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DE10290288B4 - Verfahren zur Erkennung der Synchronposition und des Endes des Synchronisiervorgangs eines automatisierten Schaltgetriebes - Google Patents

Verfahren zur Erkennung der Synchronposition und des Endes des Synchronisiervorgangs eines automatisierten Schaltgetriebes Download PDF

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DE10290288B4
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Abstract

Verfahren zur Erkennung der Synchronposition und des Endes des Synchronisiervorgangs eines automatisierten Schaltgetriebes mit einem elektromotorischen Schaltaktuator, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Schaltaktuators erfasst wird und die Synchronposition sowie das Ende des Synchronisiervorgangs anhand der Änderung der Drehzahl des Schaltaktuators festgestellt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Synchronposition und des Endes des Synchronisiervorgangs eines automatischen Schaltgetriebes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die DE 199 14 394 A1 offenbart ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Steuerung eines Schaltmechanismus eines automatisierten Schaltgetriebes während eines Schaltvorgangs des Schaltgetriebes. Hierbei wird der Schaltmechanismus mittels eines steuerbaren Aktuators betätigt. Der Schaltmechanismus weist ein Betriebselement, im allgemeinen eine Schaltmuffe, auf, das abhängig von der Betätigung des Aktuators einen Weg zurücklegt. Eine diesen Weg repräsentierende Weggröße wird erfasst. Es wird eine Sollgröße für den Weg gebildet und die Steuerung des Aktuators während wenigstens einer ersten Phase des Schaltvorgangs derart erfolgt, dass die erfasste Weggröße den Wert der Sollgröße einnimmt. Weiterhin wird wenigstens eine Reaktionsgröße erfasst, die die Reaktion des Schaltgetriebes und/oder des Schaltmechanismus und/oder des Aktuators in Reaktion auf eine Betätigung des Aktuators repräsentiert. Die Sollgröße wird während eines aktuellen Schaltvorgangs wenigstens abhängig von der erfassten Reaktionsgröße während wenigstens eines vorhergehenden Schaltvorgangs gebildet. Durch die Adaption der Ansteuerung des Aktuators gelangt man zu Getriebeschaltungen, die an die vorliegenden Schaltbedingungen angepasst sind.
  • Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge sind bereits in vielen Ausführungsformen bekannt geworden. Unter einem Schaltgetriebe wurden bislang hauptsächlich Handschaltgetriebe verstanden, bei denen der Fahrer eines mit einem solchen Getriebe ausgestatteten Kraftfahrzeugs den Vorgang des Wählens der Schaltgasse und der Durchführung des Schaltvorgangs von Hand über den Schalthebel durchführt. Neben diesen von Hand betätigten Schaltgetrieben sind zwischenzeitlich auch bereits automatisierte Schaltgetriebe bekannt geworden, bei denen der Vorgang des Wählens und des Schaltens der ausgewählten Gangstufe beispielsweise programmgesteuert über am Schaltgetriebe vorgesehene Aktuatoren abläuft.
  • Ein solches automatisiertes Schaltgetriebe unterliegt während seines Betriebs einem normalen Verschleiß seiner Bauteile in Form beispielsweise der Synchronisierung, was zu einer Verschiebung der mittleren Synchronposition führen kann. Unter der mittleren Synchronposition ist dabei ein Positionsmittelwert beim Synchronisierungsvorgang zu verstehen, da sich die Position, an der die Synchronisierung sperrt, von Schaltvorgang zu Schaltvorgang etwas ändern kann, weil die Schaltmuffe in den Synchronring von Schaltvorgang zu Schaltvorgang nicht vorhersehbar unterschiedlich weit eingreifen kann.
  • Eine genaue Kenntnis der Synchronposition ist aber von Bedeutung, da zur Verkürzung der Schaltzeit die Synchronposition über den Schaltaktuator schnell angefahren werden soll und der Schaltaktuator nach dem Abschluss des Synchronisiervorgangs seine Endlagenstellung ebenfalls wieder schnell erreichen soll.
  • Wenn der Schaltaktuator die Synchronposition erreicht, so wirkt ihm auf Grund des Synchronisiervorgangs eine Sperrwirkung der Synchronisierung entgegen, was zu einem Anstieg des Laststroms des Aktuators führt. Es ist bereits bekannt geworden, den Beginn der Synchronisierung über diesen Anstieg des Laststroms zu erfassen.
  • Die Erfassung des Laststroms ist aber vergleichsweise aufwendig und teuer und kann darüber hinaus nur im Rahmen einer laufenden Positionserfassung des Aktuators zu einem Ergebnisse bezüglich der Erfassung einer Veränderung der Synchronposition führen, da die Position des Aktuators beim Anstieg des Laststroms bekannt sein muss.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem in weniger aufwendiger Weise eine Veränderung der Synchronposition und des Endes des Synchronisiervorgangs erfasst werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
  • Es ist nach der Erfindung ein Verfahren zur Erkennung der Synchronposition und des Endes des Synchronisiervorgangs eines automatisierten Schaltgetriebes mit einem elektromotorischen Schaltaktuator vorgesehen, gemäss dem die Drehzahl des Schaltaktuators erfasst wird und die Synchronposition sowie das Ende des Synchronisiervorgangs anhand der Änderung der Drehzahl festgestellt wird.
  • Durch die auf die Zeit referenzierte Erfassung der Drehzahl des Schaltaktuators kann der vom Schaltaktuator zurückgelegte Weg ohne weiteres bestimmt werden, sodass auf diese Weise auch ohne eine laufende Positionserfassung des Schaltaktuators die Synchronposition erfasst werden kann, die dann erreicht ist, wenn die Drehzahl des Schaltaktuators in einem vorbestimmten Zeitraum eine vorbestimmte Schwellenwertsänderung erfährt.
  • Die Drehzahl kann dabei mittels Sensoren erfasst werden, die pro Umdrehung der Aktuatorwelle eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen erzeugen. Durch die Messung der Pulsfrequenz und/oder des zeitlichen Pulsabstandes wird die Drehzahl ermittelt. Es ist auch eine Ermittlung geometrischer Abstände durch eine Addition der Pulse möglich.
  • Wenn daher nach der Erfindung festgestellt wird, dass die Drehzahl des Schaltaktuators in einem bestimmten Zeitintervall einen deutlichen Abfall erfährt, dann wird darauf geschlossen, dass die Synchronposition erreicht ist.
  • Während des Synchronisiervorgangs übt die Synchronisierung eine Sperrwirkung gegen eine weitere Bewegung des Schaltaktuators aus, die nach dem Ende des Synchronisiervorgangs entsperrt wird und somit zu einer Zunahme der Drehzahl des Schaltaktuators führt.
  • Da das Verschleißverhalten des automatisierten Schaltgetriebes auch zu gangspezifischen Veränderungen in der Schaltcharakteristik führen kann, ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass die Synchronposition und das Ende des Synchronisiervorgangs für jede Gangstufe des automatisierten Schaltgetriebes eigenständig festgestellt wird.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können daher gangspezifische Veränderungen der Synchronposition erfasst werden und auch ein jeweils gangspezifisches Ende des Synchronisiervorgangs festgestellt werden.
  • Veränderungen der Synchronposition der jeweiligen Gangstufen des automatisierten Schaltgetriebes während des Betriebs kann daher dadurch Rechnung getragen werden, dass die Synchronposition erfasst wird und diese Synchronposition als vermutete Ziel-Synchronposition beim nächsten Gangwechselvorgang in der jeweiligen Gangstufe für die Ansteuerung des Schaltaktuators verwendet wird. Ebenso kann durch die laufende Überwachung der Drehzahl des Schaltaktuators festgestellt werden, ob der Synchronisiervorgang abgeschlossen ist, was beispielsweise über einen parabelförmigen oder ganz allgemein progressiven Anstieg der Drehzahl des Schaltaktuators über der Zeit festgestellt werden kann.
  • Auf diese Weise sind daher einerseits Veränderungen der Synchronposition in Richtung zur Neutralstellung des Getriebes hin oder von dieser weg feststellbar und andererseits auch Veränderungen der Zeitdauer des Synchronisiervorgangs, so dass beispielsweise eine Zunahme der Bestromung des Schaltaktuators noch vor dem Abschluss des Synchronisiervorgangs nur zu einer unwesentlichen Beschleunigung des Schaltaktuators und damit Veränderung seiner Drehzahl führt, so dass daraus geschlossen werden kann, dass der Synchronisiervorgang noch nicht abgeschlossen war. Diese Erkenntnis kann dann bei einem nachfolgenden Gangwechselvorgang und einer dementsprechenden Synchronisierung dazu verwendet werden, den Beginn der Zunahme der Bestromung des Schaltaktuators entsprechend zu verzögern, um also die Schaltelastizität nicht aufzuspannen.
  • Wenn daher im Umkehrschluss das Ende der Synchronisierung bekannt ist, kann ohne weitere Verzögerung der Laststrom für den Schaltaktuator entsprechend erhöht werden, so dass die Endlage des Schaltaktuators auf seinem Verfahrenweg zur Herbeiführung der einzulegenden Gangstufe schnell erreicht werden kann, was zu einer Verkürzung der Verfahrzeit des Schaltaktuators zum Erreichen der Endlagenposition und damit zu einer Verkürzung der Schaltzeit führt.
  • Es ist nach der Erfindung dabei vorgesehen, dass die ermittelte Synchronposition in einer Speichereinrichtung abgelegt wird und diese beim nächsten Gangwechselvorgang als Ziel-Synchronposition für das Anfahren der Synchronposition durch den Schaltaktuator aus der Speichereinrichtung ausgelesen wird. Zu diesem Zweck kann ein flüchtiger Speicher vorgesehen sein, in den beim Betrieb des Schaltgetriebes die Synchronposition geschrieben wird. Damit die beim Abstellen des mit dem automatisierten Schaltgetriebes ausgestatteten Fahrzeugs gangspezifisch letzten Synchronpositionen beim nächsten Fahrbetrieb des Fahrzeugs vorhanden sind, können diese Werte nach dem Abstellen des Fahrzeugs beispielsweise über ein Zündungssignal gesteuert in einen nicht flüchtigen Speicher geschrieben werden, aus dem sie bei der nächsten Inbetriebnahme des Fahrzeugs wieder ausgelesen und in den flüchtigen Speicher geschrieben werden können.
  • Die gespeicherte Synchronposition wird dabei durch die mit dem Verfahren ermittelte Synchronposition aktualisiert, wenn die gespeicherte Synchronposition von der ermittelten Synchronposition abweicht, so dass Veränderungen der Synchronposition nicht zu Veränderung der Schaltcharakteristik des Getriebes führen.
  • Es ist dabei nach der Erfindung vorgesehen, dass die Aktualisierung dann vorgenommen wird, wenn sich die ermittelte Synchronposition verglichen mit der gespeicherten Synchronposition für einzelne Gangstufen des automatisierten Schaltgetriebes bezogen auf die Neutralposition in unterschiedliche Richtungen ändert. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass eine Aktualisierung dann vorgenommen wird, wenn sich die ermittelte Synchronposition beispielsweise des ersten Ganges in Richtung zur Neutralposition hin verändert und sich diejenige des beispielsweise dritten Ganges in Richtung von der Neutralposition weg verändert. Bei einer Veränderung der gangspezifischen Synchronposition aller Gänge in die gleiche Richtung kann davon ausgegangen werden, dass sich das Schaltbild insgesamt verschoben hat und daher eine Adaption bezüglich der Synchronposition der einzelnen Gangstufen nicht erforderlich ist.
  • Nach einer Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass die Aktualisierung nur bei betriebswarmem Schaltgetriebe vorgenommen wird, wobei zur Feststellung der Temperatur ein Sensor am Schaltgetriebe vorgesehen ist und/oder eine vorbestimmte Betriebszeit des Schaltgetriebes abgewartet wird. Dadurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass durch nicht im wesentlichen gleich bleibende Betriebsparameter des automatisierten Schaltgetriebes, wie beispielsweise die Viskosität des Öls im Getriebe, eine Verfälschung der Adaption erfolgen könnte, was auf diese Weise vermieden wird.
  • Die gespeicherte Synchronposition wird dazu verwendet, den Schaltaktuator so anzusteuern, dass er die Geschwindigkeit der Verfahrbewegung der Schaltelemente im Schaltgetriebe vor der Ziel-Sychronposition verringert. Damit wird eine hohe mechanische Belastung des Schaltaktuators und der Schaltelemente vermieden.
  • Auch kann nach dem Verfahren vorgesehen sein, dass die Veränderung der Synchronposition bezogen auf die Neutralposition festgestellt wird und beim Überschreiten eines vorbestimmten Veränderungsschwellenwerts eine Aktionsmeldung ausgegeben wird. Dies kann beispielsweise ein entsprechender Eintrag im Fehlerspeicher des Fahrzeugs sein, damit beim nächsten Werkstattaufenthalt des Fahrzeugs geeignete Abhilfemaßnahmen getroffen werden können, beispielsweise abgenutzte Synchronringe im Getriebe ausgetauscht werden können.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigt in:
  • 1 eine graphische Darstellung der Position des Schaltaktuators beim Einlegen eines Ganges während das Getriebe synchronisiert;
  • 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Identifizierung von Verschiebungen der Synchronposition;
  • 3 eine Darstellung zur Erläuterung einer Verschiebung des Schaltbildes; und
  • 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Bedeutung der Synchronposition.
  • In 1 der Zeichnung bezeichnen die Kurvenzüge 1 und 2 jeweils den Schaltvorgang beim Vorliegen einer „neutralfern” liegenden Synchronposition, während die Kurvenzüge 3 und 4 dies für jeweils eine „neutralnahe” Synchronposition vornehmen. Unter dem Begriff neutralfern ist dabei eine Veränderung der von der Steuerung festgestellten Synchronposition von der Neutralstellung weg zu verstehen und unter dem Begriff neutralnah dementsprechend eine Veränderung der festgestellten Position in Richtung zur Neutralstellung hin.
  • Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, wird der Schaltaktuator aufgetragen über der Zeit zunächst linear und dann gebremst zur Synchronposition oder Synchronisierung hin verfahren, die einer weiteren Verfahrenbewegung während des Synchronisiervorgangs eine Sperrwirkung entgegensetzt. Es heißt dies also, dass der Schaltaktuator abgebremst wird und bis zum Zeitpunkt A nahezu stillsteht, wobei er aber weiterhin eine Kraft ausübt, was ab dem Zeitpunkt B zu einer Beschleunigung des Schaltaktuators und damit zu einer Erhöhung der Drehzahl führt.
  • Wie es anhand des mit 1 bezeichneten Kurvenzuges ersichtlich ist, stellt sich ein parabelförmiger Verlauf ein mit einer hohen Beschleunigung, während der Kurvenzug 2 einen Verlauf mit einer verringerten Beschleunigung darstellt, da der Beginn der gesteuerten Beschleunigung des Schaltaktuators nach dem Kurvenzug 2 zu früh gewählt wurde, so dass die Sperrwirkung der Synchronisierung noch besteht und sich somit nur eine geringe Beschleunigung einstellt. Durch eine Überwachung der Drehzahl des Schaltaktuators kann daher bei einem nächsten folgenden Schaltvorgang ein Verlauf nach dem Kurvenzug 1 erreicht werden, bei dem die gesteuerte Beschleunigung später einsetzt, wenn die Sperrwirkung der Synchronisierung weggefallen ist. Dies führt zu einem insgesamt schnelleren Schaltvorgang, weil die Beschleunigung großer ist und auch zu einer Reduktion der mechanischen Belastung des Schaltaktuators und der Synchronisierung, da der Schaltaktuator nicht bei noch sperrender Synchronisierung gegen die Synchronisierung arbeitet.
  • Die Kurvenzüge 3 und 4 anhand von 1 zeigen ähnliche Verhältnisse bei einer näher zur Neutralstellung liegenden Synchronposition. Durch eine Erfassung des Endes des Synchronisiervorgangs kann also auch bei einer näher zur Neutralstellung liegenden Synchronposition eine im Kurvenzug 3 zum Ausdruck gebrachte Veränderung der Position des Schaltaktuators und damit eine Verkürzung der Schaltzeit erreicht werden. Der Kurvenzug 4 im Vergleich hierzu zeigt der Verdeutlichung halber wieder ein zu früh angenommenes Ende des Synchronisiervorgangs mit einer entsprechenden Verlängerung der Zeitdauer bis zum Erreichen der Endlagenstellung des Schaltaktuators, also der Position „Gang eingelegt”.
  • 2 der Zeichnung zeigt in zwei Beispielsfällen, dass auf eine Veränderung der Synchronposition geschlossen werden kann.
  • In dem mit Fall 1 bezeichneten Beispiel liegt die tatsächliche Synchronposition (ST) ferner von Neutral als die von der Steuerung verwendete oder vermutete Synchronposition (SV). Dies wird daraus geschlossen, dass die Stillstandsposition (SS) oberhalb der verwendeten Synchronposition SV festgestellt wurde. Diese Stillstandsposition (SS) ist auch in 1 der Zeichnung dargestellt und entspricht der Stellung des Schaltaktuators nach dem Abbremsen (waagrechter Kurvenverlauf) und stellt sich während des Synchronisierungsvorgangs ein.
  • Nach Abschluss des Synchronisierungsvorgangs ist eine große Beschleunigung (A >) feststellbar, was in 1 der steilen Positionsparabel entspricht, so dass eine Adaption, d. h. Korrektur der von der Steuerung verwendeten vermuteten Synchronposition (SV) sinnvoll ist. Diese so ermittelte Synchronposition kann dann als neue Synchronposition in den Speicher der Steuerung geschrieben werden.
  • Fall 2 zeigt, dass die tatsächliche Synchronposition (ST) näher an Neutral liegt, als die vermutete Synchronposition (SV). Es stellt sich eine niedrige Beschleunigung (A <) ein. Die vermutete Synchronposition (SV) wurde oberhalb der Stillstandsposition (SS) und der tatsächlichen Synchronposition (ST) angenommen, der Aktuator hat noch gegen die Sperrwirkung der Synchronisierung gearbeitet. Es ist eine Adaption in Richtung neutralnah sinnvoll.
  • 3 der Zeichnung zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer Verschiebung des Schaltbildes. Bezogen auf der Neutralstellung hat sich bei jedem Vorwärtsgang eine Veränderung der Synchronposition in die gleiche Richtung ergeben, was durch die nach oben gerichtete Pfeile dargestellt ist, so dass daraus geschlossen werden kann, dass sich das Schaltbild insgesamt verschoben hat und dass somit eine Adaption durch die Steuerung nicht notwendig ist.
  • 4 der Zeichnung schließlich dient der Erläuterung der Bedeutung der Synchronposition. Die Steuerung verwendet die vermutete Synchronposition SV dazu, um den Schaltaktuator noch vor Erreichen der Stillstandsposition SS abzubremsen. Dies dient dazu, möglichst schnell die Stillstandsposition zu erreichen, um die Zeit für den Gangwechselvorgang abzukürzen, ohne aber noch mit hoher Geschwindigkeit des Schaltaktuators in die Synchronposition „hinein zu fahren”, da dies aufgrund der Sperrwirkung der Synchronisierung zu einem „Zurückprallen” des Schaltaktuators führen würde.
  • Wenn sich die von der Steuerung verwendete vermutete Synchronposition SV zu neutralfern befindet, erfolgt kein Abbremsen und der Schaltaktuator muss die vom direkten Kontakt mit der Synchronisierung her stammenden Kräfte aufnehmen, was zu dem vorstehend beschriebenen Zurückprallen führt. Bei einer zu neutralnah vermuteten Synchronposition SV kommt es zu einem zu frühen Abbremsen des Schaltaktuators. Dieser „kriecht” dann langsam zur Stillstandsposition SS. Die Zeit der Zugkraftunterbrechung beim Gangwechselvorgang steigt an, was sich schaltkomfortmindernd auswirkt. Bei einer korrekt vermuteten (aufgrund einer Adaption beim vorherigen Schaltvorgang) Synchronposition SV fällt einerseits die hohe mechanische Belastung des Schaltaktuators weg und andererseits ergibt sich eine kurze Zeit für den Gangwechselvorgang und damit kurze Zugkraftunterbrechung.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Erkennung der Synchronposition und des Endes des Synchronisiervorgangs eines automatisierten Schaltgetriebes mit einem elektromotorischen Schaltaktuator, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Schaltaktuators erfasst wird und die Synchronposition sowie das Ende des Synchronisiervorgangs anhand der Änderung der Drehzahl des Schaltaktuators festgestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronposition anhand einer Verringerung der Drehzahl des Schaltaktuators festgestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Synchronisiervorgangs anhand einer Zunahme der Drehzahl des Schaltaktuators festgestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronposition und das Ende des Synchronisiervorgangs für jede Gangstufe des automatisierten Schaltgetriebes festgestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Synchronposition in einer Speichereinrichtung abgelegt wird und beim nächsten Gangwechselvorgang als Ziel-Synchronposition für das Anfahren der Synchronposition durch den Schaltaktuator aus der Speichereinrichtung ausgelesen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherte Synchronposition mit der ermittelten Synchronposition aktualisiert wird, wenn sie von der ermittelten Synchronposition abweicht.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktualisierung dann vorgenommen wird, wenn sich die ermittelte Synchronposition verglichen mit der gespeicherten Synchronposition für einzelne Gangstufen des automatisierten Schaltgetriebes bezogen auf die Neutralposition in unterschiedliche Richtungen ändert.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktualisierung nur bei betriebswarmem Schaltgetriebe vorgenommen wird, wobei zur Feststellung der Temperatur ein Sensor am Schaltgetriebe vorgesehen ist und/oder eine vorbestimmte Betriebszeit des Schaltgetriebes abgewartet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltaktuator unter Verwendung der gespeicherten Synchronposition derart angesteuert wird, dass er die Geschwindigkeit der Verfahrbewegung der Schaltelemente im Schaltgetriebe vor der Ziel-Sychronposition verringert.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Synchronposition bezogen auf die Neutralposition festgestellt wird und beim Überschreiten eines vorbestimmten Veränderungsschwellenwerts eine Aktionsmeldung ausgegeben wird.
  11. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Adaption der Synchronposition und zur Verkürzung der Verfahrzeit des Schaltaktuators zum Erreichen der Endlagenposition.
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