DE60033160T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Assistieren des Fahrers eines Fahrzeugs - Google Patents
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Description
- Bereich der Technik
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Geschwindigkeitsprofils für eine Fahrtstrecke. Ein derartiges Geschwindigkeitsprofil kann von einem Fahrzeugsteuerungssystem verwendet werden, um regelmäßig einen momentanen Geschwindigkeitssollwert abzulesen.
- Allgemeiner Stand der Technik
- Ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus EPO 693 4111 bekannt. Die automatische Steuerung von Fahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, wie z.B. Bussen, wurde mit der Zielstellung untersucht, die Emission aus den Fahrzeugen und den Energieverbrauch zu minimieren. In dem Beitrag mit dem Titel "Control strategies for an electric Hybrid bus adapted to a specific route" von Jan Andersson, Roger Axelsson und Bengt Jacobsson, der auf der AVEC1998 vorgestellt wurde, wurde das Konzept des "Assistenten" eingeführt. Dieser "Assistent", der einen Teil des Steuerungssystems des Fahrzeuges bildet, berechnet ein geeignetes Geschwindigkeitsprofil auf Basis der geplanten Fahrtroute des Fahrzeugs, d.h. die Geschwindigkeit, die das Fahrzeug zu jedem Zeitpunkt der Fahrt einhalten sollte. Der Assistent empfängt regelmäßig Daten zur Geschwindigkeit und zum Standort des Fahrzeugs sowie zur momentanen Zeit, um das Geschwindigkeitsprofil zu aktualisieren.
- Dieses Geschwindigkeitsprofil wird den Fahrer dann im Hinblick auf das Erreichen einer gleichmäßigeren Fahrweise und damit eines optimaleren Energieverbrauchs und Emissionspegels beeinflussen. In dem oben erwähnten Beitrag beeinflusst der Assistent das Steuerungssystem für den Fahrzeugmotor unmittelbar. Die Maßnahmen des Fahrers beim Herunterdrücken oder Freigeben des Gaspedals und des Bremspedals werden als Eingabesignale für den Assistenten angesehen, der somit als eine Art Filter wirkt.
- Aufgaben der Erfindung
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Unterstützen eines Fahrers von einem Fahrzeugs, wie z.B. einem Bus, um einen gleichmäßigeren Fahrstil mit geringeren Emissionspegeln und einem geringeren Kraftstoffverbrauch zu fördern.
- Kurzdarstellung der Erfindung
- Diese und andere Aufgaben werden mit einem Verfahren zur Bestimmung eines Geschwindigkeitsprofils für eine Fahrtstrecke gelöst, die in Abschnitte unterteilt ist, wobei das Geschwindigkeitsprofil eine Beziehung zwischen einem Geschwindigkeitssollwert und dem Standort umfasst. Das Verfahren umfasst die Erzeugung eines ersten Profils, indem jedem Abschnitt eine maximale angemessene Geschwindigkeitsstufe zugeordnet wird, wobei Unstetigkeiten, die zwischen den Abschnitten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auftreten, geglättet werden, indem die Zeit berechnet wird, die zum Durchfahren der Fahrtstrecke entsprechend dem festgelegten Profil erforderlich ist, und diese Zeit mit einer vorherbestimmten Zeit verglichen wird. Ist die berechnete Zeit kleiner als die vorherbestimmte Zeit, dann werden die Geschwindigkeitsstufen im Profil verringert, bis die Zeiten im Wesentlichen zusammenfallen.
- Gemäß einer ersten Ausführungsform werden die Geschwindigkeitsstufen herabgesetzt, indem das gesamte Geschwindigkeitsprofil mit einem Skalenfaktor multipliziert wird, wodurch sich die Maximalgeschwindigkeit in allen Abschnitten proportional verringert.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Geschwindigkeitsstufen herabgesetzt, indem eine maximal zulässige Geschwindigkeit eingeführt und eine beliebige Geschwindigkeitsstufe, die größer ist als die maximal zulässige Geschwindigkeit, durch die maximal zulässige Geschwindigkeit ersetzt wird.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
- Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden ausführlicher mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die als Beispiele die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen.
-
1 zeigt allgemein ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug, das mit einer Steuerungsvorrichtung ausgestattet ist. -
2 zeigt ein Flussdiagramm für einen Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
3 zeigt ein Geschwindigkeitsprofil. -
4 und5 zeigen das Geschwindigkeitsprofil in3 , das angepasst ist, um einen Fahrplan einzuhalten. -
6 zeigt schematisch, wie eine Pedalkennlinie mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung abgeändert wird. - Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
- Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform der Erfindung, welche nur als ein Beispiel angesehen werden sollte, betrifft eine Anwendung in einem Bus mit einem automatischen Getriebe, der nach einem speziellen Fahrplan einer Fahrtroute mit verschiedenen Bushaltestellen folgt. Die Erfindung kann natürlich mit Erfolg bei vielen anderen Gegebenheiten verwendet werden.
-
1 zeigt schematisch, wie der Motor und das Bremssystem des Busses1 durch ein oder mehrere Steuerungssysteme2 gesteuert werden, die durch Anweisungen vom Fahrer4 über das Gas- und Bremspedal3 beeinflusst werden. Ist das Fahrzeug vom Hybridtyp, dann umfasst das Bremssystem Mittel, wie z.B. einen Generator, um die Bremsenergie auszunutzen. Erfindungsgemäß ist auch eine Vorrichtung eingerichtet, die als ein Assistent5 bezeichnet wird, um die Pedale über einen Regler6 zu beeinflussen. Der Assistent5 umfasst eine Datenbank7 , die gemäß nachfolgender Beschreibung Daten und die Mittel8 enthält, um das Geschwindigkeitsprofil zu bestimmen. Der Assistent enthält auch eine Speichereinheit9 . Der Regler6 , der aus einer im Wesentlichen bekannten Hardware oder Software besteht, ist eingerichtet, die Signale vom Assistenten5 in Auslenkungen der Pedale3 umzuwandeln. - Die Aufgabe des Assistenten
5 ist es, zu bestimmen, wie das Fahrzeug von seinem momentanen Standort zum nächsten Halt, d.h. einer Bushaltestelle, zu fahren ist. In2 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das anzeigt, wie der Assistent arbeitet. Die Eingangsdaten bei jedem Aufruf sind Standort, Zeit und Geschwindigkeit. Das Ergebnis eines jeden Aufrufs ist ein Geschwindigkeitsprofil, das beschreibt, wie das Fahrzeug bis zum nächsten geplanten Halt zu fahren ist. Das Geschwindigkeitsprofil umfasst eine Beziehung zwischen dem Geschwindigkeitssollwert und dem Standort, die natürlich durch eine einfache Mathematik in eine Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Zeit umgewandelt werden kann. Das in2 dargestellte Programm wird während der Fahrt regelmäßig aufgerufen, weil unvorhergesehene Ereignisse, wie z.B. rote Ampeln oder plötzliches Abbremsen, eine Anpassung des Geschwindigkeitsprofils notwendig machen können. - Die Datenbank
7 enthält Informationen, welche eine Unterteilung der einschlägigen Fahrtroute in verschiedene Abschnitte betreffen, von denen jedes zum Beispiel eine Länge von 10-100 m aufweist, und sie betreffen eine maximale angemessene Geschwindigkeit entlang eines jeden Abschnitts. Eine Vielzahl von Faktoren, wie z.B. Geschwindigkeitsbeschränkungen, Qualität der Straßen, Fußgängerübergänge, Kreuzungen usw. werden in Betracht gezogen, wenn die maximale angemessene Geschwindigkeit entlang eines jeden Abschnitts festgelegt wird. - Die Datenbank
7 enthält auch Informationen bezüglich der mit einem jeden Abschnitt verbundenen Faktoren, welche die Beschleunigung beeinflussen, wie z.B. Steigungen und Kurven. Die Datenbank7 enthält auch Informationen dazu, wo auf der Fahrtroute geplante Haltepunkte, wie z.B. Bushaltestellen, liegen, ebenso wie Fahrplaninformationen. - Alle diese Informationen, die gänzlich unabhängig vom Fahrzeug sind, können vorzugsweise von einer (nicht dargestellten) zentralen Datenbank bereitgestellt und regelmäßig aktualisiert werden. Alle Fahrzeuge, welche entlang derselben Fahrtroute verkehren, haben deshalb Zugriff auf dieselben Informationen, und ein Fahrzeug, das seine Fahrtroute verändert, kann mit neuen Informationen auf den neuesten Stand gebracht werden. Das Aktualisieren dieses Typs kann unter Verwendung bekannter Techniken, z.B. der drahtlosen Übermittlung mit geeigneten Kommunikationsprotokollen, leicht ausgeführt werden.
- Die Datenbank
7 enthält auch Informationen über eine Vielzahl von Faktoren, die für ein Fahrzeug spezifisch sind, wie z.B. Gewicht, Leistungsübertragung, Massenträgheiten, Motorleistung usw.. Diese Informationen sind somit dieselben unabhängig von der Fahrtroute, die das Fahrzeug zu einer bestimmten Zeit durchfährt. Verschiedene Faktoren, wie z.B. die den Motor betreffenden Faktoren, werden zum Beispiel nur in Verbindung mit Instandsetzung und Wartung aktualisiert, wohingegen andere Faktoren, wie z.B. das Gewicht, während der Fahrtverlaufs zum Beispiel durch die Anzahl der beförderten Fahrgäste beeinflusst werden kann. Der Ausführlichkeitsgrad in diesem letzteren Informationstyp ist im Prinzip nur durch das Informationssystem des Fahrzeuges beschränkt. - Der erste Schritt
10 kennzeichnet den Programmaufruf mit den Parametern Zeit, Standort und Geschwindigkeit. Diese Parameter werden aus dem inneren Informationssystem des Fahrzeugs abgerufen, welches geeignet mit einer gewissen Form eines Standortbestimmungssystems, z.B. GPS, ausgestattet ist. Informationssysteme dieses Typs sind allgemein bekannt und werden in allen Fahrzeugtypen zunehmend gebräuchlicher. - Im nächsten Schritt
11 werden die Informationen, welche die angemessenen Maximalgeschwindigkeiten auf der in Frage kommenden Fahrtroute betreffen, abgerufen. - Auf Basis dieser Informationen wird im Schritt
12 das erste Geschwindigkeitsprofil bestimmt, wobei dieses durch das Fahrzeug festgelegt wird, das entlang eines jeden Straßenabschnitts die höchste angemessene Geschwindigkeit einhält. Dieses Geschwindigkeitsprofil ist als Beispiel in3 für eine abzufahrende Strecke dargestellt. Da es nicht möglich ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeuges plötzlich zu verändern, wie in3 angezeigt ist, führt die Programmsteuerung in den Schritten13 -15 eine Anpassung des ersten Geschwindigkeitsprofils an die tatsächliche Beschleunigungssituation aus. - Im Schritt
13 werden die oben erwähnten beschleunigungsbezogenen Faktoren, die mit jedem Straßenabschnitt verknüpft sind, und im Schritt14 die fahrzeugbezogenen Faktoren aus der Datenbank abgerufen. Im Schritt15 wird dann die Berechnung ausgeführt, um zu bestimmen, wie die Geschwindigkeit zwischen den verschiedenen Abschnitten verändert werden kann. - Der Algorithmus im Schritt
15 kann Informationen über mehrere Abschnitte im Voraus verwerten, um besser mit dem ursprünglichen Geschwindigkeitsprofil übereinzustimmen. Auf eine Abnahme der Geschwindigkeit zwischen zwei Abschnitten könnte zum Beispiel eine weitere, bedeutendere Abnahme der Geschwindigkeit folgen. In diesem Falle könnte es notwendig sein, die Zwischengeschwindigkeitsstufe vollständig wegzulassen, um so ein rechtzeitiges Bremsen auf die niedrigste Stufe zu ermöglichen. - Im Schritt
16 wurde deshalb ein etwas gleichförmigeres Geschwindigkeitsprofil erhalten, und es wird die Fahrzeit berechnet, die zu diesem Profil gehört, und sie wird im Schritt17 mit dem Fahrplan verglichen, der aus der Datenbank7 ausgelesen wird. Wenn jedoch das Fahrzeug dem ersten Geschwindigkeitsprofil folgt, dann würde die Fahrzeit normalerweise viel zu kurz sein, und es wird deshalb gewöhnlich ein Algorithmus benötigt, der die Geschwindigkeit auf eine systematische Weise verringert, so dass die angegebene Fahrzeit eingehalten wird. Nach der Verringerung einer oder mehrerer Geschwindigkeitsstufen im Profil im Schritt18 werden die Schritte13 -15 wiederholt, und das Verfahren wird wiederholt, bis im Schritt17 die Fahrzeit gut mit der im Fahrplan angegebenen Zeit übereinstimmt. - Die oben erwähnte Geschwindigkeitsverringerung kann auf vielen Wegen erreicht werden, die an sich bekannt sind, und es werden hier als Beispiel nur zwei bevorzugte Verfahren dargestellt.
- Ein erstes Verfahren schließt ein Multiplizieren des gesamten Geschwindigkeitsprofils mit einem Skalenfaktor ein, wodurch die Maximalgeschwindigkeit in allen Abschnitten proportional verringert wird. Der Skalenfaktor wird durch die Iteration der Schritte
13 -15 bestimmt, welche ein Geschwindigkeitsprofil ergibt, das den Fahrplan zufriedenstellend erfüllt. Das Ergebnis, das durch Verschieben des Skalenfaktors und Ausgleichen des Geschwindigkeitsprofils in3 erhalten wurde, ist in4 dargestellt. - Ein zweites Verfahren schließt das Einführen einer neuen maximal zulässigen Geschwindigkeit und die Anpassung des Geschwindigkeitsprofils an diese ein. In jedem Abschnitt, der eine maximale angemessene Geschwindigkeit aufweist, die größer ist als die eingeführte maximal zulässige Geschwindigkeit, wird die Geschwindigkeit auf die letztere herabgesetzt. Die maximal zulässige Geschwindigkeit, welche den Fahrplan zufriedenstellend erfüllt, wird durch Iteration der Schritte
13 bis15 bestimmt. Das Ergebnis eines derartigen Beschränkens und Ausgleichens des Geschwindigkeitsprofils in3 ist in5 dargestellt. - Nach dem Schritt
18 ist ein Geschwindigkeitsprofil bestimmt worden, das die Strecke von dem momentanen Standort zum nächsten Halt erfasst und das sicherstellt, dass das Fahrzeug den Fahrplan so gut wie möglich einhält. - Ist etwas vorgefallen, dass ein Eintreffen an der Bushaltestelle zur festgelegten Zeit vom momentanen Standort aus verhindert, dann wird das vom Assistenten bei dem ersten Vergleich im Schritt
17 sofort entdeckt. Beispiele für solche Vorfälle sind Verkehrsstaus, ungewöhnlich viele rote Ampeln oder andere Verkehrsstörungen. Der Fahrer kann von der erwarteten Verspätung in Kenntnis gesetzt werden, und es kann auch eine Nachricht an ein Verkehrsinformationssystem gesendet werden. - Das auf diese Weise bestimmte Geschwindigkeitsprofil wird im Schritt
19 in der Speichereinheit7 gespeichert, und jedes Mal, wenn das Geschwindigkeitsprofil aktualisiert wird (nach jedem Aufruf des Programms in2 ), wird ein neues Geschwindigkeitsprofil gespeichert. - Ist der Assistent in Form von Software oder programmierten integrierten Schaltungen implementiert, dann kann das Programm in
2 sofort ausgeführt werden. Ein verhältnismäßig häufiges Aufrufen des Programms, z.B. jede Sekunde, stellt somit keine Belastung des Fahrzeugsteuerungssystems dar. Das Risiko plötzlicher Veränderungen, die zu größere Veränderungen in aufeinander folgenden Geschwindigkeitsprofilen führen, wird deshalb minimiert. Es kann gesagt werden, dass das Fahrzeug nicht unnötig einem ungenauen Geschwindigkeitsprofil folgt. - Der Regler
6 liest kontinuierlich einen momentanen Geschwindigkeitssollwert aus dem neuesten Geschwindigkeitsprofil aus, das durch den Assistenten5 in der Speichereinheit7 gespeichert wurde, und er vergleicht diesen mit der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, welche in den Regler rückgekoppelt wird. Das Steuerungssystem der Maschine und das Bremssystem werden dann entsprechend dieser Differenz beeinflusst. Was die Geschwindigkeitszunahme anbelangt, so funktioniert der Regler auf ungefähr die gleiche Weise wie die äquivalente Software in einem Tempomat, welcher die Geschwindigkeitszunahme in Übereinstimmung mit einer Geschwindigkeit regelt, die vom Fahrer vorgeschrieben ist. Der Regler funktioniert bezüglich des Bremsens entsprechend, aber mit unterschiedlichen Steuerungsalgorithmen wegen des unterschiedlichen physikalischen Vorgangs. - Gemäß einer Ausführungsform wird der Geschwindigkeitssollwert in einen Sollwert für die Stellung des Pedals und die Bremskraft umgewandelt, und dabei sind zwei Schritte zweckmäßig. Der erste Schritt erzeugt auf der Basis des Geschwindigkeitssollwerts bezogen auf die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen Sollwert bezüglich der Beschleunigung (positiv oder negativ). Durch Fachleute können mehrere unterschiedliche mögliche Steuerungsstrategien realisiert werden. Der Beschleunigungssollwert wird dann in einen Sollwert für die Geschwindigkeitszunahme oder das Bremsen umgewandelt, abhängig davon, ob der Beschleunigungssollwert positiv (Beschleunigung) oder negativ (Verzögerung) ist. Der Sollwert bezüglich der Geschwindigkeitszunahme, welcher das Gaspedal steuern soll, wird als eine Pedalstellung ausgedrückt, und der Sollwert bezüglich der Verzögerung, welcher das Bremspedal steuern soll, wird als eine Bremskraft ausgedrückt.
- Der Regler steuert auch die Aktoren, z.B. Schrittmotoren (nicht dargestellt), welche das Gaspedal oder das Bremspedal
3 des Fahrzeuges in Bezug auf die Steuerung des Motors und des Bremssystems direkt beeinflussen. Es kann gesagt werden, dass die Aktoren die Pedale betätigen, um den Einfluss zu reproduzieren, den der Regler auf den Motor und das Bremssystem ausübt. Wenn ein Fahrzeug, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet ist, keinem äußeren Einfluss unterworfen ist, dann werden die Pedale3 sich so bewegen, als ob ein optimal fahrender "Geisterfahrer" sie betätigte. - Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung steuert der Regler den Motor und das Bremssystem des Fahrzeugs nur über ein direktes Betätigen des Gaspedals und des Bremspedals. Der "Geisterfahrer"-Effekt ist dann sogar noch offensichtlicher.
- Der Fahrer ist in der Lage, die durch den Assistenten gesteuerten Pedale zu übersteuern, indem er an einem der Pedale
3 mit dem Fuß einen Druck ausübt, der über einem vorgegebenen Grenzwert liegt. Dem Fahrer ist ein Übersteuern des Aktoreinflusses nur erlaubt, wenn auf eines der Pedale eine Kraft ausgeübt wird, die größer als der vorgegebene Grenzwert ist. - Jedes Pedal kann zum Beispiel mit einem Federmittel
20 versehen sein, welches den Fahrer zwingt, das Pedal zuerst eine Strecke gegen die Federwirkung zu bewegen, bevor die Bewegung das Kontrollsystem (Geschwindigkeitszunahme oder Verzögerung) des Fahrzeuges beeinflusst. - In einem einfachen Beispiel besteht das Federmittel
20 aus einer Schraubenfeder oder dergleichen, die zwischen der Fußauftrittplatte des Pedals und dem Anschlussarm des Steuerungssystems des Fahrzeugs (siehe6 ) angeordnet ist. Ein (nicht dargestellter) Sensor kann angeordnet sein, um zu erkennen, wann die Fußplatte um eine bestimmte Strecke bewegt worden ist, und er kann ein Signal zum Abschalten des Aktors ausgeben, wenn es angebracht ist, wodurch die Pedale gänzlich aus dem Einfluss des Assistenten entlassen oder zumindest die Kraft verringert wird, die vom Aktor ausgeübt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Anbringen eines piezoelektrischen Elements an jedem Pedal, welches den Druck erfasst, den der Fahrer auf das Pedal ausübt. Ist der Druck ausreichend hoch, dann werden die Aktoren übersteuert, wie oben beschrieben ist. - Es kann ein Mittel vorgesehen sein, dass es dem Fahrer ermöglicht, den Assistenten vor der bevorstehenden Beeinflussung durch z.B. ein Hindernis auf der Straße zu warnen. Diese Einrichtung ermöglicht eine Form der "Vorwärtskopplung" der Steuerung und gibt dem Assistenten die Chance, das neue Hindernis beim nächsten Aufruf des Programms in
2 zu berücksichtigen. Dieses "Vorwärtskopplungs"-Mittel kann mehr oder weniger komplex sein, und es kann dem Fahrer zum Beispiel erlauben, eine Bewertung der Strecke zu dem Hindernis anzuzeigen. - Es wird verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zu beschränken ist. Verschiedene Abänderungen, die für einen Fachmann offensichtlich sind, sind im Geltungsbereich der angefügten Ansprüche ausführbar. Ein Fahrzeug kann zum Beispiel mit anderen Einrichtungen zum Steuern der Geschwindigkeitserhöhung und der Verzögerung ausgestattet sein. Außerdem sind die erwähnten Faktoren für die Bestimmung des Geschwindigkeitsprofils nur als Beispiele anzusehen. Verschiedene andere Faktoren können von Bedeutung sein.
Claims (3)
- Verfahren zum Bestimmen eines momentanen Sollwertes für die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mit dem: Erzeugen eines ersten Geschwindigkeitsprofils, indem jedem Abschnitt einer Fahrtstrecke eine maximale angemessene Geschwindigkeitsstufe zugeordnet wird, Glätten von Unstetigkeiten, die zwischen den Abschnitten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auftreten, Berechnen der Zeit, die für das Abfahren der Fahrtstrecke gemäß dem ermittelten Profil benötigt wird, Vergleichen dieser Zeit mit einer vorherbestimmten Zeit, Herabsetzen der Geschwindigkeitsstufen in dem Profil, wenn die berechnete Zeit kleiner ist als die vorherbestimmte Zeit, bis die Zeiten im Wesentlichen übereinstimmen, gekennzeichnet durch das Festlegen eines Geschwindigkeitsprofils, das eine Beziehung zwischen einem Geschwindigkeitssollwert und dem Standort umfasst, Speichern des Geschwindigkeitsprofils und Aneignen des momentanen Geschwindigkeitssollwerts durch Abrufen des Geschwindigkeitsprofils.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeitsstufen durch Multiplizieren des gesamten Geschwindigkeitsprofils mit einem Skalenfaktor herabgesetzt werden, wodurch sich in allen Abschnitten die Maximalgeschwindigkeit proportional verringert.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeitsstufen durch Einführen einer maximal zulässigen Geschwindigkeit herabgesetzt werden und wobei jede Geschwindigkeitsstufe, die größer als die maximal zulässige Geschwindigkeit ist, durch die maximal zulässige Geschwindigkeit ersetzt wird.
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