CN101596900A - 电动汽车刹车控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的电动汽车刹车控制系统中，电机控制器(11)用于接收指示刹车深度的电信号以得到刹车深度值，根据监测时间段内的刹车深度增加值计算刹车速度值，并根据刹车深度值和计算出的刹车速度值确定电动汽车处于正常刹车工况还是紧急刹车工况，并根据所确定的工况输出用于控制电机(1)动力输出的电信号。本发明提供的电动汽车刹车控制方法包括以下步骤：根据监测时间段内的刹车深度增加值计算刹车速度值；根据刹车深度值和计算出的刹车速度值确定所述电动汽车处于正常刹车工况还是紧急刹车工况；以及根据所确定的工况相应地控制电机(1)的动力输出。采用本发明提供的刹车控制系统和刹车控制方法可达到更快的刹车效果并提高刹车安全性。

Description

电动汽车刹车控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车，尤其涉及一种电动汽车的刹车控制系统及控制方法。

背景技术

传统燃油车的刹车系统经过早期机械刹车系统到后期油压刹车系统到最近的电子机械刹车系统和电子油压刹车系统的演变，安全性和稳定性一直在提高，其刹车的基本原理都是通过使制动衬片与刹车碟盘或刹车鼓紧贴，产生摩擦力，将车辆前进或后退的动能转化为摩擦产生的热能消散于大气中。

目前，由于人们对环境保护以及能源有效合理利用的日益重视，具有高效、节能、环保车型的电动汽车已成为汽车行业的发展趋势。在电动汽车发生刹车时，对刹车进行判断并采取相应的处理措施尤为重要。现有的电动汽车刹车系统尚不能对电动汽车的正常刹车和紧急刹车做出迅速判断并针对正常刹车和紧急刹车分别采取正确的处理措施来达到更快的刹车效果以提高刹车的安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以达到更快的刹车效果并提高刹车安全性的电动汽车的刹车控制系统及刹车控制方法。

本发明提供的电动汽车的刹车控制系统包括电机控制器和刹车踏板传感器，所述刹车踏板传感器用于检测刹车踏板的深度并输出表示刹车深度的电信号至电机控制器，所述电机控制器用于接收表示刹车深度的电信号以得到刹车深度值，根据监测时间段内的刹车深度增加值计算刹车速度值，并根据所述刹车深度值和计算出的刹车速度值确定所述电动汽车处于正常刹车工况还是紧急刹车工况，并根据所确定的工况输出用于控制电机动力输出的电信号。

本发明提供的电动汽车刹车控制方法包括以下步骤：检测刹车踏板位置以得到刹车深度值；根据监测时间段内的刹车深度增加值计算刹车速度值；根据所述刹车深度值和计算出的刹车速度值确定所述电动汽车处于正常刹车工况还是紧急刹车工况；以及根据所确定的工况相应地控制电机的动力输出。

本发明提供的刹车控制系统和刹车控制方法采用电机控制器实时采集刹车深度，在驾驶员刹车动作未全部完成之前就对电动汽车处于正常刹车还是紧急刹车工况进行判断，并当电动汽车被判断为紧急刹车时，控制电机停止动力输出，减少了车辆前进产生的对刹车的阻力，因而减少了紧急刹车时的能量损耗和制动衬片的磨损，减速更快，而当电动汽车被判断为正常刹车时，不对电动汽车的动力输出进行控制。采用本发明提供的刹车控制系统和刹车控制方法，减少了紧急刹车时的能量损耗和制动衬片的磨损，达到了更迅速的刹车效果，提高了电动汽车刹车的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的电动汽车刹车控制系统的结构图；

图2为当图1中的电动汽车为油电混合动力汽车时的刹车控制系统的结构图；

图3为本发明提供的电动汽车刹车控制方法的流程图；

图4为本发明提供的电动汽车刹车控制方法的优选实施方式的流程图；

图5为当图4中的电动汽车为油电混合动力汽车时的刹车控制方法的流程图。

具体实施方式

需要特别说明的是，本发明所指的电动汽车包括仅靠电机驱动行驶的纯电动汽车以及靠电机和发动机两者驱动行驶的油电混合动力汽车。

下面结合附图对本发明提供的刹车控制系统和刹车控制方法做进一步的详细描述。

图1为本发明提供的电动汽车刹车控制系统的结构图。

本发明提供的电动汽车刹车控制系统包括电机控制器11和刹车踏板传感器5，所述刹车踏板传感器5用于检测刹车踏板的深度并输出表示刹车深度的电信号至电机控制器11，所述电机控制器11用于接收表示刹车深度的电信号以得到刹车深度值，根据监测时间段内的刹车深度增加值计算刹车速度值，并根据所述刹车深度值和计算出的刹车速度值确定所述电动汽车处于正常刹车工况还是紧急刹车工况，并根据所确定的工况输出用于控制电机1动力输出的电信号。

所述电机1为任意可以以电动机模式工作，将电能转换为动能，也可以以发电机模式工作，将动能转换为电能的电机装置，例如可以为A/C交流电机、开关磁阻电机或直流永磁电机。所述电机1为电动汽车的动力输出装置，用以驱动车辆行驶。

所述电机控制器11为电动汽车动力控制系统的总控制器，用于采集和处理来自各控制器的动力系统的工作状态参数，并向各控制器发出操作指令要求，同时用于控制电机1的动力输出。所述电机控制器11可以为PLC或单片机。

所述刹车踏板传感器5与电机控制器11连接，为用于感知驾驶员的操作意图、根据驾驶员的操作产生相应的表示刹车深度的电信号并将所述电信号发送到电机控制器11的传感器装置。

所述电机控制器11用于接收来自刹车踏板传感器5的表示刹车深度的电信号以得到刹车深度值，根据监测时间段内的刹车深度增加值计算刹车速度值，并根据所述刹车深度值和计算出的刹车速度值输出用于控制电机1动力输出的电信号。

所述电机控制器11执行内部设定的程序，根据程序的指示对当前刹车深度进行监测，定期接收来自加速踏板传感器5的表示刹车深度的电信号，将表示刹车深度的电信号转换为刹车深度值，并根据监测时间段内刹车深度的增加值来计算刹车速度值，为本领域技术人员所公知。所述监测时间段可以根据具体情况进行设置，优选为1000-2000个采样周期，每个采样周期优选为50μs-100μs。

例如，当监测时间段为1000个采样周期，每个采样周期为50μs时，所述监测时间段为0.05s，所述电机控制器11将从第1个采样周期到第1000个采样周期期间刹车深度的变化值除以0.05s就能够得到该检测时间段内的刹车速度值。

所述电机控制器11按如下方式确定所述电动汽车处于正常刹车工况还是紧急刹车工况：

当所述刹车深度值小于正常刹车深度值时或者当所述刹车深度值大于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值小于刹车速度临界值时，确定电动汽车处于正常刹车工况；

当所述刹车深度值大于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值大于刹车速度临界值时，确定电动汽车处于紧急刹车工况。

由于电动汽车发生正常刹车时的刹车深度较浅，而发生紧急刹车时的刹车深度较深，因此刹车深度值成为判断电动汽车发生正常刹车或紧急刹车的必要条件。

电机控制器11将刹车深度值与正常刹车深度值进行比对，当刹车深度值小于正常刹车深度值时，电机控制器11判断发生了正常刹车，即判断电动汽车处于正常刹车工况。

由于在刹车深度超过正常刹车深度而刹车速度较缓的情况下电动汽车仍为正常刹车，因此刹车速度也成为判断电动汽车发生正常刹车或紧急刹车的必要条件。

因此，当刹车深度值大于正常刹车深度值时，所述电机控制器11还根据刹车深度值计算刹车速度值，将计算出的刹车速度值与刹车速度临界值进行比对，并当计算出的刹车速度值小于刹车速度临界值时判断电动汽车处于正常刹车工况，当刹车速度值大于刹车速度临界值时判断发生了紧急刹车，即判断电动汽车处于紧急刹车工况。

所述正常刹车深度值和刹车速度临界值为预先存储在电机控制器11中的，可以根据电动汽车的不同类型对正常刹车深度值进行设置，不同的电动汽车可以被设定以不同的正常刹车深度值。可以让不同性别不同年龄段的驾驶员进行多次紧急刹车试验以得到刹车速度临界值。优选情况下，所述正常刹车深度值的范围为0％-85％，即刹车深度值占整个刹程的0％-85％，所述刹车速度临界值为0.15％/ms，即每毫秒内的刹车深度值占整个刹程的0.15％。更优选情况下，所述正常刹车深度值为50％。

所述电机控制器11根据所确定的工况输出相应的控制电机1动力输出的电信号：

当确定所述电动汽车处于正常刹车工况时，所述电机控制器11输出用于控制电机1保持动力输出的电信号；

当确定所述电动汽车处于紧急刹车工况时，所述电机控制器11输出用于控制电机1停止动力输出的电信号。

当电动汽车发生正常刹车时，汽车可以逐渐减速直至完全停止，不需要快速刹车，因此电机控制器11控制电机1仍保持原有的动力输出，采用制动衬片与刹车碟盘摩擦将驱使车辆前进的动能转化为热能消散于大气中。

当电动汽车发生紧急刹车时，为了迅速使汽车停止前进，电机控制器11控制电机1停止动力输出，以此减少车辆前进产生的对刹车的阻力，因而减少了紧急刹车时的能量损耗和制动衬片的磨损。

在电动汽车发生紧急刹车之后，为了达到更快的刹车效果，优选情况下，所述控制系统还包括电池组控制器12，该电池组控制器12通过CAN总线与电机控制器11连接，用于比较当前电池组容量SOC值与电池组容量SOC上限值，并输出指示比较结果的电信号；

当电机控制器11确定所述电动汽车处于正常刹车工况时，输出用于控制电机1保持动力输出的电信号；

当电机控制器11确定所述电动汽车处于紧急刹车工况时，所述电机控制器11还用于通过CAN总线接收来自电池组控制器12的电信号，并当该电信号指示当前电池组容量SOC值高于或等于电池组容量SOC上限值时输出用于控制电机1停止动力输出的电信号，当该电信号指示当前电池组容量SOC值低于电池组容量SOC上限值时输出用于控制电机1将动力输出转化为电力输出的电信号。

如图1所示，所述控制系统还包括电池组2，所述电机1与电池组2连接。

所述电池组2为任意可以为电机1提供电能的蓄电电池组，例如可以为铅酸蓄电电池组、铁电池组、镍铬蓄电电池组或镍氢蓄电电池组。优选为铁电池组。

所述电池组控制器12用于检测和计算电池组容量SOC值并将该SOC值发送给电机控制器11。所述电池组控制器12可以为PLC或单片机。

电池组容量SOC值用于描述电池组的剩余电量，为电池组的剩余电量与电池组额定容量的百分比。

电机1和电池组2分别通过电机控制器11和电池组控制器12与CAN总线连接，用于通过CAN总线实现相互之间的数据交换，为本领域技术人员所公知。

当电池组容量SOC值高于或等于电池组容量SOC上限值时，表示当前电池容量已满，因此电机控制器11控制电机1停止动力输出，以减少车辆前进产生的对刹车的阻力。当电池组容量SOC值低于电池组容量SOC上限值时，表示电池容量未满，此时电机控制器11控制电机1由电动机模式转换为发电机模式，控制电机1发电，将动力输出转化为电力输出，并将输出的电能存储到电池组中。为了保证电池组的安全性，此时电机1的发电电流控制在电池组所能承受的最大充电电流，

所述电机控制器11按照程序的指示控制电机1由电动机模式转换为发电机模式的过程为本领域技术人员所公知。电池组容量SOC上限值用于描述电池组的最大容量，为电池组最大容量与电池组额定容量的百分比。不同的电池组可具有不同的电池组容量SOC上限值，通常情况下所述电池组容量SOC上限值范围为70％-80％，即电池组最大容量占电池组额定容量的70％-80％。优选情况下，所述电池组容量SOC上限值为80％。

图2为当图1中的电动汽车为油电混合动力汽车时的刹车控制系统的结构图。

当油电混合动力汽车靠电机1和发动机3两者驱动行驶时，需要同时根据电池组容量SOC值和发动机3的工作状态来控制电机1和发动机3两者的动力输出。当油电混合动力汽车仅靠发动机3驱动行驶时，仅需要根据发动机3的工作状态来控制发动机3的动力输出。

因此，所述控制系统还包括发动机控制器13和传动装置控制器14，所述发动机控制器13和传动装置控制器14均通过CAN总线与电机控制器11连接，所述发动机控制器13用于输出表示发动机3是否具有动力输出的电信号，所述传动装置控制器14用于输出指示发动机3与汽车动力轴连接状态的电信号到电机控制器11；

当电机控制器11确定所述电动汽车处于紧急刹车工况时，所述电机控制器11还用于通过CAN总线接收来自发动机控制器13以及来自传动装置控制器14的电信号，当接收到表示发动机3具有动力输出的电信号时，输出用于控制发动机3停止动力输出的电信号到发动机控制器13，并且当接收到指示发动机3与汽车动力轴处于分离状态的电信号时，输出用于控制发动机3与汽车动力轴连接的电信号到传动装置控制器14。

如图2所示，所述控制系统还包括发动机3和传动装置4，所述发动机3为任意可以将热能转换为动能的发动机装置，例如可以为汽油发动机、柴油发动机或其它燃料发动机。所述发动机3为混合动力汽车的动力输出装置，用以驱动车辆行驶。所述传动装置4为断开或连接控制汽车动力输出装置与汽车动力轴的装置，为本领域技术人员所公知，例如为离合器。

所述发动机3与传动装置4分别通过发动机控制器13和传动装置控制器14与CAN总线连接，用于通过CAN总线实现相互之间的数据交换，为本领域技术人员所公知。

发动机控制器13用于根据来自电机控制器11的指令调节发动机3的输出扭矩和转速，并将发动机3的工作相关信息发送给电机控制器11；传动装置控制器14用于根据来自电机控制器11的指令控制传动装置4闭合或断开以控制发动机3与汽车动力轴的连接和断开，并将传动装置4闭合或断开的信息发送给电机控制器11。

图3为本发明提供的电动汽车刹车控制方法的流程图。

该控制方法包括以下步骤：(S1)检测刹车踏板位置以得到刹车深度值；(S2)根据监测时间段内的刹车深度增加值计算刹车速度值；(S3)根据所述刹车深度值和计算出的刹车速度值确定所述电动汽车处于正常刹车工况还是紧急刹车工况；以及(S4)根据所确定的工况相应地控制电机1的动力输出。

其中，步骤(S3)包括：根据所述刹车深度值小于正常刹车深度值、或者所述刹车深度值大于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值小于刹车速度临界值确定电动汽车处于正常刹车工况；根据所述刹车深度值大于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值大于刹车速度临界值确定电动汽车处于紧急刹车工况。

步骤(S4)包括：当确定所述电动汽车处于正常刹车工况时，控制电机1保持动力输出；当确定所述电动汽车处于紧急刹车工况时，控制电机1停止动力输出。

如图3所示，电机控制器11首先接收来自刹车踏板传感器5的刹车深度信号以得到刹车深度值，并将刹车深度值与预先存储在电机控制器11中的正常刹车深度值进行比对：

当刹车深度值小于正常刹车深度值时，电机控制器11判断电动汽车处于正常刹车工况，并控制电机1保持动力输出；

当刹车深度值大于正常刹车深度值时，电机控制器11还根据刹车深度值计算动力汽车的刹车速度值，并将刹车速度值与刹车速度临界值进行比对：

当刹车速度值小于刹车速度临界值时，电机控制器11判断电动汽车处于正常刹车工况，并控制电机1保持动力输出；

当刹车速度值大于刹车速度临界值时，电机控制器11判断电动汽车处于紧急刹车工况，并控制电机1停止动力输出。

优选情况下，步骤(S4)包括：当确定所述电动汽车处于正常刹车工况时，控制电机1保持动力输出；当确定所述电动汽车处于紧急刹车工况时，比较当前电池组容量SOC值与电池组容量SOC上限值，当当前电池组容量SOC值高于或等于电池组容量SOC上限值时控制电机1停止动力输出，当当前电池组容量SOC值低于电池组容量SOC上限值时控制电机1将动力输出转化为电力输出。

如图4所示，当电动汽车处于紧急刹车工况时，所述电机控制器还11通过CAN总线接收来自电池组控制器12的表示电池组容量SOC值高低的电信号：

当接收到表示电池组容量SOC值高于电池组容量SOC上限值的电信号时，电机控制器11控制电机1停止动力输出；

当接收到表示电池组容量SOC值低于电池组容量SOC上限值的电信号时，电机控制器11控制电机1从电动机模式转换为发电机模式，将动力输出转化为电力输出。

图5为当图4中的电动汽车为油电混合动力汽车时的刹车控制方法的流程图。

当油电混合动力汽车靠电机1和发动机3两者驱动行驶时，需要同时根据电池组容量SOC值和发动机3的工作状态来控制电机1和发动机3两者的动力输出。当油电混合动力汽车仅靠发动机3驱动行驶时，仅需要根据发动机3的工作状态来控制发动机3的动力输出。

因此，步骤(S4)还包括：当确定所述电动汽车处于紧急刹车工况时，检测当前发动机3是否具有动力输出，在检测到发动机3具有动力输出时控制发动机3停止动力输出，并且检测发动机3与汽车动力轴是否连接，在检测到发动机3与汽车动力轴未连接时控制发动机3与汽车动力轴连接。

如图5所示，所述电机控制器11还通过CAN总线接收来自发动机控制器13的表示发动机3是否具有动力输出的电信号以及来自传动装置控制器14的表示发动机3与汽车动力轴连接状态的电信号：

当接收到表示发动机3具有动力输出的电信号时，所述电机控制器11输出控制发动机3停止动力输出的电信号到发动机控制器13，控制发动机3停止动力输出，以此减少车辆前进产生的对刹车的阻力，并且当接收到表示发动机3与汽车动力轴处于分离状态的电信号时，所述电机控制器11输出控制发动机3与汽车动力轴连接的电信号到传动装置控制器14，控制发动机3与汽车动力轴连接，由汽车动力轴转动而带动发动机3空转，利用发动机本体来牵制车辆，增加汽车前进的阻力，实现额外的减速效果。

Claims (14)

1.一种电动汽车的刹车控制系统，该控制系统包括电机控制器(11)和刹车踏板传感器(5)，所述刹车踏板传感器(5)用于检测刹车踏板的深度并输出表示刹车深度的电信号至电机控制器(11)，其中，所述电机控制器(11)用于接收表示刹车深度的电信号以得到刹车深度值，根据监测时间段内的刹车深度增加值计算刹车速度值，并根据所述刹车深度值和计算出的刹车速度值确定所述电动汽车处于正常刹车工况还是紧急刹车工况，并根据所确定的工况输出用于控制电机(1)动力输出的电信号。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述监测时间段为1000-2000个采样周期，每个采样周期为50μs-100μs。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，当所述刹车深度值小于正常刹车深度值时或者当所述刹车深度值大于或等于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值小于刹车速度临界值时，所述电机控制器(11)确定电动汽车处于正常刹车工况，并输出用于控制电机(1)保持动力输出的电信号；

当所述刹车深度值大于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值大于刹车速度临界值时，所述电机控制器(11)确定电动汽车处于紧急刹车工况，并输出用于控制电机(1)停止动力输出的电信号。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制系统还包括电池组控制器(12)，该电池组控制器(12)通过CAN总线与电机控制器(11)连接，用于比较当前电池组容量SOC值与电池组容量SOC上限值，并输出指示比较结果的电信号；

当所述刹车深度值小于正常刹车深度值时或者当所述刹车深度值大于或等于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值小于刹车速度临界值时，所述电机控制器(11)确定电动汽车处于正常刹车工况，并输出用于控制电机(1)保持动力输出的电信号；

当所述刹车深度值大于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值大于刹车速度临界值时，所述电机控制器(11)确定电动汽车处于紧急刹车工况，所述电机控制器(11)还用于通过CAN总线接收来自电池组控制器(12)的电信号，并当该电信号指示当前电池组容量SOC值高于或等于电池组容量SOC上限值时输出用于控制电机(1)停止动力输出的电信号，当该电信号指示当前电池组容量SOC值低于电池组容量SOC上限值时输出用于控制电机(1)将动力输出转化为电力输出的电信号。

5.根据权利要求3或4所述的控制系统，其中，所述正常刹车深度值的范围为0％-85％，所述刹车速度临界值为0.15％/ms。

6.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述电池组容量SOC上限值的范围为70％-80％。

7.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述控制系统还包括发动机控制器(13)和传动装置控制器(14)，所述发动机控制器(13)和传动装置控制器(14)均通过CAN总线与电机控制器(11)连接，所述发动机控制器(13)用于输出表示发动机(3)是否具有动力输出的电信号，所述传动装置控制器(14)用于输出指示发动机(3)与汽车动力轴连接状态的电信号到电机控制器(11)；

当电机控制器(11)确定所述电动汽车处于紧急刹车工况时，所述电机控制器(11)还用于通过CAN总线接收来自发动机控制器(13)以及来自传动装置控制器(14)的电信号，当接收到表示发动机(3)具有动力输出的电信号时，输出用于控制发动机(3)停止动力输出的电信号到发动机控制器(13)，并且当接收到指示发动机(3)与汽车动力轴处于分离状态的电信号时，输出用于控制发动机(3)与汽车动力轴连接的电信号到传动装置控制器(14)。

8.一种电动汽车刹车控制方法，该控制方法包括以下步骤：

(S1)检测刹车踏板位置以得到刹车深度值；

(S2)根据监测时间段内的刹车深度增加值计算刹车速度值；

(S3)根据所述刹车深度值和计算出的刹车速度值确定所述电动汽车处于正常刹车工况还是紧急刹车工况；以及

(S4)根据所确定的工况相应地控制电机(1)的动力输出。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，所述监测时间段为1000-2000个采样周期，每个所述采样周期为50μs-100μs。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其中，步骤(S3)包括：

根据所述刹车深度值小于正常刹车深度值、或者所述刹车深度值大于或等于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值小于刹车速度临界值确定电动汽车处于正常刹车工况；

根据所述刹车深度值大于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值大于刹车速度临界值确定电动汽车处于紧急刹车工况；

步骤(S4)包括：

当确定所述电动汽车处于正常刹车工况时，控制电机(1)保持动力输出；

当确定所述电动汽车处于紧急刹车工况时，控制电机(1)停止动力输出。

11.根据权利要求8所述的控制方法，其中，步骤(S3)包括：

根据所述刹车深度值小于正常刹车深度值、或者所述刹车深度值大于或等于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值小于刹车速度临界值确定电动汽车处于正常刹车工况；

根据所述刹车深度值大于正常刹车深度值且计算出的刹车速度值大于刹车速度临界值确定电动汽车处于紧急刹车工况；

步骤(S4)包括：

当确定所述电动汽车处于正常刹车工况时，控制电机(1)保持动力输出；

当确定所述电动汽车处于紧急刹车工况时，比较当前电池组容量SOC值与电池组容量SOC上限值，当当前电池组容量SOC值高于或等于电池组容量SOC上限值时控制电机(1)停止动力输出，当当前电池组容量SOC值低于电池组容量SOC上限值时控制电机(1)将动力输出转化为电力输出。

12.根据权利要求10或11所述的控制方法，其中，所述正常刹车深度值的范围为0％-85％，所述刹车速度临界值为0.15％/ms。

13.根据权利要求11所述的控制方法，其中，所述电池组容量SOC上限值的范围为70％-80％。

14.根据权利要求11所述的控制方法，其中，步骤(S4)还包括：当确定所述电动汽车处于紧急刹车工况时，检测当前发动机(3)是否具有动力输出，在检测到发动机(3)具有动力输出时控制发动机(3)停止动力输出，并且检测发动机(3)与汽车动力轴是否连接，在检测到发动机(3)与汽车动力轴未连接时控制发动机(3)与汽车动力轴连接。

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