CN102819243A - 汽车实训平台中央控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种汽车实训平台中央控制系统，包括汽车各总成被测模块、计算机控制模块、电连接器、采集装置、通断控制装置以及上位机，将要执行任务的计算机控制模块预装入上位机，启动以实训软件集成开发环境为基础平台的计算机控制模块，使所述上位机通过电连接器与所述采集装置、所述通断控制装置和所述汽车各总成被测模块相连接，可以实时交互，执行通讯、控制、测量任务后，通过采集装置将实时采集的测试数据，转换为标准协议的格式，上传至给计算机控制模块进行处理。这样将学习环节、考核环节与实体汽车各总成部件综合为同一系统，不仅增加了教学的灵活性,大大提高了教学质量的同时还节省了高额的教学成本。

Description

汽车实训平台中央控制系统

技术领域

本发明属于一种汽车教学系统，特别是涉及一种汽车实训平台中央控制系统。

背景技术

随着汽车电子化的发展，使电子集成技术在汽车上得到了广泛的应用，这就要求汽车维修人员具备全面的电子维修技能及知识，这也对汽车维修领域的教学及培训有了新的要求。尤其是我国汽车产业飞速发展的现在，为汽车维修及培训相关的要求越来越高。汽车类教学实验设备在智能化、自动化、综合化方面将有进一步发展，应用新技术开拓新的试验领域，研制新的实验设备将是未来在该领域的发展趋势。

  而传统的教学方式有三种，一种是单纯软件教学，另一种是单纯实训台教学和简单软硬件结合教学的方式。

单纯计算机软件教学方式的缺陷在于：

1、通过编程进行虚拟演示的形式进行的，不能让学生直观的去了解各部件的工作状态与结构；

2、更无法看到汽车各总成部件在运行要求发生变化时的各部件相互之间的工作状况的变化；

3、教学方式不灵活，只能在观测到传统意义的拆装关系和简单的运转模式，不能实现系统化教学；

4、无法直观看到汽车各总成部件在工作状况变化时各种具体参数的变化情况。

  简单的软硬件结合方式的缺陷：

1、实训功能单一，无法进行全面控制，更无法积累复杂、更贴近现实维修实况的各种经验；

2、一套软件只针对单个汽车各总成被测设备进行交互，如果购置汽车各总成全套设备，则需要多套软件进行与多个实训设备匹配，增加了教学成本；

3、多套软件容易造成操作系统资源的大量占用，降低了计算机的速度，且容易引起软件之间的冲突等故障。

 因此，确实需要一种新的教学系统，来替代目前的教学模式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种软件与汽车实体部件交互结合、汽车维修与汽车教育相结合的一体化解决方案。学生通过本发明学习汽车维修理论知识的同时，可以进行灵活多样的实践，还可以同步进行与汽车各总成被测模块实时交互的连线考核，建立三位一体的多维教学模式；还可以让学生通过视觉、听觉、触觉深入了解汽车各部件之间的运转关系，构建一个汽车虚实融合的协同工作的教学环境。

本发明通过将汽车各总成被测模块（1）、计算机控制模块（2）、电连接器（3）、采集装置（14）、通断控制装置（17）以及上位机（4）相配合形成了一套通过软件和实体汽车各总成部件的互动运作的系统，让学生从视觉、听觉、触觉加深理解汽车各部件之间工作和运转关系。所述上位机（4）通过所述电连接器（3）与所述采集装置（14）、所述通断控制装置（17）和所述汽车各总成被测模块（1）相连接，实时交互执行通讯、控制、测量任务。 

 本发明根据用户选择，对不同的汽车设备进行测试。本发明中所述汽车各总成被测模块（1）是汽车各总成传感器、汽车各电子控制单元、汽车各电器电路、汽车各总成实训台、自动变速器实训台、安全气囊实训台、ABS实训台、自动空调实训台、汽车电子点火与燃油喷射实训台、汽车车身电器实训台、车载Can-Bus总线与多路信息传输系统实训台、教学整车和汽车车身网络实训台的一种或几种。

 本发明中所述电连接器是圆形电连接器、矩形电连接器、通讯电缆中的一种或几种；所述通讯电缆采用适合标准通信端口的连接线。用户在计算机控制模块上选择测试项（或通过表笔在电路图上选择测试项）后通过通讯电缆向被测设备发送所要测试项目指令。

  本发明所述计算机控制模块（2）包括远程设备控制子模块（5）、连线考核子模块（6）、连线教学子模块（7）以及屏幕测试子模块（8），所述远程设备控制子模块（5）与所述汽车各总成被测模块（1）实时交互，进行通信、控制、测量操作。

  本发明所述屏幕测试子模块（8）包括网络教室单元（16）和虚拟测量终端单元（15）；所述虚拟测量终端单元（15）是虚拟万用表、虚拟示波器、虚拟诊断仪中的一种或几种。

通过虚拟测量终端与实体汽车各总成部件进行连接为使用者提供真实的实测数据，用户通过虚拟万用表、虚拟示波器、虚拟诊断仪结合电路图上的测试点对当前连接的汽车各总成电子部件等设备进行全面测试。不仅满足了学生们的实测需求及动手能力，锻炼了学生在维修过程中对电子维修数据的敏锐性；同时能够使学生们准确的观察和了解到所测项目的实际波形图。

本发明所述通断控制装置（17）包括安装有继电器组的控制板和安装有继电器组的示波板。控制板对汽车电信号进行通断控制。示波板不仅对汽车电信号进行通断控制，还可以通过示波卡进行波形和频率的测量。

 本发明所述上位机（4）是计算机、收发指令及反馈数据的单片机或其他控制设备中的一种或几种；所述上位机（4）连接局域网或广域网；所述上位机（4）通过安装所述网络教室单元（16），在与所述上位机（4）联网的计算机上对所述汽车各总成被测模块（1）进行实时通信、控制、测量等交互操作。

所述上位机通过安装所述网络教室单元，在与上位机联网的计算机上对汽车各总成被测模块进行的实时通信、控制、测量操作。本发明支持多客户端同时对实体汽车各总成部件的电学参数进行测量。系统分为教师端和学生端，教师端可以为学生端分配账号和测试权限，也可以通过网络远程连接学生端进行远程测试指导并实现以下功能：

 （一）每个客户端可以通过虚拟万用表对当前选择的测试设备的不同电子元件进行电压、电阻、电流测试；

   (二) 教师端可以授权，指定一个客户端对当前测试设备进行波形测试操作。同时其他客户端可以显示所测试的测试项波形、诊断测试过程和结果；

   (三) 教师端可以通过网络，远程连接指定学生端，进行远程指导操作。

 本发明所述远程设备控制子模块（5）包括启动停止单元（9）、加速减速单元（10）、故障诊断单元（11）、示波分析单元（12）以及故障设置单元（13），所述连线考核子模块（6）、所述连线教学子模块（7）、所述屏幕测试子模块（8）与所述远程设备控制子模块（5）互相连接，实时调用所述启动停止单元（9）、所述加速减速单元（10）、所述故障诊断单元（11）、所述示波分析单元（12）和所述故障设置单元 （13）进行实时的通信、控制、测量等交互操作。

 本发明所述远程设备控制子模块（5）与所述连线考核子模块（6）、所述连线教学子模块（7）、所述屏幕测试子模块（8）互相连接，对外部的所述汽车各总成被测模块（1）实时进行启动、停止、加速、减速、故障诊断、示波、故障设置操作中的一种或几种。其中，启动控制（点火开关）：是整个界面能进行测试的总开关。只有上位机把点火开关打开后，学生才能进行测试诊断，否则测试诊断不出来结果。

 本发明所述远程设备控制子模块（5）是启动停止单元（9）、所述加速减速单元（10）、所述故障诊断单元（11）、所述示波分析单元（12）和所述故障设置单元（13）中的一种或几种。其中，虚拟万用表进行电压、电阻、通断操作的一种或几种；虚拟示波器进行波形、频率操作的一种或几种；虚拟诊断仪进行读取故障、清除故障、读取数据流操作的一种或几种。同时与外部所述汽车各总成被测模块(1)进行实时的通信、控制、测量等交互操作。

 本发明除了提供了汽车实训平台中央控制系统还提供与之配合使用的方法：将要执行任务的所述计算机控制模块（2）预装入所述上位机（4）， 启动以实训软件集成开发环境为基础平台的所述计算机控制模块（2），通过前置测试通道选择程序判断该信号通过控制板的继电器组还是示波板的继电器组进行通断设置，此时便与汽车各总成被测模块形成通路。再由所述采集装置（14）将实时采集的测试数据，转换为标准协议的格式，上传至给所述计算机控制模块（2）进行显示或处理。

  本发明所述加速减速单元（10）包括以下步骤： 通过执行“加速/减速程序”，所述通断控制装置（17）按照选择加速或减速的程度计算出需要响应的通断次数，保存至计数器； [0025]  所述通断控制装置（17）根据通断次数进行通断操作，将通断操作信号传给加速板，加速板的芯片处理后，使加速踏板位置传感器发出一个微小上升的电压传递给ECU； 将收到的信号通过电缆，并由驱动电机根据通断次数，增加或减小控制节气门的开度。

  当老师调节加速或减速控制的时候，学生测试的数据会也发生相应的变化，就是能让学生在不同速度的条件下能够测试出不同电学数据的结果。

 本发明所述故障诊断单元（11）包括以下步骤： 通过前置参数信号处理程序，根据选定的所述汽车各总成被测模块(1)的具体设备确定需要匹配的汽车电控单元ECU的型号，并读取该ECU的信息； 通过汽车电控单元ECU控制程序扫描并读取该汽车电控单元ECU的故障代码； 通过读取程序，将汽车电控单元ECU的故障代码传送给所述计算机控制模块（2）； 通过汽车电控单元ECU的故障代码翻译程序将故障代码翻译成文字形式的故障名称并传送到所述计算机控制模块（2）通过所述上位机（4）显示或者通过通讯接口送入局域网或广域网。

 本发明所述示波分析单元（12）包括以下步骤： 通过前置测试通道选择程序，根据所选择需要显示的波形名称确定与汽车电控单元ECU上相应的电信号管脚相连接的继电器； 通过将导通控制程序对所述通断控制装置（17）上进行闭合操作；使汽车电控单元ECU和汽车各总成传感器上相应的电信号设置为导通，进一步使整个电路形成导通状态； 通过采集驱动程序，将汽车电控单元ECU的各种电信号转换成数字信号，并传送给所述计算机控制模块（2）通过所述上位机（4）显示或者通过通讯接口送入局域网或广域网。

用户选择测试项后通过通讯电缆向被测设备发送所要测试项目指令，之后计算机控制模块通过数据采集卡获得测试项的电压数据信息，计算出测试项的有效电压值、最小电压值和最大电压值，并将采集到的信号信息绘制成波形。并且用户在进行波形测试时软件根据用户所选的测试项为用户提供“标准波形”用以与“实测波形”进行对比参考。用户通过：通道选择，触发方式、耦合方式、衰减比例、采样频率、时基、通道幅值列表框中提供的信息对数据采集设备及绘制波形的坐标系进行参数设置调整。

  本发明所述故障设置单元（13）包括以下步骤： 通过前置故障设置处理程序，根据选定的故障名称匹配故障编号； 通过前置故障设置判断程序，根据接收到的故障编号判断需要设置故障的设备是汽车电控单元ECU 还是汽车各总成传感器； 如果是汽车电控单元ECU则选择汽车电控单元ECU的型号，通过前置测试通道选择程序，根据故障编号确定与汽车电控单元ECU上相应的电信号管脚相连接的继电器进行相应的通断设置；则所设置的故障产生； 如果是汽车各总成传感器，则直接通过前置测试通道选择程序，根据故障编号确定的继电器进行相应的通断设置；则所设置的故障产生。由上位机设置故障，老师在上位机通过发送指令设定故障，然后让学生来诊断。诊断正确后，老师再清除设定的故障。

本发明的有益效果是：

1、将学习环节、考核环节与实体汽车各总成部件综合为同一系统，从视觉、听觉、触觉深入理解汽车各部件之间的运转关系。这样，满足了学生们的实测需求及动手能力，锻炼了学生在维修过程中对电子维修数据的敏锐性；

2、增加了教学的灵活性，直观看到汽车各总成实体部件在运行要求发生变化时的，实体部件的工况也随之发生的各种具体反应和与之一同发生调整的各种电学参数的变化结合起来，更利于学生理解汽车各总成部件的工作原理；

3、充分利用教育机构现有的网络教室，这样大大提高了教学质量的同时还节省了高额的教学成本。

附图说明

图1  为本发明的连接构造示意图。

图2  为本发明的工作流程示意图。

图3  为本发明虚拟测量终端单元的工作示意图。

具体实施方式

 下面通过附图对本发明做进一步介绍：

  本发明的连接构造示意如图一：通过将汽车各总成被测模块（1）、计算机控制模块（2）、电连接器（3）、采集装置（14）、通断控制装置（17）以及上位机（4）相配合形成了一套通过软件和实体汽车各总成部件的互动运作的系统。所述上位机（4）通过所述电连接器（3）与所述采集装置（14）、所述通断控制装置（17）和所述汽车各总成被测模块（1）相连接，实时交互执行通讯、控制、测量任务。本发明可以根据用户的选择，对不同的汽车设备进行测试。本发明中所述汽车各总成被测模块（1）是汽车各总成传感器、汽车各电子控制单元、汽车各电器电路、汽车各总成实训台、自动变速器实训台、安全气囊实训台、ABS实训台、自动空调实训台、汽车电子点火与燃油喷射实训台、汽车车身电器实训台、车载Can-Bus总线与多路信息传输系统实训台、教学整车和汽车车身网络实训台的一种或几种。所述计算机控制模块（2）包括远程设备控制子模块（5）、连线考核子模块（6）、连线教学子模块（7）以及屏幕测试子模块（8），所述远程设备控制子模块（5）与所述汽车各总成被测模块（1）实时交互，进行通信、控制、测量操作。本发明所述远程设备控制子模块（5）是启动停止单元（9）、所述加速减速单元（10）、所述故障诊断单元（11）、所述示波分析单元（12）和所述故障设置单元（13）中的一种或几种，同时与外部所述汽车各总成被测模块(1)进行实时的通信、控制、测量等交互操作。

本发明除了提供了汽车实训平台中央控制系统还提供与之配合使用的方法，具体工作流程如图二：将要执行任务的所述计算机控制模块（2）预装入所述上位机（4）， 启动以实训软件集成开发环境为基础平台的所述计算机控制模块（2），通过前置测试通道选择程序判断该信号通过控制板的继电器组还是示波板的继电器组进行通断设置，再由所述采集装置（14）将实时采集的测试数据，转换为标准协议的格式，上传至给所述计算机控制模块（2）进行显示或处理。

本发明虚拟测量终端单元的工作示意如图三：本发明所述虚拟测量终端单元（15）；所述虚拟测量终端单元（15）是虚拟万用表、虚拟示波器、虚拟诊断仪中的一种或几种。 虚拟万用表可以进行测电压、测电阻、通断的操作；虚拟示波器可以进行测波形、测频率的操作；虚拟诊断仪可以进行读取故障、清除故障、读取数据流的操作。

下面通过在“大众1.8T汽油发动机实训台”进行对“一缸喷油器接地故障”的设置为实例来进一步说明，具体步骤如下：

第一步，电源供电，点击“开/关”按钮 ，则汽车仪表盘点亮；

第二步，启动发动机，点击“启动”启动发动机；

第三步，进行故障设置，现在我们点击故障列表来设置“一缸喷油器接地故障”，此时“大众1.8T汽油发动机实训台”上的发动机会因缺缸出现运行不平稳等现象；

第四步，进行故障诊断，点击“故障诊断单元”，对指定设备进行故障连线诊断。进入控制器诊断界面，选择需要检测的设备为“发动机”。诊断软件会自动读取出发动机ECU的零件号、组件编码、控制单元编码、服务站代码、附加信息等诸多信息：点击“读取故障码”系统会自动扫描出故障码“17633”；

第五步，进行虚拟万用表测试，老师在进行上述示范讲解的同时，可以在台架上使用真实万用表，进行电路的通断测量，在老师讲解的同时学生可以使用在线屏幕测试系统的虚拟万用表功能在电脑上测量电压，在线测试系统则可采集到真实的数据。学生可以通过计算机控制模块中的测试项目列表选择测试项或通过虚拟万用表笔在电路图上选择测试点进行测试，两种测量方式所选择的测试项目保持一致。则在电路图对应的位置闪烁标识用户所测量的项目在电路图上的位置，同时将测试项在电路图上的电路闪烁标识。一缸喷油器的正常工作电压应该是12v，在设置“一缸喷油器接地故障”状态时，虚拟万用表显示电压为0v。同时系统读取数据库中的配置文件信息，并检测试信息封装为标准协议格式发送至客户通讯模块，通过该模块上传至服务器模块，通知底层采集模块进行采集。当接收到返回的采集数据后，先对数据进行解析，得到采集到的电压、电阻、电流数值，并在虚拟万用表显示框中显示出来；

第六步，进行示波操作，进入“波形分析单元”来查看喷油器的波形；同时可以使用远程控制系统的鼠标加速（减速）功能，控制油门的大小，来观察发动机在加速和减速时喷油器波形的变化。发动机在加速的时候，脉冲周期缩短；发动机在减速的时候脉冲周期增长。老师在讲解波形分析时，学生也可以使用在屏幕测试模块的虚拟示波器来测量当前实时喷油器的波形图，从而检查发动机在加速、减速下的喷油脉宽；

第七步，进行故障清除，当已经设有故障时，单独清除故障码是清除不掉的。应先到“故障诊断单元”点击“清除故障”。当清除掉实质故障后，“大众1.8T汽油发动机实训台”上的发动机恢复正常工作状态。然后再进入“故障诊断单元”清除故障码，故障则彻底清除；

第八步，进行读取数据流操作， 先点击“读取数据流”按钮，可以实时采集发动机ECU的数据：如发动机转速、温度、空燃比、空气流量、点火正时等相关数据。

Claims (14)

1.一种汽车实训平台中央控制系统，包括汽车各总成被测模块（1）、计算机控制模块（2）、电连接器（3）、采集装置（14）、通断控制装置（17）以及上位机（4），其特征是：所述上位机（4）通过所述电连接器（3）与所述采集装置（14）、所述通断控制装置（17）和所述汽车各总成被测模块（1）相连接，实时交互执行通讯、控制、测量任务。

2.如权利要求1所述的汽车实训平台中央控制系统，其特征在于：所述汽车各总成被测模块（1）是汽车各总成传感器、汽车各电子控制单元、汽车各电器电路、汽车各总成实训台、自动变速器实训台、安全气囊实训台、ABS实训台、自动空调实训台、汽车电子点火与燃油喷射实训台、汽车车身电器实训台、车载Can-Bus总线与多路信息传输系统实训台、教学整车和汽车车身网络实训台的一种或几种。

3.如权利要求1所述的汽车实训平台中央控制系统，其特征在于：所述电连接器（3）是圆形电连接器、矩形电连接器、通讯电缆中的一种或几种；所述通讯电缆采用适合标准通信端口的连接线。

4.如权利要求1所述的汽车实训平台中央控制系统，其特征在于：所述计算机控制模块（2）包括远程设备控制子模块（5）、连线考核子模块（6）、连线教学子模块（7）以及屏幕测试子模块（8），所述远程设备控制子模块（5）与所述汽车各总成被测模块（1）实时交互，进行实时通信、控制、测量操作。

5.如权利要求1所述的汽车实训平台中央控制系统，其特征在于：所述屏幕测试子模块（8）包括网络教室单元和虚拟测量终端单元；所述虚拟测量终端单元是虚拟万用表、虚拟示波器、虚拟诊断仪中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的汽车实训平台中央控制系统，其特征在于：所述上位机（4）是计算机、收发指令及反馈数据的单片机或其他控制设备中的一种或几种；所述上位机（4）连接局域网或广域网；所述上位机（4）通过安装所述网络教室单元（16），在与所述上位机（4）联网的计算机上对所述汽车各总成被测模块（1）进行实时通信、控制、测量等交互操作。

7.如权利要求4所述的汽车实训平台中央控制系统，其特征在于：所述远程设备控制子模块（5）包括启动停止单元（9）、加速减速单元（10）、故障诊断单元（11）、示波分析单元（12）以及故障设置单元（13），所述连线考核子模块（6）、所述连线教学子模块（7）、所述屏幕测试子模块（8）与所述远程设备控制子模块（5）互相连接，实时调用所述启动停止单元（9）、所述加速减速单元（10）、所述故障诊断单元（11）、所述示波分析单元（12）和所述故障设置单元 （13）进行实时的通信、控制、测量等交互操作。

8.如权利要求4所述的汽车实训平台中央控制系统，其特征在于：所述远程设备控制子模块（5）与所述连线考核子模块（6）、所述连线教学子模块（7）、所述屏幕测试子模块（8）互相连接，对外部的所述汽车各总成被测模块（1）实时进行启动、停止、加速、减速、故障诊断、示波、故障设置操作中的一种或几种；其中，虚拟万用表进行电压、电阻、通断操作的一种或几种；虚拟示波器进行波形、频率操作的一种或几种；虚拟诊断仪进行读取故障、清除故障、读取数据流操作的一种或几种。

9.如权利要求7所述的汽车实训平台中央控制系统，其特征在于：所述启动停止单元（9）、所述加速减速单元（10）、所述故障诊断单元（11）、所述示波分析单元（12）和所述故障设置单元（13）中的一种或几种，同时与外部所述汽车各总成被测模块(1)进行实时的通信、控制、测量等交互操作。

10.一种汽车实训平台中央控制的方法，其特征是：将要执行任务的所述计算机控制模块（2）预装入所述上位机（4），启动以实训软件集成开发环境为基础平台的所述计算机控制模块（2），通过前置测试通道选择程序判断该信号通过控制板的继电器组还是示波板的继电器组进行通断设置，再由所述采集装置（14）将实时采集的测试数据，转换为标准协议的格式，上传至给所述计算机控制模块（2）进行显示或处理。

11.如权利要求7所述的汽车实训平台中央控制的方法，其特征在于：所述加速减速单元（10）包括以下步骤： 通过执行“加速/减速程序”，所述通断控制装置（17）按照选择加速或减速的程度计算出需要响应的通断次数，保存至计数器； 所述通断控制装置（17）根据通断次数进行通断操作，将通断操作信号传给加速板，加速板的芯片处理后，使加速踏板位置传感器发出一个微小上升的电压传递给ECU； 将收到的信号通过电缆，并由驱动电机根据通断次数，增加或减小控制节气门的开度。

12.如权利要求7所述的汽车实训平台中央控制的方法，其特征在于：所述故障诊断单元（11）包括以下步骤： 通过前置参数信号处理程序，根据选定的所述汽车各总成被测模块(1)的具体设备确定需要匹配的汽车电控单元ECU的型号，并读取该ECU的信息； 通过汽车电控单元ECU控制程序扫描并读取该汽车电控单元ECU的故障代码； 通过读取程序，将汽车电控单元ECU的故障代码传送给所述计算机控制模块（2）； 通过汽车电控单元ECU的故障代码翻译程序将故障代码翻译成文字形式的故障名称并传送到所述计算机控制模块（2）通过所述上位机（4）显示或者通过通讯接口送入局域网或广域网。

13.如权利要求7所述的汽车实训平台中央控制的方法，其特征在于：所述示波分析单元（12）包括以下步骤： 通过前置测试通道选择程序，根据所选择需要显示的波形名称确定与汽车电控单元ECU上相应的电信号管脚相连接的继电器； 通过将导通控制程序对所述通断控制装置（17）上进行闭合操作；使汽车电控单元ECU和汽车各总成传感器上相应的电信号设置为导通，进一步使整个电路形成导通状态； 通过采集驱动程序，将汽车电控单元ECU的各种电信号转换成数字信号，并传送给所述计算机控制模块（2）通过所述上位机（4）显示或者通过通讯接口送入局域网或广域网。

14.如权利要求7所述的汽车实训平台中央控制的方法，其特征在于：所述故障设置单元（13）包括以下步骤： 通过前置故障设置处理程序，根据选定的故障名称匹配故障编号； 通过前置故障设置判断程序，根据接收到的故障编号判断需要设置故障的设备是汽车电控单元ECU 还是汽车各总成传感器； 如果是汽车电控单元ECU则选择汽车电控单元ECU的型号，通过前置测试通道选择程序，根据故障编号确定与汽车电控单元ECU上相应的电信号管脚相连接的继电器进行相应的通断设置，则所设置的故障产生； 如果是汽车各总成传感器，则直接通过前置测试通道选择程序，根据故障编号确定的继电器进行相应的通断设置，则所设置的故障产生。

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