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JP5648698B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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JP5648698B2
JP5648698B2 JP2013009263A JP2013009263A JP5648698B2 JP 5648698 B2 JP5648698 B2 JP 5648698B2 JP 2013009263 A JP2013009263 A JP 2013009263A JP 2013009263 A JP2013009263 A JP 2013009263A JP 5648698 B2 JP5648698 B2 JP 5648698B2
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transmission
clutch
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electric motor
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敬朗 田中
敬朗 田中
満弘 田畑
満弘 田畑
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Toyota Motor Corp
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Description

本発明は、内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路中にクラッチペダルで操作可能なクラッチが設けられ、内燃機関を停止させるとともに内燃機関と駆動輪との間の動力伝達を遮断し、電動機で駆動輪を駆動するＥＶ走行モードを実行可能なハイブリッド車両の制御装置に関する。
走行用駆動源として内燃機関及び電動機が搭載されたハイブリッド車両が知られている。また、このようなハイブリッド車両において、内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路中にクラッチペダルにて操作されるマニュアル式のクラッチ及び手動変速機が設けられ、電動機が手動変速機の出力軸と駆動輪との間に設けられた車両が知られている（特許文献１参照）。この特許文献１の車両では、電動機で車両を発進させる場合、クラッチペダルの操作量、アクセル開度、及び変速段に基づいて内燃機関で発進することを想定した駆動トルクを算出し、電動機からは算出した駆動トルクを出力している。また、アクセル開度が所定開度より大きくなった場合には内燃機関で車両を走行させる。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
特開２００９−２９２３１３号公報 特開２０１０−１８４５３５号公報
特許文献１の車両では、電動機で車両を発進させる場合、クラッチペダルの操作時に内燃機関の振動の変化や回転数の低下等が生じないため、運転者が誤ってアクセルペダルを大きく踏み込む可能性がある。この場合、アクセル開度が所定開度より大きくなり内燃機関が始動される可能性がある。このように特許文献１の車両では、不必要に内燃機関が始動され、燃費が悪化するおそれがある。
そこで、本発明は、不必要な内燃機関の始動を抑制でき、燃費を向上させることが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
本発明の制御装置は、走行用駆動源として内燃機関及び電動機が搭載され、前記電動機が、クラッチペダルにて操作可能かつ前記電動機と駆動輪との間の動力伝達を遮断可能な第１クラッチを介して前記駆動輪と接続され、前記内燃機関が、前記内燃機関と前記電動機との間の動力伝達を遮断可能な第２クラッチを介して前記電動機と接続され、前記内燃機関を停止させるとともに、前記第２クラッチにて前記内燃機関と前記電動機との間の動力伝達を遮断し、前記電動機で前記駆動輪を駆動するＥＶ走行モードを実行可能なハイブリッド車両に適用される制御装置において、前記ＥＶ走行モードの実行中に、前記車両のアクセル開度に基づいて前記車両に要求されている要求トルクを取得するとともに、前記クラッチペダルの操作量に基づいて前記第１クラッチを介して伝達されるべき要求伝達トルクを取得するトルク取得手段と、前記要求トルクが前記要求伝達トルクより大きい場合には前記要求伝達トルクを要求値に設定し、前記要求トルクが前記要求伝達トルク以下の場合には前記要求トルクを要求値に設定する要求値設定手段と、前記要求値設定手段が設定した前記要求値が予め設定した所定の判定値より大きい場合に、前記内燃機関を始動する始動制御手段と、を備え、前記トルク取得手段は、前記アクセル開度がゼロの場合には前記要求トルクが所定の値になり、前記アクセル開度が大きくなるほど前記要求トルクが大きくなるように前記要求トルクを取得し、前記クラッチペダルの操作量が所定量未満の場合には前記要求伝達トルクが所定値になり、前記クラッチペダルの操作量が前記第１クラッチが前記電動機と前記駆動輪との間の動力伝達を遮断する解放状態になる操作量に達した場合に前記要求伝達トルクがゼロになるように、前記クラッチペダルの操作量が大きくなるほど前記要求伝達トルクが前記所定値から漸次小さくなるように前記要求伝達トルクを取得する（請求項１）。
本発明の制御装置では、アクセル開度に基づいて要求トルクを取得するとともに、クラッチペダルの操作量に基づいて要求伝達トルクを取得する。これらはいずれも運転者が車両に対して要求しているトルクである。そして、これらのうちで小さい方のトルクを要求値に設定し、その要求値が判定値より大きい場合に内燃機関を始動する。そのため、例えば、運転者がクラッチペダルを踏み込んだまま誤ってアクセルペダルを踏み込んでしまっても要求伝達トルクが判定値以下であれば内燃機関が始動することを防止できる。従って、不必要な内燃機関の始動を抑制でき、燃費を向上させることができる。
本発明の制御装置の一形態において、入力軸と、出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に介在し、かつ互いに異なる変速比が設定された複数の変速段と、を有し、シフトレバーの操作にて前記入力軸と前記出力軸との間の回転伝達に用いられる変速段を変更可能、かつ前記入力軸と前記出力軸との間の動力伝達が遮断されるニュートラル状態に切り替え可能な手動変速機が、前記内燃機関と前記駆動輪との間の動力伝達経路中に設けられ、前記要求値設定手段は、前記手動変速機が前記ニュートラル状態の場合には、前記複数の変速段のうちのいずれかの変速段が選択されている場合と比較して、前記要求値が小さくなるように前記要求値を補正する補正手段を備えていてもよい（請求項２）。一般的に手動変速機がニュートラル状態の場合には、運転者が車両に対してトルクを要求していないと考えられる。この形態では、このような場合に要求値を小さくするので、内燃機関が始動し難くなる。そのため、不必要な内燃機関の始動を抑制できる。
以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、アクセル開度に基づいて取得した要求トルク及びクラッチペダルの操作量に基づいて取得した要求伝達トルクのうちで小さい方のトルクが判定値より大きい場合に内燃機関を始動するので、不必要な内燃機関の始動を抑制できる。そのため、燃費を向上させることができる。
本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両の要部を概略的に示す図。 車両制御装置が実行する始動制御ルーチンを示すフローチャート。 アクセル開度と要求トルクとの関係の一例を示す図。 クラッチペダルの踏み込み量と要求伝達トルクの関係の一例を示す図。 本発明の制御装置が適用される車両と共通部分を有する参考例の車両の要部を概略的に示す図。
図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両の要部を概略的に示している。この車両１Ａには、走行用駆動源として内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）２及び電動機としてのモータ・ジェネレータ（以下、ＭＧと略称することがある。）３が搭載されている。すなわち、この車両１Ａはハイブリッド車両として構成されている。エンジン２は、ハイブリッド車両に搭載される周知の火花点火式内燃機関である。ＭＧ３は、ハイブリッド車両に搭載されて電動機及び発電機として機能する周知のモータ・ジェネレータである。
また、車両１Ａには手動変速機（以下、変速機と略称することがある。）１０が搭載されている。変速機１０は、前進１速〜５速及び後進の変速段を有する手動変速機として構成されている。変速機１０は、入力軸１１及び出力軸１２を備えている。入力軸１１と出力軸１２との間には、１速〜５速に対応するギヤ対（不図示）が設けられている。各ギヤ対には互いに異なる変速比が設定されている。変速比は、１速のギヤ対、２速のギヤ対、３速のギヤ対、４速のギヤ対、５速のギヤ対の順に小さい。変速機１０は、これらのギヤ対のうちのいずれか１つのギヤ対による回転伝達が選択的に成立するように構成されている。変速機１０は、運転者が操作するシフトレバー１３を備えている。この変速機１０では、運転者がシフトレバー１３を操作することにより入力軸１１と出力軸１２との間の回転伝達に用いられるギヤ対が切り替わって変速段が切り替わる。また、変速機１０は、入力軸１１と出力軸１２との間の回転伝達が遮断されるニュートラル状態に切り替え可能に構成されている。変速機１０は、シフトレバー１３がニュートラル位置に操作された場合に、ニュートラル状態に切り替わる。変速機１０の構造は、車両に搭載される周知の手動変速機と同じでよい。そのため、詳細な説明は省略する。
変速機１０の入力軸１１は、第１クラッチ２０を介してＭＧ３のロータ軸３ａと接続されている。第１クラッチ２０は、周知の摩擦クラッチである。第１クラッチ２０は、入力軸１１とロータ軸３ａとが一体に回転する完全係合状態と、入力軸１１とロータ軸３ａとが切り離される解放状態とに切り替え可能に構成されている。また、第１クラッチ２０は、ロータ軸３ａと入力軸１１とが異なる回転数で回転しつつこれらの間で動力が伝達される状態、いわゆる半クラッチに切り替えることもできる。第１クラッチ２０はクラッチペダルＣＰにて操作される。第１クラッチ２０は、クラッチペダルＣＰが踏まれた場合に解放状態に切り替わり、クラッチペダルＣＰの踏み込みが解除された場合に完全係合状態に切り替わる。そして、クラッチペダルＣＰが途中まで踏み込まれている場合に第１クラッチ２０は半クラッチに切り替わる。なお、このクラッチペダルＣＰと第１クラッチ２０の状態との関係は周知のマニュアル式のクラッチと同じである。そのため、詳細な説明は省略する。
ＭＧ３のロータ軸３ａは、第２クラッチ２１を介してエンジン２の出力軸２ａと接続されている。第２クラッチ２１も周知の摩擦クラッチである。第２クラッチ２１は、出力軸２ａとロータ軸３ａとが一体に回転する係合状態と、出力軸２ａとロータ軸３ａとが切り離される解放状態とに切り替え可能に構成されている。第２クラッチ２１には、第２クラッチ２１の状態を切り替えるためのアクチュエータ２１ａが設けられている。このように第２クラッチ２１は自動クラッチとして構成されている。
変速機１０の出力軸１２は、デファレンシャル機構４と接続されている。デファレンシャル機構４は、入力された動力を左右の駆動輪５に分配する周知の機構である。なお、この図では一方の駆動輪５のみを示す。
エンジン２、ＭＧ３及び第２クラッチ２１の動作は、車両制御装置３０にて制御される。車両制御装置３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。車両制御装置３０は、車両１Ａを適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。車両制御装置３０は、これらのプログラムを実行することによりエンジン２及びＭＧ３等の制御対象に対する制御を行っている。車両制御装置３０には、車両１Ａに係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。車両制御装置３０には、例えばアクセル開度センサ３１、クラッチペダルセンサ３２、及びシフトレバーセンサ３３等が接続されている。アクセル開度センサ３１は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度に対応した信号を出力する。クラッチペダルセンサ３２は、クラッチペダルＣＰの踏み込み量（操作量）に対応した信号を出力する。シフトレバーセンサ３３は、シフトレバー１３がある位置に応じた信号を出力する。この他にも車両制御装置３０には種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。
この車両１Ａでは、エンジン２、ＭＧ３及び第２クラッチ２１の動作を制御することにより複数の走行モードが実現される。複数の走行モードとしては、ＥＶ走行モード及びエンジン走行モード等が設定されている。ＥＶ走行モードでは、第２クラッチ２１が解放状態に切り替えられ、エンジン２が止められる。そして、ＭＧ３で駆動輪５が駆動される。エンジン走行モードでは、第２クラッチ２１が係合状態に切り替えられる。そして、主にエンジン２で駆動輪５が駆動される。なお、各走行モードは、車両１Ａの走行中に限らず停車中も実行される。そのため、停車中にＥＶ走行モードが実行されている場合には車両１ＡをＭＧ３で発進させる。一方、停車中にエンジン走行モードが実行されている場合には車両１Ａを主にエンジン２で発進させる。
車両制御装置３０は、運転者が車両１Ａに要求する駆動力等に応じて走行モードを切り替える。例えば、車両制御装置３０はアクセル開度が予め設定した所定の判定開度未満の場合には走行モードをＥＶ走行モードに切り替え、アクセル開度が判定開度以上の場合には走行モードをエンジン走行モードに切り替える。
ＥＶ走行モードからエンジン走行モードに切り替える場合には、エンジン２を始動する必要がある。図２は、ＥＶ走行モードの実行中におけるエンジン２の始動を制御するために車両制御装置３０が実行する始動制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、車両１Ａが走行しているか停止しているかに拘わらず所定の周期で繰り返し実行される。
この制御ルーチンにおいて、車両制御装置３０はまずステップＳ１１で車両１Ａの状態を取得する。車両１Ａの状態としては、例えばアクセル開度、クラッチペダルＣＰの踏み込み量、及び変速機１０の状態が取得される。なお、変速機１０の状態としては、ニュートラル状態又はいずれかの変速段が取得される。この変速機１０の状態は、シフトレバーセンサ３３の出力信号に基づいて取得すればよい。次のステップＳ１２において車両制御装置３０は、走行モードがＥＶ走行モードであるか否か判定する。走行モードがエンジン走行モードと判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
一方、走行モードがＥＶ走行モードであると判定した場合はステップＳ１３に進み、車両制御装置３０はアクセル開度に基づいて運転者が車両１Ａに要求している要求トルクＴ１を算出する。図３は、アクセル開度と要求トルクＴ１との関係の一例を示している。この図に示したようにアクセル開度が大きいほど要求トルクＴ１は大きくなる。要求トルクＴ１は、この図に示した関係に基づいて算出すればよい。なお、この図に示した関係は、予め実験や数値計算等により求めて車両制御装置３０のＲＯＭにマップとして記憶させておけばよい。続くステップＳ１４において車両制御装置３０はクラッチペダルＣＰの踏み込み量に基づいて第１クラッチ２０を介して伝達されるべき要求伝達トルクＴ２を算出する。図４は、クラッチペダルＣＰの踏み込み量と要求伝達トルクＴ２の関係の一例を示している。この図に示したようにクラッチペダルＣＰの踏み込み量が大きいほど要求伝達トルクＴ２は小さくなる。そして、第１クラッチ２０が解放状態になる踏み込み量に達した場合に要求伝達トルクＴ２は０になる。要求伝達トルクＴ２は、この図に示した関係に基づいて算出すればよい。なお、この図に示した関係は、予め実験や数値計算等により求めて車両制御装置３０のＲＯＭにマップとして記憶させておけばよい。
次のステップＳ１５において車両制御装置３０は、要求トルクＴ１が要求伝達トルクＴ２より大きいか否か判定する。要求トルクＴ１が要求伝達トルクＴ２より大きいと判定した場合はステップＳ１６に進み、車両制御装置３０は要求値Ｔに要求伝達トルクＴ２を代入する。一方、要求トルクＴ１が要求伝達トルクＴ２以下と判定した場合はステップＳ１７に進み、車両制御装置３０は要求値Ｔに要求トルクＴ１を代入する。
要求値Ｔに要求トルクＴ１又は要求伝達トルクＴ２を代入した後はステップＳ１８に進み、車両制御装置３０は変速機１０がニュートラル状態か否か判定する。変速機１０がニュートラル状態と判定した場合はステップＳ１９に進み、車両制御装置３０は要求値Ｔの補正を実施する。この補正では、０．１等の要求値Ｔが小さくなる補正値を要求値Ｔに乗ずる。これにより要求値Ｔを小さくする。
要求値Ｔを補正した後又は変速機１０がニュートラル状態ではないと判定した場合はステップＳ２０に進み、車両制御装置３０は要求値Ｔが所定の判定値より大きいか否か判定する。この判定値は、エンジン２の始動の要否を判定する基準として設定される値である。判定値は、例えば車両１Ａの速度（車速）及びＭＧ３に接続されているバッテリの残量等に基づいて適宜に設定される。例えば、車速が高いほど、またバッテリの残量が少ないほど判定値には小さい値が設定される。要求値Ｔが判定値以下と判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
一方、要求値Ｔが判定値より大きいと判定した場合はステップＳ２１に進み、車両制御装置３０はエンジン始動制御を実行する。このエンジン始動制御では、エンジン２に設けられている始動モータ（不図示）を制御してエンジン２を始動する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
以上に説明したように、本発明では、アクセル開度に基づいて要求トルクＴ１を算出するとともに、クラッチペダルＣＰの踏み込み量に基づいて要求伝達トルクＴ２を算出する。これらはいずれも運転者が車両１Ａに対して要求しているトルクである。そして、これらのうちで小さい方のトルクが判定値より大きい場合に、エンジン２を始動する。そのため、例えば、運転者がクラッチペダルＣＰを踏み込んだまま誤ってアクセルペダルを踏み込んでしまっても要求伝達トルクＴ２が判定値以下であれば内燃機関が始動することを防止できる。従って、不必要なエンジン２の始動を抑制でき、燃費を向上させることができる。
また、本発明では、変速機１０がニュートラル状態の場合には、変速機１０が他の状態の場合、例えば１速〜５速になっている場合と比較して、要求値Ｔを小さくする。一般的に変速機１０がニュートラル状態の場合には、運転者が車両１Ａに対してトルクを要求していないと考えられる。そのため、このように要求値Ｔを小さく補正することにより、不必要なエンジン２の始動を抑制できる。
なお、上述した形態では、アクセル開度のみを用いて要求トルクＴ１を算出したが、算出方法はこの方法に限定されない。例えば、アクセル開度と車速、アクセル開度と変速機１０の入力軸１１の回転数、又はアクセル開度と変速段に基づいて要求トルクＴ１を算出してもよい。
車両１Ａにおいてエンジン２とＭＧ３との間に設けられる第２クラッチ２１は、摩擦クラッチに限定されない。例えば、電磁クラッチなど、エンジン２とＭＧ３とを連結したりその連結を解除したりすることが可能な種々のクラッチを使用できる。
上述した形態では、ＭＧ３が本発明の電動機に相当する。また、第１クラッチ２０が本発明のクラッチに相当し、第１クラッチ２０及び第２クラッチ２１が本発明の動力伝達制御手段に相当する。図２のステップＳ１３、Ｓ１４を実行することにより車両制御装置３０が本発明のトルク取得手段として機能する。図２のステップＳ１５〜Ｓ１７を実行することにより車両制御装置３０が本発明の要求値設定手段として機能する。図２のステップＳ２０、Ｓ２１を実行することにより車両制御装置３０が本発明の始動制御手段として機能する。図２のステップＳ１８、Ｓ１９を実行することにより車両制御装置３０が本発明の補正手段として機能する。
図５は、本発明が適用される車両と共通部分を有する参考例の車両を示している。なお、図５において図１と共通の部分には、同一の符号を付して説明を省略する。この図に示すようにこの車両１Ｂでは、エンジン２の出力軸２ａと変速機１０の入力軸１１とがクラッチ４０を介して接続されている。クラッチ４０には、クラッチ４０の状態を切り替えるためのアクチュエータ４０ａが設けられている。クラッチ４０は車両１Ａの第２クラッチ２１と同様に構成されている。変速機１０の出力軸１２はＭＧ３のロータ軸３ａと一体回転するように接続されている。また、ＭＧ３のロータ軸３ａはデファレンシャル機構４とも接続されている。この車両１Ｂでは、車両制御装置３０がクラッチペダルセンサ３３の出力信号に応じてアクチュエータ４０ａを制御する。そのため、クラッチ４０もクラッチペダルＣＰの踏み込み操作にて動作する。ただし、車両制御装置３０は、走行モードがＥＶ走行モードの場合にはエンジン２と駆動輪５との間の動力伝達が遮断されるようにクラッチ４０を解放状態に切り替える。
このような車両１Ｂでも、上述した形態と同様に車両制御装置３０が図２の始動制御ルーチンを実行することにより、不必要なエンジン２の始動を抑制できる。そのため、燃費を向上させることができる。
本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される車両の変速機は前進の最高段が５速の変速機に限定されない。変速機の前進の最高段は３速、４速又は６速以上であってもよい。また、本発明が適用されるハイブリッド車両には、モータ・ジェネレータの代わりに電動機が設けられていてもよい。
１Ａ、１Ｂ 車両
２ 内燃機関
３ モータ・ジェネレータ（電動機）
５ 駆動輪
１０ 手動変速機
１１ 入力軸
１２ 出力軸
１３ シフトレバー
２０ 第１クラッチ（動力伝達制御手段）
２１ 第２クラッチ（動力伝達制御手段）
３０ 車両制御装置（トルク取得手段、要求値設定手段、始動制御手段、補正手段）
４０ クラッチ（動力伝達制御手段）
ＣＰ クラッチペダル
Ｔ１ 要求トルク
Ｔ２ 要求伝達トルク
Ｔ 要求値

Claims (2)

  1. 走行用駆動源として内燃機関及び電動機が搭載され、
    前記電動機が、クラッチペダルにて操作可能かつ前記電動機と駆動輪との間の動力伝達を遮断可能な第１クラッチを介して前記駆動輪と接続され、
    前記内燃機関が、前記内燃機関と前記電動機との間の動力伝達を遮断可能な第２クラッチを介して前記電動機と接続され、
    前記内燃機関を停止させるとともに、前記第２クラッチにて前記内燃機関と前記電動機との間の動力伝達を遮断し、前記電動機で前記駆動輪を駆動するＥＶ走行モードを実行可能なハイブリッド車両に適用される制御装置において、
    前記ＥＶ走行モードの実行中に、前記車両のアクセル開度に基づいて前記車両に要求されている要求トルクを取得するとともに、前記クラッチペダルの操作量に基づいて前記第１クラッチを介して伝達されるべき要求伝達トルクを取得するトルク取得手段と、
    前記要求トルクが前記要求伝達トルクより大きい場合には前記要求伝達トルクを要求値に設定し、前記要求トルクが前記要求伝達トルク以下の場合には前記要求トルクを要求値に設定する要求値設定手段と、
    前記要求値設定手段が設定した前記要求値が予め設定した所定の判定値より大きい場合に、前記内燃機関を始動する始動制御手段と、を備え、
    前記トルク取得手段は、
    前記アクセル開度がゼロの場合には前記要求トルクが所定の値になり、前記アクセル開度が大きくなるほど前記要求トルクが大きくなるように前記要求トルクを取得し、
    前記クラッチペダルの操作量が所定量未満の場合には前記要求伝達トルクが所定値になり、前記クラッチペダルの操作量が前記第１クラッチが前記電動機と前記駆動輪との間の動力伝達を遮断する解放状態になる操作量に達した場合に前記要求伝達トルクがゼロになるように、前記クラッチペダルの操作量が大きくなるほど前記要求伝達トルクが前記所定値から漸次小さくなるように前記要求伝達トルクを取得する制御装置。
  2. 入力軸と、出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に介在し、かつ互いに異なる変速比が設定された複数の変速段と、を有し、シフトレバーの操作にて前記入力軸と前記出力軸との間の回転伝達に用いられる変速段を変更可能、かつ前記入力軸と前記出力軸との間の動力伝達が遮断されるニュートラル状態に切り替え可能な手動変速機が、前記内燃機関と前記駆動輪との間の動力伝達経路中に設けられ、
    前記要求値設定手段は、前記手動変速機が前記ニュートラル状態の場合には、前記複数の変速段のうちのいずれかの変速段が選択されている場合と比較して、前記要求値が小さくなるように前記要求値を補正する補正手段を備えている請求項１に記載の制御装置。
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