FR2818349A1 - Actionneur electromecanique a effort controle pour la commande automatique d'une boite de vitesses de vehicule automobile et boite de vitesses equipee d'un tel actionneur - Google Patents

Abstract

Actionneur électromécanique pour la commande automatique du passage des vitesses d'une boîte de vitesses de véhicule automobile, du type comportant une électronique (11) de commande et de puissance, pour l'alimentation d'une unité motrice (12) qui comporte un moyen moteur et un moyen de transformation de mouvement et qui est adaptée à déplacer un élément d'actionnement (14) par l'intermédiaire d'un élément élastique déformable (13), l'élément d'actionnement (14) étant destiné à agir directement sur un élément de liaison (17) assurant la liaison entre l'actionneur (10) et l'élément de commande (19) d'un récepteur (18), ledit actionneur comportant également un capteur de position, dit premier capteur de position (15), adapté à fournir des informations sur la position de l'unité motrice (12) ou un capteur de position dit second capteur de position (16), adapté à fournir des informations sur la position de l'élément d'actionnement (14), le moyen moteur de l'unité motrice (12) étant du type électrique, un moyen étant prévu pour mesurer la vitesse de rotation de l'arbre primaire de la boîte de vitesses : des moyens de détection du mur sont prévus, constitués par un moyen de mesure de la consommation électrique dudit moyen moteur ou bien par ledit moyen de mesure de la vitesse.

Description

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La présente invention concerne un actionneur électromécanique à effort contrôlé.

En se reportant à la figure 1, on voit un schéma synoptique montrant un actionneur électromécanique 10 adapté à actionner un élément de commande 19 d'un récepteur 18 par l'intermédiaire d'un élément de liaison 17.

L'actionneur 10 comprend une électronique 11, de commande et de puissance, pour l'alimentation d'une unité motrice 12 qui comporte un moyen moteur et un moyen de transformation de mouvement et est adaptée à déplacer un élément d'actionnement 14 par l'intermédiaire d'un élément élastique déformable 13, l'élément d'actionnement 14 agissant directement sur l'élément de liaison 17 qui assure la liaison entre l'actionneur 10 et le récepteur 18.

L'électronique 11 comprend par exemple un calculateur à processeur numérique et à mémoire, multiplexé ou non, et une électronique de puissance adaptée au moyen moteur de l'unité motrice 12.

Le moyen moteur de l'unité motrice 12 peut être un moteur électrique tournant à courant continu, avec ou sans balais, ou un moteur électrique linéaire, ou un ou plusieurs électro-aimants, ou un actionneur à fluide hydraulique ou pneumatique.

Le moyen de transformation de mouvement de l'unité motrice 12 peut être un réducteur à train d'engrenages droits, parallèles ou épicycloïdaux, ou un réducteur du type à vis sans fin associée à une roue dentée ou du type vis écrou, avec ou sans billes ; ce peut être également un transformateur de mouvement du type à excentrique ou à biellette sur corde de roue dentée ; la sortie du moyen de transformation de mouvement peut être rotative, linéaire ou du type à bielle.

L'élément élastique déformable 13 peut être un ressort de compression ou d'extension ; il peut être droit ou courbe, à section élastique constante ou variable ; ce peut être également un ressort de torsion, du type pince à linge ou autre, ou une pièce en élastomère ou analogue.

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Plus généralement, l'élément élastique déformable 13 peut ne pas être réalisé par un moyen spécifique du type ressort mais être constitué par la relative élasticité naturelle des pièces constituant l'élément d'actionnement 14, l'élément de liaison 17 ou l'élément de commande 19.

L'élément d'actionnement 14 peut être par exemple un levier rotatif ou une tige poussante ou tirante, ou autre.

L'élément de liaison 17, au récepteur 18, peut être par exemple un câble, une biellette, une liaison hydrostatique ou tout type d'accouplement autre.

L'élément de commande 19, du récepteur 18, est par exemple un levier de commande mobile, en rotation ou en translation.

Le récepteur 18 est un récepteur qui reçoit de son élément de commande 19 un effort de commande qui doit être maîtrisé ; c'est le cas d'une boîte de vitesses de véhicule automobile dont l'élément de commande 19 est déplacé pour engager un rapport de vitesses.

Une telle application est par exemple décrite dans la demande de brevet français déposée le 28 avril 1998 sous le numéro 98 05309 à laquelle il conviendra de se reporter pour plus de détails.

Lors de son déplacement en vue de passer un rapport de vitesse, l'élément de commande 19 passe par une position caractéristique correspondant au mur de synchronisation : c'est à partir de cette position, d'une part, que l'élément élastique déformable 13 accumule de l'énergie et, d'autre part, que l'effort transmis par l'élément de commande 19 doit être maîtrisé. Lorsque les synchroniseurs ont synchronisé les vitesses de rotation des arbres primaire et secondaire de la boîte de vitesses, le crabotage du rapport de vitesse désiré doit être effectué ; un asservissement en position, et non plus en effort, devient alors nécessaire.

Dans la demande de brevet déjà citée, on a décrit un actionneur électromécanique pour boîte de vitesses mécanique, notamment pour véhicule automobile, destiné à assurer les commandes automatiques de la sélection et du passage des vitesses, du type comportant au moins une unité motrice à motoréducteur propre à fournir l'énergie mécanique nécessaire auxdites commandes.

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Par l'expression "sélection", d'une vitesse, on entend désigner la manoeuvre correspondant à un déplacement latéral du levier de vitesses sur la grille des vitesses, tandis que par l'expression"passage", d'une vitesse, on entend désigner la manoeuvre correspondant à un déplacement longitudinal de ce levier, pour l'engagement de la vitesse choisie. Ce passage longitudinal, en avant ou en arrière, s'accompagne généralement de l'actionnement des verrous de synchronisation et requiert donc une certaine dépense d'énergie. Pour les manoeuvres de sélection, une telle dépense d'énergie est nettement inférieure.

L'actionneur électromécanique du genre en question peut être installé d'origine sur les véhicules neufs, ou être installé après coup sur des véhicules déjà équipés d'une commande d'engagement des vitesses manuelles à levier classique, sans nécessiter une modification de la commande existante.

On a fait en sorte que puissent être détectées automatiquement la fin notamment du passage des vitesses afin d'arrêter automatiquement l'unité motrice à motoréducteur lorsque l'engagement de la vitesse souhaitée est achevé.

A cet effet, cette unité motrice est associée d'une part à un système élastique d'emmagasinage de son énergie mécanique, tel que l'élément élastique déformable 13, ce système étant adapté à restituer cette énergie de l'unité motrice pour assurer sélectivement ladite commande automatique par l'intermédiaire d'une timonerie de passage, et d'autre part à un interrupteur de fin de course propre à provoquer l'apparition d'un signal représentatif, selon le cas, de l'état comprimé (emmagasinage d'énergie) dudit système élastique, de l'arrivée en butée de ladite unité motrice, et du fait que la sélection ou l'engagement du rapport souhaité de la boîte a bien été obtenu.

Grâce au système élastique d'emmagasinage d'énergie, les manoeuvres nécessitées par l'engagement des vitesses sont uniformisées et rendues plus rapides tout en ne nécessitant pas une puissance importante pour l'actionnement : l'unité motrice à motoréducteur fournit l'énergie à plus faible puissance nécessaire aux manoeuvres des commandes par emmagasinage progressif de l'énergie dans le système élastique avant détente rapide. Cette énergie n'est libérée que lorsque la puissance est suffisante pour produire l'engagement franc de la vitesse sélectionnée après le temps nécessaire aux

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synchroniseurs pour effectuer la synchronisation des vitesses, et ce sans nécessiter un accroissement momentané de la puissance de l'unité motrice, et sans provoquer son ralentissement.

Le système élastique, dont la précharge et la raideur sont connues, permet ainsi de mieux maîtriser les efforts de sélection de même que les efforts de synchronisation lors du passage des vitesses, en coopération avec un capteur de position de l'unité motrice, tel que le capteur de position 15 de la figure 1, l'unité motrice à motoréducteur n'ayant pas à être asservie en effort, mais seulement en position ; le système élastique uniformise automatiquement les efforts demandés à l'unité motrice. L'unité motrice n'a pas non plus à s'arrêter lorsqu'elle rencontre la résistance de synchronisation, d'où un gain de temps.

Quant à l'interrupteur de fin de course, il fournit l'information de mise en butée de l'unité motrice, ce qui permet l'apprentissage de la grille, soit lors de la sélection, soit lors du passage d'une vitesse, ce qui indique l'exécution de ce déplacement, c'est-à-dire que le rapport a bien été engagé, ou encore donne l'indication que le système élastique a emmagasiné de l'énergie, au cours de la présélection ou juste avant le passage de la vitesse.

En association avec le capteur de position de l'unité motrice lors du passage d'une vitesse, l'interrupteur de fin de course fournit encore une information sur la position de la synchronisation et par suite sur l'usure des verrous de synchronisation. Le problème est de maîtriser l'effort pour ne pas dépasser le seuil admissible de pression sur les matériaux de friction. Mais on souhaite un passage le plus rapide possible.

Pour que l'effort de synchronisation soit maîtrisé, il est nécessaire d'adapter l'effort à appliquer sur le synchroniseur du rapport que l'on souhaite engager, du fait que les conditions dans lesquelles s'effectue le changement de rapport sont multiples, fonctions par exemple du rapport initial, du rapport final, de la vitesse du véhicule en début de changement de rapport.

Par ailleurs, les synchroniseurs de boîte de vitesses ont généralement des caractéristiques identiques deux à deux, le synchroniseur de première étant par exemple identique au synchroniseur de seconde ; toutefois, leurs caractéristiques, d'une ligne de sélection à une autre, sont différentes et

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fonctions par exemple de la matière ou du diamètre moyen du cône de frottement ; l'effort à appliquer sur ceux-ci est donc fonction du rapport désiré.

Dans la demande de brevet français déposée le 30 juin 1999 sous le numéro 99 08386, on a proposé un actionneur du type ci-dessus permettant de déplacer l'élément de commande du récepteur en régulant un effort sur cet élément de commande, notamment lorsque celui-ci est bloqué par un effort variant selon les conditions initiales du déplacement, et ce sans utilisation d'un capteur d'effort dont la réalisation est onéreuse.

Dans le cas d'une boîte de vitesses de véhicule automobile, un tel actionneur permet de réguler les efforts nécessaires à une synchronisation optimale des rapports lors d'un changement de vitesse ; dans ce cas également, l'élément élastique déformable, se comprimant sur le mur de synchronisation, est calculé en sorte que son énergie accumulée est fonction de plusieurs paramètres tels que la position, dans la boîte de vitesses, des cônes des synchroniseurs, les caractéristiques des synchroniseurs, donc du rapport à engager, l'énergie nécessaire à l'annulation de l'écart des vitesses entre le rapport initial et le rapport désiré, la température de la boîte de vitesses, et/ou autres paramètres.

Dans la demande citée ci-dessus, un actionneur électromécanique du type comportant une électronique de commande et de puissance, pour l'alimentation d'une unité motrice qui comporte un moyen moteur et un moyen de transformation de mouvement et qui est adaptée à déplacer un élément d'actionnement par l'intermédiaire d'un élément élastique déformable, l'élément d'actionnement étant destiné à agir directement sur un élément de liaison assurant la liaison entre l'actionneur et un récepteur, ledit actionneur comportant également un capteur de position, dit premier capteur de position, adapté à fournir à l'électronique des informations sur la position de l'unité motrice, comporte de plus un second capteur de position, adapté à fournir à l'électronique des informations sur la position de l'élément d'actionnement.

Ainsi, la maîtrise de l'effort appliqué sur l'élément de commande du récepteur est obtenue en comparant les informations données par les deux capteurs et en donnant à l'électronique une consigne de position fonction de la raideur et de la précharge prédéfinies de l'élément élastique déformable.

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Dans le cas d'un actionneur de boîte de vitesses, permettant de réaliser le passage des vitesses, l'élément élastique déformable permet d'appliquer d'abord un effort quasi constant par un asservissement en position, puis de faire varier l'effort sur le synchroniseur en jouant sur la position de l'unité motrice : la courbe effort-course appliquée à l'élément élastique déformable n'est pas monotone mais sa pente est plus grande dans la zone autorisée pour le crabotage.

Comme on le comprend aisément, grâce à la détente de l'élément élastique déformable, une fois la synchronisation assurée, le crabotage est réalisé rapidement ; en outre, lorsque l'élément de commande bute contre le mur de synchronisation, le choc est atténué.

La présente invention a pour but d'obtenir le même résultat en n'utilisant qu'un seul capteur de position, à savoir soit le premier capteur ci-dessus, adapté à fournir à l'électronique des informations sur la position de l'unité motrice, soit le second capteur ci-dessus, adapté à fournir à l'électronique des informations sur la position de l'élément d'actionnement.

Le second capteur peut être implanté soit sur l'élément d'actionnement, soit sur l'élément de liaison, soit sur l'élément de commande.

Dans tout ce qui suit on désignera par mur la position caractéristique atteinte par l'élément de commande pour laquelle l'élément élastique a accumulé l'énergie maximum.

Il va de soi que si la position du mur était connue, le contrôle serait aisé à réaliser puisque les caractéristiques de l'élément élastique, à savoir sa précontrainte et sa raideur, sont parfaitement connues.

Or, la position du mur n'est pas stable du fait du vieillissement des constituants de la boîte de vitesses, de l'actionneur et des dispersions de fabrication desdits composants ; il est donc nécessaire de retrouver souvent, ou à chaque utilisation, la position dudit mur.

Selon l'invention, un actionneur pour la commande automatique du passage des vitesses d'une boîte de vitesses de véhicule automobile, du type comportant une électronique 11 de commande et de puissance, pour l'alimentation d'une unité motrice 12 qui comporte un moyen moteur et un moyen de transformation de mouvement et qui est adaptée à déplacer un élément d'actionnement 14, un élément élastique déformable 13 pouvant être placé en

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position intermédiaire entre l'unité motrice, l'élément d'actionnement 14 étant destiné à agir directement sur un élément de liaison 17 assurant la liaison entre l'actionneur 10 et l'élément de commande 19 d'un récepteur 18, l'élément de commande actionnant un synchroniseur de vitesse d'un arbre de la boîte de vitesses, ledit actionneur comportant également un capteur de position, dit premier capteur de position 15, adapté à fournir à l'électronique 11 des informations sur la position de l'unité motrice 12 ou un capteur de position dit second capteur de position 16, adapté à fournir à l'électronique 11 des informations sur la position d'un des éléments d'actionnement 14, de liaison 17 ou de commande 19, un moyen étant prévu pour mesurer la vitesse de rotation de l'arbre de la boîte de vitesses à synchroniser, ou un autre moyen étant prévu pour mesurer l'intensité consommée par le moteur de l'unité motrice 12 dans le cas où celui-ci est un moteur électrique est caractérisé par le fait que sont prévus des moyens pour déterminer la position du mur, c'est-à-dire la position atteinte par l'élément de commande 19 du récepteur 18 pour laquelle la force exercée sur l'élément d'actionnement 14 est maximale, en vue de contrôler l'effort appliqué sur l'élément de commande 19, lesdits moyens de détection du mur étant constitués par un moyen de mesure de la consommation électrique dudit moyen moteur ou bien par ledit moyen de mesure de la vitesse.

A la figure 2, on a représenté la variation, en fonction du temps, du courant I consommé par un moteur électrique à courant continu utilisé comme moyen moteur ; globalement, la courbe de variation comprend deux tronçons 21 et 22, un tronçon 21 où ce courant a une valeur 20 quasiment constante et un segment 22 croissant, à partir du point M où le mur est atteint ; ainsi, la mesure de 1 permet de positionner le mur en détectant l'augmentation de la consommation électrique du moyen moteur. Il est conseillé d'effectuer cette mesure souvent car, comme on le sait, la caractéristique de couple d'un moteur électrique varie avec la température.

Celle-ci influence également la déformation sous effort de l'élément élastique, comme d'ailleurs la vitesse de l'opération : il est possible d'introduire dans le calcul de la liaison élastique au niveau de l'électronique 11 une correction en fonction de divers facteurs dont ceux-ci.

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Ainsi, grâce à un premier capteur de position 15, informant de la position de l'unité motrice, et à une mesure de la consommation du moyen moteur électrique, l'effort appliqué à l'élément de commande 19 du récepteur 18 est maîtrisé.

Dans le cas d'une boîte de vitesses, celle-ci peut être associée à un capteur de vitesse mesurant la vitesse de l'arbre à synchroniser : ici, il suffit de noter l'évolution de cette vitesse pour connaître la position du mur ; sur la figure 3, on voit que la courbe représentative de cette vitesse V comprend un segment 31 à vitesse constante et, lorsque le mur M est atteint, celle-ci s'infléchit selon le segment 32.

Lorsque le capteur unique de position est le second capteur 16, qui informe sur la position d'un des éléments élastiques déformables 13, d'actionnement 14, de liaison 17 ou de l'examen de commande 19 l'évolution de cette position permet à lui seul de résoudre le problème.

En se reportant à la figure 4, on voit que, lors d'une opération de passage de vitesse dans une boîte de vitesses, le tronçon 41 représentant l'évolution de la position de l'élément élastique correspond à l'approche relativement rapide de l'élément de commande jusqu'à l'accostage A du synchroniseur ; cet accostage se fait selon une vitesse plus faible, correspondant au segment 42 jusqu'au mur M figé pendant un temps 43.

A partir de la synchronisation en S, l'élément élastique se détend rapidement selon 44 jusqu'en E où a lieu l'engagement du nouveau rapport de vitesses.

Au palier 43 correspond une valeur maximum d'effort à ne pas dépasser, laquelle dépend de chaque rapport de vitesses et de la vitesse motrice du moteur électrique constituant l'unité moteur.

Selon un autre aspect de l'invention, il est nécessaire de maîtriser l'effort de commande après le passage du mur ; ainsi, par exemple, dans le cas des boîtes de vitesses, si l'élément de commande se déplace trop rapidement, l'élément élastique étant trop long, la butée de fin de course reçoit un choc, générant bruit et/ou usure ; si l'élément de commande se déplace trop lentement, l'élément élastique étant trop court, le crabotage n'est pas réalisé correctement.

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On s'arrange dès lors pour moduler la compression de l'élément élastique de sorte que si l'effort est trop élevé, on le fait chuter juste avant la fin de la synchronisation, et s'il est trop bas, on le remonte juste avant cette fin de synchronisation.

La fin de la synchronisation peut s'appréhender à l'aide du capteur de vitesse de l'arbre primaire, ou par les informations du capteur de position du type premier capteur 15.

La figure 5 montre qu'un tel capteur de position révèle d'abord un tronçon 51 suivi, pour un capteur tel que le premier capteur ci-dessus, d'un tronçon 52 jusqu'à la fin de synchronisation au temps E ; au delà, la vitesse du moteur électrique augmente et on observe un secteur 53 qui se termine selon 54 ; dans le cas d'un capteur de position tel que le second capteur ci-dessus, les tronçons 62 et 63 remplacent les tronçons 52 et 53, respectivement.

Parallèlement, les synchroniseurs actuels ne supportant pas des pressions importantes, et donc des chocs, pour absorber ceux-ci on peut garnir les bagues des synchroniseurs d'une garniture réalisée par un matériau synthétique ; la variation de l'effort au cours d'un choc transmis par une telle garniture est montrée figure 6 : après une montée brutale représentée en F1, l'effort décroît selon F2.

Comme on l'aura compris, un seul capteur de position permet de contrôler les efforts sur les synchroniseurs d'une boîte de vitesses, ceux-ci ne pouvant supporter des efforts que dans certaines limites.

Le premier capteur de position 15 peut facilement être intégré dans un moto-réducteur ; l'élément élastique déformable 13 peut être installé dans la boîte de vitesses elle-même.

Ainsi, grâce à l'invention, le nombre de capteurs, donc le coût, est limité.

Tout type d'unité motrice, notamment tout type de moyen de transformation de mouvement, ainsi que tout type de capteur de position, peuvent être utilisés. Des exemples sont décrits dans la demande 99 08386 déjà citée.

On peut utiliser notamment des capteurs de position de type absolu ou incremental. Dans le premier capteur de position 15, celui-ci peut être monté directement sur l'arbre du moteur électrique de l'unité motrice 12.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS 1. Actionneur pour la commande automatique du passage des vitesses d'une boîte de vitesses de véhicule automobile, du type comportant une électronique (11) de commande et de puissance, pour l'alimentation d'une unité motrice (12) qui comporte un moyen moteur et un moyen de transformation de mouvement et qui est adaptée à déplacer un élément d'actionnement (14), un élément élastique déformable (13) pouvant être placé en position intermédiaire entre l'unité motrice, l'élément d'actionnement (14) étant destiné à agir directement sur un élément de liaison (17) assurant la liaison entre l'actionneur (10) et l'élément de commande (19) d'un récepteur (18), l'élément de commande actionnant un synchroniseur de vitesse d'un arbre de la boîte de vitesses, ledit actionneur comportant également un capteur de position, dit premier capteur de position (15), adapté à fournir à l'électronique (11) des informations sur la position de l'unité motrice (12) ou un capteur de position dit second capteur de position (16), adapté à fournir à l'électronique (11) des informations sur la position d'un des éléments d'actionnement (14), de liaison (17) ou de commande (19), , un moyen étant prévu pour mesurer la vitesse de rotation de l'arbre de la boîte de vitesses à synchroniser, ou un autre moyen étant prévu pour mesurer l'intensité consommée par le moteur de l'unité motrice (12) dans le cas où celuici est un moteur électrique, caractérisé par le fait que sont prévus des moyens pour déterminer la position du mur, c'est-à-dire la position atteinte par l'élément de commande (19) du récepteur (18) pour laquelle la force exercée sur l'élément d'actionnement (14) est maximale, en vue de contrôler l'effort appliqué sur l'élément de commande (19), lesdits moyens de détection du mur étant constitués par un moyen de mesure de la consommation électrique dudit moyen moteur ou bien par ledit moyen de mesure de la vitesse.
2. 2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur de position est le premier capteur de position (15) et il est associé au moyen de mesure de la consommation adapté à détecter une variation de la consommation électrique dudit moyen moteur.
3. 3. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur de position est le premier capteur (15) et la position du mur est révélée par la variation de vitesse de l'arbre primaire détectée par le capteur de vitesse.

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4. 4. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur de position est le second capteur (16) et la position début de synchronisation correspond à l'apparition d'un premier palier lorsqu'on examine la courbe révélée par ledit second capteur (16)
5. 5. Actionneur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'électronique (11) comprend des moyens de correction adaptés à corriger en fonction de divers facteurs tels que la température, la vitesse, ou autre, le calcul de la liaison élastique.
6. 6. Actionneur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que des moyens de modulation sont prévus pour moduler la pression sur l'élément d'actionnement (14) en sorte que l'effort ne soit ni trop fort, ni trop faible dans la position de fin de course de l'élément de commande (19).
7. 7. Actionneur selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la modulation est effectuée juste avant la fin de la synchronisation.
8. 8. Boîte de vitesses de véhicule automobile équipée d'un actionneur électromécanique pour le passage automatique des vitesses, caractérisée par le fait que l'actionneur électromécanique est selon l'une des revendications 1 à 7.
9. 9. Boîte de vitesse selon la revendication 8, caractérisée par le fait que les bagues des synchroniseurs sont garnies d'une garniture de friction.
10. 10. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le premier capteur de position (15) est monté sur l'arbre du moteur électrique de l'unité motrice (12).