JP2012091546A - ハイブリッド車両の変速時モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両の変速中に変速機入力回転数を電動モータの回転数制御で所定通りに制御した後における電動モータのトルク制御への復帰をショック無しに行わせる。
【解決手段】回転数制御中、モータ回転数Nm（変速機入力回転数Ni）が変速後入力回転数に達するt4からt5までのC領域において、回転数制御中である電動モータのトルク上限値Tm(Lim)を、トルク制御から回転数制御への切り替え時t3の直前における目標モータトルクと同じ値に設定する。よってt5の前後間でモータトルクtTmの段差が大きくなることがなく、ショックの軽減が可能である。
【選択図】図５

Description

本発明は、エンジン以外に電動モータからの動力によっても走行することができ、電動モータからの動力のみにより走行する電気走行(EV)モードと、エンジンおよび電動モータの双方からの動力により走行するハイブリッド走行(HEV)モードとを有するハイブリッド車両に関し、特に、自動変速機の変速時における電動モータの制御装置に関するものである。

上記のようなハイブリッド車両としては、例えば特許文献1に記載のようなものが知られている。
このハイブリッド車両は、エンジンおよび電動モータ間に伝達トルク容量を変更可能な第1クラッチを介在させ、電動モータおよび駆動車輪間に伝達トルク容量を変更可能な第2クラッチおよび自動変速機を介在させ、
エンジンを停止させ、第1クラッチを解放すると共に第2クラッチを締結することにより電動モータからの動力のみによる電気走行(EV)モードを選択可能で、第1クラッチおよび第2クラッチを共に締結することによりエンジンおよび電動モータからの動力によるハイブリッド走行(HEV)モードを選択可能なものである。

かかるハイブリッド車両において、上記の自動変速機が変速段の切り替え（変速）を行う場合は、この変速段の切り替え（変速）を司る変速摩擦要素（クラッチやブレーキ）の入力側回転数が、車速により決まる出力側回転数との関連において所定値となるよう電動モータをトルク制御から回転数制御に切り替える。
特許文献1には、この回転数制御に際し、電動モータのトルク範囲が制限される条件下でも変速ショックが悪化しないよう、モータトルク不足分をエンジントルクで補うようにした技術が提案されている。

特開２０１０−１４３３６３号公報

しかし、電動モータのトルク範囲が制限されない条件下であって、回転数制御用のモータトルクが十分に得られる場合においても、
例えば電動モータが強制発電を行う自動変速機のダウンシフト時のように、当該変速時の回転数制御中におけるモータトルクと、変速の終了で電動モータがトルク制御に復帰した時におけるモータトルクとの間にトルク段差を生じ、これにより変速ショックが大きくなることがある。

特許文献1の変速時モータ制御装置では、電動モータのトルク範囲が制限される場合に変速ショックが悪化しないようにし得ても、回転数制御中におけるモータトルクと、トルク制御への復帰時におけるモータトルクとのトルク段差が大きくなる場合の変速ショックを軽減することができない。

本発明は、回転数制御中におけるモータトルクと、トルク制御への復帰時におけるモータトルクとの間に大きなトルク段差が発生することのないよう、回転数制御中のモータトルクを上限設定することにより、
特許文献1の変速時モータ制御装置では対処不能な変速ショックに対しても、これを確実に軽減し得るようにしたハイブリッド車両の変速時モータ制御装置を提案することを目的とする。

この目的のため、本発明によるハイブリッド車両の変速時モータ制御装置は、これを以下の構成とする。
先ず、前提となるハイブリッド車両を説明するに、これは、
動力源としてエンジンおよび電動モータを具え、電動モータからの動力のみによる自動変速機を介した電気走行モードと、エンジンおよび電動モータからの動力による自動変速機を介したハイブリッド走行モードとを選択可能なものである。

そして、上記自動変速機の変速中、該変速を司る変速摩擦要素の入力側回転数が所定値になるよう上記電動モータをトルク制御から回転数制御に切り替える。

本発明の変速時モータ制御装置は、かかるハイブリッド車両に対し、変速後入力側回転数到達判定手段およびモータトルク上限値設定手段を設け、
前者の変速後入力側回転数到達判定手段により、電動モータの上記回転数制御中に変速摩擦要素の入力側回転数が、変速後の入力側回転数に達したのを検出するとき、
後者のモータトルク上限値設定手段該手段により、電動モータのモータトルク上限値を、上記トルク制御から回転数制御への切り替え直前における目標モータトルクに設定するよう構成した点に特徴づけられる。

上記した本発明によるハイブリッド車両の変速時モータ制御装置によれば、
電動モータの回転数制御中に変速摩擦要素の入力側回転数が変速後入力側回転数に達するとき、電動モータのモータトルク上限値を、トルク制御から回転数制御への切り替え直前における目標モータトルクに設定するため、
電動モータが強制発電を行う自動変速機のダウンシフト時においても、回転数制御中におけるモータトルクと、トルク制御への復帰時におけるモータトルクとのトルク段差が大きくなることがなく、このトルク段差に起因した変速ショックの軽減が可能である。

本発明の変速時モータ制御装置を適用可能なハイブリッド車両のパワートレーンを例示する概略平面図である。 図1に示したパワートレーンの制御システムを示すブロック線図である。 図2に示した制御システムにおける統合コントローラが実行する、変速時モータ制御プログラムを示すフローチャートである。 図3による変速時モータ制御を、大モータトルク時について示す動作タイムチャートである。 図3による変速時モータ制御を、小モータトルク時について示す動作タイムチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
＜本発明を適用可能なハイブリッド車両＞
図1は、本発明の変速時モータ制御装置を適用可能なハイブリッド車両のパワートレーンを例示し、
このハイブリッド車両は、フロントエンジン・リヤホイールドライブ車（後輪駆動車）をベース車両とし、これをハイブリッド化したもので、
1は、第1動力源としてのエンジンであり、2は駆動車輪（後輪）である。

図1に示すハイブリッド車両のパワートレーンにおいては、通常の後輪駆動車と同様にエンジン1の車両前後方向後方に自動変速機3をタンデムに配置し、
エンジン1（クランクシャフト1a）からの回転を自動変速機3の入力軸3aへ伝達する軸4に結合してモータ/ジェネレータ5を設け、
このモータ/ジェネレータ5を、第2動力源として具える。

モータ/ジェネレータ5は、電動モータ（電動機）として作用したり、ジェネレータ（発電機）として作用するもので、エンジン1および自動変速機3間に配置する。
このモータ/ジェネレータ5およびエンジン1間、より詳しくは、軸4とエンジンクランクシャフト1aとの間に第1クラッチ6を介挿し、この第1クラッチ6によりエンジン1およびモータ/ジェネレータ5間を切り離し可能に結合する。
ここで第1クラッチ6は、伝達トルク容量を連続的もしくは段階的に変更可能なものとし、例えば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量およびクラッチ作動油圧を連続的もしくは段階的に制御して伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチで構成する。

モータ/ジェネレータ5および駆動車輪（後輪）2間に第2クラッチ7を介挿し、この第2クラッチ7によりモータ/ジェネレータ5および駆動車輪（後輪）2間を切り離し可能に結合する。
第2クラッチ7も第1クラッチ6と同様、伝達トルク容量を連続的もしくは段階的に変更可能なものとし、例えば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量およびクラッチ作動油圧を連続的もしくは段階的に制御して伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチで構成する。

自動変速機3は、周知の任意なものでよく、複数の変速摩擦要素（クラッチやブレーキ等）を選択的に締結したり解放することで、これら変速摩擦要素の締結・解放の組み合わせにより伝動系路（変速段）を決定するものとする。
従って自動変速機3は、入力軸3aからの回転を選択変速段に応じたギヤ比で変速して出力軸3bに出力する。
この出力回転は、ディファレンシャルギヤ装置8により左右後輪2へ分配して伝達され、車両の走行に供される。

ところで図1においては、モータ/ジェネレータ5および駆動車輪2を切り離し可能に結合する第2クラッチ7として専用のものを新設するのではなく、自動変速機3内に既存する変速摩擦要素を流用する。
この場合、第2クラッチ7が締結により上記の変速段選択機能（変速機能）を果たして自動変速機3を動力伝達状態にするのに加え、第1クラッチ6の解放・締結との共働により、後述するモード選択機能を果たし得ることとなり、専用の第2クラッチが不要でコスト上大いに有利である。

ただし、第2クラッチ7は専用のものを新設してもよく、この場合、第2クラッチ7は自動変速機3の入力軸3aとモータ/ジェネレータ軸4との間に設けたり、自動変速機3の出力軸3bと後輪駆動系との間に設ける。

上記した図1に示すハイブリッド車両のパワートレーンにおいては、
停車状態からの発進時などを含む低負荷・低車速時に用いられる電気走行(EV)モードが要求される場合、
第1クラッチ6を解放し、第2クラッチ7の締結により自動変速機3を動力伝達状態にする。
なお第2クラッチ7は、自動変速機3内の変速摩擦要素のうち、現変速段で締結させるべき変速摩擦要素であって、選択中の変速段ごとに異なる。

この状態でモータ/ジェネレータ5を駆動すると、当該モータ/ジェネレータ5からの出力回転のみが変速機入力軸3aに達することとなり、自動変速機3が当該入力軸3aへの回転を、選択中の変速段に応じ変速して変速機出力軸3bより出力する。
変速機出力軸3bからの回転はその後、ディファレンシャルギヤ装置8を経て後輪2に至り、車両をモータ/ジェネレータ5のみによる電気走行（EV）モードで走行させることができる。

高速走行時や大負荷走行時などで用いられるハイブリッド走行(HEV)モードが要求される場合、
第2クラッチ7の締結により自動変速機3を対応変速段選択状態（動力伝達状態）にしたまま、第1クラッチ6も締結させる。
この状態では、エンジン1からの出力回転およびモータ/ジェネレータ5からの出力回転の双方が変速機入力軸3aに達することとなり、自動変速機3が当該入力軸3aへの回転を、選択中の変速段に応じ変速して、変速機出力軸3bより出力する。
変速機出力軸3bからの回転はその後、ディファレンシャルギヤ装置8を経て後輪2に至り、車両をエンジン1およびモータ/ジェネレータ5の双方によるハイブリッド走行（HEV）モードで走行させることができる。

かかるHEVモード走行中において、エンジン1を最適燃費で運転させるとエネルギーが余剰となる場合、
この余剰エネルギーによりモータ/ジェネレータ5を発電機として作動させることで余剰エネルギーを電力に変換し、
この発電電力をモータ/ジェネレータ5のモータ駆動に用いるよう蓄電しておくことでエンジン1の燃費を向上させることができる。

図1に示すハイブリッド車両のパワートレーンを成すエンジン1、モータ/ジェネレータ5、第1クラッチ6、および第2クラッチ7は、図2に示すようなシステムにより制御する。
図2の制御システムは、パワートレーンの動作点を統合制御する統合コントローラ20を具え、
パワートレーンの動作点を、目標エンジントルクtTeと、目標モータ/ジェネレータトルクtTmおよび目標モータ/ジェネレータ回転数tNmと、第1クラッチ6の目標伝達トルク容量tTc1と、第2クラッチ7の目標伝達トルク容量tTc2とで規定する。

統合コントローラ20には、上記パワートレーンの動作点を決定するために、
エンジン回転数Neを検出するエンジン回転センサ11からの信号と、
モータ/ジェネレータ回転数Nmを検出するモータ/ジェネレータ回転センサ12からの信号と、
変速機入力回転数Niを検出する入力回転センサ13からの信号と、
変速機出力回転数Noを検出する出力回転センサ14からの信号と、
車両への要求負荷を表すアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度APO）を検出するアクセル開度センサ15からの信号と、
モータ/ジェネレータ5用の電力を蓄電しておくバッテリ9の蓄電状態SOC（持ち出し可能電力）を検出する蓄電状態センサ16からの信号と、
第1クラッチ6のストロークStを検出するクラッチストロークセンサ17からの信号とを入力する。

なお、上記したセンサのうち、エンジン回転センサ11、モータ/ジェネレータ回転センサ12、入力回転センサ13、出力回転センサ14およびクラッチストロークセンサ17はそれぞれ、図1に示すように配置することができる。

統合コントローラ20は、上記入力情報のうちアクセル開度APO、バッテリ蓄電状態SOC、および変速機出力回転数No（車速VSP）から、
運転者が希望している車両の駆動力を実現可能な運転モード（EVモード、HEVモード）を選択すると共に、
目標エンジントルクtTe、目標モータ/ジェネレータトルクtTm、目標モータ/ジェネレータ回転数tNm、目標第1クラッチ伝達トルク容量tTc1、および目標第2クラッチ伝達トルク容量tTc2をそれぞれ演算する。

目標エンジントルクtTeはエンジンコントローラ21に供給され、目標モータ/ジェネレータトルクtTmおよび目標モータ/ジェネレータ回転数tNmはモータ/ジェネレータコントローラ22に供給される。

エンジンコントローラ21は、エンジントルクTeが目標エンジントルクtTeとなるようエンジン1を制御し、
モータ/ジェネレータコントローラ22はモータ/ジェネレータ5のトルクTmおよび回転数Nmが目標モータ/ジェネレータトルクtTmおよび目標モータ/ジェネレータ回転数tNmとなるよう、バッテリ9およびインバータ10を介してモータ/ジェネレータ5を制御する。

統合コントローラ20は、目標第1クラッチ伝達トルク容量tTc1および目標第2クラッチ伝達トルク容量tTc2に対応したソレノイド電流を第1クラッチ6および第2クラッチ7の締結制御ソレノイド（図示せず）に供給し、第1クラッチ6の伝達トルク容量Tc1が目標伝達トルク容量tTc1に一致するよう、また、第2クラッチ7の伝達トルク容量Tc2が目標第2クラッチ伝達トルク容量tTc2に一致するよう、第1クラッチ6および第2クラッチ7を個々に締結力制御する。

＜モード選択制御＞
統合コントローラ20は、変速機出力回転数No（車速）およびアクセル開度APO（制動時は制動操作力）から予定の目標駆動力マップを用いて求めた目標駆動トルクや、バッテリ蓄電率SOCや、アクセル開度APOや、変速機出力回転数No（車速）などの車両運転状態から、予定の目標運転モード領域マップを基に目標走行モードを演算する。

電気走行(EV)モードでは、前記した通り、エンジン1を停止させた状態に保ち、第1クラッチ6を解放し、第2クラッチ7の締結、またはスリップ締結により自動変速機3を対応変速段選択状態（動力伝達状態）にして、トルク制御されているモータ/ジェネレータ5からの出力回転のみを自動変速機3による変速下で後輪2に伝達する。

ハイブリッド走行(HEV)モードでは、前記した通り、第2クラッチ7の締結により自動変速機3を対応変速段選択状態（動力伝達状態）にしたまま、第1クラッチ6も締結させ、起動状態にしたエンジン1からの出力回転およびトルク制御されているモータ/ジェネレータ5からの出力回転の双方を自動変速機3による変速下で後輪2に伝達する。

＜変速時モータ制御＞
自動変速機3が変速段を切り替えられる変速中は、この変速段切り替え（変速）を司る変速摩擦要素（クラッチやブレーキ）の入力側回転数（変速機入力回転数Ni）が、車速により決まる出力側回転数との関連において所定値となるよう、統合コントローラ20は、モータ/ジェネレータ5をトルク制御から回転数制御に切り替える。

この回転数制御に当たっては、変速ショックを生じない範囲でできるだけ早期に変速が完了するような時々刻々の目標とすべき変速機入力回転数Ni（目標モータ回転数tNm）を求め、この目標モータ回転数tNmに変速機入力回転数Ni（モータ/ジェネレータ5のモータ回転数Nm）が追従するようモータ/ジェネレータ5のモータトルクtTmを制御する。

しかし、例えばモータ/ジェネレータ5が強制発電を行う自動変速機3のダウンシフト時のような場合は、当該変速時に行う上記モータ回転数制御中のモータトルクと、変速終了でモータ/ジェネレータ5がトルク制御に復帰した時におけるモータトルクとの間にトルク段差を生じ、これにより変速ショックが大きくなることがある。

本実施例では、この問題を回避するため統合コントローラ20が図3の制御プログラムを実行して、回転数制御中におけるモータトルクと、トルク制御への復帰時におけるモータトルクとの間に大きなトルク段差が発生することのないよう、回転数制御中のモータトルクを上限設定するものとする。

図3は、図2に示すごとく自動変速機3からの変速中であることを示す変速信号を受けて開始されるもので、ステップＳ11においては、変速進行のための締結側変速摩擦要素（第2クラッチ7）の締結作動および解放側変速摩擦要素の解放作動を行わせると共に、エンジン1（ENG）およびモータ/ジェネレータ5(MG)のトルク制御を継続させる。

ステップＳ12においては、自動変速機3の実効ギヤ比である入出力回転数比(Ni/No)が変速前変速段のギヤ比から変速後変速段のギヤ比へと変化し始めたイナーシャフェーズ開始時か否かを判定し、このイナーシャフェーズ開始時よりも前なら制御をステップＳ11に戻して、締結側変速摩擦要素（第2クラッチ7）の締結作動および解放側変速摩擦要素の解放作動を行わせることにより変速を進行させ、エンジン1（ENG）およびモータ/ジェネレータ5(MG)のトルク制御を継続させる。

ステップＳ12でイナーシャフェーズが開始されたと判定する場合、ステップＳ13において、変速を更に進行させるために締結側変速摩擦要素（第2クラッチ7）の締結作動および解放側変速摩擦要素の解放作動を継続して行わせると共に、モータ/ジェネレータ5(MG)をトルク制御から回転数制御に切り替える。

次のステップＳ14においては、モータ回転数Nm（変速機入力回転数Ni）が、変速機出力回転数Noと変速後変速段のギヤ比とで決まる変速後入力回転数に達したか否かを判定する。
従ってステップＳ14は、本発明における変速後入力側回転数到達判定手段に相当する。

ステップＳ14でモータ回転数Nm（変速機入力回転数Ni）が変速後入力回転数に達したと判定するまでの間は、制御をステップＳ16に戻して締結側変速摩擦要素（第2クラッチ7）の締結作動および解放側変速摩擦要素の解放作動の継続により変速を更に進行させると共に、モータ/ジェネレータ5(MG)の回転数制御を引き続き行わせる。

ステップＳ14でモータ回転数Nm（変速機入力回転数Ni）が変速後入力回転数に達したと判定するとき、ステップＳ15において、回転数制御中であるモータ/ジェネレータ5(MG)のモータトルク上限値Tm(Lim)を、トルク制御から回転数制御への切り替え直前における、つまりトルク制御時における目標モータトルクと同じ値に設定する。
従ってステップＳ15は、本発明におけるモータトルク上限値設定手段に相当する。

次のステップＳ16においては、自動変速機3の実効ギヤ比(Ni/No)が変速後ギヤ比になったイナーシャフェーズ終了時か否かを判定し、イナーシャフェーズ終了時よりも前なら制御をステップＳ15に戻して、回転数制御されているモータ/ジェネレータ5(MG)のモータトルク上限値Tm(Lim)をトルク制御時における目標モータトルクと同じ値に設定し続ける。
そして、ステップＳ16でイナーシャフェーズが終了したと判定するとき、図3のループを抜けることにより、モータ/ジェネレータ5の回転数制御を終了して、回転数制御から通常のトルク制御に復帰する。

＜実施例の作用効果＞
上記した実施例の作用効果を、図4,5に基づき以下に説明する。
図4,5はそれぞれ、アクセル開度APOを瞬時t1より図示のごとくに増大させ、目標駆動トルクが図示のように上昇したことで、自動変速機3が解放側変速摩擦要素の図示するトルク容量tTc0の低下と、締結側変速摩擦要素（第2クラッチ7）の図示するトルク容量tTc2の上昇とによりダウンシフトを行う変速時の動作タイムチャートである。
なお図4は、大モータトルク時の動作タイムチャートを示し、図5は、小モータトルク時の動作タイムチャートを示す。

瞬時t2で開始された変速の進行により自動変速機3がイナーシャフェーズを開始する瞬時t3よりも前のA領域では、ステップＳ12が制御をステップＳ11に戻すため、エンジン1（ENG）およびモータ/ジェネレータ5(MG)は未だトルク制御され、エンジントルクtTeおよびモータトルクtTmがそれぞれ図示のごとくに決定される。

イナーシャフェーズ開始瞬時t3からはステップＳ12が、図4,5のB,C領域と判定して制御をステップＳ13に進めるため、エンジン1（ENG）はトルク制御され続けるも、モータ/ジェネレータ5(MG)はトルク制御から回転数制御に切り替わり、瞬時t3からはエンジントルクtTeおよびモータトルクtTmがそれぞれ図示のごとくに決定される。
なお回転数制御中におけるモータトルクtTmは、変速機入力回転数Ni（モータ回転数Nm）が図4,5に破線で示す目標モータ回転数tNmに追従するよう決定する。

かかるエンジン1（ENG）のトルク制御およびモータ/ジェネレータ5(MG)の回転数制御は、ステップＳ16がイナーシャフェーズ終了（図4,5のC領域からD領域へ移行）と判定する瞬時t5まで継続され、
イナーシャフェーズ終了（D領域移行）瞬時t5以後は、ステップＳ16が制御をそのまま終了して図3のループから抜けるため、モータ/ジェネレータ5が回転数制御からトルク制御に復帰し、エンジン1（ENG）およびモータ/ジェネレータ5(MG)が共に非変速時用にトルク制御されることとなる。

ところで上記モータ/ジェネレータ5の回転数制御中、モータ回転数Nm（変速機入力回転数）が変速後入力回転数に達する瞬時t4に至ると、ステップＳ14が図4,5のC領域と判定して制御をステップＳ15に進め、回転数制御中であるモータ/ジェネレータ5(MG)のモータトルク上限値Tm(Lim)を、トルク制御から回転数制御への切り替え瞬時t3の直前における、つまりトルク制御時t3における目標モータトルクと同じ値に設定する。
かかるモータトルク上限値Tm(Lim)の設定は、ステップＳ16がイナーシャフェーズ終了（図4,5のC領域からD領域への移行）と判定して、図3のループから抜ける瞬時t5まで継続する。

よって、変速時に行われるモータ/ジェネレータ5の回転数制御期間中（t3〜t5）、モータ回転数Nm（変速機入力回転数）が変速後入力回転数に達した瞬時t4以後のC領域でモータ/ジェネレータ5(MG)が回転数制御用のモータトルクをTm(Lim)に上限設定されていることとなる。
これにより、図4,5に示すモータトルクtTmの経時変化から明らかな通り、モータ/ジェネレータ5が強制発電を行う自動変速機3のダウンシフト時においても、回転数制御中（瞬時t5の直前）におけるモータトルクtTmと、トルク制御への復帰時（瞬時t5の直後）におけるモータトルクtTmとのトルク段差が大きくなることがなく、このトルク段差に起因した変速ショックの軽減が可能である。

１ エンジン（動力源）
２ 駆動車輪（後輪）
３ 自動変速機
４ モータ/ジェネレータ軸
５ モータ/ジェネレータ（動力源：電動モータ）
６ 第1クラッチ
７ 第2クラッチ
８ ディファレンシャルギヤ装置
９ バッテリ
10 インバータ
11 エンジン回転センサ
12 モータ/ジェネレータ回転センサ
13 変速機入力回転センサ
14 変速機出力回転センサ
15 アクセル開度センサ
16 バッテリ蓄電状態センサ
17 クラッチストロークセンサ
20 統合コントローラ
21 エンジンコントローラ
22 モータ/ジェネレータコントローラ

Claims (1)

1. 動力源としてエンジンおよび電動モータを具え、電動モータからの動力のみによる自動変速機を介した電気走行モードと、エンジンおよび電動モータからの動力による自動変速機を介したハイブリッド走行モードとを選択可能で、
   前記自動変速機の変速中、該変速を司る変速摩擦要素の入力側回転数が所定値になるよう前記電動モータをトルク制御から回転数制御に切り替えるハイブリッド車両において、
   前記電動モータの回転数制御中に前記変速摩擦要素の入力側回転数が、変速後の入力側回転数に達したのを検出する変速後入力側回転数到達判定手段と、
   該手段により変速摩擦要素の入力側回転数が変速後入力側回転数に達したのを検出するとき、電動モータのモータトルク上限値を、前記トルク制御から回転数制御への切り替え直前における目標モータトルクに設定するモータトルク上限値設定手段とを設けて成ることを特徴とするハイブリッド車両の変速時モータ制御装置。

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