JP2018034671A - ハイブリッド車両およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回生ブレーキによりできるだけ必要な制動力を得るようにしたハイブリッド車両およびその制御方法を提供する。【解決手段】制御装置１０は、クラッチ１５によりエンジン１１の駆動軸とモータ／ジェネレータ１２の駆動軸とが切断された状態において、現在の車速に基づいて推定した、ハイブリッド車両１に要求される制動トルクである要求制動トルク（Ｔｒｅｑ）と、現在のモータ／ジェネレータ１２の回転数に基づいて算出した、モータ／ジェネレータ１２の回生発電により得られる制動トルクの最大値である最大回生制動トルク（Ｔｒｅｇ＿ＭＡＸ）と、を比較し、要求制動トルクの方が最大回生制動トルクより大きい場合、トランスミッション１６の変速段を少なくとも１つ上げるようにトランスミッション１６を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、例えばエンジンとモータの２つの動力を有し、モータによって回生発電を行うことができるハイブリッド車両およびその制御方法に関する。

車両の減速時の運動エネルギによって発電機を回転させ、電気エネルギの形で回収する車両が普及している。電力回収時には一定の抵抗が発生し、この抵抗は車両にとっては制動力として機能する。このような減速時の電気エネルギ回収の際に生じる抵抗による制動は一般に回生ブレーキと呼ばれる。

特に、内燃機関（エンジン）と電動発電機（モータ／ジェネレータ）の２つの動力を有するハイブリッド車両（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）では、モータ／ジェネレータを利用して回生による制動力を好適に得ることができる。このような技術は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００８−２９０５３６号公報

ハイブリッド車両では、例えば低回転領域等、モータの方がエンジンよりも効率がよい領域では、エンジンを停止させてモータのみで走行することが行われる場合がある。このような場合には、エンジンが回らず、かつエンジンに燃料が供給されないとき（アクセルオフ等）にエンジンの回転抵抗力（損失）によって生じる制動力（いわゆるエンジンブレーキ）は発生せず、上述したモータ／ジェネレータによる回生ブレーキのみが発生することになる。

車両の運転者が要求する制動力が大きく、回生ブレーキのみでは制動力が不十分となる場合は、不足分の制動力は、例えばエンジンを始動してエンジンブレーキにより補われる。しかしながら、燃費向上のため、エンジンブレーキをできるだけ使用しないことが要求されている。

本発明は、回生ブレーキによりできるだけ必要な制動力を得るようにしたハイブリッド車両およびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、ハイブリッド車両に搭載されたエンジンと、前記エンジンの駆動軸と接続された駆動軸を有し、電力によって回転して前記エンジンとともに前記ハイブリッド車両の駆動力を生成し、駆動輪の回転を利用して回生発電を行う発電機と、前記発電機と前記駆動輪との間に配設され、入力軸と出力軸との回転比を複数の変速段に変速するトランスミッションと、現在の車速に基づいて推定した、前記ハイブリッド車両に要求される制動トルクである要求制動トルクと、現在の前記発電機の回転数に基づいて算出した、前記発電機の回生発電により得られる制動トルクの最大値である最大回生制動トルクと、を比較し、前記要求制動トルクの方が前記最大回生制動トルクより大きい場合、前記トランスミッションの変速段を少なくとも１つ上げるように前記トランスミッションを制御する制御装置と、を有する。

本発明の制御方法は、ハイブリッド車両に搭載されたエンジンと、前記エンジンの駆動軸と接続された駆動軸を有し、電力によって回転して前記エンジンとともに前記ハイブリッド車両の駆動力を生成し、駆動輪の回転を利用して回生発電を行う発電機と、前記発電機と前記駆動輪との間に配設され、入力軸と出力軸との回転比を複数の変速段に変速するトランスミッションと、を有するハイブリッド車両の制御方法であって、現在の車速に基づいて推定した、前記ハイブリッド車両に要求される制動トルクである要求制動トルクと、現在の前記発電機の回転数に基づいて算出した、前記発電機の回生発電により得られる制動トルクの最大値である最大回生制動トルクと、を比較し、前記要求制動トルクの方が前記最大回生制動トルクより大きい場合、前記トランスミッションの変速段を少なくとも１つ上げるように前記トランスミッションを制御する。

本発明によれば、回生ブレーキによりできるだけ必要な制動力を得ることができる。

本実施の形態におけるハイブリッド車両の構成を示す図 ハイブリッド車両の減速時における制御装置の動作を説明するフローチャート 制動要素毎の車速と制動トルクとの関係（特性）を示すマップの一例を示す図 モータ／ジェネレータの回転数と最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}との関係を示すマップを例示した図 最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}が要求制動トルクＴ_ｒｅｑ以上となるモータ／ジェネレータの回転数と制動トルクとの関係を例示した図

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態におけるハイブリッド車両１の構成を示す図である。本実施の形態では、ハイブリッド車両１は、例えば内燃機関としてガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンを搭載した商用車または乗用車である。

ハイブリッド車両１は、図１に示すように、制御装置１０、エンジン１１、モータ／ジェネレータ１２、バッテリ１３、インバータ１４、クラッチ１５、トランスミッション１６、プロペラシャフト１７、ディファレンシャルギア１８、駆動輪１９を有する。

エンジン１１および／またはモータ／ジェネレータ１２の出力は、プロペラシャフト１７およびディファレンシャルギア１８を介して駆動輪１９に伝達される。ハイブリッド車両１は、このような構成により、減速時において、エンジン１１による減速走行（エンジンブレーキ走行モード）、モータ／ジェネレータ１２による回生を行う走行（モータ／ジェネレータ回生走行モード）、エンジン１１とモータ／ジェネレータ１２とが協調して回生を行う走行（協調回生走行モード）のように、複数の走行モードのいずれかを選択して走行することができる。

ハイブリッド車両１は、減速中または下り勾配路の走行中のモータ／ジェネレータ１２による走行（モータ／ジェネレータ回生走行モード）、あるいはエンジン１１とモータ／ジェネレータ１２とが協調する走行（協調回生走行モード）においては、駆動輪１９の回転力によりモータ／ジェネレータ１２を発電機として動作させ、発生した電力（回生電力）をバッテリ１３に充電（回生）することができる。

制御装置１０は、エンジン１１、モータ／ジェネレータ１２、バッテリ１３、インバータ１４、クラッチ１５、トランスミッション１６の動作を制御する。なお、エンジン１１、モータ／ジェネレータ１２、バッテリ１３、インバータ１４、クラッチ１５およびトランスミッション１６のそれぞれの制御は、例えば個別に設けられたＥＣＵ（Electric Control Unit）が互いにＣＡＮ（Control Area Network）通信を行いながら協働して制御を実施していてもよいが、本実施の形態では１つの制御装置１０により各構成が制御されるものとして説明する。

なお、制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）、および、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭから制御プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開した制御プログラムと協調してエンジン１１、モータ／ジェネレータ１２、バッテリ１３、インバータ１４、クラッチ１５およびトランスミッション１６の動作を集中制御する。

モータ／ジェネレータ１２は、バッテリ１３から供給される電力を用いてハイブリッド車両１の走行用の駆動力を発生する。また、モータ／ジェネレータ１２は、他からの動力によって駆動されることで、バッテリ１３に充電を行う発電機としても動作する。ここで、モータ／ジェネレータ１２を発電機として動作させる動力としては、例えばエンジン１１の動力がある。その他にも、モータ／ジェネレータ１２は、ハイブリッド車両１の減速時や下り勾配路の走行中等に、ディファレンシャルギア１８およびプロペラシャフト１７を介して伝達された駆動輪１９の回転によって発電機として発電を行う。

バッテリ１３は、モータ／ジェネレータ１２の駆動が要求された場合にはモータ／ジェネレータ１２に電力を供給し、モータ／ジェネレータ１２が発電機として動作する場合にはモータ／ジェネレータ１２が発電した電力によって充電される。

インバータ１４は、モータ／ジェネレータ１２の駆動が要求された場合にはバッテリ１３の直流電力を３相交流電力に変換してモータ／ジェネレータ１２に供給し、モータ／ジェネレータ１２が発電機として動作する際にはモータ／ジェネレータ１２が発電する３相交流電力を直流電力に変換してバッテリ１３に供給する。

クラッチ１５は、エンジン１１の駆動軸とモータ／ジェネレータ１２の駆動軸とを接続あるいは切断する。クラッチ１５が接続されている場合には、ハイブリッド車両１は、モータ／ジェネレータ１２によってエンジン１１に動力を伝えることができる。また、クラッチ１５が接続されている場合には、ハイブリッド車両１は、エンジン１１のみによるエンジンブレーキ走行モード、および、エンジン１１とモータ／ジェネレータ１２とが協調する協調回生走行モードのいずれかを選択することができる。

一方、クラッチ１５が切断されている場合には、ハイブリッド車両１は、モータ／ジェネレータ１２のみによるモータ／ジェネレータ回生モードに際し、エンジン１１のフリクションを受けることなく効率よく回生走行することができる。

モータ／ジェネレータ１２の駆動軸は、トランスミッション１６の入力軸に接続される。トランスミッション１６は、例えばＡＭＴ(Automated Manual Transmission)、トルコンＡＴ（Automatic Transmission）やＭＴ（Manual Transmission）であり、モータ／ジェネレータ１２の駆動軸とプロペラシャフト１７とを接続あるいは切断するクラッチ機構および変速機構を有する。本実施の形態では、クラッチ機構および変速機構の図示は省略する。ハイブリッド車両１の走行中には、制御装置１０が車速や要求トルク等に基づいてトランスミッション１６のクラッチ機構および変速機構を動作させることにより、スムーズな走行が可能となっている。

このような構成を有する本実施の形態のハイブリッド車両１は、減速時において、モータ／ジェネレータ１２による回生を効率よく行うことで、燃費向上を図っている。以下では、モータ／ジェネレータ１２による回生を効率よく行うために、制御装置１０が行う制御について詳細に説明する。

図２は、ハイブリッド車両１の減速時における制御装置１０の動作を説明するフローチャートである。図２の前提条件として、クラッチ１５によってエンジン１１とモータ／ジェネレータ１２とが切断され、ハイブリッド車両１はモータ／ジェネレータ１２のみによるモータ／ジェネレータ回生走行モードにて走行しているものとする。

ステップＳ１において、制御装置１０は、ハイブリッド車両１の車速、アクセル開度、ブレーキ圧等の情報を図１に図示しないセンサ等から取得し、これらの情報に基づいて、要求された制動トルクを算出する。ステップＳ１において制御装置１０が算出する制動トルクを、以下では要求制動トルクＴ_ｒｅｑと称する。要求制動トルクＴ_ｒｅｑは、その時点でのハイブリッド車両１の状態に応じて制御装置１０が推定した、ハイブリッド車両１が必要とする制動トルクの仮想的な合計値である。すなわち、クラッチ１５が切断された状態では、実際にはエンジン１１に起因する制動力であるエンジンブレーキおよび排気ブレーキは発生しないが、ステップＳ１ではエンジンブレーキおよび排気ブレーキが発生するものとして制動トルクの推定を行っている。

制御装置１０がハイブリッド車両１の要求制動トルクＴ_ｒｅｑを算出する方法としては、本実施の形態では特に限定しないが、例えば以下のような方法により算出すればよい。制御装置１０は、ハイブリッド車両１の各所に設けられた各種センサから、アクセル開度、ブレーキ圧、車速等のパラメータを取得し、当該パラメータに基づいて、ハイブリッド車両１の制動要素毎の制動トルクを算出し、これらを加算あるいは減算することにより、要求制動トルクＴ_ｒｅｑを算出する。なお、制動要素とは、ハイブリッド車両１の制動トルクを発生させる少なくとも１つの要素を意味する。

図３は、制動要素毎の車速と要求制動トルクとの関係（特性）を示すマップの一例を示す図である。図３では、制動要素として、エンジンブレーキ、排気ブレーキ、車両重量＊道路勾配、車両の走行抵抗の４つの要素を例示している。制御装置１０は、図３に示すマップを参照して、その時点でのハイブリッド車両１の状態に対応したエンジンブレーキ、排気ブレーキ、車両重量＊道路勾配、走行抵抗毎の制動トルクを算出し、エンジンブレーキ、排気ブレーキ、車両重量＊道路勾配の制動トルクを加算し、その結果から走行抵抗の制動トルクを減算して要求制動トルクＴ_ｒｅｑを算出する。

図２の説明に戻る。ステップＳ２において、制御装置１０は、その時点での車速（モータ／ジェネレータ１２の回転数）に基づいて、最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}を算出する。最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}とは、その時点でのハイブリッド車両１の車速における、モータ／ジェネレータ１２が回生により生成できる制動力の最大値である。制御装置１０は、例えばモータ／ジェネレータ１２の回転数を図１に図示しないセンサ等から取得し、モータ／ジェネレータ１２の回転数と最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}との関係を示すマップを参照して、その時点での最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}を算出する。図４は、モータ／ジェネレータ１２の回転数と最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}との関係を示すマップを例示した図である。なお、制御装置１０は、モータ／ジェネレータ１２の回転数を、マップを参照する代わりに、例えば車速、ギア比、タイヤ周長等から算出してもよい。

次に、ステップＳ３において、制御装置１０は、ステップＳ１において算出した要求制動トルクＴ_ｒｅｑと、ステップＳ２において算出した最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}とを比較する。ハイブリッド車両１が要求する要求制動トルクＴ_ｒｅｑの方が、その時点でモータ／ジェネレータ１２が生成できる最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}よりも大きい場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、制御装置１０は処理をステップＳ４に進める。一方、そうでない場合、すなわちハイブリッド車両１が要求する要求制動トルクＴ_ｒｅｑが、その時点でモータ／ジェネレータ１２が生成できる最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}以下である場合（ステップＳ３：ＮＯ）、制御装置１０は、処理を終了させる。

ここで、ハイブリッド車両１が要求する要求制動トルクＴ_ｒｅｑが、その時点でモータ／ジェネレータ１２が生成できる最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}以下である場合（ステップＳ３：ＮＯ）とは、現状のまま、すなわちモータのみで走行するモータ走行モードのままで、ハイブリッド車両１が要求する制動力を全てまかなうことができることを意味する。このため、制御装置１０は、これ以上の制御を行うことなく、処理を終了する。

一方、ハイブリッド車両１が要求する要求制動トルクＴ_ｒｅｑの方が、その時点でモータ／ジェネレータ１２が生成できる最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}より大きい場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）とは、その時点でモータ／ジェネレータ１２が生成する回生制動力だけでは、ハイブリッド車両１が要求する制動力の全てをまかなうことができないことを意味する。したがって、このような場合、制御装置１０は、以下説明するステップＳ４からステップＳ６において、足りない分の制動トルクを補うための制御を行う。

ステップＳ４において、制御装置１０は、トランスミッション１６のシフトアップが可能であるか否かを判定する。当該判定は、例えば現在のギア段からシフトアップするギア段があるか否か、および／または、モータ／ジェネレータ１２の回転数によるギア段の制約等に基づいて行われればよい。制御装置１０は、シフトアップが可能であると判定した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、処理をステップＳ５に進め、そうでない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、処理をステップＳ６に進める。

ステップＳ５において、制御装置１０は、トランスミッション１６にシフトアップさせるように制御する。ここで、制御装置１０は、例えば１段だけシフトアップさせるようにトランスミッション１６を制御すればよい。トランスミッション１６をシフトアップさせることにより、制御装置１０は、モータ／ジェネレータ１２の回転数を低下させることができる。図４に例示したように、モータ／ジェネレータ１２の回転数が低下すると、モータ／ジェネレータ１２が生成できる最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}が大きくなるので、ステップＳ３の時点では要求制動トルクＴ_ｒｅｑに足りなかった分の制動トルクを補うことができるようになる。

一方、ステップＳ６において、制御装置１０は、クラッチ１５を接続する。ここで、制御装置１０は、エンジン１１が停止していた場合は、クラッチ１５を接続すると同時にエンジン１１を始動する。これにより、エンジン１１の制動力（いわゆるエンジンブレーキ）がプロペラシャフト１７を介して駆動輪１９に伝達される。このため、制御装置１０は、ステップＳ３の時点では要求制動トルクＴ_ｒｅｑに足りなかった分のトルクをエンジンブレーキによってスムーズに補うことができるようになる。なお、エンジンが発生する制動トルクが要求制動トルクＴ_ｒｅｑに足りなかった分の制動トルクより大きい場合は、過剰な制動トルクをモータ／ジェネレータ１２の出力トルクから減ずるようにすればよい。

以上説明したように、本発明のハイブリッド車両は、エンジン（エンジン１１）と、エンジンの駆動軸と接続された駆動軸を有し、電力によって回転してエンジンとともに駆動力を生成し、駆動輪の回転を利用して回生発電を行う発電機（モータ／ジェネレータ１２）と、発電機と駆動輪との間に配設され、入力軸と出力軸との回転比を複数の変速段に変速するトランスミッション（トランスミッション１６）と、現在の車速に基づいて推定した、ハイブリッド車両に要求される制動トルクである要求制動トルク（Ｔ_ｒｅｑ）と、現在の発電機の回転数に基づいて算出した、発電機の回生発電により得られる制動トルクの最大値である最大回生制動トルク（Ｔ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}）と、を比較し、要求制動トルクの方が最大回生制動トルクより大きい場合、トランスミッションの変速段を少なくとも１つ上げるようにトランスミッションを制御する制御装置（制御装置１０）と、を有する。

このような構成により、要求制動トルクＴ_ｒｅｑの方が最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}より大きい場合、トランスミッション１６のシフトアップが行われることにより、最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}が大きくなり、足りない分の制動トルクを補うことができるようになる。換言すれば、モータ／ジェネレータ１２の回転数をシフトアップにより低下させることで、制御装置１０は、モータ／ジェネレータ１２の回転数を、最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}が要求制動トルクＴ_ｒｅｑより大きくなる領域内に収めることができるようになる。

図５は、最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}が要求制動トルクＴ_ｒｅｑ以上となるモータ／ジェネレータ１２の回転数と制動トルクとの関係を例示した図である。図５において、実線が最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}を示しており、一点鎖線が要求制動トルクＴ_ｒｅｑを示している。図５において、制御装置１０がシフトアップによりモータ／ジェネレータ１２の回転数を低下させる、すなわち図５において左の方に遷移させることで、最大回生制動トルクＴ_{ｒｅｇ＿ＭＡＸ}が要求制動トルクＴ_ｒｅｑより大きい領域内に収めることができるようになる。

なお、上述した実施の形態において、クラッチ１５によりエンジン１１の駆動軸とモータ／ジェネレータ１２の駆動軸とが切断されているとしたが、クラッチ１５によりエンジン１１の駆動軸とモータ／ジェネレータ１２の駆動軸とが切断されている状態において、エンジン１１は作動（回転）していてもよいし、停止していてもよい。

また、上述した実施の形態において、制御装置１０による要求制動トルクＴ_ｒｅｑの算出方法として、エンジンブレーキ、排気ブレーキ、車両重量＊道路勾配等の制動要素の制動トルクを加算し、その結果に基づいて走行抵抗の制動トルクを減算して要求制動トルクＴ_ｒｅｑを算出していたが、本発明はこれには限定されない。例えばいずれかの制動トルクを省略してもよいし、図３に例示した以外の制動要素による制動トルクを加算あるいは減算して要求制動トルクＴ_ｒｅｑを算出してもよい。

本発明は、駆動輪の回転を利用して回生発電を行うことができるハイブリッド車両に有用である。

１ ハイブリッド車両
１０ 制御装置
１１ エンジン
１２ モータ／ジェネレータ
１３ バッテリ
１４ インバータ
１５ クラッチ
１６ トランスミッション
１７ プロペラシャフト
１８ ディファレンシャルギア
１９ 駆動輪

Claims (5)

1. ハイブリッド車両に搭載されたエンジンと、
   前記エンジンの駆動軸と接続された駆動軸を有し、電力によって回転して前記エンジンとともに前記ハイブリッド車両の駆動力を生成し、駆動輪の回転を利用して回生発電を行う発電機と、
   前記発電機と前記駆動輪との間に配設され、入力軸と出力軸との回転比を複数の変速段に変速するトランスミッションと、
   現在の車速に基づいて推定した、前記ハイブリッド車両に要求される制動トルクである要求制動トルクと、現在の前記発電機の回転数に基づいて算出した、前記発電機の回生発電により得られる制動トルクの最大値である最大回生制動トルクと、を比較し、前記要求制動トルクの方が前記最大回生制動トルクより大きい場合、前記トランスミッションの変速段を少なくとも１つ上げるように前記トランスミッションを制御する制御装置と、
   を有するハイブリッド車両。
2. 前記エンジンと前記発電機との間に配設され、前記エンジンの駆動軸と前記発電機の駆動軸とを接続あるいは切断するクラッチをさらに有し、
   前記制御装置は、前記クラッチにより前記エンジンの駆動軸と前記発電機の駆動軸とが切断された場合に、前記要求制動トルクと前記最大回生制動トルクと、を比較し、前記要求制動トルクの方が前記最大回生制動トルクより大きい場合、前記トランスミッションの変速段を少なくとも１つ上げるように前記トランスミッションを制御する、
   請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記制御装置は、前記要求制動トルクの方が前記最大回生制動トルクより大きく、かつ前記トランスミッションの制約により変速段を上げることができない場合に、前記エンジンの駆動軸と前記発電機の駆動軸とを接続するように前記クラッチを制御する、
   請求項２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記制御装置は、前記要求制動トルクを、前記ハイブリッド車両の制動トルクを発生させる少なくとも１つの要素である制動要素毎に制動トルクを仮想的に算出し、全ての前記制動要素による制動トルクを加算あるいは減算することで推定する、
   請求項１に記載のハイブリッド車両。
5. ハイブリッド車両に搭載されたエンジンと、前記エンジンの駆動軸と接続された駆動軸を有し、電力によって回転して前記エンジンとともに前記ハイブリッド車両の駆動力を生成し、駆動輪の回転を利用して回生発電を行う発電機と、前記発電機と前記駆動輪との間に配設され、入力軸と出力軸との回転比を複数の変速段に変速するトランスミッションと、を有するハイブリッド車両の制御方法であって、
   現在の車速に基づいて推定した、前記ハイブリッド車両に要求される制動トルクである要求制動トルクと、現在の前記発電機の回転数に基づいて算出した、前記発電機の回生発電により得られる制動トルクの最大値である最大回生制動トルクと、を比較し、前記要求制動トルクの方が前記最大回生制動トルクより大きい場合、前記トランスミッションの変速段を少なくとも１つ上げるように前記トランスミッションを制御する、
   ハイブリッド車両の制御方法。

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