JP7376429B2 - 電動パーキングブレーキ制御装置及び電動パーキングブレーキ制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は自動車等の車両に用いる電動パーキングブレーキ制御装置及び電動パーキングブレーキ制御方法に関する。
従来から、ブレーキ装置としてモータの回転によりブレーキシューやドラムシュー等の押圧部材をブレーキディスクやブレーキドラム等の回転部材に押圧して制動する電動ブレーキが提案されている。電動ブレーキでは、必要な制動力に対して十分な押圧推力が得られない場合、制動力不足で車両を保持することができない。また、過剰な押圧推力が発生する場合、これに備えてブレーキ装置各部の強度を過剰に確保する必要がある。
このため、ブレーキ装置の個体差や使用状況などによらず、簡素な方法で精度よく押圧推力(以降は推力と呼称)を制御する必要がある。押圧推力を制御する技術として、例えば特許文献1に開示された技術がある。
特許文献1に記載の技術においては、「締付力をブレーキモータのモータ定数の関数として決定し、前記モータ定数を、前記ブレーキモータの操作中に測定される、モータ電流(I0,IA)の最新の測定値から算出する方法において、前記モータ定数(KM)を決定するために、アイドリング段階中に前記ブレーキモータにおけるアイドリング電圧(Us0)およびアイドリング電流(I0)を測定し、さらに前記モータ電流(IA)をダイナミックな電流変化段階中に算出すること」と記載されており、ここで演算したモータ定数を用いて遮断電流閾値を決定することで推力を制御する方法が開示されている。
しかしながら、例えばブレーキパッドとディスク間の隙間が小さく、アイドリング段階が存在しないなどの場合には精度よく演算を行うことが困難である。また、電流変化段階からアイドリング段階までの長時間の電流、電圧値を計測する必要であり、測定データを記憶するための記憶容量の増大や、それらから演算を行う際の演算負荷が増大し、押圧推力の演算精度が劣るといった課題があった。
本発明の目的は、ブレーキ装置の個体差や使用状況などに関わらず、押圧推力の演算精度を向上することができる電動パーキングブレーキ制御装置及び電動パーキングブレーキ制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、電流及び電圧に基づきモータの駆動によりブレーキパッドを押圧するピストンの推力を制御する制御装置を備えた電動パーキングブレーキ制御装置であって、前記制御装置は、前記モータの停止電流を演算するモータ停止電流演算部を備え、前記モータ停止電流演算部は、アイドリング電流期間前における前記電流及び前記電圧の変化期間に、前記アイドリング電流期間の前記電流及び前記電圧、又は前記電流及び前記電圧から構成される関数の変化を複数の候補値として演算し、前記電流変化期間中の所定時間に、前記電流及び前記電圧に基づいて、前記複数の候補値のうち何れかを選択し、選択された候補値に関する前記電流及び前記電圧、又は前記関数の変化に基づいて、前記モータの特性パラメータを演算し、前記モータの停止電流を演算することを特徴とする。
また、本発明は、電流及び電圧に基づきモータの駆動によりブレーキパッドを押圧するピストンの推力を制御する電動パーキングブレーキ制御方法であって、アイドリング電流期間前における前記電流及び前記電圧の変化期間に、前記アイドリング電流期間の前記電流及び前記電圧、又は前記電流及び前記電圧から構成される関数の変化を複数の候補値として演算し、前記電流変化期間中の所定時間に、前記電流及び前記電圧に基づいて、前記複数の候補値のうち何れかを選択し、選択された候補値に関する前記電流及び前記電圧、又は前記関数の変化に基づいて、前記モータの特性パラメータを演算し、前記モータの停止電流を演算することを特徴とする。
本発明によれば、ブレーキ装置の個体差や使用状況などに関わらず、押圧推力の演算精度を向上することができる電動パーキングブレーキ制御装置及び電動パーキングブレーキ制御方法を提供することができる。
以下、本発明に係る電動パーキングブレーキ装置の実施例を図面に基づいて説明する。なお本発明は以下の実施例に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例もその範囲に含むものである。特に、以下はディスク式のブレーキを例として説明しているが、ドラム式など別方式のブレーキ装置にも適用が可能である。
まず、図1~図8を用いて、本発明に係るブレーキ装置の実施例1を説明する。図1は発明の実施例に係る電動パーキングブレーキ装置の構成を示す断面図、図2は図1の電動パーキングブレーキ装置を備える車両の構成例を示す図である。
図2に示すように、本実施例が適用されるブレーキ装置は、ディスクブレーキ装置1a,1b(1a,1bの構成は同一)であり、車両21の左右の後輪部分に備えられている。ディスクブレーキ装置1a,1bは、後輪と共に回転するディスク2a,2bにブレーキパッドを押圧することにより制動力を得る。
車両21は、運転者によって操作されるブレーキペダル22と、ブレーキペダル22の操作によって内部のピストンを移動させて圧力を発生させるマスタシリンダ23と、左右の前輪及び後輪に圧力を伝達する配管24a、24b、24cと、前輪のディスクブレーキ装置25a,25b(a、bの構成は同一)とを備える。なお、マスタシリンダ23と各輪の配管24の間には液圧を制御する横すべり防止装置等を行う液圧制御装置27が配置される。
図1に示すように、後輪に配設されるディスクブレーキ装置1(a,bは同一構成なので以降a,bは省略)は、ディスクロータ(回転部材)2より車両21内側に位置する車両21の非回転部に固定されたキャリア3と、ディスクロータ2の軸方向へ浮動可能に支持されたシリンダ4と、ディスクロータ2の両側に配置されたブレーキパッド(押圧部材)5a,5bと、シリンダ4内に摺動可能なピストン6と、圧力室7と、ピストン6を駆動するモータ8等から構成される。モータ8の出力軸は、減速機9と接続され、減速機9の出力軸が回転直動変換機構10に接続され、回転直動変換機構10によりピストン6は直動方向に移動可能となる構成である。また、モータ8は制御装置11と電線12によって接続される。また、圧力室7は配管24と接続されている。モータ8の回転制御は、制御装置11(制御部)によって行われる。
図3は制御装置11の構成を示すブロック図である。図3に示すように、制御装置11は、モータ8の駆動時の電流を検出する電流検出部31と、電流検出部31で検出されたモータ8の駆動時の電流からモータ8の停止電流を演算するモータ停止電流演算部32と、電流検出部31の検出時間を計測するタイマ33と、電流検出部31で検出された電流値及びモータ停止電流演算部32で演算された結果に基づいてモータ8を制御するドライバ回路34を備えている。モータ停止電流演算部32は、図示しない記憶部に記憶された制御プログラムに基づいて演算を実行する。
また、制御装置11には、運転者によって操作される駐車ブレーキスイッチ35と、加速度、車速等の各種センサ36と、車両21の各部情報を取得するためのCAN37と、電源38が接続されており、各々の信号に応じてモータ8への電源供給を制御する。さらに、制御装置11には、必要に応じて警告灯等の報知手段39が接続される。各種センサ36としては、電源を検出する電源センサや、モータの電圧を検出する電圧センサが含まれる。
次に、ブレーキ装置1の動作について説明する。まず、ブレーキ装置1を常用ブレーキとして使用する場合の動作について説明する。運転者がブレーキペダル22を操作すると、マスタシリンダ23によって液圧が発生し、その液圧が配管24を通して、圧力室7に通じていることから、この圧力による力でピストン6を推進することで、ディスクロータ2にブレーキパッド5a、5bを押圧する力が発生し、制動力が発生する。また、液圧制御装置27等を付加したブレーキ装置ではドライバのブレーキペダル22の操作にかかわらず、液圧制御装置27により、必要な液圧が発生することが可能であり、同様に、発生した液圧により制動力が発生する。
次に、駐車ブレーキの動作について説明する。制動力発生は、ドライバの駐車ブレーキスイッチ35のスイッチオン操作、あるいは、車両状態等を検出して、制御装置11からの推力発生のアプライ指令41に基づく。指令に基づきモータ8が駆動し、モータ8の駆動力により、減速機9や回転直動変換機構10等を介して、ピストン6に推力が発生する。この動作を図4に示す。
図4は電動パーキングブレーキ装置のクランプ時を示す断面図である。図4に示すように、ピストン6はブレーキパッド5bと当接し、またシリンダ4にはブレーキパッド5aをディスクロータ2に押圧する方向に力が発生して、ディスクロータ2をブレーキパッド5a、5bで挟み込んで制動力が発生する。必要な制動力が得られると、モータ8の駆動を停止する。
このときのフローチャートを図5に示す。図5は制御装置11の動作を示すフローチャートである。
まず、制御装置11のモータ停止電流演算部32では、アプライ指令が開始されたと判断されると(ステップS50のYes)、モータ8が駆動する(ステップS51)。アプライ指令が開始されない場合(ステップS51のNo)は、アプライ指令が開始の判断が繰り返される。
次に制御装置11では、モータ8の駆動後、電流が最大値に到達したか否か判断され、電流が最大値に到達した場合(ステップS52のYes)、モータ停止電流演算(ステップS53)が行われる。モータ停止電流演算(ステップS53)では、特定パラメータ算出(ステップS54)と、特定パラメータに基づいてモータ停止電流算出(ステップS55)が行われる。モータ停止電流演算(ステップS53)の処理については追って詳述する。
モータ停止電流算出後、モータ電流43(電流)が演算されたモータ停止電流44を超過した場合、又は超過後所定時間経過した(ステップS56のYes)と判断されると、モータ8が停止(ステップS57)する。
また、このときのアプライ指令41、推力42、モータ電流43、モータ端子間電圧の時刻歴波形を図6に示す。アプライ指令41が入力されると、モータ8が駆動しピストン6はブレーキパッド5bに接近する方向に移動される。そして、ブレーキパッド5bに当接するまでピストン6は空走する。このとき、モータ8にかかる負荷は小さく、モータ電流43は、ほぼ一定の低い値(アイドリング電流45)を保つ。モータ電流43は、モータの駆動を開始した直後に突入電流が流れてから収束し、その収束してからピストン6がブレーキパッド5bに当接するまでの間、流れる電流がアイドリング電流45となる。ここで、所定時間T0より以前を電流変化期間47とし、電流変化期間47より後の期間をアイドリング電流期間48とする。所定時間T0は、モータ電流43が変化する状態からモータ電流43がほぼ一定となる境界点としている。
その後、ピストン6とブレーキパッド5bが当接するとピストン6の推力42が上昇し、推力42の上昇に伴い、ブレーキパッド5bがディスクロータ2を押圧する押圧力も上昇し始め、モータ8への負荷が徐々に増加し、それに伴い、モータ電流43が増加する。そして、モータ電流43がモータ停止電流44を超えた場合にモータ8を停止させる。又は、センサで検出された電流は、あるサンプリング時間ごとに収集されることから、この検出電流がモータ停止電流44を所定回数(たとえば3回)超過したところで、停止するようにしてもよい。
このモータ停止電流44の決め方(モータ停止電流演算S53)について図7を用いて詳細に説明する。図7はモータ停止電流演算の手順を示すフローチャートである。
モータ停止電流演算のステップS53は、モータ電流43が電流変化期間47である場合、電流変化期間47の電流および電圧に基づいて特性パラメータを演算する部分であるステップS54と、求めた特性パラメータからモータ停止電流44を演算するモータ停止電流算出ステップS55とからなる。特性パラメータとは、モータ個々が持つ特性が変化するパラメータである。
特性パラメータ演算のステップS54では、電流及び電圧、又は電流及び電圧から構成される関数を測定(ステップS58)する。そして、アイドリング電流期間48中の電流及び電圧、又は電流及び電圧から構成される関数を複数の候補値(c1~cn)として仮定(ステップS59)し、それぞれの候補値を用いて測定値を再現する近似式(ステップS60)を求める。仮定された複数の候補値(c1~cn)は、制御装置11内のモータ停止電流演算部32のメモリ等に記憶させておく。そして、複数の候補値(c1~cn)の中から最も精度よく測定値を再現することができる候補値を、所定時間T0において選択して決定(ステップS61)し、それを用いて特性パラメータを演算(ステップS62)する。
特性パラメータ演算におけるステップS56の具体的な手順に関して、以下に詳細に説明する。まず、この電動パーキングブレーキ装置の主要な挙動は以下の式(1)で表される。
ここで、(1)式において、Ktはトルク定数、Iは電流、Kは回転直動変換機構10の回転/直動変換係数、FCLPは押圧推力、Jは慣性係数(Jdω/dtは慣性項)、Tfricはモータ8から動力伝達機構の回転直動変換機構10までを総合した摩擦トルク、λは粘性係数、ωは回転速度を示す。
式(1)を変形すると、押圧力がFCLPとなったときの電流が算出できる。
したがって、保持したい押圧力をFCLPとした場合に、(2)式で求まる電流値Iで停止すれば、押圧力がFCLPとなることから、この値をモータ停止電流44と設定する。しかしながらこの値を設定するには、(2)式の各パラメータや変数の値(以降では特性パラメータと呼称。例えばトルク定数Kt、摩擦トルクTfric、粘性係数λ、回転数ω)が必要である。この値は個体ごとのばらつきや、温度、電圧等の環境によって変わってしまうため、推力を精度よく制御するためには、それらの変化を考慮してモータ停止電流44を設定する必要がある。そこで本実施例では、特性パラメータを電流及び電圧、又は電流及び電圧から構成される関数の変化から推定する。これにより、環境や固体ばらつきを考慮し、メカ効率やモータ性能が低いなど推力が出にくい条件でも、必ず必要推力(たとえば自動車が坂道で停止できるのに必要な推力)を保証しつつ、メカ効率やモータ特性が良い個体において必要以上の推力が発生し、電動パーキングブレーキ装置の機構系に過度の応力がかかることを抑制することができる。
本実施例での特性パラメータの推定方法を以下に示す。モータ始動直後の電流波形は、電気回路の方程式および運動方程式によって決定される。電気回路の方程式は以下の式(3)で示される。
ここで、Rは電気抵抗、Lはインダクタンスを示す。また、(1)式のうち推力が発生する前はFCLP=0であり、その項を無視できることから、運動方程式は(4)式のように表される。
これら2つの計算式を厳密に解くことは難しいが、(3)式のうちLdI/dtについては数ms以内に急速に減少する項であることから無視することとし、また(4)式のうちTfricについても他項に比べて小さいとすると、(5)式のように近似的に解くことができる。なお、本実施例ではTfricが他項に比べて小さい場合について示すが、λωの方が小さい場合、Tfricを無視せず、λωを無視して近似的に解いてもよい。
ここで一般に、トルク定数Ktは温度が低いほど大きく、電気抵抗Rは温度が低いほど小さいまた粘性係数は温度が低いほど大きい。また同様に、モータの個体ばらつきや使用するグリースの特性ばらつきなどが特性パラメータに影響を与える。(5)式はこれら温度やばらつきによる特性パラメータ変化が電流と電圧の変化に現れるということを意味している。
よって本実施例では、この関係式を用いて特性パラメータを推定する。例えば、始動直後の電流÷電圧の波形を測定し、それに一致するように(5)式右辺の特性パラメータを決定する方法が挙げられる。図8は波形測定と演算概要を示す模式図であり、図8のグラフでは、(5)式の左辺である電流÷電圧の時間変化を示している。電流変化期間47において、電流÷電圧の時間変化を測定し、所定時間T0において測定値から以下演算を行い、特性パラメータを推定する。ここで、特性パラメータからなる係数を以下のように置き直す。
すると、(5)式は(7)式のようになる。
ここでa、b、cの3つの未知数を、yが測定値ymに近づくよう最適化などにより求めることも可能であるが、より簡便な手法で短時間で演算可能となるよう、ここでは最小二乗法により未知数を求める方法を説明する。(7)式両辺の対数を取り、(8)式のように置くと、
(9)式のように一次の近似直線を求める問題として扱うことができる。
ここで(9)式のbおよびAを求めるためにcが必要である。一方、式(7)の時刻tを進めていけばyはcに漸近するが、電流変化期間47の終了するT0時点ではcの値は不明である。このことから、本実施例では図8に示すようにcを複数の候補値として仮定し、それぞれにおいてbおよびA(=lna)を求め、それらと仮定したcを用いて、それぞれの推定曲線ypを求める。そして、求めた推定曲線ypのうち測定値ymを最も精度よく再現するもののa、b、cを採用する。そして、それらを用いて(6)式の連立を解いて得られた(10)式に基づき特性パラメータを演算する。なお採用値判断の基準として、例えば推定値ypと測定値ymの二乗誤差が最も小さくなるものを選んでもよい。
最後に、求めた特性パラメータを(2)式に代入してモータ停止電流44を求める。この際、特性パラメータとして求められていないKやTfricなどは想定される最悪値(推力が最も小さくなる値)を用い、ωは電圧Vの関数として求める方法が一例として挙げられる。
なお、未知数cを複数の候補値として仮定する際の仮定方法については次のようにしてもよい。(6)式に示したようにcはトルク定数Kt、電気抵抗R、粘性抵抗λの関数であるため、それらが設計値や仕様などとして予め分かっている場合、その値から求めたcを候補値c1としてもよい。そして他候補値はc1に対する比率で、例えばc2=c1×0.9、c3=c1×0.8・・・と比率などを用いて設定してもよい。また、電流変化期間47における測定値の最終値をc1としてもよい。さらに、複数回動作をする場合、前回動作時に選択した候補値cを今回のc1としてもよい。これらの場合、複数の候補値は、モータ8の駆動開始前に予め演算し、例えばモータ停止電流演算部32のメモリに記憶されているので、モータ停止電流の演算を早めることができる。
実施例1によれば、以上のような構成でモータ停止電流44を求めることで、アイドリング電流期間の有無によらず短時間で特性パラメータを演算することが可能となり、結果として簡素な方法で精度よく推力制御が可能な電動パーキングブレーキ制御装置及び電動パーキングブレーキ制御方法を提供することができる。
次に本発明の実施例2について説明する。実施例1を実施するにあたり、例えば電流変化期間47における測定値を所定時間T0まで記憶しておき、T0において演算を実施してモータ停止電流44を求める方法が挙げられるが、実施例2では、所定時間刻み(測定タイミング)毎に逐次演算をすることで測定値をT0まで記憶することなく演算を実施する方法を示す。
具体的には図8に示すように所定時間刻みおきに電流÷電圧のデータを測定(図8では12回)し、測定タイミング毎に最小二乗法の解法に従い演算した演算値を積算していく逐次演算を行うことで、(9)式のAおよびbを求める。この場合、未知数cは演算初回時において仮定する必要があるため、実施例1で示したように予め分かっている設計値や仕様などから求めてもよい。また、複数回動作をする場合、前回の採用値cを用いてもよい。
以上の演算を所定時間T0まで測定回数分だけ繰り返すことで求めたAおよびbを用いて、実施例1と同様に特性パラメータを演算し、モータ停止電流44を求めることができる。この方法によれば、積算値のみを記憶しておけば、それ以前の測定値を記憶しておく必要がないため、記憶容量を増加させずに測定回数を増やすことが可能である。これによって、簡素な方法で精度よく推力制御が可能な電動パーキングブレーキ制御装置及び電動パーキングブレーキ制御方法を提供することができる。
なお、上述では、実施例としてディスクブレーキの場合を例に説明したが、本発明のブレーキ装置は、ドラムブレーキに適用することも可能である。また、本発明のブレーキ装置は、自動車等の車両に限定されるものではなく、制動力を発生させる必要があるものであれば用いることができる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、前記の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
1…ブレーキ装置、1a,1b…ディスクブレーキ装置、2…ディスクロータ(回転部材)、3…キャリア、4…シリンダ、5a,5b…ブレーキパッド(押圧部材)、6…ピストン、7…圧力室、8…モータ、9…減速機、10…回転直動変換機構、11…制御装置、12…電線、21…車両、22…ブレーキペダル、23…マスタシリンダ、24,24a,24b,24c…配管、25a,25b…前輪のディスクブレーキ装置、27…液圧制御装置、31…電流検出部、32…モータ停止電流演算部、33…タイマ、34…ドライバ回路、35…駐車ブレーキスイッチ、36…センサ、38…電源、39…報知手段、41…アプライ指令、42…推力、43…モータ電流、44…モータ停止電流、45…アイドリング電流、47…電流変化期間、48…アイドリング電流期間
Claims (12)
- 電流及び電圧に基づきモータの駆動によりブレーキパッドを押圧するピストンの推力を制御する制御装置を備えた電動パーキングブレーキ制御装置であって、
前記制御装置は、前記モータの停止電流を演算するモータ停止電流演算部を備え、
前記モータ停止電流演算部は、
アイドリング電流期間前における電流変化期間に、前記アイドリング電流期間の前記電流及び前記電圧、又は前記電流及び前記電圧から構成される関数の変化を複数の候補値として演算し、
前記電流変化期間中の所定時間に、前記電流及び前記電圧に基づいて、前記複数の候補値のうち何れかを選択し、
選択された候補値に関する前記電流及び前記電圧、又は前記関数の変化に基づいて、前記モータの特性パラメータを演算し、前記モータの停止電流を演算することを特徴とする電動パーキングブレーキ制御装置。 - 請求項1に記載の電動パーキングブレーキ制御装置であって、
前記複数の候補値を前記所定時間における前記電流及び前記電圧に基づいて演算することを特徴とする電動パーキングブレーキ制御装置。 - 請求項1又は2に記載の電動パーキングブレーキ制御装置であって、
前記所定時間は、前記電流が変化する状態から前記電流がほぼ一定となる境界点となる時間であることを特徴とする電動パーキングブレーキ制御装置。 - 請求項1に記載の電動パーキングブレーキ制御装置であって、
前記複数の候補値は前記モータの駆動開始前に予め演算された値であることを特徴とする電動パーキングブレーキ制御装置。 - 請求項4に記載の電動パーキングブレーキ制御装置であって、
前記複数の候補値を、前回動作時に選択した前記電流及び前記電圧、又は前記関数の変化に基づいて演算することを特徴とする電動パーキングブレーキ制御装置。 - 請求項1に記載の電動パーキングブレーキ制御装置であって、
前記特性パラメータを、前記電流及び前記電圧、又は前記関数の測定タイミング毎に演算した演算値を積算する逐次演算により求めることを特徴とする電動パーキングブレーキ制御装置。 - 電流及び電圧に基づきモータの駆動によりブレーキパッドを押圧するピストンの推力を制御する電動パーキングブレーキ制御方法であって、
アイドリング電流期間前における電流変化期間に、前記アイドリング電流期間の前記電流及び前記電圧、又は前記電流及び前記電圧から構成される関数の変化を複数の候補値として演算し、
前記電流変化期間中の所定時間に、前記電流及び前記電圧に基づいて、前記複数の候補値のうち何れかを選択し、
選択された候補値に関する前記電流及び前記電圧、又は前記関数の変化に基づいて、前記モータの特性パラメータを演算し、前記モータの停止電流を演算することを特徴とする電動パーキングブレーキ制御方法。 - 請求項7に記載の電動パーキングブレーキ制御方法であって、
前記複数の候補値を前記所定時間における前記電流及び前記電圧に基づいて演算することを特徴とする電動パーキングブレーキ制御方法。 - 請求項7又は8に記載の電動パーキングブレーキ制御方法であって、
前記所定時間は、前記電流が変化する状態から前記電流がほぼ一定となる境界点となる時間であることを特徴とする電動パーキングブレーキ制御方法。 - 請求項7に記載の電動パーキングブレーキ制御方法であって、
前記複数の候補値は前記モータの駆動開始前に予め演算された値であることを特徴とする電動パーキングブレーキ制御方法。 - 請求項10に記載の電動パーキングブレーキ制御方法であって、
前記複数の候補値を、前回動作時に選択した前記電流及び前記電圧、又は前記関数の変化に基づいて演算することを特徴とする電動パーキングブレーキ制御方法。 - 請求項7に記載の電動パーキングブレーキ制御方法であって、
前記特性パラメータを、前記電流及び前記電圧、又は前記関数の測定タイミング毎に演算した演算値を積算する逐次演算により求めることを特徴とする電動パーキングブレーキ制御方法。
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