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JP2003102105A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

電気自動車の制御装置

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JP2003102105A
JP2003102105A JP2001289615A JP2001289615A JP2003102105A JP 2003102105 A JP2003102105 A JP 2003102105A JP 2001289615 A JP2001289615 A JP 2001289615A JP 2001289615 A JP2001289615 A JP 2001289615A JP 2003102105 A JP2003102105 A JP 2003102105A
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vibration
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JP2001289615A
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Masaaki Nagai
正明 長井
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Subaru Corp
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Fuji Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車体振動を効果的に抑制することができる電
気自動車の制御装置を提供すること。 【解決手段】 アクセル操作量Aに応じて所定のトルク
指令値の演算および出力を行うトルク指令値演算手段3
1と、トルク指令値に応じて所定の電流指令値の演算お
よび出力を行う電流指令値演算手段32と、電動機へ入
力される入力電流を検出する電流検出手段と、電流指令
値に応じた電流を電動機に出力して電動機を制御する制
御手段33とを備える電気自動車の制御装置において、
入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否かを判定す
る振動判定手段34と、入力電流の振動が所定の振動状
態にあると判定された場合にトルク指令値または電流指
令値を所定値まで低減させる指令値低減手段とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車の制御
装置に関し、特に、車体振動を効果的に抑制することの
できる電気自動車の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、環境汚染や騒音の防止・抑制のた
めに、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内
燃機関で走行する自動車に代えて、電動機で走行する電
気自動車(ハイブリッド車を含む)の開発が進んでい
る。このような電気自動車の駆動源である電動機として
は、直流モータや交流モータが採用されており、中でも
回転子に永久磁石を使用した三相交流同期モータ(以
下、「同期モータ」という)は高効率であるため、電気
自動車用の電動機の主流とされている。
【0003】前記した同期モータを搭載した電気自動車
においては、車両に搭載したバッテリからの直流電流を
インバータで所定の交流電流に変換し、この交流電流に
よって同期モータを駆動して車両を走行させている。
【0004】この際には、アクセルペダルの操作量(以
下、「アクセル操作量」という)に応じて所定のトルク
指令値の演算および出力を行い、このトルク指令値に応
じて所定の電流指令値の演算および出力を行い、この電
流指令値に応じた電流を所定の制御手段によって制御し
つつインバータを介して同期モータに供給して同期モー
タを駆動制御しており、同期モータの出力トルクは、所
定のトルク指令値に応じて追従するようにオープンルー
プ制御される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したよ
うな電気自動車では、同期モータの出力軸からディファ
レンシャルギアおよびドライブシャフトを介して駆動輪
へと至るトルクの伝達系が、ドライブシャフトをバネ要
素とした「ねじれ共振系」を構成している。このため、
急発進時や急加速時のようにアクセルペダルを急激に踏
み込むと、制御手段によって同期モータの出力トルクが
これに追従するように制御されるが、この急激な出力ト
ルクの増加によって前記した「ねじれ共振系」が共振
し、車体振動が発生することがあった。
【0006】前記したような電気自動車の車体振動を抑
制するための従来の方法としては、(1)同期モータの
回転速度を検出し、この回転速度から同期モータの出力
トルク変動を推定し、この推定結果に基づいてトルク指
令値を補正することで、同期モータの出力トルクを抑制
するという方法や、(2)同期モータの回転速度を検出
し、この回転速度からトルク指令振動抑制成分を算出し
てトルク指令値を補正することで、同期モータの出力ト
ルクを抑制するという方法が提案されている。
【0007】前記したような振動抑制方法においては、
トルク指令値を定めるアクセル操作量と、トルク指令値
の補正のためにフィードバックする回転速度との対応関
係が安定していることが要求されるが、一般的に、自動
車のシステム特性は経時的に変化し、電気自動車におい
てはアクセル操作量と回転速度との対応関係も経時的に
変化するため、走行の初期段階においては振動抑制効果
を得ることができても、時間が経過すると充分にトルク
指令値を補正することができなくなる場合があった。こ
のようなシステムの経時変化に対応させるためには、き
わめて高度なチューニングが要求されるため、その実用
化のためには費用や手間がかかることとなっていた。
【0008】本発明の課題は、車体振動を効果的に抑制
することができる電気自動車の制御装置を提供すること
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項1記載の発明は、例えば図2および図4に
示したように、アクセル操作量に応じて所定のトルク指
令値の演算および出力を行うトルク指令値演算手段と、
前記トルク指令値に応じて所定の電流指令値の演算およ
び出力を行う電流指令値演算手段と、電動機へ入力され
る入力電流を検出する電流検出手段と、前記電流指令値
に応じた電流を前記電動機に出力することにより駆動手
段を介して前記電動機を駆動制御する駆動制御手段を備
える電気自動車の制御装置において、前記入力電流の振
動が所定の振動状態にあるか否かを判定する振動判定手
段と、前記入力電流の振動が所定の振動状態にあると判
定された場合に、トルク指令値または電流指令値を所定
値まで低減させる指令値低減手段とを備えることを特徴
とする。
【0010】請求項1記載の発明によれば、電動機へ入
力される入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否か
を判定する振動判定手段を備えており、この入力電流の
振動状態の変化と車体振動とは、後述するように一定の
対応関係があるため、入力電流の振動が所定の振動状態
にあるか否かを判定することによって、車体振動を効果
的に検出することができる。
【0011】すなわち、電動機の駆動制御システムにお
いては、モータの回転に同期させてステータコイルに回
転磁界を形成してモータを駆動させており、急発進時や
急加速時における「ねじれ共振系」の共振などによって
車体振動が生じると、電動機への入力電流の振動状態が
変化する。従って、電動機への入力電流の振動状態が所
定レベルに達したか否かを判定することによって、車体
振動を効果的に検出することができる。
【0012】また、請求項1記載の発明によれば、入力
電流の振動が所定の振動状態にあると判定された場合
に、トルク指令値または電流指令値を所定値まで低減さ
せる指令値低減手段とを備えるため、急発進時や急加速
時における「ねじれ共振系」の共振を抑制することがで
き、結果的に車体振動を抑制することができる。
【0013】請求項2記載の発明は、請求項1記載の電
気自動車の制御装置において、例えば図6に示すよう
に、前記振動判定手段は、前記入力電流の振幅が連続的
に所定値を超え、かつ、前記所定値を連続的に超えた回
数が所定回数を超えたか否かによって、前記入力電流の
振動が所定の振動状態にあるか否かを判定することを特
徴とする。
【0014】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の発明の奏する作用効果に加え、振動判定手段は、入
力電流の振幅が連続的に所定値を超え、かつ、連続的に
所定値を超えた回数が所定回数を超えたか否かによっ
て、入力電流の振動が所定の振動状態に達したか否かを
判定するため、入力電流の振動が所定の振動状態にある
か否か、ひいては、車体振動が発生したか否かを簡易か
つ正確に検出することができる。
【0015】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載の電気自動車の制御装置において、例えば、図4に
示すように、前記入力電流の振動が所定の振動状態にな
いと判定された場合に、前記指令値低減手段により低減
されたトルク指令値または電流指令値を漸次回復させる
指令値回復手段を備えることを特徴とする。
【0016】請求項3記載の発明によれば、請求項1ま
たは2記載の発明の奏する作用効果に加え、入力電流の
振動が所定の振動状態にないと判定された場合に、指令
値低減手段により低減されたトルク指令値または電流指
令値を漸次回復させる指令値回復手段を備えるため、入
力電流の振動が所定の振動状態にない場合、すなわち車
体振動が無視できる程度のレベルに達した場合には、速
やかに電動機の出力トルクを増加させることができる。
従って、車体振動を抑制しながら高い加速性能を発揮す
ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、電動
機である三相交流同期モータ(同期モータ)10で走行
する電気自動車の制御装置について説明することとす
る。
【0018】本実施の形態に係る電気自動車は、図1に
示すように、電力源としてのバッテリ20、同期モータ
10をベクトル制御する制御装置30、制御装置30で
制御されバッテリ20の出力を交流電力に変換する電力
変換機であるインバータ40、同期モータ10の回転速
度を検出する回転速度検出手段であるレゾルバ50、同
期モータ10への入力電流を検出する電流検出手段6
0、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出器7
0、同期モータ10の回転運動をドライブシャフト90
に伝達するディファレンシャルギア80、および、ドラ
イブシャフト90の両端に設けられた駆動輪100を備
えている。
【0019】同期モータ10は、ディファレンシャルギ
ア80およびドライブシャフト90を介して駆動輪10
0と連結され、同期モータ10の回転運動により駆動輪
100が回転し車両に推進力を与えるようにされてい
る。バッテリ20からインバータ40に供給された直流
電力は、制御装置30の制御のもとに三相交流電力に変
換されて同期モータ10に供給される。
【0020】制御装置30は、図2に示すように、トル
ク指令値演算手段31、電流指令値演算手段32、電流
制御手段33および振動判定手段34を備える。トルク
指令値演算手段31は、アクセル操作量検出器70で検
出されたアクセル操作量Aおよびレゾルバ50で検出さ
れた同期モータ10の回転速度Nに応じて所定のトルク
指令値T*の演算および出力を行い、電流指令値演算手
段32は、トルク指令値T*に応じて所定の電流指令値
d *およびIq *の演算および出力を行う。ここでId *
よびIq *は、それぞれベクトル制御に用いられる電流指
令値のd軸成分およびq軸成分である。
【0021】電流制御手段33は、図3に示すように、
dq軸電流制御手段33a、2/3相変換手段33b、
PWM信号発生手段33cおよび3/2相変換手段33
dを備える。dq軸電流制御手段33aは、電流指令値
d *およびIq *と、同期モータ10の回転速度Nと、電
流検出手段60で検出された同期モータ10への入力電
流Iu、Iv、Iwを3/2相変換手段33dで変換して
得たId、Iqとに基づいて、電圧指令値Vd *、Vq *の演
算及び出力を行う。
【0022】PWM信号発生手段33cは、電圧指令値
d *、Vq *を2/3相変換手段33bで2/3相変換し
て得たVu *、Vv *、Vw *に基づいてPWM信号Pu
v、P wを発生させてインバータ40に出力し、このP
WM信号によってインバータ40のスイッチング素子を
所定のタイミングでオン/オフ操作することによって、
同期モータ10を制御するように機能する。
【0023】振動判定手段34は、電流検出手段60で
検出された同期モータ10への入力電流Iu、Iv、Iw
を3/2相変換手段33dで3/2相変換して得たd軸
入力電流Idおよびq軸入力電流Iqのうち、q軸入力電
流Iqの振動状態が所定レベルにあるか否かを判定す
る。なお、本実施の形態では、Iqの振動状態のみが所
定レベルにあるか否かを判定しているが、Idの振動状
態が所定レベルにあるか否かを判定してもよく、Id
q双方の振動状態が所定レベルにあるか否かを判定す
ることとしてもよい。
【0024】トルク指令値演算手段31は、図4に示す
ように、基本トルク指令値演算手段31a、トルク指令
値低減・回復手段31bおよび加減算器31cを備え
る。基本トルク指令値演算手段31aは、アクセル操作
量Aおよび回転速度Nに基づいて基本トルク指令値T0 *
の演算を行う。トルク指令値低減・回復手段31bは、
振動判定手段34によってq軸入力電流Iqの振動状態
が所定レベルにあると判定された場合に、基本トルク指
令値T0 *を所定値まで低減させるとともに、振動判定手
段34によってq軸入力電流Iqの振動状態が所定レベ
ルにないと判定された場合に、低減させた基本トルク指
令値T0 *を回復させるように機能する。
【0025】具体的には、Iqの振動状態が所定レベル
にあると判定された場合には、振動判定手段34がトル
ク指令値低減信号S-を出力し、このトルク指令値低減
信号S-に従ってトルク指令値低減・回復手段31bが
トルク指令低減値T- *を出力する。このトルク指令低減
値T- *と基本トルク指令値T0 *とによって加減算器31
dで低減させたトルク指令値T*を算出し、出力する。
【0026】また、Iqの振動状態が所定レベルにない
と判定された場合には、振動判定手段34がトルク指令
値回復信号S+を出力し、このトルク指令値回復信号S+
に従ってトルク指令値低減・回復手段31bがトルク指
令回復値T+ *を出力する。このトルク指令回復値T+ *
基本トルク指令値増加速度T0 *とによって加減算器31
dで回復させたトルク指令値T*を算出し、出力する。
【0027】本実施の形態では、トルク指令値低減・回
復手段31bから出力されるトルク指令低減値T- *およ
びトルク指令回復値T+ *は、後述するように経時的に変
化するものとしている(図7参照)。
【0028】次いで、本実施の形態に係る電気自動車の
制御装置を用いた車体振動抑制制御動作を、図5を用い
て説明する。
【0029】まず、停止状態にある電気自動車のアクセ
ルペダルを急激に踏み込んで急発進させ、全開走行状態
(アクセル操作量100%での走行状態)へと移行させ
る。この状態においては、アクセル操作量Aおよび同期
モータ10の回転速度Nに応じてトルク指令値T*が随
時演算されて出力され、このトルク指令値T*に応じて
電流指令値I*が随時演算されて出力され、この電流指
令値I*に応じたPWM信号をインバータ40を介して
同期モータ10に出力することにより同期モータ10が
駆動制御されている。
【0030】この際には、電流検出手段60によって同
期モータ10への入力電流Iu、Iv、Iwが検出され、
これらは3/2相変換手段33dでIdとIqに変換され
る。振動判定手段34には、これら入力電流のうちIq
のみが出力される(入力電流検出工程、S1参照)。
【0031】全開走行状態に移行した後に、同期モータ
10の出力軸からディファレンシャルギア80およびド
ライブシャフト90を介して駆動輪100へと至るトル
クの伝達系(ねじれ共振系)が共振して車体振動が発生
すると、同期モータ10への入力電流Iu、Iv、Iw
振動状態が発生し、これに伴ってId、Iqの振動状態も
変化する。振動判定手段34は、このIqの振動が所定
の振動状態にあるか否かを判定する(振動判定工程、S
2参照)。
【0032】Iqの振動状態が所定レベルにあるか否か
の判定は、以下のような手順で行う。まず、図6に示す
ようにIqの振幅を検出し、この振幅が所定値I0を超え
たか否かを判定し、この所定値I0を連続的に超えた回
数をカウントし、この回数が所定回数N0を超えた場合
に、Iqの振動状態が所定レベルにあると判定する。I q
の振幅の検出や、Iqの振幅と所定値I0との比較判定
や、所定値I0を連続的に超えた回数のカウントや、こ
の回数と所定回数N0との比較判定などは、全てマイク
ロコンピュータで行うことができる。
【0033】Iqの振動が所定の振動状態にあると判定
した場合には、振動判定手段34は、トルク指令値演算
手段31にトルク指令値低減信号S-を出力し、このト
ルク指令値低減信号S-に従ってトルク指令値低減・回
復手段31bがトルク指令低減値T- *を出力する。この
トルク指令低減値T- *を、基本トルク指令値T0 *から加
減算器31dで減じて低減させたトルク指令値T*を算
出し、出力する(トルク指令値低減工程、S3参照)。
【0034】本実施の形態においては、トルク指令値の
下限をT’*(所定低減値)と定めており、トルク指令
値T*がこの所定低減値T’*に達した場合には、トルク
指令低減値T- *の出力を行わないこととしている。
【0035】トルク指令値低減工程S3によってトルク
指令値T*が緩められた結果、車体振動が抑制され、Iq
の振動が通常の振動状態へと回復した場合には、振動判
定手段34によってIqの振動が所定の振動状態にない
と判定される(振動判定工程、S2参照)。
【0036】Iqの振動が所定の振動状態にないと判定
された場合には、振動判定手段34によってトルク指令
値回復信号S+が出力され、このトルク指令値回復信号
+に従ってトルク指令値低減・回復手段31bがトル
ク指令回復値T+ *を出力する。このトルク指令回復値T
+ *と基本トルク指令値T0 *とによって加減算器31dで
回復させたトルク指令値T*を算出し、出力する(トル
ク指令値回復工程、S4参照)。
【0037】本実施の形態においては、トルク指令値低
減・回復手段31bから出力されるトルク指令低減値T
- *を、経時変化させている。すなわち、トルク指令低減
値T - *を単調増加する時間関数で定めることによって、
基本トルク指令値T0 *からこのトルク指令低減値T- *
減じて得たトルク指令値T*が、所定低減値T’*へと漸
次低減するようにしている(図7参照)。
【0038】また、本実施の形態においては、トルク指
令値低減・回復手段31bから出力されるトルク指令回
復値T+ *をも同様に経時変化させており、トルク指令値
*が所定低減値T’*から基本トルク指令値T0 *へと漸
次回復するようにしている(図7参照)。
【0039】本実施の形態に係る電気自動車の制御装置
によれば、同期モータ10へ入力される入力電流に対応
するIqの振動が所定の振動状態にあるか否かを判定す
る振動判定手段34を備えており、このIqの振動が所
定の振動状態にあるか否かを判定することによって、車
体振動を効果的に検出することができる。
【0040】また、本実施の形態に係る電気自動車の制
御装置によれば、Iqの振動が所定の振動状態にあると
判定された場合に、トルク指令値T*を所定低減値T’*
まで低減させるトルク指令値低減・回復手段31bを備
えるため、同期モータ10の出力軸からディファレンシ
ャルギア80およびドライブシャフト90を介して駆動
輪100へと至るトルクの伝達系(ねじれ共振系)の共
振を抑制することができ、結果的に車体振動を抑制する
ことができる。
【0041】さらに、本実施の形態に係る電気自動車の
制御装置によれば、振動判定手段34は、Iqの振幅が
連続的に所定値I0を超え、かつ、連続的に所定値I0
超えた回数が所定回数N0を超えたか否かによって、Iq
の振動が所定の振動状態に達したか否かを判定するた
め、入力電流の振動が所定の振動状態に達したか否か、
ひいては、車体振動が発生したか否かを簡易かつ正確に
検出することができる。
【0042】さらにまた、本実施の形態に係る電気自動
車の制御装置によれば、Iqの振動が所定の振動状態に
ないと判定された場合に、低減されたトルク指令値T*
を漸次回復させるトルク指令値低減・回復手段31bを
備えるため、Iqの振動が所定の振動状態にない場合、
すなわち車体振動が無視できる程度のレベルに達した場
合には、速やかに同期モータ10の出力トルクを増加さ
せることができる。従って、車体振動を抑制しながら高
い加速性能を発揮することができる。
【0043】なお、本実施の形態に係る電気自動車の制
御装置においては、指令値低減手段および指令値回復手
段として、トルク指令値低減・回復手段31bを採用し
たが、これに限定されるものではなく、指令値低減手段
として電流指令値低減手段を、指令値回復手段として電
流指令値回復手段を採用することもできる。
【0044】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、電動機へ
入力される入力電流の振動状態の変化を検出することに
よって、車体振動を効果的に検出することができる。ま
た、電動機へ入力される入力電流の振動が所定の振動状
態にあると判定された場合に、トルク指令値または電流
指令値を所定値まで低減させる指令値低減・回復手段を
備えるため、電動機の出力軸から駆動輪へと至るトルク
の伝達系(ねじれ共振系)の共振を抑制することがで
き、結果的に車体振動を効果的に抑制することができ
る。
【0045】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、入力電流の振
動が所定の振動状態にあるか否か、ひいては、車体振動
が発生したか否かを簡易かつ正確に検出することができ
る。
【0046】請求項3記載の発明によれば、請求項1ま
たは2記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、入力
電流の振動が所定の振動状態にない場合、すなわち車体
振動が無視できる程度のレベルに達した場合には、速や
かに電動機の出力トルクを増加させることができる。従
って、車体振動を抑制しながら高い加速性能を発揮する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る電気自動車のシステ
ム構成を説明するための概略図である。
【図2】図1に示した電気自動車の制御装置の構成を説
明するためのブロック図である。
【図3】図2に示した電流制御手段の構成を説明するた
めのブロック図である。
【図4】図2に示したトルク指令値演算手段の構成を説
明するためのブロック図である。
【図5】本発明の実施の形態に係る電気自動車の制御装
置を用いて車体振動抑制制御を行う際のフローチャート
である。
【図6】図6に示した振動判定工程における振動判定方
法を説明するための説明図である。
【図7】本発明の実施の形態に係る電気自動車の制御装
置を用いて車体振動抑制制御を行った場合におけるトル
ク指令値の時間履歴を表したグラフである。
【符号の説明】
10 三相交流同期モータ 20 バッテリ 30 制御装置 31 トルク指令値演算手段 31a 基本トルク指令値演算手段 31b トルク指令値低減・回復手段 31c 加減算器 32 電流指令値演算手段 33 電流制御手段 33a dq軸電流制御手段 33b 2/3相変換手段 33c PWM信号発生手段 33d 3/2相変換手段 34 振動判定手段 40 インバータ 50 レゾルバ 60 電流検出手段 70 アクセル操作量検出器 80 ディファレンシャルギア 90 ドライブシャフト 100 駆動輪 S1 入力電流検出工程 S2 振動判定工程 S3 トルク指令値低減工程 S4 トルク指令値回復工程
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H115 PA01 PA05 PC06 PG04 PI16 PU10 PU25 PU26 PV09 PV22 QE01 QE08 QN06 QN09 5H576 AA15 BB04 CC02 DD07 EE01 EE11 EE19 FF01 FF02 GG02 GG04 HA01 HB01 LL22

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アクセル操作量に応じて所定のトルク指令
    値の演算および出力を行うトルク指令値演算手段と、前
    記トルク指令値に応じて所定の電流指令値の演算および
    出力を行う電流指令値演算手段と、電動機へ入力される
    入力電流を検出する電流検出手段と、前記電流指令値に
    応じた電流を前記電動機に出力することにより駆動手段
    を介して前記電動機を駆動制御する駆動制御手段を備え
    る電気自動車の制御装置において、 前記入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否かを判
    定する振動判定手段と、 前記入力電流の振動が所定の振動状態にあると判定され
    た場合に、トルク指令値または電流指令値を所定値まで
    低減させる指令値低減手段とを備えることを特徴とする
    電気自動車の制御装置。
  2. 【請求項2】前記振動判定手段は、 前記入力電流の振幅が連続的に所定値を超え、かつ、前
    記所定値を連続的に超えた回数が所定回数を超えたか否
    かによって、前記入力電流の振動が所定の振動状態にあ
    るか否かを判定することを特徴とする請求項1記載の電
    気自動車の制御装置。
  3. 【請求項3】前記入力電流の振動が所定の振動状態にな
    いと判定された場合に、前記指令値低減手段により低減
    されたトルク指令値または電流指令値を漸次回復させる
    指令値回復手段を備えることを特徴とする請求項1また
    は2記載の電気自動車の制御装置。
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