DE3782165T2 - Anlage zur bestimmung von anomalien und funktionsausfaellen unterschiedlichster art von in motorfahrzeugen engebauten elektronischen ueberwachungsanlagen. - Google Patents
Anlage zur bestimmung von anomalien und funktionsausfaellen unterschiedlichster art von in motorfahrzeugen engebauten elektronischen ueberwachungsanlagen.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft ein System zur Diagnostizierung von Anomalien und Funktionsausfällen, die bei in Kraftfahrzeugen eingebauten elektronischen Steuerungssystemen unterschiedlichen Typs auftreten.
- Ein System dieser Art mit einem an Bord des Kraftfahrzeugs installierten zentralisierten Überwachungssystem mit zugehöriger Anzeigeeinheit ist in EP-A-0 072 000 beschrieben. Dieses System eignet sich zur Diagnostizierung von Anomalien in zahlreichen Typen von Kraftfahrzeugen installierten elektronischen Steuerungssystemen. Ein Mikrocomputersystem zur Steuerung von Kraftfahrzeugfunktionen und ein Testgerät sind in US-A-4 267 569 beschrieben. Dabei kann das Testgerät einen eigenen Mikroprozessor enthalten und ist mit dem Mikrocomputer-Steuerungssystem über ein Standard-Interface verbunden.
- In modernen Kraftfahrzeugen findet der Einsatz von komplexen elektronischen Steuerungssystemen zur Steuerung verschiedener Geräteteile und Funktion, wie Zündung, Kraftstoffeinspritzung, Bremssteuerung, Klimaanlage usw., immer größere Verbreitung. Dabei haben die Systeme je nach Art der zu steuernden Funktion oder Vorrichtung unterschiedliche Eigenschaften. Im allgemeinen enthalten sie jedoch eine elektronische Steuereinheit, mehrere Sensoren und mehrere Betätigungsorgane sowie die zugehörige Verdrahtung zur Verbindeung der Sensoren und Betätigungsorgane mit der Steuereinheit.
- Der Einsatz elektronischer Steuerungssysteme hat zu einer erheblichen Verbesserung der Leistung und des Komforts von Kraftfahrzeugen geführt. Die Anwendung solcher Systeme oder zumindest vieler von ihnen verbreitet sich immer mehr, und zwar nicht nur in teuren und luxuriösen Fahrzeugen sondern auch in Mittelklassewagen und preiswerteren Fahrzeugen.
- Der Einsatz elektronischer Steuerungssysteme in Kraftfahrzeugen führte allerdings zu Problemen bei der Diagnostizierung, d.h. Erkennung von Funktionsausfällen und Anomalien. Die Diagnose soll raschen Austausch oder Reparatur der defekten oder unbrauchbaren Komponenten ermöglichen. Diese Probleme treten sowohl im Verlauf der Funktionsprüfung von Kraftfahrzeugen beim Hersteller als auch in den Kundendienstzenten auf.
- Es handelt sich um komplizierte Probleme, deren Lösung aufgrund der Tatsache, daß die in den verschiedenen Kraftfahrzeugen eingesetzten elektronischen Steuerungs-Systeme auch dann, wenn sie vom gleichen Hersteller stammen, voneinander abweichen, nicht eben leicht ist.
- Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes System zur Verfügung zu stellen, das eine einfache und schnelle Diagnostizierung von Anomalien oder Funktionsausfällen in unterschiedlich gearteten elektronischen Steuerungssystemen von Kraftfahrzeugen ermöglicht.
- Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines Systems der oben beschriebenen Art erreicht, dessen Hauptmerkmale in Anspruch 1 definiert sind.
- Weitere Merkmale und Vorteile des Systems gemäß der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Beispielen anhand der Zeichnungen, auf die die Erfindung indes nicht beschränkt ist.
- Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild der Gesamtstruktur eines in einem Kraftfahrzeug installierten elektronischen Steuerungssystems,
- Fig. 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht des Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einem Diagnosesystem gemäß der Erfindung,
- Fig. 3 zeigt einen Tester zur Verwendung in dem Diagnosesystem gemäß der Erfindung,
- Fig. 4 zeigt den Schaltungsaufbau des Testers von Fig. 3 in einem Blockdiagramm.
- Fig. 1 zeigt die generelle schematische Blockstruktur eines in einem Kraftfahrzeug installierten elektronischen Steuerungssystems. Es handelt sich z.B. um ein System zur Steuerung von Zündung, Kraftstoffeinspritzung und dergleichen. Ein elektronisches Steuerungssystem S dieses Typs enthält in der Regel eine z.B. mit einem Mikroprozessor ausgestattete elektronische Steuereinheit 1, die mit mehreren Sensoren 2 verbunden ist. Diese liefern elektrische Signale, die für die Werte kennzeichnend sind, die die jeweils zu überwachenden Größen und Parametern annehmen. Die Sensoren können z.B. Temperatursensoren, Sensoren zur Erfassung der Motordrehzahl usw. sein. Die Steuereinheit 1 ist außerdem mit elektrisch gesteuerten Betätigungsorganen 3 verbunden, z.B. mit Ein/Ausschalt-Magnetventilen usw..
- Die elektronische Steuereinheit 1 wird nach dem Schließen eines z.B. durch den Zünd- und Startschalter betätigbaren Aktivierungsschalters 4 aus der Kraftfahrzeugbatterie mit Strom versorgt.
- Die Steuereinheit 1 ist so programmiert, daß sie Anomalien oder Funktionsausfälle in dem Steuerungssystem S diagnostiziert. Dies wird in bekannter Weise durch ein geeignetes Programm für den Mikroprozessor der Einheit erreicht. Die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit von Mikroprozessoren erlaubt nicht nur die spezifische Funktionsprüfung des Systems S sondern auch die Implementierung von Kontrollen und Prüfungen des durch die Sensoren gegebenen Signalbereichs, wodurch die Diagnostizierung von Fehlfunktionen oder Funktionsausfällen während der Prüf- und/oder Reparaturphase unterstützt wird.
- Der in geeigneter Weise programmierte Mikroprozessor der elektronischen Steuereinheit kann z.B. die aus den Sensoren 3 kommenen Signale mit vorbestimmten Speicherwerten von tolerierbaren Grenzwerten vergleichen, die Funktionen der Speicher und teilweise diejenigen seiner eigenen arithmetischen Logikeinheit überprüfen, die logische Konsistenz der Signale der Sensoren sowie die Funktion der Betätigungsorgane testen, indem z.B. ihre funktionelle Wirksamkeit auf der Basis von aus den Sensoren kommenden Informationen bewertet wird.
- In dem Diagnosesystem gemäß der Erfindung haben die in dem Kraftfahrzeug installierten elektronischen Steuerungssysteme unabhängig von ihrem Typ oder der zu steuernden Funktion oder Gruppe von Funktionen jeweils ihre elektronische Steuereinheit 1, die so ausgebildet ist, daß sie in der oben beschriebenen Weise Selbstdiagnoseprogramme ausführt und nach außen (an den in Fig. 1 mit 5 bezeichneten Ausgang) serielle elektrische Signale überträgt, die eine kodierte Meldung zur Identifizierung des Typs von Steuerungssystem S enthalten, dem die Einheit 1 angehört, sowie Informationen über die Funktionsbedingungen des Steuerungssystems S, z.B. über die von den Sensoren detektierten Werte ober über den Zustand der Betätigungsorgane sowie Informationen, die sich auf den internen Betriebszustand der Einheit 1 beziehen.
- Der Ausgang 5 der Steuereinheit 1 eines Steuerungssystems S einer vorgegebenen Gattung ist mit einem standardisierten elektrischen Verbinder 6 verbunden, d.h. einem Verbinder mit gleichen Eigenschaften für alle Steuerungssysteme. Der Verbinder 6 ist an einer leicht zugänglichen Position montiert, z.B. am Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
- Das Diagnosesystem gemäß der Erfindung erlaubt die Diagnostizierung der Funktionsanomalien oder -ausfälle von Steuerungssystemen S zahlreicher Typen Verwendung einer einzigen Exemplars von Testgerät oder Tester. Dieses Gerät oder dieser Tester ist in Fig. 2 allgemein mit 7 bezeichnet und in Fig. 3 genauer dargestellt.
- Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Tester 7 ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 8, eine Anzeigevorrichtung 9, die z.B. als LCD-Anzeige mit vier Zeilen zu je sechzehn Zeichen ausgebildet ist, sowie eine Betätigungstastatur 10.
- In einem Endbereich des Gehäuses 8 des Testers 7 ist eine Öffnung 11 (Fig. 3) vorgesehen, die das Einsetzen und Herausnehmen eines Moduls 12 erlaubt. Dieses Modu besitzt einen Körper 13, in dem integrierte elektronische Speichervorrichtungen, z.B. in Form von EPROM-Speichern, montiert sind. Diese Speichervorrichtungen sind über einen mehrpoligen Verbinder 14 mit der Schaltung in dem Tester 7 verbunden. Der Verbinder 14 ist an dem oberen Teil des Moduls befestigt und an einem korrespondierendes mehrpoliges Verbinderteil anschließbar, das in dem Körper 8 des Testers montiert ist. Dieses in Fig. 3 nicht sichtbare weitere mehrpolige Verbinderteil ist in Fig. 4 mit 15 bezeichnet.
- Der Tester 7 enthält weiterhin ein mehrpoliges Verbinderteil 16, das in einem Endbereich des Körpers 8 befestigt und mit der Schaltung in dem Tester selbst verbunden ist. Dieses Verbinderteil 16 kann mit einem Verbinderteil 17 gekuppelt werden, von dem zwei mehrpolige Leitungen 18 und 19 für die elektrische Stromversorgung bzw. für die Signalübertragung abzweigen. Die Stromversorgungsleitung 18 soll während des Betriebs mit der Kraftfahrzeugbatterie verbunden sein. Dies geschieht z.B. über einen Stecker 20, der in die zur Ausstattung des Kraftfahrzeugs gehörende Steckdose 21 für den Zigarrenanzünder (Fig. 2) eingesteckt werden kann.
- Der Tester 7 kann selbstverständlich auch mit internen Batterien zur Stromversorgung ausgestattet sein, so daß die Verbindung mit der Kraftfahrzeugbatterie entfallen kann.
- Die Leitung 19 besitzt an ihrem Ende ein Verbinderteil 27 für den Anschluß an den Standard-Steckverbinder 6.
- Wie aus Fig. 4 hervorgeht, umfaßt die Schaltung in dem Tester 7 eine zentrale Mikroprozessoreinheit (CPU) 23, die mit einem Datenbus 24 und einem Adressenbus 25 verbunden ist. Diese Busse 24 und 25 sind außerdem mit der Anzeigevorrichtung 9, der Tastatur 10, den Speichervorrichtungen des Moduls 12 und einer Interfaceschaltung 26 verbunden. Letztere dient dazu, die Steuereinheit 1 eines Systems S, dessen Funktionsanomalien diagnostiziert werden sollen, über die Verbinder 16 und 17, die mehrpolige Leitung 19 und den Standard-Steckverbinder 6 zu verbinden.
- Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält der Tester 7 außerdem eine stabilisierte Stromversorgung 28, deren Eingang mit dem Verbinderteil 16 verbunden ist.
- Die Speichervorrichtungen des Moduls 12 des Testers enthalten mehrere Programme oder Diagnoseprozeduren, die sich jeweils auf einen entsprechenden Typ von Steuerungssystem S beziehen.
- Wie oben erwähnt wurde, ist die Steuereinheit 1 der verschiedenen Steuerungssysteme S so angeordnet, daß sie jedesmal, wenn die Steuereinheit 1 durch Schließer, des Stromversorgungsschalters 4 aktiviert wird, eine seriell-kodierte Meldung zur Identifizierung des Typs des Steuerungssystems, zu der die Steuereinheit gehört, erzeugt und an den zu dem Standard-Steckverbinder führenden Ausgang 5 ausgibt.
- Im Betrieb ist der Tester 7 über die Leitungen 18 und 19 mit der Kraftfahrzeugbatterie und der Steuereinheit 1 des elektronischen Steuerungssystem S verbunden, dessen Funktionsanomalien oder -ausfälle diagnostiziert werden sollen. Nachdem die Steuereinheit 1 selbst getestet ist, wird sie aktiviert, indem z.B. der Schlüssel in dem Zünd- und Startschalter aus der Stoppstellung in die Fahrstellung gedreht wird. Die Steuereinheit 1 liefert an dem Ausgang 5 die geeignete seriell-kodierte Identifizierungsmeldung, die über die Signalleitung 19 zu der Verarbeitungs- und Steuerschaltung des Testers 7 übertragen wird. Die zentrale Mikroprozessoreinheit identifiziert den Typ des Steuerungssystems und wählt in den Speichervorrichtungen des Moduls 12 die Diagnoseprogramme aus, die diesem Typ von Steuerungssystem zugeordnet sind.
- Im einfachsten Fall kann ein Steuerungssystem S eine elektronische Steuereinheit 1 enthalten, die einfach so angeordnet ist, daß sie an ihrem Ausgang serielle Informationssignale, die sich auf die Lesewerte der Sensoren und die Zustände der Betätigungsorgane beziehen zyklisch wiederholt, ohne daß irgendwelche Vorkehrungen für eine interaktiven Informationsaustausch mit dem Tester 7 getroffen sind. Für diesen Typ von Steuerungssystemen ist der Tester so programmiert, daß seine Mikroprozessoreinheit 23 mit den von der Steuereinheit 1 des zu prüfenden Systems S ausgegebenen Signalen synchronisiert werden und die von dieser Einheit ausgegebenen Informationen erfassen und dekodieren kann.
- Bei anderen Typen von in Kraftfahrzeugen installierten Steuerungssystemen kann die elektronischen Steuereinheit 1 so ausgebildet sein, daß sie zwei Signalleitungen, nämlich eine Eingangs- bzw. eine Ausgangssignalleitung prüfen kann. In Fig. 1 sind diese Leitungen mit L&sub1; bzw. L&sub2; bezeichnet. Dieser Typ von Steuereinheit kann in geeigneter Weise so programmiert sein, daß ein interaktiver Informationsaustausch mit dem Tester 7 möglich ist. Letzterer kann so ausgebildet sein, daß er eine Abfrage der Steuereinheit 1 des zu prüfenden Steuerungssystems erlaubt und dieser Steuersignale zusendet, um spezielle Betriebsarten zu starten, z.B. die getrennte Aktivierung eines oder mehrerer Betätigungsorgane des Systems in einer vorbestimmten Art und Weise, die ihre Überprüfung durch das Reparaturpersonal erlaubt.
- Weitere Typen von Steuerungssystemen können jedoch elektronische Einheiten 1 aufweisen, die eine Zweiwege-Signalleitung steuern können. Auch in diesem Fall ist ein interaktiver Informationsaustausch zwischen dem zu prüfenden Steuerungssystem S und dem Tester möglich, wobei über den Tester Befehle zu der Steuereinheit 1 des zu prüfenden Systems gesendet werden können.
- Wie bereits erwähnt wurde, wird der Typ des Steuerungssystems S, mit dem der Tester in einem gegebenen Zeitpunkt verbunden ist, durch eine seriell-kodierte Identifizierungsmeldung identifiziert, die von der Steuereinheit des erfindungsgemäß ausgebildeten Steuerungssystems S jedesmal automatisch ausgesendet wird, wenn dieses aktiviert wird. Der für das Identifizierungssignal verwendete Kode kann z.B. der NRZ-(non-return to zero)-Kode sein, bei dem eine binäre Darstellung verwendet wird, die dadurch gekennzeichnet ist, daß keine Änderung der Signalpegel stattfindet, wenn zwei aufeinanderfolgende Bits mit dem gleichen logischen Pegel übertragen werden.
- Der Tester 7 ist vorteilhafterweise mit einer geeigneten Reihe von (nicht dargestellten) Musterkomponenten ausgestattet, z.B. mit Musterwiderständen, die Sensoren eines zu prüfenden Steuerungssystems S "simulieren" sollen, dessen Wirksamkeit überprüft werden soll. So kann der Tester 7 z.B. zum Prüfen der Wirksamkeit eines von einem Thermowiderstand gebildeten Temperatursensors mit einem Musterwiderstand ausgestattet sein, der den Temperatursensor physikalisch substituieren soll. Die Größe dieses Widerstands, der von der Steuereinheit 1 des zu prüfenden Systems ausgelesen wird, wird mit einem vorbestimmten gespeicherten Wert verglichen.
- Dank der Verwendung von Musterkomponenten kann der Tester durch aufeinanderfolgende Ausschließungen feststellen, ob Funktionsanomalien auf einen Ausfall in einem Sensor oder einem Betätigungsorgan oder auf eine Leitungsunterbrechung oder einen Ausfall in der Steuereinheit 1 zurückzuführen sind.
- Der Tester 7 kann aktualisiert werden und erlaubt dann die Diagnostizierung von Fehlfunktionen oder Ausfällen in neuen Typen von Steuerungssystemen. Hierzu genügt es, das Speichermodul 12 gegen ein neues Modul auszutauschen, in dem Diagnoseprogramme gespeichert sind, die diesen neuen Typen von Steuerungssystemen enthalten.
- Die Mikroprozessoreinheit 23 des Testers kann in bekannter Weise so programmiert sein, daß sie während der Diagnoseprozedur die von den Sensoren ausgelesenen Werte oder die Zustände der Betätigungsorgane und irgendeine nachfolgende von dem Benutzer eingegebene Funktionen auf der Anzeigevorrichtung 9 anzeigt. Letztere erlaubt auch die Anzeige von eingeschriebenen Ergebnissen der durchgeführten Diagnose.
- Die Programme für den Tester 7 können selbstverständlich so beschaffen sein, daß alle eingeschriebenen Resultate, die auf der Anzeigevorrichtung 9 erscheinen, in einer Sprache dargestellt werden, die (z.B. durch Betätigung einer Taste der Tastatur) aus einer vorbestimmten Gruppe von Sprachen ausgewählt ist.
- Der Tester 7 kann vorteilhafterweise so programmiert sein, daß er auf Anforderung in jedem Stadium einer Diagnoseprozedur Informationen anzeigt, die zu einem besseren Verständnis der Operationen dienen, die durchzuführen sind, um den Ausfall zu identifizieren. Zu diesem Zweck kann auf der Tastatur eine geeignete Taste (Hilfetaste) vorgesehen sein.
- Die Diagnoseprogramme können so beschaffen sein, daß Instruktionen angezeigt werden, die die Bedienungsperson veranlassen, die Diagnoseprozedur zu wiederholen, sobald die Reparatur durchgeführt ist, um weiter zu überprüfen, daß das getestete System tatsächlich in ordnungsgemäßem Zustand ist.
- Das Diagnosesystem gemäß der Erfindung hat zahlreiche Vorteile:
- - An erster Stelle sei die Möglichkeit aufgeführt, die Diagnose von Ausfällen für eine Vielzahl von Typen von elektronischen Steuerungssystemen in Kraftfahrzeugen mit einem einzigen Testgerät oder Tester durchzuführen.
- - Die in Servicestationen benötigte instrumentelle Ausstattung wird so vereinfacht.
- - Die Diagnotizierung von Fehlfunktionen in elektronischen Bordsystemen wird durch die in dem Tester gespeicherten geführten Diagnoseprozeduren stark vereinfacht.
- - Darüberhinaus ist der Tester sogar in der Lage, Ausfälle zu diagnostizieren, wenn das Kraftfahrzeug fährt, wodurch es die Lösung des Problems der Diagnotizierung von "intermittierenden" Fehlern erlaubt.
- Die Schaltung in dem Tester 7 kann vorteilhafterweise mit einem universellen asynchronen Sender-Empfänger (UART) ausgestattet sein (wie er in Fig.4 dargestellt und mit 30 bezeichnet ist), der mit den Bussen 24 und 25 sowie mit einem externen Drucker oder Personalcomputer verbunden ist.
Claims (5)
1. System zur Diagnostizierung von Anomalien und Funktionsausfällen für zahlreiche
Typen von in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor installierten elektronischen
Steuerungssystemen (S),
wobei jeder Typ von Steuerungssystem (S) eine Mehrzahl einschlägiger
Sensoren (2) zur Erfassung der Betriebsbedingungen des Motors sowie elektrische
gesteuerte Betätigungsorgane (3) aufweist und diese Sensoren (2) und Betätigungsorgane
(3) mit einer elektronischen Steuer- und Betätigungseinheit (1) verbunden sind, wie
sie üblicherweise für jeden Typ von Steuerungssystem (S) in unterschiedlicher
Ausbildung vorgesehen sind,
wobei diese Einheit (1) wenigstens einen Ausgang (5) besitzt und so
programmiert ist, daß sie eine Selbstdiagnose zur Erfassung von Anomalien und
Funktionsausfällen in dem Steuerungssystem (S) ausführt und an dem Ausgang (5) serielle
elektrische Selbstdiagnosesignale liefert, die Informationen über die Betriebzustände
des Steuerungssystems (S) enhalten,
wobei die verschiedenen Steuerungssysteme (S) jeweils mit einem identisch
ausgebildeten elektrischen Standard-Steckverbinder (6) ausgestattet sind, der mit
dem Ausgang (5) der betreffenden Steuereinheit (1) verbunden ist,
und wobei die elektronische Steuereinheit (1) jedes Steuerungssystems (S) so
ausgebildet ist, daß sie jedesmal, wenn die Steuereinheit (1) aktiviert wird, an dem
Ausgang (5) eine seriell-kodierte Identifizierungsmeldung über den Typ des
Steuerungssystems (S) abgibt, zu dem sie gehört,
dadurch gekennzeichnet :
daß das System ferner einen Tester (7) umfaßt mit einem elektrischen
Verbinderteil (27), das an den genannten Standard-Steckverbinder (6) anschließbar ist,
wobei der Tester (7) eine visuelle Anzeigevorrichtung (9) sowie eine Bedienungstastatur
(10) aufweist, die mit einer Mikroprozessor-Steuereinheit (23) verbunden sind, die
Speichermittel (12) enthält, in denen mehrere Diagnoseprogramme gespeichert sind,
die sich jeweils auf einen entsprechenden Typ von Steuerungssystem (S) bezieht,
wobei die Mikroprozessoreinheit (23) so ausgebildet ist, daß sie von den
verschiedenen Steuereinheiten (1) ausgegebene Identifizierungsmeldungen dekodiert und
dasjenige Diagnoseprogramm aktiviert, das dem in diesem Zeitpunkt durch die
Identifizierungsmeldung angegebenen Typ von Steuerungssystem (S) entspricht,
und daß die Speichermittel des Testers (7) in einem auswechselbaren
Modul (12) angeordnet sind, das von dem Tester (7) getrennt werden kann, so daß der
Tester (7) durch Austauschen des Moduls (12) gegen ein anderes Modul für den
Einsatz
mit neuen Typen von Steuerungssystemen (S) aktualisiert werden kann.
2. System nach Anspruch 1, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen mit
über eine Steckdose (21) aus der Kraftfahrzeugbatterie gespeisten
Zigarrenanzündern, dadurch gekennzeichnet, daß der Tester (7) Mittel (18,20) aufweist, die seine
elektrische Stromversorgung über die genannte Steckdose (21) ermöglichen.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tester (7)
wenigstens eine Batterie zur Stromversorgung aufweist.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die elektronische Einheit (1) in jedem Steuerungssystem (S) so angeordnet ist, daß
sie eine serielle Identifizierungsmeldung mit einem NRZ-(non-return to zero)-Kode
erzeugt.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
ferner ein Satz von Musterkomponenten mit vorbestimmten Eigenschaften
vorgesehen ist, die Sensoren oder Betätigungsorgane eines zu prüfenden Steuerungssystems
(S) substituieren können, um die Wirksamkeit der Sensoren oder Betätigungsorgane
zu überprüfen.
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