CN110920595B - 电卡钳制动间隙估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电卡钳制动间隙估算方法，其包括以下步骤：S1、开始，EPB电子驻车制动***控制在相应的环境中正常工作；S2、操作人员通过EPB电子驻车制动***按键给EPB电子驻车制动***控制器发送夹紧或者释放的控制信号，控制器通过接收的外部信息进行判断当前是否满足控制的要求，并实现控制过程；在控制的执行过程中电机转速的估算模型实时进行估算，实时计算电卡钳的释放间隙，达到精确地控制；S3、结束，监控停止。本发明考虑了电机启动过程中，利用电机的电压电流来估算电机内阻，从而可以识别当前电机的工作环境温度。修正电机的估算模型，使电卡钳转速的估算更加准确。

Description

电卡钳制动间隙估算方法
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别涉及一种电卡钳制动间隙估算方法。
背景技术
随着汽车智能化的发展，电子驻车制动(EPB)***的应用越来越广泛， EPB问世之时，主要配套B级及以上车型，随着EPB技术日趋成熟，很多国内制动器厂家都开发出EPB，有的已批量生产，使EPB迅速推广到A级车，甚至A0级车，EPB越来越普及。
近年来，汽车正在向着智能化与网联化发展。EPB(Electronic Park Brake) 电子驻车制动***是底盘制动***由纯机械制动向电控方向发展并成功应用的电子产品，取代了传统的机械集成式驻车制动器(IPB)与盘中鼓式制动器 (DIH)，并以此为基础开发了辅助驾驶员驾驶的电控功能。电子驻车***是由电控***来代替传统驾驶员操纵的机械结构进行驻车，其中EPB的执行器电卡钳的释放间隙控制成为关键的技术难点。
早期电子驻车***的执行器中带有电机的转速传感器，由于成本的控制传感器渐渐的被控制器内的相关算法取消了，制动间隙的控制就完全成为依靠算法估算完成。间隙控制模型的准确性直接决定了电卡钳的拖滞力矩的大小。整车的能耗是作为车辆经济性的重要评价标准，减小不必要的消耗是车辆研发的重要参考指标，而卡钳的拖滞力矩的大小会影响整车的经济性，所以电卡钳的制动间隙控制是关键的。
在现有技术中，例如专利“CN201180023541”，其提出借助于作为控制变量的PWM信号在步进式电机运行期间控制电机液压泵的位置，并用传感器检测泵部件检测从第一旋转位置控制到第二旋转位置，实现用液压的方式调节卡钳的制动间隙的目的。
上述专利重视液压调节卡钳的制动间隙，但是电卡钳的制动间隙是两部分组成，第一部分是液压影响的间隙，这与电卡钳内部的液压压力有关系；第二部分是机械机构直接影响的制动间隙，该部分的制动间隙是机械机构决定于液压可调节的间隙不一致，液压调节也不能够解决该问题。因此该专利并不能解决电卡钳的间隙控制减小卡钳的拖滞力矩问题。
再例如专利“CN201621029331”，其提供了一种包括卡钳嵌体、左刹车盘、右刹车盘、螺杆跟控制端组成的可以自动调整间隙的卡钳结构，这种卡钳主要是用于传统的卡钳实现间隙的自动调节，其调节的主要组成部分都是由机械元器件组成，调节的过程不需要主动元器件的参与适用于传统的卡钳结构。上述专利所讲述的间隙调节结构并不能解决这样的技术问题，即电卡钳的制动间隙的调剂并减少车辆在行驶过程中的拖滞力矩问题。
有鉴于此，本领域技术人员提供了一种电卡钳制动间隙估算方法，以期克服上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中电卡钳的制动间隙的调剂，及减少车辆在行驶过程中的拖滞力矩的缺陷，提供一种电卡钳制动间隙估算方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种电卡钳制动间隙估算方法，其特点在于，所述电卡钳制动间隙估算方法包括以下步骤：
S1、开始，EPB电子驻车制动***控制在相应的环境中正常工作；
S2、操作人员通过EPB电子驻车制动***按键给EPB电子驻车制动***控制器发送夹紧或者释放的控制信号，控制器通过接收的外部信息进行判断当前是否满足控制的要求，并实现控制过程；在控制的执行过程中电机转速的估算模型实时进行估算，实时计算电卡钳的释放间隙，达到精确地控制；
S3、结束，监控停止。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、判断当前是否有释放控制命令发出，若是则进入步骤S22；若否则进入步骤S3；
S22、监控当前释放指令的执行过程；
S23、监控电机电流是否处于启动阶段，若是则进入步骤S24；若否则电机无法启动，控制***设置HMI故障并报警显示，进入步骤S3；
S24、启动阶段计算电机内阻；
S25、判断电机电流是否处于下降阶段，若是则进入步骤S26；若否则电机启动堵转，控制***设置HMI故障并报警显示，进入步骤S3；
S26、电机正常的启动，电机转速估算模型启动进行转速估算；
S27、判断电机电流是否处于怠速阶段，若是则进入步骤S28；若否则电卡钳在释放阶段故障，控制***设置HMI故障并报警显示，进入步骤S3；
S28、电卡钳制动摩擦片与制动盘间隙设置阶段；
S29、判断电卡钳制动间隙是否满足标准，若是则进入步骤S3；若否则返回步骤S27。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S22具体为监控当前卡钳的电流大小。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S24中所述电机由控制器控制，所述电机与所述控制器之间用电源线连接。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S24中利用启动过程中的电流最大值与电压实现电机回路的电阻计算，减去所述电源线上的内阻，获得电机的内阻。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S28中电卡钳的间隙设置阶段是电机估算转速的积分累计计算过程，在通过电卡钳内部的结构参数实现电卡钳的间隙计算。
根据本发明的一个实施例，所述EPB电子驻车制动***的供电电压为 9-16V的电压环境。
根据本发明的一个实施例，所述EPB电子驻车制动***控制器能够接收到电子稳定性控制***控制器、整车控制器、电机控制器三个节点的控制***的总线信息。
根据本发明的一个实施例，所述电子稳定性控制***控制器需要与左侧电卡钳电机、右侧电卡钳电机正确连接，能够正常的进行控制。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S3具体包括所述电卡钳在释放到目标释放间隙的时候卡钳控制停止。
本发明的积极进步效果在于：
本发明电卡钳制动间隙估算方法具有如下诸多优势：
一、EPB电子驻车制动控制***，是车辆自动化发展方向的底盘电控***中的重要组成部分，可以实现驻车的自动控制，避免因驾驶员的疏忽导致的后卡钳出现拖滞力矩的问题。
二、考虑了电机启动过程中，利用电机的电压电流来估算电机内阻，从而可以识别当前电机的工作环境温度。
三、考虑了电机两端的电压、通过电机的电流、电机的工作环境温度等因素对电机转速的影响，修正电机的估算模型，使电卡钳转速的估算更加准确。
四、本申请通过监控电机的转速的估算模型进而控制EPB的电卡钳的释放间隙，可以达到合适并且准确的目标，可以有效的减小后卡钳的拖滞力矩，提高车辆的经济性。
五、本申请在实现功能的同时，还对电卡钳的控制过程进行了故障的监控以及提示，实时反馈当前***的状态。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1为本发明电卡钳制动间隙估算方法的控制原理图。
图2为本发明电卡钳制动间隙估算方法的控制流程图。
【附图标记】
EPB电子驻车制动***按键 1
EPB电子驻车制动***控制器 2
供电电源 3
电子稳定性控制***控制器 4
整车控制器 5
电机控制器 6
仪表显示 7
左侧电卡钳电机 8
左侧电卡钳机构总成 9
左侧电卡钳内侧摩擦片 10
左侧电卡钳外侧摩擦片 11
左侧制动盘 12
右侧电卡钳电机 13
右侧电卡钳机构总成 14
右侧电卡钳内侧摩擦片 15
右侧电卡钳外侧摩擦片 16
右侧制动盘 17
整车的CAN总线网络 18
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
图1为本发明电卡钳制动间隙估算方法的控制原理图。图2为本发明电卡钳制动间隙估算方法的控制流程图。
如图1所示，本发明电卡钳制动间隙估算方法的控制原理中EPB***包括如下部件：EPB电子驻车制动***按键1、EPB电子驻车制动***控制器2、供电电源3、电子稳定性控制***控制器4、整车控制器5、电机控制器6、仪表显示7、左侧电卡钳电机8、左侧电卡钳机构总成9、左侧电卡钳内侧摩擦片 10、左侧电卡钳外侧摩擦片11和左侧制动盘12、右侧电卡钳电机13、右侧电卡钳机构总成14、右侧电卡钳内侧摩擦片15、右侧电卡钳外侧摩擦片16、右侧制动盘17、整车的CAN总线网络18。
首先，在开始阶段：按图1中EPB***工作环境原理图所示，EPB控制在相应的环境中正常的工作。需要供电电压在9～16V的电压环境，同EPB电子驻车制动***控制器2能够接收到电子稳定性控制***控制器4、整车控制器、 5和电机控制器6三个节点的控制***的总线信息，接收的总线信息是EPB控制器用来判断当前的车辆环境是否能够满足控制电卡钳释放的条件。同时电子稳定性控制***控制器4需要与左侧电卡钳电机8、右侧电卡钳电机13正确连接，能够正常的进行控制。
然后，开始控制：驾驶员或者测试人员通过EPB电子驻车制动***按键1 来给EPB电子驻车制动***控制器2发送夹紧或者释放的控制信号，控制器通过接收的外部信息进行判断当前是否满足控制的要求，并实现控制过程。
在控制的执行过程中电机转速的估算模型实时进行估算，电卡钳的释放间隙安装图1所示的监控方法实时计算释放间隙，达到精确地控制。
最后，结束阶段：当前控制如果能够正确的执行完毕，则电卡钳在释放到目标释放间隙的时候卡钳控制停止，电卡钳能够提供合适的制动间隙，车辆行驶过程中的拖滞力矩会很小或者为零。如果控制过程中出现任何问题控制***则会设置故障并通过HMI7、仪表显示人机交互接口显示出来。
如图2所示，本发明公开了一种电卡钳制动间隙估算方法，其包括以下步骤：
S1、开始，EPB电子驻车制动***控制在相应的环境中正常工作；
S2、操作人员通过EPB电子驻车制动***按键给EPB电子驻车制动***控制器发送夹紧或者释放的控制信号，控制器通过接收的外部信息进行判断当前是否满足控制的要求，并实现控制过程；在控制的执行过程中电机转速的估算模型实时进行估算，实时计算电卡钳的释放间隙，达到精确地控制；
S3、结束，监控停止。
优选地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、判断当前是否有释放控制命令发出，若是则进入步骤S22；若否则进入步骤S3。
具体地说，控制器监控当前卡钳的控制指令是否是释放指令，如果是执行进行下一步如果不是执行则监控停止。
S22、监控当前释放指令的执行过程。
优选地，此处步骤S22具体为监控当前卡钳的电流大小。即指当电卡钳释放指令开始后，监控当前卡钳的电流大小。
S23、监控电机电流是否处于启动阶段，若是则进入步骤S24；若否则电机无法启动，控制***设置HMI故障并报警显示，进入步骤S3。
具体地说，监控电卡钳的电流是否会有启动时的变化，如果有启动时的变化则进行启动过程中的监控以及进行算法估算，如果没有启动阶段的变化则说明电卡钳出现的故障，这时需要进行故障设置后停止监控。
启动阶段是电机带有负载运行的阶段，此阶段的电机的转速的估算需要进行修正。负载较大则会造成通过电机的电流变大，从而导致电机所在的用电回路重新产生电压的分配从而导致电机两端的电压变化，从而导致了电机的转速变化。
如果从估算的角度来说，启动阶段电机的转速是从无到有的过程，其中的启动的初始阶段是电机的状态是堵转的过程，经过了堵转的阶段电机开始转动。但是当前电机的转动是带有一个比较大的转动惯量所以导致电机的电流很大(电机的负载大)但是电机的转速并没有那么大，所以估算模型中需要对此进行修正，从而达到电机转速故障正确的目的。
S24、启动阶段计算电机内阻。
优选地，所述步骤S24中所述电机由控制器控制，所述电机与所述控制器之间用电源线连接。所述步骤S24中利用启动过程中的电流最大值与电压实现电机回路的电阻计算，减去所述电源线上的内阻，获得电机的内阻。
具体地说，电机是由控制器控制的，电机与控制器之间用电源线连接，控制器电源线两端的电压与电流数值是可以实时监控的。所以在启动阶段电机的转子没有转动时，电机将电能全部用于内阻的消耗，其用于动态功的消耗基本为0。所以这时利用启动过程中的电流最大值与电压可以实现电机回路的电阻计算，减去电源线上的内阻就可以得到电机的内阻，实现电卡钳动作时的电机阻值计算。
电机内阻的变化主要反映当前电机的工作状态，电机如果长时间的静置(没有工作)，这时电机所处的环境温度是电卡钳的环境温度，环境温度直接回影响电机的内阻。所以在电机长时间不动作的情况下，可以通过电机的内阻来实现电机所处环境的温度估算。电机经过一定的工况后，电机在工作的时候会产生热量导致电机温度的上升，从而导致电机的内阻变化。这时可以通过设置电机工作时候的额能量累计模型来计算当前的工作温度，从而侧方面的实现电机的内阻估算的正确性。
S25、判断电机电流是否处于下降阶段，若是则进入步骤S26；若否则电机启动堵转，控制***设置HMI故障并报警显示，进入步骤S3。
具体地说，当电机启动阶段过去后，电机的转子就会转动起来，电卡钳进入带负载动作的过程中，如果电机的电流并没有减少，说明电机转子未转动，电机堵转，这时需要进行故障设置后停止监控。
此时电机已经旋转起来，但是随着电机的旋转电机的负载会渐渐的变小，负载的变化会直接导致经过电机内部的电流变化，从而导致电机两端电压的变化，这时需要将电机负载的变换考虑进去修正电机的转速模型。
S26、电机正常的启动，电机转速估算模型启动进行转速估算。
电卡钳处于电流减小阶段，这时同样也可以进行电机位置的估算，估算的数值是电卡钳带负载的电机转速估算。
S27、判断电机电流是否处于怠速阶段，若是则进入步骤S28；若否则电卡钳在释放阶段故障，控制***设置HMI故障并报警显示，进入步骤S3。
具体地说，判断电卡钳是否进入怠速阶段，怠速阶段是电卡钳间隙的设置阶段，如果没有进入怠速阶段则电卡钳可能存在释放到底或者电卡钳卡住的故障，这时需要进行故障设置以及报警。
S28、电卡钳制动摩擦片与制动盘间隙设置阶段。
优选地，所述步骤S28中电卡钳的间隙设置阶段是电机估算转速的积分累计计算过程，在通过电卡钳内部的结构参数实现电卡钳的间隙计算。
S29、判断电卡钳制动间隙是否满足标准，若是则进入步骤S3；若否则返回步骤S27。
如果满足标准则电卡钳的间隙设置完成控制结束，如果没有达到目标位置，则控制继续进行迭代计算。
另外，所述步骤S3具体包括所述电卡钳在释放到目标释放间隙的时候卡钳控制停止。
根据上述描述，本发明电卡钳制动间隙估算方法是在EPB电子驻车制动控制***在释放阶段，实现电卡钳的制动间隙的精确调整，通过监控释放过程中电卡钳的电压电流的实时数值，以及电卡钳的释放过程，实现对电卡钳电机转速的实时估算，运用算法计算出电卡钳实际的释放间隙实现最终的控制。
本发明电卡钳制动间隙估算方法是电子驻车制动控制器的算法模型，算法估算算法的实现是基于把电卡钳释放过程分为以下三个阶段：
第一个阶段是电卡钳的启动阶段，在启动的阶段，控制器通过H桥电路将车辆上蓄电池的电压加载到电卡钳电机两端，此时电机有一个启动电流。电机的启动阶段电机的转子还没有开始转动，所以在启动阶段所测量的最大电机电流类似于电机的堵转电流。结合当前的供电电压实现对电机回路的电阻估算测量，经此方法测量得到的电机内阻与实际的电机内阻对比是一致的。
第二个阶段是电机的启动电流的下降的阶段，这是电卡钳在降低夹紧力的过程。电机电流的下降阶段是电卡钳由夹紧状态转变为无夹紧力状态的过程。这时的电机转子旋转，电机的处于负载渐渐减小的阶段，电机电流呈现一定斜率的下降。但是这时电卡钳的制动摩擦片与制动盘还是紧紧贴合在一起。
第三个阶段是电卡钳的空行程阶段，此阶段的初始状态是电卡钳的摩擦片与制动盘之间的正压力由有数值变为0的阶段，此阶段的识别是制动间隙设置的重要转折点。
在此转折点后电卡钳处于空行程阶段，此时的电机负载较低主要是电卡钳内部的摩擦阻力消耗。在此阶段实时估算的电机转速模型实现电机转速的实时计算，同时在电机转速进行迭代累加计算，实现电机转动圈数的计算，同时通过电卡钳内部的机械机构进行等比例的设置，实现电卡钳的间隙设置最终停止电机的转动。
本发明电卡钳制动间隙估算方法是电子驻车制动控制器的算法模型，算法估算算法的实现是基于把电卡钳释放过程分为三个阶段同时考虑卡钳工作环境的影响，工作中的影响包括电机工作的电压以及工作过程中的环境温度。
第一个阶段针对环境影响因素电流、电压对电机工作的影响，分析电机转速估算模型相应补偿算法。
本申请主要针对的是有刷电机，电机的工作特性是：电机的转速的高低与电机两端的额电压成正比，电机转矩的高低与通过电机的电流成正比。通过以上电机释放三个阶段的分析，前两个阶段启动阶段与下降阶段的时间较小，但是电机的负载较大，所以电机的电流相对较大，所以电机的电流大小相应的会影响电机的两端电压，进而对于电机的转速产生影响。因此，前两个阶段在考虑电机两端电压对于转速影响的同时需要考虑通过电机的电流对于转速的影响，这个阶段的影响因素较为复杂。
电机释放的第三个阶段是指电机设置空行程的阶段，电机的空行程阶段中电机的负载较小，所以这时电机是以小负载的状态运行电机的电流不是很大。这时电机转速的主要影响因素是电机两端的电压，电机的电压的高低直接决定了电机转速的快慢，这时对于电机转速的估算的影响因素较为简单。
第二个阶段针对环境影响因素温度对电机工作的影响。电卡钳的工作环境是随着安装电卡钳的车辆的位置变动而变动的，所以电卡钳的工作环境是复杂多变的。其中对于电卡钳工作影响最大的一个因素是电卡钳所处的环境温度。温度的高低对电卡钳的转速有直接的影响。对于电卡钳电机来说，随着温度的增高电机的自身内阻会变大，电机的效率会下降，同样的电压与电流下电机的扭矩以及转速会有相应的下降。对于电卡钳来说，电机输出的功率会被机械部件所消耗，随着温度的降低电卡钳中电机的负载就会变大，负载变大会导致电机的转速变化，所以温度对于电卡钳的转速估算有很大的影响。
综上所述，本发明电卡钳制动间隙估算方法具有如下诸多优势：
一、EPB电子驻车制动控制***，是车辆自动化发展方向的底盘电控***中的重要组成部分，可以实现驻车的自动控制，避免因驾驶员的疏忽导致的后卡钳出现拖滞力矩的问题。
二、考虑了电机启动过程中，利用电机的电压电流来估算电机内阻，从而可以识别当前电机的工作环境温度。
三、考虑了电机两端的电压、通过电机的电流、电机的工作环境温度等因素对电机转速的影响，修正电机的估算模型，使电卡钳转速的估算更加准确。
四、本申请通过监控电机的转速的估算模型进而控制EPB的电卡钳的释放间隙，可以达到合适并且准确的目标，可以有效的减小后卡钳的拖滞力矩，提高车辆的经济性。
五、本申请在实现功能的同时，还对电卡钳的控制过程进行了故障的监控以及提示，实时反馈当前***的状态。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电卡钳制动间隙估算方法，其特征在于，所述电卡钳制动间隙估算方法包括以下步骤：
S1、开始，EPB电子驻车制动***控制在相应的环境中正常工作；
S2、操作人员通过EPB电子驻车制动***按键给EPB电子驻车制动***控制器发送夹紧或者释放的控制信号，控制器通过接收的外部信息进行判断当前是否满足控制的要求，并实现控制过程；在控制的执行过程中电机转速的估算模型实时进行估算，实时计算电卡钳的释放间隙，达到精确地控制；
S3、结束，监控停止；
所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、判断当前是否有释放控制命令发出，若是则进入步骤S22；若否则进入步骤S3；
S22、监控当前释放指令的执行过程；
S23、监控电机电流是否处于启动阶段，若是则进入步骤S24；若否则电机无法启动，控制***设置HMI故障并报警显示，进入步骤S3；
S24、启动阶段计算电机内阻；
S25、判断电机电流是否处于下降阶段，若是则进入步骤S26；若否则电机启动堵转，控制***设置HMI故障并报警显示，进入步骤S3；
S26、电机正常的启动，电机转速估算模型启动进行转速估算；
S27、判断电机电流是否处于怠速阶段，若是则进入步骤S28；若否则电卡钳在释放阶段故障，控制***设置HMI故障并报警显示，进入步骤S3；
S28、电卡钳制动摩擦片与制动盘间隙设置阶段；
S29、判断电卡钳制动间隙是否满足标准，若是则进入步骤S3；若否则返回步骤S27。
2.如权利要求1所述的电卡钳制动间隙估算方法，其特征在于，所述步骤S22具体为监控当前卡钳的电流大小。
3.如权利要求1所述的电卡钳制动间隙估算方法，其特征在于，所述步骤S24中所述电机由控制器控制，所述电机与所述控制器之间用电源线连接。
4.如权利要求3所述的电卡钳制动间隙估算方法，其特征在于，所述步骤S24中利用启动过程中的电流最大值与电压实现电机回路的电阻计算，减去所述电源线上的内阻，获得电机的内阻。
5.如权利要求1所述的电卡钳制动间隙估算方法，其特征在于，所述步骤S28中电卡钳的间隙设置阶段是电机估算转速的积分累计计算过程，在通过电卡钳内部的结构参数实现电卡钳的间隙计算。
6.如权利要求1所述的电卡钳制动间隙估算方法，其特征在于，所述EPB电子驻车制动***的供电电压为9-16V的电压环境。
7.如权利要求1所述的电卡钳制动间隙估算方法，其特征在于，所述EPB电子驻车制动***控制器能够接收到电子稳定性控制***控制器、整车控制器、电机控制器三个节点的控制***的总线信息。
8.如权利要求7所述的电卡钳制动间隙估算方法，其特征在于，所述电子稳定性控制***控制器需要与左侧电卡钳电机、右侧电卡钳电机正确连接，能够正常的进行控制。
9.如权利要求1所述的电卡钳制动间隙估算方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括所述电卡钳在释放到目标释放间隙的时候卡钳控制停止。
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