ABS结构原理研究及简单障碍诊断与检查

　　ABS系统硬件构成主要由传感器、电子控制装置、制动压力调节器三大部分组成，传感器把车轮速度反馈给电子控制装置做一定的分析后再向制动压力调机器发出指令，制动压力调机器按照指令做出准确的响应，形成一个以滑移率为目标的自动控制系统。在制动过程中，车轮转速可反馈给电子控制模块与模块中原有的理想减速度的特性曲线相作比较分析。如果电子控制系统利用理想减速度的特性曲线判断出车轮减速度过快和车轮即将抱死时，它就发出指令给制动压力调节器，制动压力调节器可根据来自控制装置的指令对制动器的卡钳或轮泵的油压进行控制，该控制是在原来普通制动系统之上另增加一套控制系统而形成的。普通的液压制动系统是由机械、液压元件组成的放大系统，它仅仅将驾驶员给刹车踏板的力迅速、均匀地转化为轮子的制动力，ABS控制系统是由一套电子、机械和液压元件组成的自动控制系统，它可以连续不断地检测车辆的制动状况做出相应的响应与反馈，在最短的时间将汽车的制动调整到最佳状态。ABS系统能将汽车的制动效果调整到最佳状态从而保障了驾驶员的制动安全隐患。

　　2.1.1发展历史

　　ABS最早是出现在铁路机车上慢慢通过科学技术的发展和对其研究，对ABS系统不断的改进和技术填补，ABS慢慢走向我们的汽车行业。现在ABS是作为一种安全装置加装于现代汽车原有的制动系统中的控制系统并且得到广泛的支持且慢慢成熟。其发展流程如下表2.1所示：

　　表2.1 ABS发展流程表

　　年份取得成果的研究人物或者公司取得成就

　　1908年J.E.Famcis设计了第一套ARS并安装在铁路机车上，获得成功

　　1936年德国Rodet Boch公司取得第一项ABS专利权

　　1945年德国Fiz Obwald公司开始开发用于飞机着陆制动系统的AB5S

　　1948年波音公司生产的B-47飞机上首先装备BydoAire公司的ARS。

　　1954年XFoud公司首次在林首迪轿车上试用飞机的ABS系统。

　　1957年

　　Fod公司与Kelsey Haes公司

　　开始联合开发汽车用ABS

　　1958年Dumlop公司

　　用于货车的Maxaret ABS

　　1960年Harmyegso公司在Maxare ABS的基础上开发出四轮控制ABS,使汽车用ABS的性能水平跃上一个崭新的阶段

　　发展到现在ABS系统已经是每辆汽车不能缺少的重要制动系统，基本每个汽车公司都会利用ABS防抱死系统作为自己汽车的制动系统。比如，本田、丰田、福特等等。

　　2.1.2发展前景

　　伴随人类生活质量提高与科技的迅猛发展，汽车已经普及到家家户户，汽车行业也是蒸蒸日上，相关技术人员也不断增加，ABS防抱死系统电子控制为轿车的安全制动做了一定的保障，每年产量也不断的提升。

　　如下图2.1是2011到2014年汽车装备比例图：

　　图2.1 2011到2014年汽车装备比例图

　　由图可知ABS系统已经慢慢成为所有汽车制动系统的标配基本完全代替原有的普通制动系统，人们也将慢慢的对ABS防抱死制动系统更深入的研究与了解更是各大汽车行业竞争的技术焦点，显然掌握最先进的ABS系统意味着掌握了最先进制动系统。制动技术与驾驶车辆的安全性息息相关，当掌握其最先进技术则可以在汽车行业站住地位，为此各大汽车公司队该方面的人才引进也是不断的增加，该方面的技术人员也逐步提升。可以说，ABS系统发展前景是光明的，当然它仍然需要我们对其不断研究让其发挥到最大的功效，让其充分和现代科技电子技术相结合为人类服务，让减少驾驶员在驾驶过程中的安全隐患。

　　2.2.1优点

　　1.ABS系统可以保障了汽车制动时最大限度的稳定性。制动时每个轮子上的制动力都是不相同的，如果汽车的后轮先抱死，将会出现左右摇摆、甩尾，甚至使汽车整个调头等严重后果，假如的前轮先抱死，则会导致驾驶员就无法控制汽车的行驶方向。

　　2.ABS系统改善了轮胎的磨损程。当发生制动时车轮抱死会造成轮胎严重的磨损，导致轮胎面变得不均匀，导致轮胎磨损消耗费不断增加，让费用不断上升，而ABS系统制动以最优方案制动则可以减少轮胎的损耗量节省资源。

　　3.ABS系统是利用电子系统来控制制动在使用方面格外的方便和可靠。在制动过程中它的使用方式与原有普通制动系统几乎是相同的。只要把脚踏在ABS系统使制动状态保持在最佳点便可稳定使车制动。因为利用电子系统作为控制中心所以ABS系统工作十分可靠且一定的自诊断能力将在下文第四章中详细提出。

　　4.ABS系统能够缩短制动距离。可以有效的减少汽车追尾事件而减少交通事故保障驾驶员的人生安全如下图2.2所示为以速度为80km/h的车辆有无ABS比较分析：

　　图2.2以80km/h速度的车辆有无ABS对比图

　　2.2.2功能特点

　　我们在生活驾驶汽车是经常遇到下暴雨或者下雪更或者路面结冰的情况尤其在夏天或者寒冷的冬天，当我们在该种情况下，开车有多年有经验的司机总会提醒不能猛踩制动踏板会造成严重的侧滑导致不同的交通事故的出现，此时应该轻踩踏板慢慢制动，而我们的普通制动更是难以控制制动时的稳定性，而ABS系统是传感器把车轮速度反馈给电子控制装置做一定的分析后再向制动压力调机器发出指令，制动压力调机器按照指令做出准确的响应，让汽车最大限度的达到稳定避免交通事故的发生。ABS系统的功能主要有概括有以下三点:

　　1.能够让驾驶员轻松制动并且在汽车制动过程中仍能控制转向盘，从而实现避开障碍物。

　　2.缩短制动距离，从而实现减少追尾事故的发生。

　　3.提高制动过程中汽车行驶的方向稳定性。

　　如下图2.3车辆有无ABS系统的对比：

　　图2.3有无ABS对比图

　　ABS系统电子控制模块和车轮速度传感器以及制动压力调节器等组成，如下图3.1所示：

　　图3.1 ABS简单结构组成图

　　在生活中传感器可用与人类无法检测的地方来接收信息反馈给相应的控制器，ABS系统中车轮传感器便是是用于对车轮速度的信息的检测然后反馈给中央处理器，为了精确的比较得到相应的制动方案，汽车的每个车轮都安装有车轮传感器，当制动时速度改变第一时间将信号反馈给中央处理器，上述的中央处理器是指ABS系统的控制中心电子控制系统，控制中心接收车轮传感器的速度信号后，经过相应计算和原有速度曲线比较后发出精确的控制指令给终端。这里的终端是指液压调节器，它是ABS系统中的执行控制装置用于响应控制系统发来的指令，它可以控制制动分泵的液压液力迅速变大或变小，利用机械装置实现四个车轮不被完全抱死如图3.2所示，从作往右完成一次制动操作。

　　图3.2 ABS制动原理图

　　但是当制动系统在制动过程中车轮没有被抱死的情况下，ABS防抱死系统是并不会有相应的响应。ABS系统有预防的功能，当车轮即将要抱死时，ABS系统中的控制中心就会从车轮传感器反馈的转速信号的变化作计算分析,同时向液压调节器发出控制指令，达到最佳制动点。将反馈部件、控制部件、执行部件这三个重要部分联系起来成为一个系统然后共同作用形成一个制动系统，这就是ABS防抱死系统，其系统组成如下图3.3所示：

　　图3.3 ABS系统组成图

　　ABS电子控制系统相当于整个ABS系统的控制中心，在ABS系统中对信号的处理计算以及与原有数据库对比后发送相应的指令给执行机构图3.4所示为ABS电子控制图：

　　图3.4 ABS电子控制图

　　ABS电子控制中心是以微型电脑的方式控制，其中基本输入信号是四个轮上传感器送来的轮速信号，输出信号是:给液压控制单元的控制信号、输出的自诊断信号和输出给ABS故障指示灯的信号，驾驶员可以通过车内的显示器直观的判断。其总体控制如下图3.5所示：

　　图3.5电子总体控制图

　　ABS系统能够正常完成制动工作那么ABS系统应该第一时间将车轮的速度检测出来，然后对其速度做一定分析再执行后面动作，而且在制动时要时刻反映车轮速度的变化情况，我们可以通过传感器来完成其任务，车轮传感器的结构如图3.6所示，其安装位置如图3.7所示：

　　图3.6车轮速度传感器结构图

　　图3.7轮速传感器安装位置

　　车轮速度传感器的工作原理如图3-8所示，齿圈是固定在车轮上的，当车轮转动时由于传感头与齿圈紧是挨着固定传感头也将随之转动，因为齿圈上齿峰与齿谷过时引起磁场强弱变化的缘故在图右侧的永久磁铁上的电磁感应线圈中就产生一交流信号交流，当速度不断增加是信号的频率也不断增加,上述的ABS控制中心接受传感器反馈的交流信号的频率来计算此时车轮的速度，然后与原有的理想速度曲线相互比较把指令立刻给液压调节器，提前做好准备防止车轮抱死。

　　图3-8车轮传感器原理图

　　上述了车轮传感器和ABS电子控制模块用于检测信号与处理信号以及发出指令，那么需要一个终端即执行机构用于ABS系统的制动响应，如图3.4中的最后一个执行元件。

　　制动压力调节器扮演着ABS系统中的执行者，制动压力调节器分为可变容积式制动压力调节器和循环式制动压力调节器。

　　1.常规制动：

　　在常规制动的过程中，ABS系统循环式制动压力调节器与可变容积式制动压力调节器都不运行。循环式制动压力调节器如图3.9所示电磁线圈中由于没有工作则无电流，塞柱在弹簧力的作用下处于最低位置，那么制动主缸与轮缸是相互流通的，制动液从制动缸直接进入轮缸，促使轮缸压力随主缸压力而增大而增大减小而减小。可变容积式制动压力调节器常规状态如图3.10所示，其控制活塞被弹力推到活塞的左端，此时单向阀门被打开，轮缸与总泵的管路导通，直接控制其制动压力的增减。

　　图3.9循环式制动压力调节器常规状态图图3.10可变容积式制动压力调节器常规状态图

　　2.减压过程：

　　在减压过程中，如图3.11所示为循环式制动压力调节器减压状态图，当接收电子控制系统发来的保压信号时，车轮抱死信号还是继续的出现，那么电子控制中心将向电磁线圈最大的电流，让电磁阀处于减压位置，车轮轮缸中的制动液通过通道流入储液室，从而实现轮缸压力降低。如图3.12所示为可变容积式制动压力调节器减压状态图，此时电磁阀线圈通入较大电流，其塞柱往右边移动且储油器中压力上升其管道中的液体作用于控制活塞的左侧，由上述可知开始处于左侧，那么此时将克服弹簧的弹力右侧移动，从而实现单向阀关闭切断总泵与轮缸的流通达到制动压力减小的目的。

　　图3.11循环式制动压力调节器减压状态图图3.12可变容积式制动压力调节器减压状态图

　　3.保压过程：

　　在保压过程中，循环式制动压力调节器保压状态如图3.13所示，车轮传感器检测到即将抱死反馈给电子控制中心，此时控制中心发出指令向电磁线圈通入约为最大值二分之一的保持电流，用于保证电磁阀处于保压状态，此时每个油缸以及通管被相互阻断，从而促使制动压力保持一定。如图3.14所示为可变容积式制动压力调节器保压状态图，此时控制中心和循环式制动压力调节器保压状态一样给定一个较小的电流给电磁阀产生一个力与弹力平衡从而让活塞达到平衡位置此时制动液被阻断，从而保证其制动压力保持不变。

　　图3.13循环式制动压力调节器保压状态图图3.14可变容积式制动压力调节器保压状态图

　　4.增压过程：

　　在增压过程中，图3.15循环式制动压力调节器增压状态图，当在制动过程中制动力减小时车轮的速度加快此时传感器反馈给电子控制中心发出指令阻断通往电磁阀的电流，主缸和轮缸再次相通，此时主缸中的高压制动液进入轮从而使制动压力增加。图3.16所示为可变容积式制动压力调节器增压状态图，由于断电此时的活塞左端初始的位置导致动力活塞在弹簧的压力下向左移动轮缸里的制动液减少导致制动压力增加。

　　图3.15循环式制动压力调节器增压状态图图3.16可变容积式制动压力调节器增压状态

　　从上述的循环式制动压力调节器与可变容积式制动压力调节器的常规、减压、保压、增压四个状态过程的了解可知，其工作原理都是传感器把信号反馈给电子控制中心分析后以电流的大小为指令发送给制动压力调节器的电磁阀与弹簧的相应位置来控制管道而控制制动液在轮缸与总泵中的量促使制动压力增减或者保持不变。

　　3.2 ABS的类型及布置形式（基于ABS控制管路数和传感器数量分类研究）

　　1.四传感器四通道四轮独立控制的ABS：

　　如下图3.17所示，由图可知其中包括了四个车轮传感器以及四个控制通道，那么每个轮子都有传感器控制，车轮传感器检测每个轮子的速度然后反馈给电子控制系统，显然每个车轮都受到控制。四传感器四通道四轮独立控制的ABS可以利用各个车轮的瞬间附着状态的需要然后对车轮制动器制动力矩做相应的分配,由此在紧急制动时可以最短时间内制动以及制动距离很短。但是有凹凸的路面紧急制动时,会让不同轮上的制动力不相同，轿车容易摆动而产生许多不稳定因素。

　　图3.17四传感器四通道四轮独立控制的ABS

　　2.四传感器四通道前轮独立后轮低选控制的ABS：

　　如下图3.18所示，由图可知该系统主要是以前轮来完成控制,当然后轮也参加控制，此时要对比每个轮的力矩的大小那个轮的力矩较小则以哪个为控制对象，因为在上述四传感器四通道四轮独立控制的ABS时，路面不对称时此系统难以控制，但是在四传感器四通道前轮独立后轮低选控制的ABS中我们选择较小力矩对象有低选择控制功能，遇到路面不对称时依旧可以完成相应的防抱死功能而且对驾驶员的要求不是很高。

　　图3.18四传感器四通道前轮独立后轮低选控制的ABS

　　3.四传感器三通道前轮独立后轮低选控制的ABS：

　　如下图3.19所示，该系统常用于对制动管路前后布置方式的汽车，和上述的四传感器四通道前轮独立后轮低选控制的ABS相似，都是以后两轮中每个轮有不同的力矩是，以力矩小的为对象即以以小力矩为控制标准，其中前轮是独立的而后两轮采用低选控制。

　　图3.19四传感器三通道前轮独立后轮低选控制的ABS

　　4.三传感器三通道前轮独立后轮低选控制的ABS：

　　如下图3.20所示，只有三个转感器但是前轮是独立出来的只有一个传感器，后轮采用低选控制，有三通道。当产生力矩不同时后轮依旧以力矩较低的为控制标准，有较好稳定性但是制动距离较上述的三个要长一些。

　　图3.20三传感器三通道前轮独立后轮低选控制的ABS

　　5.四传感器二通道前轮独立控制的ABS：

　　如下图3.21所示，与前面四传感器三通道前轮独立控制的ABS比较，只是少了一个通道，它的制动力有所降低且制动距离加强，但是后轮的滑动较小且制动的稳定性比较好。

　　图3.21四传感器二通道前轮独立控制的ABS

　　6.四传感器二通道前轮独立后轮低选控制的ABS：

　　如下图3.22所示，在四传感器二通道前轮独立控制的ABS基础上把后轮改成低选控制，以力矩较小为选择标准，更大程度上增加了汽车的制动稳定能力，但是其制动距离加长且制动力减小。

　　图3.22四传感器二通道前轮独立后轮低选控制的ABS

　　当ABS出现故障时，我们将以一定的流程去对其维修如下表表4.1 ABS维修基本内容表所示：

　　ABS系统维修的基本内容

　　1当出现故障时我们将对故障诊断与检查

　　2对第一步就一步处理将故障排除与修理

　　3完成修理后为保障其正常使用将定期保养与维护

　　根据自身特点ABS具有一些特殊的检查、诊断和修理方法

　　表4.1 ABS维修基本内容表

　　4.1.1诊断与检查的基本内容：

　　ABS慢慢成为制动系统的主流，它的维修也是我们不可避免的环节，通过特定好的诊断与检查方法在最快的时间检查出故障所在然后进行维修，ABS系统会因为生产厂家以及年代的不同而有所差别，我们可以通过相应的诊断卡对其诊断，其步骤如图4.1包括为如下4个环节：

　　:

　　图4.1 ABS诊断步骤

　　当ABS系统出现简单故障时都可以通过上述的四个步骤迅速找到故障点。车辆中装有与ABS系统相关的微电脑给修理人员提供的快速自动故障诊断法将在下文4.2.2：故障自诊断中再做描述。

　　4.1.2修理的基本内容：

　　通过诊断与检查后，一旦准确地断出ABS系统中的故障部位，就可以进行调整、修复或换件，直到故障被排除为止、修理的步骤通常如下:

　　l.泄去ABS系统中的压力。

　　2.对故障部位进行调整、拆卸、修理或换件，最后进行安装，这一切必须按相应的规定进行。

　　3.按规定步骤进行放气。

　　如果是车轮速度传感器或电脑有故障，可以不进行第和第三步骤，只需按规定进行传感器的调整、更换即可，ABS电脑损坏只能更换。

　　4.2.1初步检查

　　当制动系统出现故障时可以通过下表4.2的步骤对其检查：

　　表4.2初步检查表

　　初步检查

　　1.检验驻车制动(手刹)是否完全释放。

　　2.检查制动液液面是否在规定的范围之内。

　　3.检查ABS电脑导线插头、插座的连接是否良好，连接器及导线是否损坏。

　　4.检查下列导线连接器(插头与插座)和导线的连接或接触是否良好：a.液压调节器上的电磁阀体连接器。

　　b.液压调节器上的主控制阀连接器。

　　c.连接压力警告开关和压力控制开关的连接器。

　　d.四轮车速传感器的连接器。

　　e.电动泵连接器

　　5.检查所有的继电器、保险丝是否完好，插接是否牢固。检查蓄电池容量(测量电解液比重)和电压是否在规定的范围内。

　　续表4.2

　　6.检查蓄电池正、负极导线的连接是否牢靠，连接处是否清洁。

　　7.检查ABS电脑、液压控制装置等的接地(搭铁)端的接触是否良好。

　　8.检查车轮胎面纹槽的深度是否符合规定。

　　如果用上述方法不能确定故障位置，那么说明此时ABS系统出现的故障不是基本故障，就可转入使用故障自诊断方法。

　　4.2.2故障自诊断：

　　ABS系统一般具有故障自诊断的能力，它实质是以ABS电脑中标准的正常运行状为准，将非正常的运行(故障)用某种符号形式记录在存贮器中，供人们方便读出以确定故障点的方法，常用故障代码来查找故障。

　　以下表4.3部分故障代码作为例子以（桑塔纳2000 GSi轿车为例）：

　　表4.3桑塔纳2000 GSi轿车部分故障代码

　　故障代码故障原因

　　65535电子控制单元故障

　　02176 ABS液压泵V64与ABS连接线路对正极、对地短路及开路或液压泵马达故障

　　00283左前轮转速传感器(G47)触点开路或松动

　　左前轮转速传感器电路短路

　　转速传感器和齿圈的间隙超差(信号不正常)

　　00285右前轮转速传感器(G45)触点开路或松动

　　左前轮转速传感器电路短路

　　转速传感器和齿圈的间隙超差(信号不正常)

　　00290左后轮转速传感器触点开路或松动

　　左前轮转速传感器电路短路

　　转速传感器和齿圈的间隙超差(信号不正常)

　　00287右后轮转速传感器触点开路或松动

　　左前轮转速传感器电路短路

　　转速传感器和齿圈的间隙超差(信号不正常)

　　01044 ABS编错误(ABS 25针插头触点6和22)

　　00668供电端子30号线路、连接插头、保险丝故障

　　01130 ABS工作信号超差，可能有外界干涉信号源的电气干涉(高频发射，例如:非绝缘的点火电缆线)

　　4.2.3快速检查

　　快速检查的方法是利用数字万用表以及其他相应的设备对ABS电路检测来找出故障点。可以用接线盒与ABS导线连接，如果有代码读出就可以在上述的自诊断后进一步快速查找故障点。

　　为查找快速维修手册里都有相应的测量图表，如表4.4为部分测量图表。

　　表4.4部分测量图表

　　检查内容点火开关状态测量脚测量单位说明与数据

　　蓄电池ON 40和18伏特正常电压10分钟不变

　　主电源继电器OFF 40和9欧姆40到50欧姆

　　ON 40和16伏特正常电压10分钟不变

　　从主电源继电器到电源ON 40和15伏特正常电压10分钟不变

　　主电源电路OFF 40和16是否导通导通

　　主电源电路OFF 15和40是否导通导通

　　上述为部分快速检查能够用作快速查找，比如由上面自诊断代码知道蓄电池可能坏了那么现在用数字电压表测量40号脚和18号引脚的电压，如果电压不能正常电压10分钟不变，这说明蓄电池的确坏掉对其作出相应维修。

　　4.2.4故障指示灯诊断法

　　同上述的快速诊断法比较，故障指示灯诊断法不需借助万用表等设备，驾驶员可以通过红色制动故障指示灯和ABS故障指示灯闪亮的规律来对故障进行判断，驾驶员除了凭借经验外，与快速诊断法一样在维修手册里查找，下表4.5为部分故障指示诊断表：表4.5部分故障指示灯诊断表

　　ABS灯故障现象可能原因

　　偶尔或者间接性亮ABS作用正常，只要点火开关OFF再ON，ABS灯即会熄灭1.ABS电脑接脚松动2.车速传感器电线受千扰

　　3.车速传感器内部不良4.车轮轴承不良

　　5.制动蹄不良6.制动分泵动作不完全

　　续表4.5

　　行驶期间亮后，又再熄灭灯亮时，ABS不再作用，熄灯后，正常工作1.发电机供电量不够

　　2.ABS电源连接点不良

　　灯亮ABS正常工作1.发电机供电量不够

　　2.发电机整流二极管不良

　　灯不亮

　　踩制动时，制动踏板震动激烈1.车速传感器信号不良

　　2.ABS电脑不良

　　3.油泵马达继电器不良

　　4.制动鼓变形

　　灯亮

　　ABS不作用1.车速传感器不良

　　2.电磁阀不良

　　3.电磁阀继电器不良

　　4.油泵马达继电器不良

　　5.ABS电脑不良

　　4.2.5简单诊断例子：

　　1.无故障代码输出故障检测诊断方法，无故障代码输出故障检测诊断方法如图4.3所示。点火开关在“ON”位置，ABS警告灯不亮，故障的检测诊断方法：

　　图4.3 ABS警告灯诊断图

　　2.以上面内容4.2.2提到的的桑塔纳2000 GSi轿车为例的故障代码表，以表4.3中的0068代码以及0104代码为例做诊断分析如下图4.4和图4.5所示：

　　图4.4 0068代码故障诊断图

　　图4.5 01044代码故障诊断图

　　ABS防抱死系统是汽车行业的一大重要系统，其原理结构比较复杂但是工作就是的原理很简单。本文对ABS系统的电子控制系统、车轮传感器以及制动压力调节器做了一定分析。电子控制相当于ABS系统的中央处理器用于信息的处理与分析以及命令的发送。对车轮传感器是对信息的收取然后把收取的信息在第一时间反馈给中央处理器电子控制系统。制动压力调节器属于ABS系统的终端是对从电子控制器发来的指令做相应的响应。在驾驶员在制动汽车时车轮的速度将会发生改变，车轮上的车轮传感器将会检测其速度反馈给中央处理器电子控制系统，电子控制系统把其速度与原始输入速度曲线比较然后做出相应的指令，作用于终端制动压力调节器产生相应的响应让车轮的速度相应降低且防止报死。ABS发展迅速，它的维修与判断也显得尤为重要当其出现故障时不可盲目的下手，应当根据具体的状况初步诊断一一排除故障然后进行维修，且ABS具有自诊断的能力，可以找到相应的代码然后对应该汽车ABS故障代码找出相应的故障然后进行维修。

　　在论文的设计过程中，我遇到很多自己无法克服的难题时我的导师都会孜孜不倦的为我解惑，用其细心教学的态度对待我每一次提问，我的同学也为我提出宝贵意见，让我学会的不仅仅是论文上的知识还学会了许多生活中的知识。

　　因此，在我论文完成之际我向在本次毕业论文设计的过程中对我提供帮助和关心的导师以及同学表示感谢并致以崇高的敬意！

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