JP5865930B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車等の車両に搭載された自動変速機に使用されるブラシレスモータなどを制御するモータ制御装置に関するものである。

一般に、自動変速機を搭載した自動車等の車両は、エンジンを動力源とし、そのエンジンで発生した動力を、自動変速機を介して車輪へ伝達することにより走行できるようになっている。そして、自動変速機の内部には発進クラッチが装備されており、エンジンから伝達された動力を変速機構へ伝達するときは、発進クラッチを係合させる。逆に、エンジンから伝達された動力を変速機構へ伝達しないときは、発進クラッチを非係合とする。そして、この発進クラッチの係合／非係合の制御をクラッチ制御手段で実施するように構成されている。

ここで、クラッチの係合力が不安定になった場合、エンジンから変速機構へ伝達される動力が不安定になり、最終的には、車輪へ伝達する動力が不安定になる。このため、自動車の走行状態として不安定な状態となり、運転者へ不快感を与えることになる。このように、車両の安定な走行状態を確保するために、発進クラッチはその係合力を精密に制御する必要がある。

ところで、前述のようにエンジンから変速機構への動力の伝達を発進クラッチにより行う自動変速機が知られているが、この発進クラッチ付き自動変速機においては、乾式単板の発進クラッチにアクチュエータを装備し、アクチュエータが発進クラッチのストローク量を変化させることでクラッチ係合力を調整するようにしている。このアクチュエータとしてモータを使用し、その回転角度が発進クラッチのストローク量に比例した機構とした場合、発進クラッチの係合力の調整を行うためにはモータのトルク量を精度良く調整する必要がある。

モータのトルク量はモータの電流量に比例するため、モータのトルク量を精度良く調整するためには、モータの電流制御精度を向上させる必要がある。また、モータの電流制御をフィードバック制御することによりモータのトルク量を制御するモータ制御装置が一般に知られているが、このようなモータ制御装置においてはモータの電流を精度良く検出することが重要となる。

モータ電流の検出方法として、１２０度矩形波通電方式のブラシレスモータの制御装置において、ブラシレスモータの固定子に対する回転子の位置を検出する複数のホールセンサ信号のエッジ信号に同期して、モータ駆動回路の各ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のＯＮ／ＯＦＦパターン(以下、通電パターンと称す)を切り替える際のモータ電流がピーク値に到達するタイミングで電流検出することにより、検出電流値のばらつきを抑制する方法が提案されている。（例えば、特許文献１）

また、モータ電流を検出する別の技術として、電流検出周期毎に検出された電流を直線近似し、電流検出周期と印加電圧が実際にモータに印加されるまでの時間とによって、所定の時刻におけるモータ電流を補正計算により算出する技術が提案されている。（例えば、特許文献２）

特開２００９−２８１５３８号公報 特開２０１１−７８２９１号公報

従来のモータ制御装置においては、特許文献１に開示された技術では、電流検出時刻から通電パターン切替え時刻までの時間に指令電圧が印加され続けることにより、電流検出時刻から通電パターン切替え時刻までにモータ電流が上昇するため、電流検出時刻で検出した検出電流値と本来計測したいモータ電流のピーク値に誤差が生じる。従って、検出電流値をフィードバック制御に適用した場合に、モータ目標電流と実際にモータに流れている電流のピーク値とに誤差が生じるという課題があった。

この従来技術の課題について、図６を参照して詳しく説明する。図６は、所定のモータ電気角で発生するホールセンサ信号のエッジ信号に同期してインバータの通電パターンの切替えを行う際にモータ電流の検出を行い、検出された電流値をフィードバック制御に適用して、指令電圧を出力した場合のモータ電流の時間経過を示すものである。図６において、Ｉｍ１１からＩｍ１３は電流検出時刻で検出される検出電流値、Ｉｐ１１からＩｐ１３は通電パターン切替え時刻におけるモータ電流値、Ｖｍ１１からＶｍ１３は指令電圧を示す。また、期間ａ，ｂ，ｃ，ｄにおいてモータ電気角がそれぞれ６０度ごとに進むものとする。

このように検出された検出電流値Ｉｍ１１からＩｍ１３がフィードバック制御に適用されることにより、検出電流値Ｉｍ１１からＩｍ１３とモータ目標電流(図６にて点線で図示)に対する追従性が図れている。しかしながら、電流検出時刻から通電パターン切替え時刻までの時間に指令電圧が印加され続けているため、通電パターン切替え時刻におけるモータ電流はＩｐ１１からＩｐ１３にまで上昇している。この結果、モータ電流のピーク値Ｉｐ１１からＩｐ１３とモータ目標電流との間に誤差Ｉｅ１１からＩｅ１３が発生してしまうことになる。

また、特許文献２に開示された技術のように、電流検出周期Ｔ１１と電流検出を行ってから印加電圧が実際にモータに印加されるまでの時間Ｔ１２とによって補正計算を行うと、補正計算の結果が検出電流値Ｉｍ１１からＩｍ１３を結ぶ直線上の値に制限されるので、モータ電流のピーク値Ｉｐ１１からＩｐ１３は算出することはできない。

上記説明のように、従来技術では、電流検出時刻で検出されるモータ電流が通電パターン切替え時刻まで上昇することにより、モータ電流のピーク値とモータ目標電流に誤差が発生するという課題がある。

一般にモータ電流とモータのトルク量は比例関係にあるため、モータ電流とモータ目標電流に誤差が生じている場合は、モータのトルク量にも誤差が発生することになる。前述のように、クラッチ係合力を精度よく制御しようとした場合、モータのトルク量を精度よく調整する必要があるので、モータ電流とモータ目標電流に誤差が発生し、トルク量に誤差が発生すると、クラッチの係合力を精度よく制御できなくなる課題が発生する。従って、クラッチ係合力の制御精度からモータ電流の誤差精度の制限値が決まる。

この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、モータ電流の検出精度を向上させることができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係るモータ制御装置は、インバータによって通電パターンを切り替えて得られる指令電圧に応じた出力電圧でモータの制御を行うモータ制御装置であって、前記インバータに設けられ前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータによる通電パターン切替え時刻と前記電流検出手段による電流検出時刻とを計測する時刻計測手段と、前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の前回値と電流検出時刻の差分と前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の今回値と電流検出時刻の差分との比率を前記電流検出手段で検出された検出電流値に乗算して補正電流値を求める補正手段とを備えたことを特徴とするものである。

この発明のモータ制御装置によれば、インバータによって通電パターンを切り替えて得られる指令電圧に応じた出力電圧でモータの制御を行うモータ制御装置であって、前記インバータに設けられ前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータによる通電パターン切替え時刻と前記電流検出手段による電流検出時刻とを計測する時刻計測手段と、前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の前回値と電流検出時刻の差分と前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の今回値と電流検出時刻の差分との比率を前記電流検出手段で検出された検出電流値に乗算して補正電流値を求める補正手段とを備えたものであるため、補正手段で求められた補正電流値はモータ電流と一致することになり、モータ電流の検出精度を向上させることができるモータ制御装置を得ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１におけるモータ制御装置が搭載された自動変速機の制御装置の概略構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態１におけるモータ制御装置が搭載されたクラッチ制御手段を示す構成図である。 この発明の実施の形態１におけるモータ制御装置のモータに流れる電流の制御方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１におけるモータ制御装置の電流検出手段および時刻計測手段の動作を説明するフロー図である。 この発明の実施の形態１におけるモータ制御装置のフィードバック制御結果を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１におけるモータ制御装置の課題である従来のフィードバック制御結果を説明する説明図である。

以下、この発明の実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部分については同一符号を付して説明する。なお、以下の説明においては、モータ制御装置が搭載されている自動変速機の制御装置を一例として説明するが、本件発明のモータ制御装置は、この実施の形態により限定されるものではなく、モータ電流を精度良く検出する必要のある全ての装置に適用可能である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるモータ制御装置が搭載された自動変速機の制御装置の概略構成を示す構成図、図２はこの発明の実施の形態１におけるモータ制御装置が搭載されたクラッチ制御手段を示す構成図、図３はこの発明の実施の形態１におけるモータ制御装置のモータに流れる電流の制御方法を説明する説明図、図４はこの発明の実施の形態１におけるモータ制御装置の電流検出手段および時刻計測手段の動作を説明するフロー図、図５はこの発明の実施の形態１におけるモータ制御装置のフィードバック制御結果を説明する説明図である。

図１において、エンジン１０１と自動変速機１０２は、クラッチ１０３により連結される。クラッチ１０３は、自動変速機１０２の入力部分に取り付けられ、エンジン１０１から自動変速機１０２への動力の伝達を行う。そして、自動変速機１０２には、自動変速機１０２の変速段を変更する変速機構１０４が装備されている。

変速制御手段１０５は、自動変速機１０２のクラッチ１０３の係合、および変速機構１０４の構成変更を行うことにより、自動変速機１０２の変速段の制御を司る。エンジントルク制御手段１０６は、変速制御手段１０５の指示により変速時のエンジントルク量を制御する。クラッチ制御手段１０７は、後述するモータ制御手段を含み、変速制御手段１０５の指示により変速時のクラッチ制御、およびクラッチ係合力の制御を行う。また、変速機構制御手段１０８は、変速制御手段１０５の指示により変速機構１０４の変速段の制御を行う。なお、クラッチ制御手段１０７は、後述のブラシレスモータの回転角がクラッチ１０３のストローク量に比例する機構となっており、そのブラシレスモータのトルクを制御して回転角を調整することにより、クラッチ係合力を調整するように構成されている。

ここで、クラッチ１０３の係合力が不安定になった場合には、エンジン１０１から変速機構１０４へ伝達される動力が不安定になり、最終的には、車輪へ伝達する動力が不安定になる。このため、車両、例えば自動車の走行状態として不安定な状態になって運転者へ不快感を与えることになる。

次に、クラッチ制御手段１０７について詳細に説明する。図２は、クラッチ制御手段１０７を示すブロック構成図であり、このクラッチ制御手段１０７は、以下に示すように構成されている。

バッテリ２０２は、インバータ２０３を介してブラシレスモータ２０４へ電力を供給する。これによりブラシレスモータ２０４の回転子（図示せず）が回転する。

ブラシレスモータ２０４には、ブラシレスモータ２０４の固定子（図示せず）に対する回転子の位置、即ち、ブラシレスモータ２０４の回転位置を検出する回転位置検出手段として、例えば、ホールセンサ２０５が搭載されている。ホールセンサ２０５は、前述のように、ブラシレスモータ２０４の固定子に対する回転子の位置に応じたホールセンサ信号を発生する。

また、インバータ２０３を構成する６個のＦＥＴの下側アームに電流検出抵抗（以下、シャント抵抗という。）２０６が挿入されており、ブラシレスモータ２０４が回転してバッテリ２０２からブラシレスモータ２０４を介し、接地２０７の方向へ電流が流れると、シャント抵抗２０６の両端に電位差が発生する。この電位差をフィルタ回路２０８でフィルタリングして電流検出手段２０９へ電圧信号を伝える。そして、電流検出手段２０９ではフィルタ回路２０８により伝えられた電圧信号をホールセンサ信号のエッジごとにＡ／Ｄ変換したデータに基づき検出電流値２１０を検出する。さらに、電流検出手段２０９には補正手段（図示せず）が設けられており、時刻計測手段２１２から伝えられる電流検出時刻２１３と通電パターン切替え時刻２１４及び検出電流値２１０とによって補正電流値２１１を算出する。

時刻計測手段２１２は、電流検出時刻２１３と通電パターン切替え時刻２１４を計測して、電流検出手段２０９に出力する。

電流検出手段２０９の補正手段により算出して求められた補正電流値２１１と、モータ目標電流算出手段２１５により算出されたブラシレスモータ２０４の目標電流値とを、指令電圧算出手段２１６に入力して指令電圧を算出し、その算出結果である指令電圧を通電制御手段２１７へ伝達する。

通電制御手段２１７は、ホールセンサ信号から決まる通電パターンを切り替えることで、インバータ２０３を構成する６個のＦＥＴ、即ち、ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬのゲート信号を生成する。また、指令電圧算出手段２１６から伝えられる指令電圧に応じて各ＦＥＴのスイッチング周波数を制御することで出力電圧を変えてブラシレスモータ２０４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を制御し、ブラシレスモータ２０４の回転を制御する。

次に、ブラシレスモータ２０４へ供給する電流の制御方法について説明する。図３は、ホールセンサ２０５の信号パターンとブラシレスモータ２０４への通電パターン、及びシャント抵抗２０６の両端電圧とフィルタ回路２０８の出力電圧を示す説明図である。

上記のとおり、ブラシレスモータ２０４にはホールセンサ２０５が搭載されており、ホールセンサ２０５は、ブラシレスモータ２０４の固定子に対する回転子の位置に応じて、図３に示すホールセンサパターンのＨ１、Ｈ２、Ｈ３で示す信号を発生する。

通電制御手段２１７では、ホールセンサ２０５の信号の組み合わせにより、図３に示すモータ駆動回路通電パターンのＵ、Ｖ、Ｗで示す通電パターンを生成する。ブラシレスモータ２０４に、この通電パターンＵ、Ｖ、Ｗで示す電力（電圧）を与えることで、ブラシレスモータ２０４は一方向に回転する。

例えば、期間ａは、ホールセンサパターンのＨ１が“Ｈ”、ホールセンサパターンのＨ２が“Ｌ”、ホールセンサパターンのＨ３が“Ｈ”の組み合わせとなっている。このときは、インバータ２０３の各ＦＥＴのうち、ＵＨとＶＬのゲート信号をＯＮ指示する。これによりブラシレスモータ２０４のＵ相からＶ相に電流を流すことになる。

次に、期間ｂのホールセンサ２０５の信号パターンは、ホールセンサパターンのＨ１が“Ｈ”、ホールセンサパターンのＨ２が“Ｌ”、ホールセンサパターンのＨ３が“Ｌ”の組み合わせである。このときは、インバータ２０３の各ＦＥＴのうち、ＵＨとＷＬのゲート信号をＯＮ指示する。これによりブラシレスモータ２０４のＵ相からＷ相に電流を流すことになる。

次に、期間ｃのホールセンサ２０５の信号パターンは、ホールセンサパターンのＨ１が“Ｈ”、ホールセンサパターンのＨ２が“Ｈ”、ホールセンサパターンのＨ３が“Ｌ”の組み合わせである。このときは、インバータ２０３の各ＦＥＴのうち、ＶＨとＷＬのゲート信号をＯＮ指示する。これによりブラシレスモータ２０４のＶ相からＷ相に電流を流すことになる。

次に、期間ｄのホールセンサ２０５の信号パターンは、ホールセンサパターンのＨ１が“Ｌ”、ホールセンサパターンのＨ２が“Ｈ”、ホールセンサパターンのＨ３が“Ｌ”の組み合わせである。このときは、インバータ２０３の各ＦＥＴのうち、ＶＨとＵＬのゲート信号をＯＮ指示する。これによりブラシレスモータ２０４のＶ相からＵ相に電流を流すことになる。

次に、期間ｅのホールセンサ２０５の信号パターンは、ホールセンサパターンのＨ１が“Ｌ”、ホールセンサパターンのＨ２が“Ｈ”、ホールセンサパターンのＨ３が“Ｈ”の組み合わせである。このときは、インバータ２０３の各ＦＥＴのうち、ＷＨとＵＬのゲート信号をＯＮ指示する。これによりブラシレスモータ２０４のＷ相からＵ相に電流を流すことになる。

次に、期間ｆのホールセンサ２０５の信号パターンは、ホールセンサパターンのＨ１が“Ｌ”、ホールセンサパターンのＨ２が“Ｌ”、ホールセンサパターンのＨ３が“Ｈ”の組み合わせに変化している。このときは、インバータ２０３の各ＦＥＴのうちＷＨとＶＬのゲート信号をＯＮ指示する。これによりブラシレスモータ２０４のＷ相からＶ相に電流
を流すことになる。

このように、期間ａからｆの６種類のブラシレスモータ２０４への通電パターンを「ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆ→ａ」のように順次繰り返すことにより、ブラシレスモータ２０４は回転する。

また、期間ａからｆの間にホールセンサパターンのＨ１，Ｈ２，Ｈ３の立上がりエッジおよび立下がりエッジの数は、本実施の形態の場合、ブラシレスモータ２０４の一回転の電気角３６０度あたり６個となっている。つまり、電気角６０度ごとにエッジが発生するようになっている。

次に、図３のシャント抵抗電圧、およびフィルタ出力電圧について説明する。前述した６種類の通電パターンでブラシレスモータ２０４に通電すると、ブラシレスモータ２０４には、指令電圧に応じたモータ電流が流れる。ここで流れた電流量に応じてシャント抵抗２０６の両端電圧が変化するが、図３で示すシャント抵抗電圧は、通電パターン切り替えタイミング毎に電流が流れる相が切り替わるため電圧の落ち込みが発生する。また、クラッチ制御手段１０７では電流検出の際、シャント抵抗電圧をフィルタ回路２０８でノイズ除去し、ホールセンサ２０５のエッジのタイミングで電流をＡ／Ｄ変換する。

ここで、電流を計算する際には、フィルタ出力電圧をＡ／Ｄ変換してマイコン（図示せず）などにデータを取り込み、係数を乗じることで電流値としている。

次に、電流検出手段２０９と時刻計測手段２１２およびフィードバック制御の動作について、図４に示すフロー図を用いて説明する。図４においては、電流値のサンプリングタイミングを電気角６０度ごととした場合を示すものである。なお、これらの手段は、ブラシレスモータ２０４に搭載されたホールセンサ２０５のエッジ信号ごとの割り込みで作動する。

ステップＳ４０１において、電流検出手段２０９は、ホールセンサ２０５のエッジ信号のタイミングで、フィルタ回路２０８から出力された電圧をＡ／Ｄ変換して得られた電圧値に所定の係数を乗じて検出電流値２１０を算出する。

ステップＳ４０２において、時刻計測手段２１２により、電流検出時刻２１３を計測する。

ステップＳ４０３において、通電制御手段２１７により、インバータ２０３の通電パターンを切り替える。

ステップＳ４０４において、時刻計測手段２１２により、通電パターン切替え時刻２１４の前回値をメモリ（図示せず）に記憶し、通電パターン切替え時刻２１４を計測する。

ステップＳ４０５において、電流検出手段２０９内に設けられた補正手段（図示せず）は、ステップＳ４０２で計測した電流検出時刻２１３とステップＳ４０４でメモリに記憶した通電パターン切替え時刻２１４の前回値の差分時間Ｔ２１と、ステップＳ４０４で計測した通電パターン切替え時刻２１４（今回値）とステップＳ４０２で計測した電流検出時刻２１３の差分時間Ｔ２２を算出する。なお、このステップの補正手段は時刻計測手段２１２内に設けてもよい。

ステップＳ４０６において、電流検出手段２０９内に設けられている補正手段（図示せず）は、ステップＳ４０５で算出したＴ２１とＴ２２、及びステップＳ４０１で算出した
検出電流値２１０とによって、下記数式１により補正電流値２１１を算出する。下記数式１はＴ２１とＴ２２の比率が検出電流値２１０と補正電流値２１１の比率と同等となることを利用した計算式であり、補正電流値２１１をＩｐ、検出電流値２１０をＩｍとしたものである。

ステップＳ４０７において、指令電圧算出手段２１６は、モータ目標電流算出手段２１５で算出されたモータ目標電流と、ステップＳ４０６において補正手段で算出された補正電流値２１１の差分電流から指令電圧を算出する。

次に、ステップＳ４０８に進み、通電制御手段２１７は、ステップＳ４０７で指令電圧算出手段２１６によって算出され出力された指令電圧に応じてインバータ２０３を駆動する。このように電流フィードバック制御が行われ、ホールセンサ割込みルーチンを終了する。

以上のように、ホールセンサ２０５のエッジ信号の割り込みごと、つまりブラシレスモータ２０４が電気角で６０度回転するたびに補正手段で補正電流値２１１を算出し、指令電圧算出手段２１６で指令電圧を計算する。計算された指令電圧によって通電制御手段２１７を介してインバータ２０３を駆動し、ブラシレスモータ２０４が回転制御される。

また、図５は本実施例に係る自動変速機の制御装置において、ホールセンサ２０５のエッジ信号のタイミングで電流をサンプリングした場合の電流フィードバック制御結果を示したものであり、発明が解決しようとする課題において説明した従来の図６に対応する説明図である。また、期間ａからｄは図３における期間ａからｄと同一期間を示す。

前述した本発明に係るモータ制御装置によれば、前回の通電パターン切替え時刻２１４から電流検出時刻２１３までの差分時間Ｔ２１、電流検出時刻２１３から通電パターン切替え時刻２１４までの差分時間Ｔ２２、及び検出電流値２１０（Ｉｍ２１〜２３）とによって前記数式１により補正電流値２１１（Ｉｐ２１〜Ｉｐ２３）を算出し、補正電流値２１１（Ｉｐ２１〜Ｉｐ２３）とモータ目標電流とによって算出された指令電圧（Ｖｍ２１〜Ｖｍ２３）に応じてインバータ２０３を駆動することにより、モータ電流とモータ目標電流の誤差が抑制される。

以上詳述したように、本実施の形態に係る自動変速機の制御装置によれば、従来装置に対してモータ電流とモータ目標電流の誤差を抑制することが可能となり、クラッチ１０３のトルク誤差を小さくすることができる。従って、クラッチ１０３の係合力を精密に制御可能となり、車輪へ伝達する動力が安定し、運転者へ不快感を与えることなく良好な走行が実現できる。

この発明の実施の形態として、自動変速機の制御装置をブラシレスモータにより制御した場合について説明したが、同等の他のモータを用いてもよく、この発明は、その主旨を逸脱しない範囲内における諸種の設計的変更をも含むものである。また、前記説明では補正手段が電流検出手段２０９内に設けられている場合について説明したが、補正手段は例えば電流検出手段２０９と指令電圧算出手段２１６との間に独立させて設けてもよい。さらに、前記実施の形態では、モータ制御装置が自動車等の車両に搭載された自動変速機に使用されている場合について説明したが、本発明のモータ制御装置はモータ電流を精度よ
く求める必要のある全ての装置に適用可能である。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０１ エンジン、１０２ 自動変速機、１０３ クラッチ、１０４ 変速機構、１０５ 変速制御手段、１０６ エンジントルク制御手段、１０７ クラッチ制御手段、１０８ 変速機構制御手段、２０２ バッテリ、２０３ インバータ、２０４ ブラシレスモータ、２０５ ホールセンサ、２０６ シャント抵抗、２０７ 接地、２０８ フィルタ回路、２０９ 電流検出手段、２１０ 検出電流値、２１１ 補正電流値、２１２ 時刻計測手段、２１３ 電流検出時刻、２１４ 通電パターン切替え時刻、２１５ モータ目標電流算出手段、２１６ 指令電圧算出手段、２１７ 通電制御手段

Claims (2)

1. インバータによって通電パターンを切り替えて得られる指令電圧に応じた出力電圧でモータの制御を行うモータ制御装置であって、前記インバータに設けられ前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータによる通電パターン切替え時刻と前記電流検出手段による電流検出時刻とを計測する時刻計測手段と、前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の前回値と電流検出時刻の差分と前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の今回値と電流検出時刻の差分との比率を前記電流検出手段で検出された検出電流値に乗算して補正電流値を求める補正手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記補正手段で求められた補正電流値をフィードバック制御に適用することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

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