JP3991978B2 - 車両用角速度センサの補正診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、角速度センサの出力値が正しいか否かを検出できる車両用角速度センサの補正診断装置に関するものである。

角速度センサのオフセットの診断や補正を角速度センサ内で行なう場合、車両側から角速度センサに車速信号が送られるように、車速信号に基づいて車両が静止していることが確認されると、角速度センサの出力のオフセットを診断したり、補正するようになっていた。

これについて、角速度センサのオフセット補正を行う装置の１つである車両用慣性センサを例に挙げて説明する。図７に、車両用慣性センサおよび信号処理部のブロック構成を示し、この図に基づいて説明する。

図７に示されるように、車両用慣性センサＪ１は、車両左右方向を検出するための加速度センサＪ２と車両前後方向の加速度を検出するための加速度センサＪ３という２つの加速度センサＪ２、Ｊ３を備えていると共に、角速度センサＪ４を備えた構成となっている。これら各センサＪ２〜Ｊ４の検出信号は、車輪速度センサＪ５の検出信号と共に、車両用慣性センサの信号処理部を構成するＥＣＵ（電子制御装置）Ｊ６に送られるようになっている。

ＥＣＵＪ６には、停車判定部Ｊ７とオフセット診断部Ｊ８および制御部Ｊ９が備えられている。停車判定部Ｊ７は、車輪速度センサＪ５からの検出信号に基づいて、車輪が回転していないことを検出し、車両停止中であるか否かを判定すると共に、車両停止中であると判定した際には、それを示す信号を出力するようになっている。

オフセット診断部Ｊ８は、角速度センサＪ４の検出値と、停車判定部Ｊ７による車両停止中を検出する信号により、車両停止状態での角速度センサＪ４の検出値から角速度センサＪ４のオフセットを得る。すなわち、角速度センサＪ４の検出値は、車両停止中にはゼロであるはずであるため、ゼロでなければその分はオフセットが生じていると考えられる。
このオフセット値より、予め定めた値と比較し、オフセット診断を行う。そして、オフセット値が予め定めた値より小さい場合は、角速度センサＪ４の検出値からオフセット分を差し引いた値をオフセット修正後の正しい角速度値とするようになっている。

制御部Ｊ９は、例えばブレーキ液圧制御システムもしくはナビゲーションシステムに備えられたＥＣＵであり、入力された各信号に基づいて各種演算を行うことで、例えばブレーキ液圧制御や車両走行案内のための車両走行状態が求めるようになっている。

しかし、車両側から送られる車速信号が途絶した場合、上記診断が行えなくなるなどの問題点があった。このため、（例えば、特許文献１参照）のように、内蔵する加速度センサＪ２、Ｊ３が車両の走行による振動で発生する信号により、車両が停止中かどうかを判定する方法がある。
特許第３４０４９０５号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術では、車両が旋回中に角速度センサＪ４がある値を出力しているときに、その角速度センサＪ４の出力値が真の角速度に対して正しいか否かが判定できないことから、角速度センサＪ４自体の感度を診断することができない。また、車輪速度センサＪ５からの信号を用いる方法では、慣性センサＪ１の構成のみによって角速度センサＪ４のオフセット補正を行うこともできない。

本発明は、上記点に鑑み、慣性センサの構成のみによって角速度センサのオフセット補正をし、かつ、角速度センサ自体の感度を診断できる車両用角速度センサの補正診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、車両に備えられ、該車両の角速度に応じた検出信号を出力する第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）と、車両に備えられ、該車両の加速度に応じた検出信号を出力する加速度センサ（２、３）と、加速度センサ（２、３）からの検出信号が基準値を中心として設定される変動許容量の範囲内である場合は基準値を維持すると共に、該検出信号が該変動許容量の範囲外である場合は、範囲外となった時点の該検出信号を新たな基準値に設定し、さらに該検出信号が該変動許容量の範囲内である状態が静止判定時間続けば車両が停止中であることを判定する停車判定部（７）と、第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）が出力した検出信号および停車判定部（７）の判定結果を受け取る角速度補正診断部（８）とを備え、角速度補正診断部（８）は、オフセット診断・補正部（８ａ）とセンサ感度診断部（８ｂ）とを有して構成され、オフセット診断・補正部（８ａ）は、停車判定部（７）にて車両が停止中と判定されたときに、第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）が出力した検出信号から得られる角速度値よりオフセット補正値を求めると共に、このオフセット補正値を用いて角速度値のオフセット補正を行うようになっており、センサ感度診断部（８ｂ）は、第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）の検出信号に基づいて車両が旋回中であることを検知すると共に、車両の旋回中にオフセット補正後における第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）の角速度値の差を演算し、第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）の角速度値のいずれか一方もしくは双方の平均値を入力角速度として、該入力角速度に対する出力差の判定しきい値と角速度値の差とを比較することにより第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）の感度の診断を行うようになっていることを特徴としている。

このような構成によれば、車両が停止中にはオフセット補正を行い、車両が旋回中には、感度異常判定を行うことができる。このため、的確に第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）のオフセット補正を行え、かつ、第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）自体の感度を診断できる車両用角速度センサの補正診断装置とすることが可能である。そして、このようなオフセット補正および感度の自己診断を加速度センサ（２、３）と第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）の検出信号のみによって行えることから、慣性センサ（１）の構成のみに基づいてオフセット補正および感度の自己診断を行うことが可能となる。

例えば、請求項２に示されるように、センサ感度診断部（８ｂ）は、オフセット補正後における第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）の角速度値の差を予め設定された判定しきい値と比較することにより、感度の診断を行うことができる。

この場合、請求項３に示されるように、判定しきい値は、第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）の検出信号から得られた前記角速度値のいずれか一方もしくは双方の平均値とされる前記入力角速度に対して、該入力角速度が増加するほど比例して増加するように設定されたり、請求項４に示されるように、入力角速度が増加するほど段階的に増加するように設定される。

請求項５に記載の発明では、センサ感度診断部（８ｂ）は、第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）の検出信号から得られた前記角速度値のいずれか一方もしくは双方の平均値とされる前記入力角速度に対して、該入力角速度が予め定めた値以上である場合にのみ、感度の診断を行うようになっていることを特徴としている。

このようにすれば、第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）の出力差が誤差範囲以下である場合にまで、感度の診断が行われないようにすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１は、本実施形態における車両用角速度センサの補正診断装置のブロック構成を示したものである。以下、この図に基づき、車両用角速度センサの補正診断装置の構成について説明する。

図１に示されるように、車両用慣性センサ１は、車両左右方向を検出するための加速度センサ２と車両前後方向の加速度を検出するための加速度センサ３という２つの加速度センサ２、３を備えていると共に、正確な角速度値を得るために２つの角速度センサ４、５を備えた構成となっている。これら各センサ２〜５の検出信号は、車両用慣性センサ１の信号処理部を構成するＥＣＵ（電子制御装置）６に送られるようになっている。

ＥＣＵ６には、停車判定部７と角速度補正診断部８とが備えられており、これらによって正しい角速度値を求めたのち、その正しい角速度値を示す角速度信号を出力すると共に、そのときに用いた加速度センサ２、３からの検出信号をそのまま出力するようになっている。

停車判定部７は、２つの加速度センサ２、３からの検出信号に基づいて車両停止中判定処理を実行することにより、車両停止中であるか否かを判定すると共に、車両停止中であると判定した際には、それを示す信号を出力するようになっている。この停車判定部７によって実行される車両停止中判定処理の詳細については後述する。

角速度補正診断部８は、車両が旋回中であることの判定を行うと共に、角速度値に対するオフセット診断と補正を行ったり、センサ感度（精度）の診断を行うものであり、オフセット診断・補正部８ａおよびセンサ感度診断部８ｂを備えた構成とされている。

オフセット診断・補正部８ａは、停車判定部７からの判定信号に基づき、各角速度センサ４、５の検出値よりオフセット補正値の設定および更新を行う。さらに、オフセット診断・補正部８ａは、更新されたオフセット補正値を用いて各角速度センサ４、５の検出値をオフセット補正し、センサ感度診断部８ｂに出力するようになっている。

センサ感度診断部８ｂは、停車判定部７からの判定信号、角度補正診断部８による車両旋回中の判定、および、オフセット診断・補正部８ａから出力されるオフセット補正後の各角速度センサ４、５からの検出値に基づき、各角速度センサ４、５の感度を診断する。そして、センサ感度診断部８ｂは、その診断により各角速度センサ４、５の感度が異常でないと判定した場合には、角速度センサ４、５のうちの一方のオフセット補正後の検出信号を角速度信号として出力し、異常であると判定した場合には、所定のダイアグ信号を出力するようになっている。このダイアグ信号は、制御ＥＣＵ９に入力されるとともに、例えば図示しない警報機などに伝えられ、警報機を介してドライバに角速度センサ４、５の異常が報知されるようになっている。

なお、この車両用角速度センサの補正診断装置から出力される各加速度センサ２、３からの加速度信号（左右方向および前後方向加速度）とオフセット補正後の角速度信号は、図１中に示した制御ＥＣＵ９に入力されるようになっている。この制御ＥＣＵ９は、例えばブレーキ液圧制御システムもしくはナビゲーションシステムに備えられたＥＣＵであり、入力された各信号に基づいて各種演算を行うことで、例えばブレーキ液圧制御や車両走行案内のための車両走行状態が求めるようになっている。

次に、上記車両用角速度センサの補正診断装置が実行する停車判定処理および角速度補正診断処理について説明する。

まず、停車判定処理について説明する。図２は、車両停車判定処理のフローチャートである。このフローチャートで示される処理は、上記ＥＣＵ６における停車判定部７により実行されるもので、車両に備えられた図示しないイグニッションスイッチがＯＮされた際に所定の処理周期ごとに実行される。なお、この処理は、各加速度センサ２、３からの検出信号それぞれに基づいて行われても良いし、そのうちの一方のみを用いて行われても良いが、ここでは加速度センサ３からの検出信号のみに基づいて行われる場合について説明する。

停車判定処理が実行されると、まず、ステップ１００では、加速度センサ３からの検出信号がアナログ信号となっていることから、そのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換処理が成される。このＡ−Ｄ変換処理は、所定の演算周期ごとに実行される。

そして、ステップ１１０では、デジタル変換された加速度値と基準値との差が求められると共に、その差が所定の範囲内であるか否かが判定される。ここでいう基準値について、図３を参照して説明する。

図３は、基準値の設定方法を模式的に示した図である。まず、例えば初めて求められた加速度値が最初の基準値として設定される。そして、設定された基準値に基づき、変動許容量が設定される。例えば、基準値を中心とした所定幅がこの変動許容量として設定される。この変動許容量とは、車両の走行状態があまり変動していない場合に想定され得る加速度値の変動量であり、通常、車両が走行中の場合には加速度値の変動量が大きく、少なくとも所定時間内に変動許容量の範囲外となるが、車両が停止中の場合には加速度値の変動が小さく、所定時間内に変動許容量の範囲を超えないと考えられる。このため、順次求められる加速度値がこの変動許容量の範囲内であれば車両走行状態があまり変化していないため、さらにその状態が上記所定時間に相当する静止判定時間続けば車両停止中であると考えられる。また、加速度地が変動許容量の範囲外となれば車両走行状態が変化しているため、車両走行中であると考えられる。

したがって、順次求められる加速度値と設定された基準値との差を求め、その差が変動許容値の範囲内であるか否かを調べる。そして、加速度値が変動許容量の範囲内であれば、その後も車両走行状態に変動が無いか否かを調べるのに既に設定されている基準値をそのまま適用し、範囲外であれば、範囲外となったときの加速度値を新たな基準値に設定するようになっている。このような設定方法により基準値が設定されている。

なお、ここでは、加速度センサ３からの検出信号により求められる加速度値に基づいて静止判定を行っている。このため、加速度センサ３は、車両が坂路で停止した場合、重力に応じた検出信号を出力することになり、車両が水平路で停止した場合と異なる検出信号を出力することになる。しかしながら、車両が停止中の路面が坂路であっても、水平路であっても、そのときの検出信号に基づいた基準値が設定されることになることから、設定された基準値からの変動量に基づいて、的確に停車判定を行うことが可能となる。

そして、ステップ１１０にて、デジタル変換された加速度値と基準値との差が所定の範囲内であればステップ１２０に進み、ＥＣＵ６内に備えられた図示しないカウンタのカウントアップが行われる。このカウンタのカウント値は、停車判定を行った回数に相当するもので、車両走行状態が変動していない時間に相当する。すなわち、このカウント値に演算周期を掛け合わせれば、車両走行状態が変動していない時間となる。

このため、ステップ１３０でカウント値が設定値以上になっているか否かが判定される。ここでいう設定値とは、静止判定時間に相当するカウント値であり、設定値に対して停車判定処理の処理周期を掛け合わせると、静止判定時間となる。

そして、カウンタ値が設定値以上となっていれば、車両走行状態が静止判定時間続いており車両停止中であると判定されて、ステップ１４０に進み、車両停止中であることを示す停止状態フラグがセットされる。

また、カウンタ値が設定値以上となっていなければ、まだ車両が停止中とは言えないものとして、ステップ１５０に進んで車両走行中であることを示す走行状態フラグがセット（停止状態フラグをリセット）される。

一方、ステップ１１０において、デジタル変換された加速度値と基準値との差が所定の範囲外であればステップ１６０に進み、カウンタのカウント値をリセットする処理が成される。そして、ステップ１７０に進み、基準値更新処理が行われる。これにより、今回求められた加速度値が新たな基準値として設定、更新されたのち、ステップ１５０にて、走行状態フラグがセットされる。

すなわち、この場合には、車両走行中であることから、カウンタのカウント値をリセットしたのち、新たな基準値を設定し、その新たな基準値に基づいて改めて停車判定が実行されることになる。

このようにして停車判定処理が終了すると、所定の処理周期ごとに繰り返し上記処理が実行され、車両走行中であるか停止中であるかが判定されるようになっている。

続いて、角速度補正診断処理について説明する。図４は、角速度補正診断処理のフローチャートである。この処理は、上記ＥＣＵ６における角速度補正診断部８により実行されもので、車両に備えられた図示しないイグニッションスイッチがＯＮされた際に所定の処理周期ごとに実行される。

角速度補正診断処理が実行されると、まず、ステップ２００では、車両が旋回中であるか否かが判定される。この処理は、角速度センサ４、５からの検出信号に基づいて行われ、検出信号から角速度が発生していることが確認されると、肯定判定される。

そして、ステップ２００で肯定判定されれば、ステップ２１０に進み、感度異常判定処理が実行される。この感度異常判定処理は、センサ感度診断部８ｂによって実行されるもので、各角速度センサ４、５の感度が異常であるか否かの判定が成される。すなわち、角速度センサ４、５の感度を検出するためには実際に角速度が検出されている状態で、その角速度の変化を見なければならない。このため、車両が旋回中のとき、つまり角速度センサ４、５からの検出信号に基づき角速度が発生していることが確認された場合に、この感度異常判定処理が実行される。

具体的には、各角速度センサ４、５の出力差が求められる。ここでいう出力差とは、後述するオフセット補正更新処理（ステップ２２０参照）の際に設定されたオフセット補正値に基づくオフセット補正後の各角速度センサ４、５の角速度値の差を意味している。そして、この差が予め設定された入力角速度に対する出力差の判定しきい値と比較される。

例えば、判定しきい値は、図５に示す相関関係となるように設定され、入力角速度が増加するほど増加するような比例関係とされている。すなわち、各角速度センサ４、５の出力差が角速度に応じて変化することから、角速度の大きさに応じた判定しきい値とされている。ただし、入力角速度がたとえば２０°／ｓを超えるまでは、各角速度センサ４、５の出力差がＡ−Ｄ変換などの誤差範囲以下となるため、判定しきい値が設定されていない。なお、入力角速度としては、角速度センサ４、５の一方の角速度値を用いることができる。この場合、例えば角速度値が大きい方の値を採用するようにすれば、感度の診断頻度を増やすことが可能となる。また、双方の角速度センサ４、５の角速度値の平均値を用いることも可能である。

このような判定しきい値に基づいて各角速度センサ４、５の感度異常を判定することができ、各角速度センサ４、５の出力差が判定しきい値を超えるような場合には、感度異常であるとして、角速度補正診断部８から所定のダイアグ信号が出力される。

一方、ステップ２００で否定判定されれば、ステップ２２０に進み、車両停止状態であるか否かが判定される。この処理は、上述した停車判定処理により停止状態フラグがセットされているか否かに基づいて行われる。そして、停止状態フラグがセットされていればステップ２２０で肯定判定され、走行状態フラグがセットされていればステップ２２０で否定判定される。

そして、ステップ２２０で肯定判定された場合には、車両が停止中であり、角速度が発生していない状態になっていることから、ステップ２３０に進んでオフセット補正更新処理が実行される。

このオフセット補正更新処理は、オフセット診断・補正部８ａで実行される。この処理では、各角速度センサ４、５の検出値より新たなオフセット値として設定し、オフセット補正値の更新が行われる。したがって、車両が停止中であれば角速度値がゼロとされる。そして、このようにオフセット補正値が更新されると、今後オフセット診断・補正部８ａで行われるオフセット補正では、その更新後のオフセット補正値が用いられ、各角速度センサ４、５の検出値から更新されたオフセット補正値分が差し引かれ、オフセット補正後の角速度値として出力される。

また、ステップ２２０で否定判定された場合、車両旋回中で無いために角速度が発生していないかもしれないが、車両が停止中ではないことから、正確にオフセットを測定できる状況とはいえない。このため、この場合には、オフセット補正更新が行われない。

このようにして、角度補正診断処理が終了し、イグニッションスイッチがＯＮされている期間中、この処理が繰り返される。

以上説明したように、本実施形態における車両用角速度センサの補正診断装置によれば、車両が停止中にはオフセット補正を行い、車両が旋回中には、感度異常判定を行うようになっている。そして、各角速度センサ４、５の出力差がオフセットによるものなのか、それとも感度の変動によるものなのかを切り分けるために、慣性センサに内蔵される加速度センサ２、３からの検出信号、すなわち車両振動によるノイズに基づいて車両停止状態を検知し、オフセット補正を行うようにしている。

このため、的確に各角速度センサ４、５のオフセット補正を行え、かつ、角速度センサ４、５自体の感度を診断できる車両用角速度センサの補正診断装置とすることが可能である。そして、このようなオフセット補正および感度の自己診断を加速度センサ２、３と角速度センサ４、５の検出信号のみによって行えることから、慣性センサ１の構成のみに基づいてオフセット補正および感度の自己診断を行うことが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、感度異常判定処理で用いられる判定しきい値として図５に示されるものを用いたが、これは単なる例示であり、この他の判定しきい値を用いることも可能である。例えば、図６に示されるように、入力角速度に対して判定しきい値が段階的に増加するようにしても良い。

この場合、図中細線で示されるように、感度の判定精度、つまり感度変動を検出できる度合いがばらつくことになるが、入力角速度が２０°／ｓの時には図中破線で示した１０％の感度変動を検出することができることから、十分に感度の診断を行うことが可能である。

また、上記実施形態では、角速度センサを２つ備えた例を挙げたが、３つ以上の角速度センサを備えた構成とすれば、仮にそのうちの１つが故障したとしても、残りのセンサをしようして常に正しい角速度値が出力できる高い信頼性を有する角速度センサとすることが可能である。

なお、各図中に示したステップは、各種処理を実行する手段に対応するものである。

本発明の第１実施形態における車両用角速度センサの補正診断装置のブロック構成を示す図である。 車両停車判定処理のフローチャートである。 基準値の設定方法を模式的に示した図である。 角速度補正診断処理のフローチャートである。 入力角速度に対する出力差の判定しきい値の相関関係を示した図である。 他の実施形態における入力角速度に対する出力差の判定しきい値の相関関係を示した図である。 従来の車両用慣性センサおよび信号処理部のブロック構成を示した図である。

符号の説明

１…慣性センサ、２、３…加速度センサ、４、５…角速度センサ、６…ＥＣＵ、７…停車判定部、８…角速度補正診断部、８ａ…オフセット診断・補正部、８ｂ…センサ感度診断部、９…制御ＥＣＵ。

Claims (5)

1. 車両に備えられ、該車両の角速度に応じた検出信号を出力する第１の角速度センサ（４）と第２の角速度センサ（５）と、
   前記車両に備えられ、該車両の加速度に応じた検出信号を出力する加速度センサ（２、３）と、
   前記加速度センサ（２、３）からの検出信号が基準値を中心として設定される変動許容量の範囲内である場合は前記基準値を維持すると共に、該検出信号が該変動許容量の範囲外である場合は、範囲外となった時点の該検出信号を新たな基準値に設定し、さらに該検出信号が該変動許容量の範囲内である状態が静止判定時間続けば前記車両が停止中であることを判定する停車判定部（７）と、
   前記第１の角速度センサ（４）と前記第２の角速度センサ（５）が出力した検出信号および前記停車判定部（７）の判定結果を受け取る角速度補正診断部（８）とを備え、
   前記角速度補正診断部（８）は、オフセット診断・補正部（８ａ）とセンサ感度診断部（８ｂ）とを有して構成され、
   オフセット診断・補正部（８ａ）は、前記停車判定部（７）にて前記車両が停止中と判定されたときに、前記第１の角速度センサ（４）と前記第２の角速度センサ（５）が出力した検出信号から得られる角速度値よりオフセット補正値を求めると共に、このオフセット補正値を用いて前記角速度値のオフセット補正を行うようになっており、
   前記センサ感度診断部（８ｂ）は、前記第１の角速度センサ（４）と前記第２の角速度センサ（５）の検出信号に基づいて前記車両が旋回中であることを検知すると共に、前記車両の旋回中に前記オフセット補正後における前記第１の角速度センサ（４）と前記第２の角速度センサ（５）の前記角速度値の差を演算し、前記第１の角速度センサ（４）と前記第２の角速度センサ（５）の前記角速度値のいずれか一方もしくは双方の平均値を入力角速度として、該入力角速度に対する出力差の判定しきい値と前記角速度値の差とを比較することにより前記第１の角速度センサ（４）と前記第２の角速度センサ（５）の感度の診断を行うようになっていることを特徴とする車両用角速度センサの補正診断装置。
2. 前記センサ感度診断部（８ｂ）は、前記オフセット補正後における前記第１の角速度センサ（４）と前記第２の角速度センサ（５）の前記角速度値の差を予め設定された判定しきい値と比較することにより、前記感度の診断を行うようになっていることを特徴とする請求項１に記載の車両用角速度センサの補正診断装置。
3. 前記判定しきい値は、前記第１の角速度センサ（４）と前記第２の角速度センサ（５）の検出信号から得られた前記角速度値のいずれか一方もしくは双方の平均値とされる前記入力角速度に対して、該入力角速度が増加するほど比例して増加するように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用角速度センサの補正診断装置。
4. 前記判定しきい値は、前記第１の角速度センサ（４）と前記第２の角速度センサ（５）の検出信号から得られた前記角速度値のいずれか一方もしくは双方の平均値とされる前記入力角速度に対して、該入力角速度が増加するほど段階的に増加するように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用角速度センサの補正診断装置。
5. 前記センサ感度診断部（８ｂ）は、前記第１の角速度センサ（４）と前記第２の角速度センサ（５）の検出信号から得られた前記角速度値のいずれか一方もしくは双方の平均値とされる前記入力角速度に対して、該入力角速度が予め設定された角速度以上である場合にのみ、前記感度の診断を行うようになっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用角速度センサの補正診断装置。

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