DE10115045A1 - Steuervorrichtung zur Kompensation einer Drehmomentänderung - Google Patents
Steuervorrichtung zur Kompensation einer DrehmomentänderungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Kompensation eines Drehmomentverlustes beim Einschalten von Hilfsaggregaten eines Motors, wobei der Motor Mittel zur Erfassung seines Betriebszustandes umfaßt und wobei die Steuervorrichtung eine neuronale Operationseinheit umfaßt, die mittels Training eines neuronalen Netzes erzeugt wird, sowie ein Verfahren zur Programmierung einer Steuervorrichtung für einen Motor, wobei der Motor Mittel zur Erfassung seines Betriebszustandes umfaßt und wobei die Steuervorrichtung eine neuronale Operationseinheit umfaßt. DOLLAR A Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist vorgesehen, daß das neuronale Netz aus Versuchsdaten eines Prototypen eines Motors unter Einsatzbedingungen trainiert wurde.
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Kompensation
einer Drehmomentänderung beim Einschalten oder Ausschalten von
Hilfsaggregaten eines Motors, wobei der Motor Mittel zur
Erfassung seines Betriebszustandes umfaßt und wobei die
Steuervorrichtung eine neuronale Operationseinheit umfaßt, die
mittels Trainings eines neuronalen Netzes erzeugt wird.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
Programmierung einer Steuervorrichtung für einen Motor, wobei
der Motor Mittel zur Erfassung seines Betriebszustandes umfaßt
und wobei die Steuervorrichtung eine neuronale
Operationseinheit umfaßt.
Antriebe von technischen Systemen, insbesondere
Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, sind üblicherweise mit
Nebenaggregaten ausgestattet. Die Nebenaggregate,
beispielsweise der Antrieb einer Klimaanlage oder einer Servo-
Lenkung, sind nicht dauernd eingeschaltet, sondern werden bei
Bedarf automatisch zugeschaltet. Der Motor muß daher nach dem
Zuschalten des Hilfsaggregates ein erhöhtes Drehmoment
aufbringen. Wird das Hilfsaggregat direkt von der
Antriebswelle bzw. der Kurbelwelle des Motors angetrieben,
kann dies insbesondere in bestimmten Betriebssituationen, so
z. B. im Leerlauf, bei erhöhter Last oder während des
Anfahrens, zur Folge haben, daß der Motor zunächst in ein
höheres Teillastenniveau zu bringen ist, um einen unrunden
Lauf oder ein Absterben des Motors zu verhindern. Dies
bedeutet, daß gleichzeitig oder um die Totzeit des Motors
vorauseilend beim Einschalten des Hilfsaggregates das
aufzuwendende Drehmoment bekannt sein muß. Es reicht nicht
aus, das aufzuwendende Drehmoment erst zu bestimmen, nachdem
das Hilfsaggregat zugeschaltet wurde. Entsprechend braucht der
Motor nur noch ein niedrigeres Drehmoment aufzubringen, wenn
das Hilfsaggregat nicht mehr benötigt wird und daher
automatisch wieder abgeschaltet wird. Auch in dieser Situation
ist es wünschenswert, daß die Reduzierung des Drehmoments
rechtzeitig ermittelt wird, um insbesondere ein Rucken und
unregelmäßiges Fahren eines durch den Motor betriebenen
Fahrzeugs zu vermeiden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Steuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
bereitzustellen, die das beim Einschalten eines
Hilfsaggregates zusätzlich aufzubringende Drehmoment
zuverlässig und rechtzeitig bereitstellen kann und die beim
Ausschalten des Hilfsaggregates das abgegebene Drehmoment
wieder in erforderlichem Umfang drosselt.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung nach
Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren nach
Patentanspruch 12 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist vorgesehen,
daß ein neuronales Netz aus Versuchsdaten eines Prototypen
eines Motors unter Einsatzbedingungen trainiert wird und
dadurch eine neuronale Operationseinheit erzeugt wird. Unter
einer neuronalen Operationseinheit wird eine Operationseinheit
mit Eingängen und Ausgängen verstanden, die die Ausgangswerte
in Abhängigkeit von den Eingangswerten genauso oder wenigstens
mit einer zureichend geringen Abweichung wie das mit den
Versuchsdaten trainierte neuronale Netz bestimmt. Eine solche
Operationseinheit kann durch Software oder Hardware realisiert
sein. Dem Fachmann sind verschiedene Realisierungsformen
bekannt. Erfindungsgemäß ist die neuronale Operationseinheit
Bestandteil der Steuervorrichtung.
Die neuronale Operationseinheit sagt das erforderliche
Drehmoment rechtzeitig vorher. Die Motorsteuerung ändert
daraufhin die Steuerung des Motors so ab, daß dieser das
erforderliche Drehmoment rechtzeitig vor dem Zuschalten eines
Hilfsaggregats bereitstellt (Anspruch 2).
Ein derartig realisierter Regler für einen Motor bietet
gegenüber klassischen, auf einem physikalischen Modell
basierenden Reglern den Vorteil, daß das zeitliche Verhalten
der zu regelnden Strecke, diese ist hier der Motor, richtig
wiedergegeben wird. Der Aufwand, der für das Aufstellen eines
physikalischen Modells erforderlich ist, entfällt.
Insbesondere kann der Regler bei Veränderungen an der
Konfiguration oder an Betriebsparametern des Motors durch
einfaches Neu-Trainieren an einen Prototypen angepaßt werden.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung gelangt vorzugsweise
bei einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges zum Einsatz
(Anspruch 3), kann aber ebenso an alle anderen Motoren und
Einsatzfälle angepaßt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Steuervorrichtung
(Anspruch 4) ist vorgesehen, daß die Mittel zur Erfassung des
Betriebszustandes das Drehmoment und/oder die Drehzahl der
Kurbelwelle und/oder die Kraftstoffmenge messen können. Es
handelt sich hier um Parameter, die regelmäßig durch Motor-
Management-Systeme erfaßt werden und daher ohne zusätzlichen
Aufwand für die Steuervorrichtung verfügbar sind.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Steuervorrichtung
zusätzliche Meßwerte zum Fahrzustand des Fahrzeuges erfassen
kann (Anspruch 5). Meßwerte zum Fahrzustand des Fahrzeuges
sind vorzugsweise die Geschwindigkeit und/oder der Lenkwinkel
und/oder die Lenkwinkelgeschwindigkeit (Anspruch 6). Es
handelt sich hier ebenfalls um leicht meßbare Parameter, die
mit geringem meßtechnischen Aufwand zugänglich sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß das Hilfsaggregat eine Lenkhilfspumpe ist
(Anspruch 7). In zwei alternativen Ausführungsformen ist
vorgesehen, daß das Hilfsaggregat ein Kompressor einer
Klimaanlage (Anspruch 8) oder ein Stromgenerator (Anspruch 10)
ist. Es handelt sich hier jeweils um Verbraucher, die nur
unter bestimmten Betriebsbedingungen eingeschaltet werden, die
im Falle des Einschaltens aber ein hohes Drehmoment benötigen.
Ohne einen regelungstechnischen Ausgleich des für die
Verbraucher aufzuwendenden zusätzlichen Drehmomentes würde
dies insbesondere im Leerlauf des Motors zu einem nicht
hinnehmbaren Drehzahlabfall des Motors führen. Die
erfindungsgemäße neuronale Operationseinheit sagt diesen
Ausgleich vorher und übermittelt diese Vorhersage vorzugsweise
in Form von Sollwerten für das Drehmoment an die
Motorsteuerung. Die Motorsteuerung ändert die Arbeitsweise des
Motors so ab, daß dieser das erforderlich Drehmoment
bereitstellt.
Im Falle des Kompressors der Klimaanlage vermag die
Steuereinrichtung zusätzlich die am Klimasteuergerät
eingestellte Kühlleistung und/oder den Druck des
Kältemittels zu erfassen (Anspruch 9). Im Falle des
Stromgenerators vermag die Steuereinrichtung zusätzlich die
Bordspannung und den Ladezustand der Batterie zu erfassen
(Anspruch 11).
Das eingangs genannte Problem wird auch durch ein Verfahren
nach Patentanspruch 12 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
daß zunächst eine neuronale Operationseinheit erzeugt wird,
indem ein neuronales Netz mit Daten aus mindestens einem
Versuch unter Einsatzbedingungen mit mindestens einem
Prototypen des Motors trainiert wird, und die
Operationseinheit danach in die Steuervorrichtung,
vorzugsweise in dessen Mikroprozessor, implementiert wird. Man
erhält auf diese Weise eine neuronale Operationseinheit, die
optimal an das regelungstechnische Problem, nämlich die
Steuerung des Motors, angepaßt ist, ohne daß das neuronale
Netz jeweils im Serienfahrzeug zu trainieren wäre. Die
Verarbeitungsschritte der neuronalen Operationseinheit können
vom Mikroprozessor der Motorsteuerung leicht zusätzlich
abgearbeitet werden. Das neuronale Netz erhält eine dem
Problem angepaßte Struktur. Seine Parameter werden beim
Vorgang des Trainierens automatisch bestimmt. Diese Verfahren
sind für Regelungstechniker standardmäßig bekannt.
Eine Ausgestaltung schlägt vor, das neuronale Netz nicht nur
mit den Versuchsdaten zu trainieren, sondern zusätzlich auch
mit Daten aus dem Betrieb des Motors (Anspruch 13).
Insbesondere dann, wenn sich Leistungsparameter des Motors
oder eines Hilfsaggregats ändern, wird das neuronale Netz mit
aktuellen Versuchsdaten erneut trainiert und eine neue
neuronale Operationseinheit erzeugt, die in der
Steuervorrichtung die alte Operationseinheit ersetzt
(Anspruch 14).
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindungen
anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung
für einen Verbrennungsmotor;
Fig. 2 Eine Prinzip-Skizze zum Training des neuronalen Netzes.
Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Dargestellt ist die
Steuerung eines Motors 1 mit einer Lenkhilfspumpe 2 als
Nebenverbraucher. Bei Geradeausfahrt ist diese Pumpe 2
ausgeschaltet. Falls der Fahrer z. B. eine starke Lenkbewegung
bei höherer Geschwindigkeit oder eine schnelle Lenkbewegung
vornimmt, wird die Lenkhilfspumpe 2 automatisch zugeschaltet,
was vom Motor 1 ein höheres Drehmoment erfordert. Ist die
Kurvenfahrt beendet, so wird die Pumpe wieder automatisch
abgeschaltet, und nur noch ein niedrigeres Drehmoment wird
benötigt. Der Motor 1 gibt über eine Kurbelwelle 3 sein
Antriebsmoment 4 an ein Fahrzeug 5 weiter. Die
Lenkhilfspumpe 2 ist beispielsweise über ein nicht
dargestelltes Getriebe mit der Kurbelwelle 3 des Motors 1
verbunden und belastet diese mit einem Belastungsmoment 6. Der
Motor 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Ottomotor
eines Kraftfahrzeuges, es kann sich aber ebenso um andere
Verbrennungsmotoren oder Wärmekraftmaschinen oder
Elektromotoren in Fahrzeugen, ortsfesten Anlagen oder
beliebigen anderen Einsatzumgebungen handeln.
Die Steuerung des Motors 1 erfolgt über die Stellung einer
Drosselklappe 7 sowie über die Verstellung eines
Zündwinkels 8. Sowohl die Stellung der Drosselklappe 7 als
auch der Zündwinkel 8 werden von einer Motorsteuerung 9
geregelt. Die Motorsteuerung 9 ist ein elektronischer Regler.
Eine Eingangsgröße der Motorsteuerung 9 ist der üblicherweise
über ein nicht dargestelltes Gaspedal vom Fahrer 30
übermittelte Momentenwunsch 10.
Durch Betätigen der hier nicht dargestellten Bedienelemente
des Kraftfahrzeuges, wie Gaspedal und Lenkrad, nimmt der
Fahrer 30 Einfluß auf Lenkwinkel 11 sowie Lenkwinkel-
Geschwindigkeit 13 und Fahrzeuggeschwindigkeit 12.
Insbesondere der Lenkwinkel 11 und die
Lenkwinkelgeschwindigkeit 13 bewirken eine Betätigung der
Lenkhilfspumpe 2, so daß das Belastungsmoment 6 auf das
Antriebsmoment 4 des Motors 1 aufgeschlagen wird und dieses
vermindert.
Die Größen Lenkwinkel 11, Fahrzeuggeschwindigkeit 12 sowie
Lenkwinkelgeschwindigkeit 13 werden über hier nicht
dargestellte Meßfühler und Digital-Analog-Wandler einer
neuronalen Operationseinheit 14 zugeführt. Dessen Ausgang 15
liefert eine Momentenvorhersage 16, die wiederum als
Stellgröße 17 auf einen Eingang der Motorsteuerung 9 gelegt
wird. Die neuronale Operationseinheit 14 sagt das
erforderliche Drehmoment als Absolutwert oder als Differenz
zum aktuellen Drehmoment vorher. Die Motorsteuerung 9 ändert
die Regelung des Motors so ab, daß das nach Zuschalten des
Hilfsaggregats erforderliche Drehmoment erzeugt wird, und zwar
so rechtzeitig, daß dieses Drehmoment trotz Totzeit und
Reaktionszeit des Motors bereitgestellt wird, also bei Bedarf
bevor das Hilfsaggregat eingeschaltet wird.
Der Motor 1, die Lenkhilfspumpe 2 sowie das Fahrzeug 5 bilden
insgesamt die zu regelnde Strecke. Die Motorsteuerung 9, die
Momentenvorhersage 16 sowie die neuronale
Operationseinheit 14, die mittels des neuronalen Netzes
erzeugt wurde, bilden den Regler. Der Fahrer 30 des
Kraftfahrzeugs 5 gibt über die ihm zur Verfügung stehenden
Bedienelemente die Soll-Größe, dies ist in diesem Fall das für
das Fahrzeug 5 zur Verfügung stehende Restmoment 18, vor.
Unter Restmoment wird das Drehmoment verstanden, das zum
Antrieb des Fahrzeugs verbleibt, wenn das zugeschaltete
Hilfsaggregat Drehmoment aufnimmt.
Anhand Fig. 2 wird im folgenden das Erzeugen der neuronalen
Operationseinheit 14 durch Trainieren des neuronalen Netzes
beschrieben. Ziel des Training ist es, das für das Fahrzeug 5
gemäß Fig. 1 zur Verfügung stehende Drehmoment gemäß der
durch den Fahrer 30 vorgegebene Sollgröße konstant zu halten.
Dazu wird zunächst mit einem Versuchfahrzeug das an der
Kupplung zur Verfügung stehende Drehmoment in Abhängigkeit von
Lenkwinkel 11, Fahrzeuggeschwindigkeit 12 sowie
Lenkwinkelgeschwindigkeit 13 unter verschiedenen
Umgebungsbedingungen ermittelt. Die Umgebungsbedingungen sind
vorzugsweise trockene Straße und normale Temperaturen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung schlägt vor, in einem zweiten
Schritt während des Trainings des neuronalen Netzes
Vesuchsdaten bei trockener und nasser Straße sowie bei tiefen,
mittleren und hohen Temperaturen zu gewinnen. Diese
Abhängigkeiten werden zusätzlich in der neuronalen
Operationseinheit berücksichtigt und werden als Eingangsgrößen
in der Fig. 1 bereitgestellt. Da die neuronale
Operationseinheit vorzugsweise im Steuergerät der
Motorelektronik implementiert ist, werden dem Steuergerät
zusätzlich zu den Größen Lenkwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit
und Lenkgeschwindigkeit noch die Eingangsgrößen
Ansauglufttemperatur 131 und ein Meßwert 132 zum Regenfall zur
Verfügung gestellt. Den Meßwert zum Regenfall kann ein
spezieller Regensensor oder ein Sensor im
Scheibenwischersystem zur Verfügung stellen.
Ebenso ist es möglich, Daten eines Prototyps im Betrieb zu
sammeln und aufzuzeichnen und diese Daten im nachhinein zu
Trainingszwecken zu benutzen.
Die Größen Lenkwinkel 11, Fahrzeuggeschwindigkeit 12 sowie
Lenkwinkelgeschwindigkeit 13 werden zugleich auf den Eingang
der neuronalen Operationseinheit 14 gelegt. Die neuronale
Operationseinheit 14 liefert eine Vorhersage für das zu
erwartende, dem Fahrzeug 5 zur Verfügung stehende Drehmoment.
Die Differenz zwischen dieser Vorhersage und dem tatsächlich
ermittelten Drehmoment z. B. an der Kupplung ist ein Maß für
die Güte der mittels der neuronalen Operationseinheit 14
erzielten Vorhersage.
Falls das Hilfsaggregat wie gerade beschrieben eine
Lenkhilfspumpe ist, so erfaßt die Steuervorrichtung
Geschwindigkeit, Lenkwinkel und Lenkgeschwindigkeit des
Fahrzeugs. Falls das Hilfsaggregat ein Klimakompressor ist, so
erfaßt die Steuervorrichtung die am Klimasteuergerät
eingestellte Kühlleistung und den Druck des Kühlmittels. Falls
das Hilfsaggregat ein Stromgenerator ist, so erfaßt die
Steuervorrichtung die Bordspannung und den Ladezustand der
Batterie.
Das Training des neuronalen Netzes kann mit allen dem Fachmann
bekannten Lernverfahren erfolgen, beispielsweise
gradientenbasierten Lernverfahren oder evolutionären
Strategien.
Claims (14)
1. Steuervorrichtung zur Kompensation einer
Drehmomentveränderung beim Ein- oder Ausschalten mindestens
eines Hilfsaggregats (2) eines Motors (1), wobei der Motor
Mittel zur Erfassung seines Betriebszustandes umfaßt und
wobei die Steuervorrichtung eine neuronale
Operationseinheit (14) umfaßt, die aus Eingangswerten
Ausgangswerte erzeugt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die neuronale Operationseinheit (14) erzeugt wird,
indem ein neuronales Netz mit Daten aus mindestens einem
Versuch unter Einsatzbedingungen mit mindestens einem
Prototypen des Motors (1) trainiert wird und die neuronale
Operationseinheit (14) so wie das trainierte neuronale Netz
arbeitet.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuervorrichtung eine Motorsteuerung umfaßt, die
in Abhängigkeit von den Ausgangswerten der neuronales
Operationseinheit (14) auf den Motor dergestalt einwirkt,
daß bei Einschalten des Hilfsaggregats (2) der Motor (1)
ein erhöhtes Drehmoment abgibt und bei Ausschalten des
Hilfsaggregats (2) der Motor (1) ein reduziertes Drehmoment
abgibt.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Motor (1) ein Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges
ist.
4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Erfassung des Betriebszustandes das
Drehmoment und/oder die Drehzahl der Kurbelwelle und/oder
die Kraftstoffmenge messen können.
5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuervorrichtung zusätzlich Meßwerte zum
Fahrzustand des Fahrzeuges erfassen kann.
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßwerte zum Fahrzustand des Fahrzeuges
Geschwindigkeit und/oder Lenkwinkel und/oder
Lenkwinkelgeschwindigkeit sind.
7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hilfsaggregat (2) eine Lenkhilfspumpe ist.
8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hilfsaggregat (2) ein Kompressor einer Klimaanlage
ist.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuervorrichtung zusätzlich die am
Klimasteuergerät eingestellte Kühlleistung und/oder den
Druck des Kältemittels erfassen kann.
10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hilfsaggregat (2) ein Stromgenerator ist.
11. Steuervorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Motor (1) ein Fahrzeug mit einer Batterie zu
bewegen vermag und die Steuervorrichtung zusätzlich die
Bordspannung und/oder den Ladezustand der Batterie
erfassen kann.
12. Verfahren zur Programmierung einer Steuervorrichtung für
einen Motor, wobei der Motor Mittel zur Erfassung seines
Betriebszustandes umfaßt und wobei die Steuervorrichtung
ein neuronales Netz umfaßt
dadurch gekennzeichnet,
daß
zunächst eine neuronale Operationseinheit erzeugt wird, indem ein neuronales Netz mit den Daten von mindestens einem Versuch unter Einsatzbedingungen mit mindestens einem Prototypen des Motors trainiert wird
und die neuronale Operationseinheit danach in der Steuervorrichtung implementiert wird.
zunächst eine neuronale Operationseinheit erzeugt wird, indem ein neuronales Netz mit den Daten von mindestens einem Versuch unter Einsatzbedingungen mit mindestens einem Prototypen des Motors trainiert wird
und die neuronale Operationseinheit danach in der Steuervorrichtung implementiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß für das Trainieren des neuronalen Netzes zusätzlich
Daten aus dem Betrieb des Motors verwendet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens einmal nach Erzeugung der neuronalen
Operationseinheit das neuronale Netz erneut trainiert wird,
dadurch eine neue neuronale Operationseinheit (14) erzeugt
wird und in der Steuervorrichtung die zuvor erzeugte
neuronale Operationseinheit (14) durch die neue neuronale
Operationseinheit (14) ersetzt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001115045 DE10115045A1 (de) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | Steuervorrichtung zur Kompensation einer Drehmomentänderung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001115045 DE10115045A1 (de) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | Steuervorrichtung zur Kompensation einer Drehmomentänderung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10115045A1 true DE10115045A1 (de) | 2002-10-02 |
Family
ID=7679230
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2001115045 Withdrawn DE10115045A1 (de) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | Steuervorrichtung zur Kompensation einer Drehmomentänderung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10115045A1 (de) |
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