CN107003152B - 用于处理机动车中的测量信号的信号处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于处理机动车中的测量信号的信号处理设备(100),其中所述测量信号涉及具有连续的测量值的随时间可变的测量变量,所述信号处理设备(100)具有:第一信号处理装置(101),用于根据所述测量信号计算所述随时间可变的测量变量;第二信号处理装置(103),用于处理所述随时间可变的测量变量,以便获得经处理的测量变量;第三信号处理装置(105),用于计算所述随时间可变的测量变量的变化率,其中所述第三信号处理装置(105)构造为,输出表明所述变化率的附加测量信号;和通信接口(107),该通信接口(107)构造为将所述经处理的测量变量和所述附加测量信号合并成经组合的发送信号并且发出所述经组合的发送信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于处理机动车中的测量信号的信号处理设备。
背景技术
具有主动底盘控制(Fahrwerksregelung)的机动车常常具有底盘位置传感器,该底盘位置传感器检测关于底盘位置的传感器值。例如,所述传感器值说明了机动车的车轮关于机动车的底座(Chassis)的角度。所述底盘位置传感器可以包括信号输出端,用于输出所检测到的呈模拟电压信号形式的传感器值。此外,该信号输出端可以经由信号线路与电子控制设备(如电子控制单元(ECU,Electronic Control Unit))连接,该电子控制设备构造为从所述模拟电压信号中提取传感器值并且进一步处理所提取的传感器值。
在这种情况下,所述电子控制设备常常包括模拟数字转换器,用于将所述模拟电压信号转换成如下数字信号:从该数字信号中提取所述传感器值。由于模拟数字转换(例如由于量化误差),由于可能的对经由信号线路传输模拟电压信号的干扰(例如由于电磁干扰辐射)或者由于滤波器的运行时间,在电子控制设备中所提取的传感器值的精度可能小于测量传感器的检测精度。
发明内容
本发明所基于的任务是,说明了一种更高效的针对用于处理机动车中的测量信号的信号处理设备的方案。
该任务通过具有按照独立权利要求所述的特征的主题来解决。本发明的有利的实施形式是附图、说明书和从属权利要求的主题。
根据本发明的一个方面,该任务通过一种用于处理机动车中的测量信号的信号处理设备来解决,其中该测量信号涉及具有连续的测量值的随时间可变的测量变量,该信号处理设备具有:第一信号处理装置,用于根据该测量信号计算所述随时间可变的测量变量;第二信号处理装置,用于处理所述随时间可变的测量变量,以便获得经处理的测量变量;第三信号处理装置,用于计算所述随时间可变的测量变量的变化率,其中第三信号处理装置构造为,输出表明所述变化率的附加测量信号;和通信接口,该通信接口构造为,将所述经处理的测量变量和所述附加测量信号合并成经组合的发送信号,并且发出所述经组合的发送信号。由此,实现了如下优点:可以高效地处理所述测量信号。
该机动车可以是乘用车、载货车、汽车或者摩托车。此外,该机动车可以具有测量传感器,借助该测量传感器提供测量信号。例如,该机动车构造为具有主动底盘控制、水平控制(Niveauregulierung)和/或自动照明范围调整(Leuchtweitenregulierung),并且测量传感器是底盘位置传感器、如行驶高度传感器(Hoehenstandsensor)。在这种情况下,底盘位置传感器的壳体可以与机动车的底座连接。此外,机动车的轮悬挂装置或者车轮可经由连杆与底盘位置传感器的杆连接。由此,借助底盘位置传感器可以检测机动车的车轮相对于机动车的底座的运动和/或角度。例如,随时间可变的测量变量是机动车的车轮相对于机动车的底座的角度,而测量信号是角度信号。此外,测量信号可以是模拟信号或者是数字信号。
第一信号处理装置可以包括用于执行坐标旋转数字计算机(CORDIC,CoordinateRotation Digital Computer)算法的处理器、如CORDIC块,或者通过用于执行坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法的处理器、如CORDIC块来形成。
第二信号处理装置可以包括重新加工装置、如后处理装置(Post-Processing-Einrichtung)。此外,第二信号处理装置可以构造为对所述测量信号进行滤波,例如借助低通滤波器或者带通滤波器对所述测量信号进行滤波。
第三信号处理装置可以包括用于计算变化率的处理器。例如,随时间可变的测量变量是机动车的车轮相对于机动车的底座的角度,而测量信号是角度信号。在这种情况下,变化率可以是机动车的车轮的速度(尤其是角速度或者车轮结构速度(Radaufbau-Geschwindigkeit))和/或加速度(尤其是车轮结构加速度)。此外,第三信号处理装置可以构造为:根据公式
v=Δα/Δt;和
a=Δv/Δt;
通过计算所计算出的随时间可变的测量变量的一阶导数来执行速度的计算,和/或通过计算所计算出的随时间可变的测量变量的二阶导数来执行加速度的计算,其中Δα表示两个所计算出的测量变量之间的差,Δt表示时间差,v表示速度,a表示加速度并且Δv表示两个所计算出的速度之间的差。例如,时间差Δt对应于两个采样值之间的持续时间,该持续时间在同步采样的情况下是已知的。此外,第三信号处理装置可以构造为,计算从所计算出的随时间可变的测量变量推导出的函数。
通信接口可以包括有线通信接口和/或无线通信接口,用于经由通信网络进行通信。例如,通信接口包括串行接口、按照***传感器接口5(PSI5,Standard PeripheralSensor Interface 5)标准的接口、按照单边半字节传输(SENT,Single Edge NibbleTransmission)标准的接口、按照电源管理总线(PMBus,Power Management Bus)标准的接口、按照通用串行总线(USB,Universal Serial Bus)标准的接口、用于借助无线射频识别(RFID,Radio-Frequency-Identification)进行无线通信的例如按照ISO/IEC 14443或者ISO/IEC 18000-3标准的接口、用于借助近场通信(NFC,Near-Field-Communication)进行无线通信的例如按照ISO/IEC 14443或者ISO/IEC 18092标准的接口或者用于按照蓝牙、ZigBee或者无线局域网(W-LAN,Wireless Local Area Network)标准之一进行无线通信的接口。此外,该通信接口可以是数字接口。该通信网络可以是电话网络、移动无线电网络、计算机网络(例如局域网(LAN,Local Area Network)或者无线局域网(W-LAN))或者因特网。
此外,该通信接口可以构造来用于将经组合的发送信号发出给机动车的电子控制设备、如电子控制单元(ECU),在该电子控制设备中可以进一步处理所接收到的经组合的发送信号,该经组合的发送信号可以包括角度信号。例如,该电子控制设备是发动机控制单元(如Engine Control Unit)。
根据一个实施形式,该信号处理设备可以集成在传感器中,尤其是集成在测量传感器中。
在一个有利的实施形式中,测量值是机动车的底盘的底盘位置值;或者是如下角度测量值:所述角度测量值指明了机动车的底盘的底盘位置;或者是温度测量值。由此,实现了如下优点:能够高效地检测所述测量值。
在另一有利的实施形式中,随时间可变的测量变量包括连续的角度测量值作为测量值,其中测量信号包括与角度测量值有关的正弦值和余弦值,并且其中第一信号处理装置构造为根据正弦值和余弦值计算角度测量值。由此,实现如下优点:能够高效地计算所述随时间可变的测量变量。
在另一有利的实施形式中,第一信号处理装置构造为实施CORDIC算法,以根据所述测量信号计算所述随时间可变的测量变量。由此,实现如下优点:可以使用成本特别低廉的且高效的第一信号处理装置。
在另一有利的实施形式中,第二信号处理装置具有信号处理延迟,并且第二信号处理装置构造为将所述测量信号延迟了该信号处理延迟,以便获得所述经处理的测量变量。由此,实现如下优点:可以使所述经组合的发送信号特别高效地与另一发送信号同步。
在另一有利的实施形式中,第二信号处理装置构造为:减小所述测量信号的最大值,或者通过箝位(Clamping)来处理所述最大值或者对所述最大值进行滤波、尤其是借助低通滤波或者带通滤波进行滤波,或者通过求平均值、尤其是通过求两个或者更多个测量值的算术平均值来处理所述测量信号,以便获得所述经处理的测量变量。由此,实现如下优点:可以高效地确定所述经处理的测量变量。
在另一有利的实施形式中,第三信号处理装置构造为通过将所述可变的测量变量对时间进行求导来计算所述随时间可变的测量变量的变化率,尤其是通过求连续的测量值之间的差来计算所述变化率,以便获得速度值作为附加测量信号。由此,实现了如下优点:可以省去用于检测速度值的速度传感器。
在另一有利的实施形式中,第三信号处理装置构造为通过将所述可变的测量变量对时间进行二次求导来计算所述随时间可变的测量变量的变化率,以便获得加速度值作为附加测量信号。由此,实现了如下优点:可以省去用于检测加速度值的加速度传感器。
在另一有利的实施形式中,该测量信号源自测量传感器,并且该通信接口此外还构造为将所述经处理的测量变量、所述附加测量信号以及测量传感器参数、尤其是温度值、偏移值或者放大系数合并成经组合的发送信号,并且发出所述经组合的发送信号。由此,实现了如下优点:可以高效地监控所述测量传感器。
测量传感器参数可以通过外部观察器(如电子控制设备)来分析。例如,外部观察器构造为及早地识别不稳定的运行状态或者测量传感器的停止。
在另一有利的实施形式中,通信接口是PSI5-或者SENT-通信接口,或者该通信接口形成按照PSI5-或者SENT标准的数字接口。由此,实现如下优点:可以使用高效的通信接口。
在另一有利的实施形式中,通信接口构造为,基于PSI5-或者SENT-协议将所述经处理的测量变量和所述附加测量信号合并成经组合的发送信号,以便获得所述经组合的发送信号。由此,实现如下优点:可以高效地确定所述经组合的发送信号。
在另一有利的实施形式中,所述经组合的发送信号是数字信号,而所述通信接口构造为对所述经组合的发送信号进行数模转换。由此实现了如下优点:可以高效地发出所述经组合的发送信号。
在另一有利的实施形式中,通信接口构造为借助TDMA发出所述经组合的发送信号。由此,实现了如下优点:通过使用时分多址(TDMA,Time Division Multiple Access)能够高效地利用为了发出所述经组合的发送信号而使用的发送通道。
在另一有利的实施形式中,所述信号处理设备构造为具有模拟数字转换器,该模拟数字转换器连接在所述第一信号处理装置的上游。由此,实现了如下优点:能够高效地处理模拟测量信号。
在另一有利的实施形式中,所述信号处理设备构造为具有测量传感器、尤其是角度传感器,该测量传感器连接在所述第一信号处理装置的上游并且构造为提供所述测量信号。由此,实现了如下优点:能够高效地为所述第一信号处理装置提供所述测量信号。
根据本发明的另一方面,该任务通过一种用于基于测量变量和所述测量变量的变化率来控制机动车的功能的电子控制设备来解决,该电子控制设备具有:通信接口、尤其是PSI5-或者SENT-通信接口,用于接收经组合的发送信号,尤其是从信号处理设备来接收经组合的发送信号;其中所述经组合的发送信号包括所述测量变量和所述测量变量的变化率;而且其中该通信接口构造为:从所述经组合的信号中提取所述测量变量和所述测量变量的变化率,并且分开地输出所述测量变量和所述测量变量的变化率。由此,实现了如下优点:能够高效地处理所述发送信号。该电子控制设备可以是或者包括发动机控制单元(如Engine Control Unit)。此外,机动车的功能可以是发动机功能。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例并且在下文中对所述实施例更详细地予以描述。
在附图中:
图1示出了信号处理设备的示意图;
图2示出了电子控制设备的示意图;以及
图3示出了用于进行信号处理的装置。
具体实施方式
图1示出了信号处理设备100的示意图。该信号处理设备100包括第一信号处理装置101、第二信号处理装置103、第三信号处理装置105和通信接口107。
用于处理机动车中的测量信号(其中所述测量信号涉及具有连续的测量值的随时间可变的测量变量)的信号处理设备100可以构造为具有:第一信号处理装置101,用于根据所述测量信号计算所述随时间可变的测量变量;第二信号处理装置103,用于处理所述随时间可变的测量变量,以便获得经处理的测量变量;第三信号处理装置105,用于计算所述随时间可变的测量变量的变化率,其中第三信号处理装置105构造为,输出表明所述变化率的附加测量信号;和通信接口107,该通信接口107构造为,将所述经处理的测量变量和所述附加测量信号合并成经组合的发送信号,并且发出所述经组合的发送信号。
该机动车可以是乘用车、载货车、汽车或者摩托车。此外,该机动车可以具有测量传感器,借助该测量传感器提供所述测量信号。例如,该机动车构造为具有主动底盘控制、水平控制和/或自动照明范围调整,并且测量传感器是底盘位置传感器、如行驶高度传感器。在这种情况下,底盘位置传感器的壳体可以与机动车的底座连接。此外,机动车的轮悬挂装置或者车轮可经由连杆与底盘位置传感器的杆连接。由此,借助底盘位置传感器可以检测机动车的车轮相对于机动车的底座的运动和/或角度。例如,随时间可变的测量变量是机动车的车轮相对于机动车的底座的角度,并且测量信号是角度信号。此外,测量信号可以是模拟信号或者数字信号。
第一信号处理装置101可以包括用于执行坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法的处理器(如CORDIC块),或者通过用于执行坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法的处理器(如CORDIC块)来形成。
第二信号处理装置103可以包括重新加工装置、如后处理装置。此外,第二信号处理装置103可以构造为对所述测量信号进行滤波,例如借助低通滤波器或者带通滤波器对所述测量信号进行滤波。
第三信号处理装置105可以包括用于计算变化率的处理器。例如,随时间可变的测量变量是机动车的车轮相对于机动车的底座的角度,而测量信号是角度信号。在这种情况下,变化率可以是机动车的车轮的速度(尤其是角速度或者车轮结构速度)和/或加速度(尤其是车轮结构加速度)。此外,第三信号处理装置105可以构造为:根据公式
v=Δα/Δt;和
a=Δv/Δt;
通过计算所计算出的随时间可变的测量变量的一阶导数来执行对速度的计算,和/或通过计算所计算出的随时间可变的测量变量的二阶导数来执行对加速度的计算,其中Δα表示两个所计算出的测量变量之间的差,Δt表示时间差,v表示速度,a表示加速度,并且Δv表示两个所计算出的速度之间的差。例如,时间差Δt对应于两个采样值之间的持续时间,该持续时间在同步采样的情况下是已知的。此外,第三信号处理装置105可以构造为,计算从所计算出的随时间可变的测量变量推导出的函数。
通信接口107可以包括有线通信接口和/或无线通信接口,用于经由通信网络进行通信。例如,通信接口107包括串行接口、按照***传感器接口5(PSI5)标准的接口、按照单边半字节传输(SENT)标准的接口、按照电源管理总线(PMBus)标准的接口、按照通用串行总线(USB)标准的接口、用于借助无线射频识别(RFID)进行无线通信的例如按照ISO/IEC14443或者ISO/IEC 18000-3标准的接口、用于借助近场通信(NFC)进行无线通信的例如按照ISO/IEC 14443或者ISO/IEC 18092标准的接口或者用于按照蓝牙、ZigBee或者无线局域网(W-LAN)标准进行无线通信的接口。此外,该通信接口107可以是数字接口。该通信网络可以是电话网络、移动无线电网络、计算机网络(例如局域网(LAN)或者无线局域网(W-LAN))或者因特网。
此外,该通信接口107可以构造为将所述经组合的发送信号发出给机动车的电子控制设备、如电子控制单元(ECU),在该电子控制设备中可以进一步处理所接收到的经组合的发送信号,该经组合的发送信号可以包括角度信号。例如,该电子控制设备是发动机控制单元、如Engine Control Unit。
根据一个实施形式,该信号处理设备100可以集成在传感器中,尤其是集成在测量传感器中。
图2示出了电子控制设备200的示意图。该电子控制设备200包括通信接口201。
用于基于测量变量和所述测量变量的变化率来控制机动车的功能的电子控制设备200可以构造为具有:通信接口201、尤其是PSI5-或者SENT-通信接口,用于接收经组合的发送信号,尤其是从信号处理设备100接收经组合的发送信号;其中所述经组合的发送信号包括所述测量变量和所述测量变量的所述变化率;并且其中所述通信接口201构造为,从所述经组合的信号中提取所述测量变量和所述测量变量的所述变化率,并且分开地输出所述测量变量和所述测量变量的所述变化率。该电子控制设备200可以是或者包括发动机控制单元(如Engine Control Unit)。此外,机动车的功能可以是发动机功能。
图3示出了用于进行信号处理的装置300。该装置300包括测量传感器301、信号处理装置100、用于产生传感器输出305的驱动器303和电子控制设备200。
测量传感器301可以包括换能器、模拟前端和/或模拟数字转换器。此外,测量传感器301可以构造为:发出测量信号,其中随时间可变的测量变量包括连续的角度测量值作为测量值,并且其中测量信号包括与角度测量值有关的正弦值和余弦值。
第一信号处理装置101可以构造为,接收从测量传感器301接收到的测量信号,并且借助CORDIC算法计算角度信息、例如14比特的角度信息α14。此外,第一信号处理装置101可以构造为,将所计算出的角度信息传送给第二信号处理装置103和第三信号处理装置105。
第二信号处理装置103可以构造为:尤其是借助后处理方法或者借助箝位将所述角度信息处理成另一角度信息、例如12比特的角度信息α12(t0),其中t0表示时间点;并且将所述另一角度信息传送给通信接口107。
第三信号处理装置105可以构造为,根据所述角度信息、尤其是经由函数f(α,t)来确定变化信息、例如12比特的变化信息f(α14,t0),其中t表示时间,而t0表示时间点。此外,第三信号处理装置105可以构造为,将所述变化信息传送给通信接口107。
通信接口107可以构造为,合并所述另一角度信息和所述变化信息,并且将所述另一角度信息和所述变化信息传送给驱动器303。
驱动器303可以包括带有放大器的驱动器电路。此外,驱动器303可以是驱动程序(Driver)。驱动器303此外还可以构造为:产生传感器输出305,该传感器输出305包括信息α12(t0)和f(α14,t0);并且将所述传感器输出305传送给电子控制设备200的通信接口201。
通信接口201可以构造为,从所述传感器输出305中提取所述信息α12(t0)和f(α14,t0),并且分开地输出所述信息α12(t0)和f(α14,t0)。
根据一个实施形式,测量传感器301可以包括角度传感器,或者是角度传感器。角度在此可以在测量传感器301中利用测量敏感元件来检测,并且被输送给信号处理设备100、如内部的信号处理装置。根据一个有利的实施形式,测量传感器301和信号处理装置100可以相邻地布置,或者包括或者集成在专用集成电路中、如在ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)中。通过在所述信号处理设备100中处理所述测量信号,所述测量信号可以例如被处理为高分辨率的14比特测量信号。由此,可以抗干扰地、高分辨率地且快速地执行所述测量信号的处理。
根据另一实施形式,测量信号此外还可以借助数字模拟转换器(例如12比特数字模拟转换器)从测量传感器301向外被给出或者被传输给接收器。
根据另一实施形式,测量传感器301可以构造为基于正弦/余弦方法执行角度计算。在这种情况下,测量传感器301的模拟测量信号可以高分辨率地尤其是以14比特被采样,并且作为数字值而被提供。
根据另一实施形式,在对所述测量信号进行滤波以可靠地向外传输所述测量信号时,可能形成频率范围的限制和延迟。
根据另一实施形式,借助经组合的信号可以同时将不同的测量信号提供给电子控制设备200。
根据另一实施形式,不同的测量信号可以至少部分地由另一电子控制设备(如外部电子控制设备)根据所述测量信号而被计算。
附图标记列表
100 信号处理设备
101 第一信号处理装置
103 第二信号处理装置
105 第三信号处理装置
107 通信接口
200 电子控制设备
201 通信接口
300 装置
301 测量传感器
303 驱动器
305 传感器输出
Claims (15)
1.一种用于处理机动车中的测量信号的信号处理设备(100),其中所述测量信号涉及具有连续的测量值的随时间可变的测量变量,所述信号处理设备设计为集成于测量传感器,所述信号处理设备(100)具有:
第一信号处理装置(101),用于根据所述测量信号计算所述随时间可变的测量变量,其中,所述测量传感器连接在所述第一信号处理装置的上游并被设计为提供所述测量信号;
第二信号处理装置(103),用于处理所述随时间可变的测量变量,以便获得经处理的测量变量;
第三信号处理装置(105),用于计算所述随时间可变的测量变量的变化率,其中所述第三信号处理装置(105)构造为,输出表明所述变化率的附加测量信号;和
通信接口(107),该通信接口(107)构造为,将所述经处理的测量变量和所述附加测量信号合并成经组合的发送信号,并且发出所述经组合的发送信号。
2.按照权利要求1所述的信号处理设备(100),其中,所述测量值是所述机动车的底盘的底盘位置值;或者所述测量值是如下角度测量值:所述角度测量值指明了所述机动车的所述底盘的底盘位置;或者所述测量值是温度测量值。
3.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其中,所述随时间可变的测量变量包括连续的角度测量值作为测量值,其中所述测量信号包括与所述角度测量值有关的正弦值和余弦值,并且其中所述第一信号处理装置(101)构造为,根据所述正弦值和所述余弦值计算所述角度测量值。
4.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其中,所述第一信号处理装置(101)构造为实施CORDIC算法,用于根据所述测量信号计算所述随时间可变的测量变量。
5.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其中,所述第二信号处理装置(103)具有信号处理延迟,并且其中所述第二信号处理装置(103)构造为,将所述随时间可变的测量变量延迟了所述测量变量处理延迟,以便获得所述经处理的测量变量。
6.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其中,所述第二信号处理装置(103)构造为,减小所述随时间可变的测量变量的最大值,或者通过箝位来处理所述最大值,或者对所述最大值进行滤波,或者通过求平均值来处理所述随时间可变的测量变量,以便获得所述经处理的测量变量。
7.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其中,所述第三信号处理装置(105)构造为:通过将所述可变的测量变量对时间进行求导来计算所述随时间可变的测量变量的所述变化率,以便获得速度值作为附加测量信号。
8.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其中,所述第三信号处理装置(105)构造为,通过将所述可变的测量变量对时间进行二次求导来计算所述随时间可变的测量变量的所述变化率,以便获得加速度值作为附加测量信号。
9.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其中,所述测量信号源自测量传感器(301),并且其中所述通信接口(107)此外还构造为,将所述经处理的测量变量、所述附加测量信号以及测量传感器参数、偏移值或者放大系数合并成所述经组合的发送信号,并且发出所述经组合的发送信号。
10.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其中,所述通信接口(107)是PSI5-或者SENT-通信接口,或者形成按照PSI5-或者SENT-标准的数字接口。
11.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其中,所述通信接口(107)构造为:基于PSI5-或者SENT-协议将所述经处理的测量变量和所述附加测量信号合并成经组合的发送信号,以便获得所述经组合的发送信号。
12.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其中,所述经组合的发送信号是数字信号,并且其中所述通信接口(107)构造为对所述经组合的发送信号进行数模转换。
13.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其中,所述通信接口(107)构造为借助TDMA发出所述经组合的发送信号。
14.按照权利要求1或2所述的信号处理设备(100),其具有测量传感器(301),所述测量传感器(301)连接在所述第一信号处理装置(101)的上游,并且所述测量传感器(301)构造为提供所述测量信号。
15.一种用于基于测量变量和所述测量变量的变化率来控制机动车的功能的电子控制设备(200),所述电子控制设备(200)具有:
通信接口(201),用于接收经组合的发送信号;
其中所述经组合的发送信号包括所述测量变量和所述测量变量的所述变化率;和
其中所述通信接口(201)构造为:从所述经组合的信号中提取所述测量变量和所述测量变量的所述变化率,并且分开地输出所述测量变量和所述测量变量的所述变化率。
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