示周围空气在该动力传动系的该元件的该停止时间开始时的温度的至少一个值的步骤。
4.如前述权利要求之一所述的方法,其特征在于,确定表示该初始化步骤(E1)的该周围空气的温度的至少一个值的该步骤(E1-2)包括通过该发动机(1)的一个进气温度传感器(4)测量表示该周围空气的温度的该温度的步骤和/或通过该车辆的外侧的区域中的一个温度传感器(5)测量表示该周围空气的温度的该温度的步骤。
5.如前述权利要求之一所述的方法,其特征在于,评估该发动机(1)的该热参数的该步骤(E1-3)包括模拟该发动机(1)在该停止时间期间的温度的发展的步骤,该模拟步骤考虑了由于该发动机(1)的运行供应给该发动机的在零值上的热流,并且确定由于该发动机(1)的冷却的该发动机的散热流。
6.如前一项权利要求所述的方法,其特征在于,该模拟步骤包括确定该周围空气的温度在该停止时间期间的发展的步骤。
7.如权利要求5或6任一项所述的方法,其特征在于,该发动机在时刻t的散热流是从以下方程中确定的:(T°发动机(t)-T°ext(t)),其中h(t)是该发动机与该车辆的发动机罩下方的空气之间在该时刻t的热交换系数,S是该发动机(1)与该发动机罩下方的空气之间的交换表面,T°发动机(t)是该发动机在该时刻t的温度,T°ext(t)是该周围空气在该时刻t的温度。
8.如前述权利要求之一所述的方法,其特征在于,由于该估计器(2)被配置成随着时间估计与该发动机(1)的不同的特定位置(P)对应地相关联的温度,所述估计该热参数的步骤(E1-3)被实施来评估该发动机(1)的每个特定位置(P)的温度,从而用该发动机(1)的各特定位置的初始化温度来初始化该估计器(2)。
9.如权利要求1至8之一所述的方法,其特征在于,该方法依次包括该初始化步骤(E1)、使用该初始化估计器(2)估计该发动机(1)的该特定位置(P)的温度的步骤(E2)、和控制该冷却回路的步骤(E3),该冷却回路被配置成如果该特定位置(P)的估计出的温度低于和/或持续一段预定时间段低于一个预定阈值则限制对该发动机(1)的该特定位置(P)的冷却。
10.一种包括用于实施如权利要求1至9之一所述的方法的硬件和/或软件元件的设备,并且用于实施该方法的这些硬件和/或软件元件包括:
-一个用于确定该驱动系的一个元件的停止时间的元件,
-一个用于确定表示周围空气的温度的至少一个值的元件,
-一个根据所确定的停止时间和表示周围空气的温度的所确定的值来评估该发动机的一个热参数的元件,
-一个用于基于所评估的热参数来初始化该估计器的元件。
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