WO2015162346A1 - Véhicule automobile comportant une chaîne de traction hybride à moteur thermique et dispositif de stockage d'énergie, et procédé d'utilisation pour le démarrage du moteur thermique - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a motor vehicle comprising a hybrid traction train with a heat engine and energy storage device, and a method of use for starting the engine.
- Motor vehicles having a heat engine associated with wheels in a hybrid drive train comprising: a clutch (hereinafter referred to as an engine clutch) mounted between the heat engine and a continuously variable coefficient transmission device (hereinafter referred to as CVT or continuously variable transmission ratio transmission), a bridge interposed between the continuously variable transmission ratio transmission device and the wheels, and an energy storage device.
- a clutch hereinafter referred to as an engine clutch
- CVT continuously variable coefficient transmission device
- CVT continuously variable transmission ratio transmission
- the energy storage device In existing vehicles the energy storage device is intended to be used primarily for high vehicle speeds and is directly connected to the vehicle deck.
- the linkage structure of the energy storage device is complex and poorly adapted to hybrid use in the context of urban traffic.
- An object of the invention is to provide a hybrid vehicle particularly suitable for urban traffic, and the corresponding method of use.
- a method for starting a heat engine associated with wheels in a hybrid traction system comprising: an engine clutch mounted between the heat engine and a transmission device is proposed according to the invention; report continuously variable transmission link, a bridge interposed between the continuously variable transmission ratio transmission device and the wheels, and a power storage device connected at the input of the continuously variable transmission ratio transmission device via a storage clutch, and to the thermal engine via the motor clutch providing a coupling with the possibility of sliding between the engine and the energy storage device, according to which, from a state in which the engine thermal shutdown, the engine clutch is open, the energy storage device is rotated, and the clutch storage is closed, the method comprises the following steps: close the motor clutch with slip so as to take out the energy storage device a couple just needed to overcome friction losses of the engine and ensure a rotati from it until reaching a start rotation speed of the engine, open the engine clutch, regulate the rotational speed of the engine to reach a speed of rotation of the engine identical to that of the device of energy storage, and close the motor clutch.
- the regulation of the rotational speed of the heat engine is carried out on the basis of the derivative of the speed of rotation given by the formula:
- hybrid traction chains comprising a CVT which is usually driven from the ratio of CVT defined by the ratio between the output torque and the input torque of the CVT.
- Servo control is performed on the ratio so that the torque current at the wheel is equal to a set torque.
- Such a servocontrol requires knowledge of the input torque of CVT.
- the input torque of CVT is determined from the torque set at the wheel and the mapping of the specific consumption of the heat engine.
- the hybrid traction system further comprises an energy storage device, such as a flywheel, a pneumatic energy storage member, or an electric accumulator associated with an electric machine
- an energy storage device such as a flywheel, a pneumatic energy storage member, or an electric accumulator associated with an electric machine
- the input torque of CVT, generated by the energy storage device is not constant due to losses occurring in the energy storage device.
- the torque is affected by the internal friction of the flywheel. The precision of the steering is thus affected.
- the continuously variable transmission ratio transmission device is controlled by comparing a torque setpoint to the wheel with a current value of the torque at the wheel, and modifying the ratio. of transmission according to a result of the comparison, the current value of the torque at the wheel being calculated by using a time derivative of a ratio between an input value and an output value of a calculation variable of the continuously variable transmission ratio transmission device.
- the calculation variable is the speed of rotation
- the current value of the torque at the wheel is given by the equation:
- IECVT inertia view of the CVT input
- CLDR torque relative to the law of the road of the vehicle, that is to say, resistant torque resulting from the state of the road, the deformation of the tires ...
- the ratio derivative of CVT is capped when it reaches an upper limit given by the equation:
- the hybrid traction system of a motor vehicle comprises in a manner known per se a heat engine 1 and the associated gearbox, coupled to the input of a CVT 2 via a clutch 3 providing a coupling with the possibility of sliding, hereinafter designated motor clutch to emphasize its vocation to separate the heat engine 1 from an immediately adjacent equipment in the power train.
- the output of the CVT 2 is coupled to a bridge 4 to transmit a traction torque to the wheels 5 of the vehicle.
- the CVT 2 is also connected to energy storage device 6, such as a flywheel, via a clutch 7, hereinafter referred to as a storage clutch 7 to distinguish it from the engine clutch. and emphasize its vocation to separate the energy storage device 6 from an immediately adjacent equipment in the power train.
- energy storage device 6 such as a flywheel
- the heat engine 1 and the energy storage device 6, and the respective clutches 3 and 7, are connected in parallel with the input of the CVT 2.
- the traction chain further comprises a control unit 8 which receives as input a torque setpoint at the wheel CnscRoue, and data specific to the vehicle concerned, in particular data relating to cycles standardized tests called WLTC (abbreviation of Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycles) which are used in the method according to the invention for determining in a known manner certain variables such as the torque relative to the road law of the vehicle, the brake torque ...
- WLTC abbreviation of Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycles
- the control unit 8 is connected at the output to the heat engine 1, the CVT 2, to the engine clutch 3, and to the storage clutch 7 to ensure steering of the traction chain as symbolized by double arrows on the engine. Fig.
- the control unit is used to implement the method according to the invention comprising the following steps: close the sliding motor clutch so as to take from the energy storage device a just needed torque to overcome the friction losses of the engine and ensure a rotation thereof until a starting speed of the engine of 400 rpm, open the engine clutch, regulate the speed of rotation of the engine until reaching a rotation speed of the engine identical to that of the energy storage device, and close the engine clutch.
- the sliding of the engine clutch is preferably managed from the derivative of the rotational speed of the engine, given by the formula:
- C PMFMot designates the loss of torque of the engine due to friction
- CTransmissible means the torque transmissible from the energy storage device to the engine, due to the sliding of the engine clutch, and means the inertia of the engine.
- the transmissible torque is set to zero and the engine clutch 3 is open.
- the current value of the torque at the wheel is determined from a system of equations derived mainly from the fundamental principle of the dynamics applied to the input. of CVT, and at the end of the bridge, as well as relations relating to mechanical transmissions:
- the invention has been illustrated with a drive train comprising a flywheel 6 and the associated storage clutch 7, mounted in parallel with the engine 1 and the associated engine clutch 3, it can be implemented by connecting the heat engine in series with the energy storage device. In this case it will be necessary to connect the heat engine to the energy storage device upstream thereof to ensure a maintenance of torque to the wheels independently of the slippage of the engine clutch.
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Abstract
Le véhicule automobile comporte un moteur thermique (1) associé à des roues (5) dans une chaîne de traction hybride comprenant en outre : un embrayage moteur (3) monté entre le moteur thermique et un dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable (2), un pont (4) interposé entre le dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable et les roues, et un dispositif de stockage d'énergie (6) relié en entrée du dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable par l'intermédiaire d'un embrayage stockage (7), et au moteur thermique (1) par l'intermédiaire de l'embrayage moteur (3) assurant un accouplement avec possibilité de glissement entre le moteur thermique 1 et le dispositif de stockage d'énergie (6).
Description
VEHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT UNE CHAINE DE TRACTION HYBRIDE À MOTEUR THERMIQUE ET DISPOSITIF DE STOCKAGE
D'ÉNERGIE, ET PROCÉDÉ D'UTILISATION POUR LE DÉMARRAGE DU MOTEUR THERMIQUE
La présente invention concerne un véhicule automobile comportant une chaîne de traction hybride à moteur thermique et dispositif de stockage d'énergie, et un procédé d'utilisation pour le démarrage du moteur thermique .
ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION
On connaît des véhicules automobile comportant un moteur thermique associé à des roues dans une chaîne de traction hybride comportant: un embrayage (ci-après dénommé embrayage moteur) monté entre le moteur thermique et un dispositif de transmission à coefficient continûment variable (ci-après dénommé CVT ou transmission à rapport de transmission continûment variable), un pont interposé entre le dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable et les roues, et un dispositif de stockage d'énergie.
Dans les véhicules existants le dispositif de stockage d'énergie est destiné à être utilisé principalement pour des vitesses élevées du véhicule et il est directement relié au pont du véhicule. La structure de liaison du dispositif de stockage d'énergie est complexe et mal adaptée à une utilisation hybride dans le cadre d'une circulation urbaine.
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer un véhicule hybride particulièrement adapté à la circulation urbaine, et le procédé d'utilisation correspondant.
En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention, un procédé de démarrage d'un moteur thermique associé à des roues dans une chaîne de traction hybride comprenant: un embrayage moteur monté entre le moteur thermique et un dispositif de transmission à rapport
de transmission continûment variable, un pont interposé entre le dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable et les roues, et un dispositif de stockage d'énergie relié en entrée du dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable par l'intermédiaire d'un embrayage stockage, et au moteur thermique par l'intermédiaire de l'embrayage moteur assurant un accouplement avec possibilité de glissement entre le moteur thermique et le dispositif de stockage d'énergie, selon lequel, à partir d'un état dans lequel le moteur thermique est arrêté, l'embrayage moteur est ouvert, le dispositif de stockage d'énergie est en rotation, et l'embrayage stockage est fermé, le procédé comporte les étapes suivantes : fermer l'embrayage moteur avec glissement de façon à prélever sur le dispositif de stockage d'énergie un couple juste nécessaire pour vaincre les pertes par frottement du moteur thermique et assurer une mise en rotation de celui-ci jusqu'à atteindre une vitesse de rotation de démarrage du moteur thermique, ouvrir l'embrayage moteur, réguler la vitesse de rotation du moteur thermique jusqu'à atteindre une vitesse de rotation du moteur thermique identique à celle du dispositif de stockage d'énergie, et fermer l'embrayage moteur.
Selon un aspect avantageux de l'invention, la régulation de la vitesse de rotation du moteur thermique est effectuée à partir de la dérivée de la vitesse de rotation donnée par la formule :
Dans laquelle,
désigne la perte de couple du moteur thermique due aux frottements, selon des données fournies par le constructeur,
désigne le couple transmissible du dispositif de stockage d'énergie au moteur, du fait du glissement de l'embrayage moteur, et
désigne l'inertie du moteur.
Par ailleurs, on connaît des chaînes de traction hybride comportant un CVT qui est habituellement piloté à partir du ratio de CVT défini par le rapport entre le couple de sortie et le couple d'entrée du CVT. Un asservissement est réalisé sur le ratio afin que le couple courant à la roue soit égal à un couple de consigne. Un tel asservissement nécessite la connaissance du couple en entrée de CVT. Dans le cas d'un couple fourni par un moteur thermique, le couple en entrée de CVT est déterminé à partir du couple consigne à la roue et de la cartographie de la consommation spécifique du moteur thermique.
Lorsque la chaîne de traction hybride comporte en outre un dispositif de stockage d'énergie, tel qu'un volant d'inertie, un organe de stockage d'énergie pneumatique, ou un accumulateur électrique associé à une machine électrique, le couple en entrée de CVT, généré par le dispositif de stockage d'énergie, n'est pas constant en raison des pertes survenant dans le dispositif de stockage de l'énergie. En particulier, dans le cas d'un volant d'inertie, le couple est affecté par les frottements internes au volant d'inertie. La précision du pilotage s'en trouve donc affectée.
Selon une mise en œuvre avantageuse du procédé selon l'invention, le dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable est piloté par comparaison d'une consigne de couple à la roue avec une valeur courante du couple à la roue, et modification du rapport de transmission de transmission en fonction d'un résultat de la comparaison, la valeur courante du couple à la roue étant calculée en utilisant une dérivée par rapport au temps d'un rapport entre une valeur d'entrée et une valeur de sortie d'une variable de calcul du dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable.
Selon un mode de mise en œuvre préféré du procédé selon l'invention, la variable de calcul est la vitesse de rotation, et la valeur courante du couple à la roue est donnée par l'équation :
du CVT, donné par l'équation :
Dans laquelle,
est l'inertie du dispositif de stockage d'énergie, et
désigne la dérivée de la vitesse d'entrée du CVT, donnée par l'équation :
Dans laquelle :
t est le temps
= ratio du CVT
= ratio du pont
IECVT= inertie vue de l'entrée du CVT
CLDR= couple relatif à la loi de la route du véhicule, c'est-à-dire, couple résistant résultant de l'état de la route, de la déformation des pneus...
Selon une version avantageuse de l'invention, la dérivée de ratio de CVT est plafonnée lorsqu'elle atteint une limite supérieure donnée par l'équation :
RatlOCVTMax ·
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en œuvre préféré non limitatif de l'invention en référence à la figure unique ci- ointe qui est une représentation schématique d'une chaîne de traction hybride mettant en œuvre le procédé selon l'invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
En référence à la figure, la chaîne de traction hybride d'un véhicule automobile comporte de façon connue en soi un moteur thermique 1 et la boite de vitesses associée, accouplée à l'entrée d'un CVT 2 par l'intermédiaire d'un embrayage 3 assurant un accouplement avec possibilité de glissement, ci-après désigné embrayage moteur pour souligner sa vocation à permettre de séparer le moteur thermique 1 d'un équipement immédiatement voisin dans la chaîne de traction.
La sortie du CVT 2 est accouplée à un pont 4 pour transmettre un couple de traction aux roues 5 du véhicule.
Le CVT 2 est par ailleurs relié à dispositif de stockage d'énergie 6, tel qu'un volant d'inertie, par l'intermédiaire d'un embrayage 7, ci-après dénommé embrayage stockage 7 pour le distinguer de l'embrayage moteur et souligner sa vocation à permettre de séparer le dispositif de stockage d'énergie 6 d'un équipement immédiatement voisin dans la chaîne de traction.
Dans le mode de réalisation préféré illustré, le moteur thermique 1 et le dispositif de stockage d'énergie 6, et les embrayages respectifs 3 et 7, sont reliés en parallèle à l'entrée du CVT 2.
La chaîne de traction comporte en outre une unité de pilotage 8 qui reçoit en entrée une consigne de couple à la roue CnscRoue, et des données spécifiques au véhicule concerné, en particulier des données relatives à des cycles
de tests normalisés dénommés WLTC (abréviation de l'anglais Worldwide harmonised Light vehicles Test Cycles) qui sont utilisées dans le procédé selon l'invention pour déterminer de façon connue en soi certaines variables telles que le couple relatif à la loi de route du véhicule, le couple frein...
L'unité de pilotage 8 est reliée en sortie au moteur thermique 1, au CVT 2, à l'embrayage moteur 3, et à l'embrayage stockage 7 pour assurer un pilotage de la chaîne de traction comme symbolisé par des flèches doubles sur la figure.
En particulier, à partir d'un état dans lequel le moteur thermique 1 est arrêté, l'embrayage moteur 3 est ouvert, le volant d'inertie 6 est en rotation à 2000 tr/mn, et l'embrayage stockage 7 est fermé, l'unité de pilotage sert à mettre en œuvre le procédé selon l'invention comportant les étapes suivantes : fermer l'embrayage moteur avec glissement de façon à prélever sur le dispositif de stockage d'énergie un couple juste nécessaire pour vaincre les pertes par frottement du moteur thermique et assurer une mise en rotation de celui-ci jusqu'à atteindre une vitesse de rotation de démarrage du moteur thermique de 400 tr/mn, ouvrir l'embrayage moteur, réguler la vitesse de rotation du moteur thermique jusqu'à atteindre une vitesse de rotation du moteur thermique identique à celle du dispositif de stockage d'énergie, et fermer l'embrayage moteur .
Le glissement de l'embrayage moteur est de préférence géré à partir de la dérivée de la vitesse de rotation du moteur thermique, donnée par la formule :
Dans laquelle, CPMFMot désigne la perte de couple du moteur thermique due aux frottements, selon des données fournies par le constructeur, CTransmissible désigne le couple
transmissible du dispositif de stockage d'énergie au moteur, du fait du glissement de l'embrayage moteur, et
désigne l'inertie du moteur.
Lorsque la vitesse de rotation du moteur thermique atteint la vitesse nécessaire à la mise en route du moteur thermique, ici 400tr/mn, le couple transmissible est mis à zéro et l'embrayage moteur 3 est ouvert.
Selon le mode de mise en œuvre préféré de l'invention, dans les différentes phases de fonctionnement, la valeur courante du couple à la roue est déterminée à partir d'un système d'équations issues principalement du principe fondamental de la dynamique appliquée en entrée de CVT, et en sortie de pont, ainsi que des relations relatives aux transmissions mécaniques :
Dans lesquelles, outre les désignations déjà données ci-dessus,
désigne la vitesse de rotation en sortie du CVT,
désigne le couple en entrée du CVT,
désigne le couple en sortie de boite de vitesse, désigne le couple en sortie du CVT, désigne le
rapport au temps de la vitesse de rotation de la roue.
Qui permet de calculer le couple en entrée du CVT au moyen de l'équation :
Et par voie de conséquence, le couple courant à la roue donné par l'équation :
est plafonnée à la valeur
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de mise en œuvre décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier, bien que l'invention ait été illustrée avec une chaîne de traction comportant un volant d'inertie 6 et l'embrayage stockage 7 associé, montés en parallèle au moteur thermique 1 et l'embrayage moteur 3 associé, elle peut être mise en œuvre en reliant le moteur thermique en série avec le dispositif de stockage d'énergie. Dans ce cas il conviendra de relier le moteur thermique au dispositif de stockage d'énergie en amont de celui-ci afin d'assurer un maintien du couple aux roues indépendamment du glissement de l'embrayage moteur.
Il est également possible d'utiliser un autre dispositif de stockage d'énergie, tel qu'un dispositif pneumatique ou électrique, en prévoyant des modifications appropriées de l'équation de pilotage.
Claims
1. Procédé de démarrage d'un moteur thermique (1) associé à des roues (5) dans une chaîne de traction hybride comprenant: un embrayage moteur (3) monté entre le moteur thermique et un dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable (2), un pont (4) interposé entre le dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable et les roues, et un dispositif de stockage d'énergie (6) relié en entrée du dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable par l'intermédiaire d'un embrayage stockage, et au moteur thermique par l'intermédiaire de l'embrayage moteur assurant un accouplement avec possibilité de glissement entre le moteur thermique et le dispositif de stockage d'énergie, caractérisé en ce qu'à partir d'un état dans lequel le moteur thermique est arrêté, l'embrayage moteur est ouvert, le dispositif de stockage d'énergie est en rotation, et l'embrayage stockage est fermé, le procédé comporte les étapes suivantes : fermer l'embrayage moteur avec glissement de façon à prélever sur le dispositif de stockage d'énergie un couple juste nécessaire pour vaincre les pertes par frottement du moteur thermique et assurer une mise en rotation de celui-ci jusqu'à atteindre une vitesse de rotation de démarrage du moteur thermique, ouvrir l'embrayage moteur, réguler la vitesse de rotation du moteur thermique jusqu'à atteindre une vitesse de rotation du moteur thermique identique à celle du dispositif de stockage d'énergie, et fermer l'embrayage moteur.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la régulation de la vitesse de rotation du moteur thermique est effectuée à partir de la dérivée de la vitesse de rotation donnée par la formule :
Dans laquelle, CpMFMot désigne la perte de couple du moteur thermique due aux frottements, selon des données fournies par le constructeur, CTransmissible désigne le couple transmissible du dispositif de stockage d'énergie au moteur, du fait du glissement de l'embrayage moteur, et /Mot désigne l'inertie du moteur.
Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour une vitesse de rotation de 2000 tr/mn du dispositif de stockage d'énergie, la vitesse de rotation de démarrage est fixée à 400 tr/mn.
Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable est piloté par comparaison d'une consigne de couple à la roue avec une valeur courante du couple à la roue, et modification du rapport de transmission de transmission en fonction d'un résultat de la comparaison, la valeur courante du couple à la roue étant calculée en utilisant une dérivée par rapport au temps d'un rapport entre une valeur d'entrée et une valeur de sortie d'une variable de calcul du dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable .
Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que la variable de calcul est la vitesse de rotation en entrée du dispositif de transmission à rapport de transmission continûment variable (CVT) dont la dérivée est donnée par l'équation :
dans laquelle : t est le temps,
désigne le rendement du CVT, RatioCVT = ratio du CVT,
t= ratio du pont,
inertie vue de l'entrée du CVT, CLDR= couple relatif à la loi de la route du véhicule, CFrein = couple frein sur la chaîne de transmission,
= inertie du véhicule, = vitesse de rotation en entrée du
CVT, est Ie rendement du pont, désigne le
couple d'entrée du CVT,
désigne le couple transmissible du dispositif de stockage d'énergie au moteur thermique.
A une valeur plafonnée à une valeur
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1453671 | 2014-04-24 | ||
| FR1453671A FR3020321B1 (fr) | 2014-04-24 | 2014-04-24 | Vehicule automobile comportant une chaine de traction hybride a moteur thermique et dispositif de stockage d'energie, et procede d'utilisation pour le demarrage du moteur thermique |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| PCT/FR2015/050728 Ceased WO2015162346A1 (fr) | 2014-04-24 | 2015-03-24 | Véhicule automobile comportant une chaîne de traction hybride à moteur thermique et dispositif de stockage d'énergie, et procédé d'utilisation pour le démarrage du moteur thermique |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| FR (1) | FR3020321B1 (fr) |
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| EP1958835A1 (fr) * | 2005-08-15 | 2008-08-20 | Tai-Her Yang | Moteur fonctionnant à une vitesse fixée incorporé à un système de puissance de transmission contrôlable |
| WO2010087705A1 (fr) * | 2009-01-27 | 2010-08-05 | Dti Group B.V. | Module de volant |
| WO2011120492A1 (fr) * | 2010-03-29 | 2011-10-06 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Module d'entraînement pour véhicule automobile |
| FR2981886A1 (fr) * | 2011-11-02 | 2013-05-03 | Denis Ernest Celestin Buffet | Transmission pour vehicule hybride a deux trains d'engrenages epicycloidaux a derivation de puissance et a recuperation de l'energie cinetique par volant d'inertie |
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2015
- 2015-03-24 WO PCT/FR2015/050728 patent/WO2015162346A1/fr not_active Ceased
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| WO2013175165A1 (fr) * | 2012-05-25 | 2013-11-28 | City University | Variateur |
Also Published As
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|---|---|
| FR3020321B1 (fr) | 2017-11-24 |
| FR3020321A1 (fr) | 2015-10-30 |
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