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汽车电子论文
天津电子信息职业技术学院
毕业设计
课题名称自动变速器技术及仿真实现
姓名刘合营
学号14
班级汽电S09-1
专业汽车电子技术
所在系电子技术系
指导教师李明
完成日期20年月日
天津电子信息职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
课题名称：
自动变速器技术及仿真实现
完成期限：
20年月日至20年月日
姓名刘合营指导教师李明
专业汽车电子技术职称讲师
所在系电子技术系系主任刘松
接受任务日期2011-10-30批准日期2012-10-30
一、原始依据（资料）：
《汽车自动变速器维修技能实训教程》
《汽车电器与电子控制系统》
二、设计（论文）内容和要求：
设计内容：
我们的课题是自动变速器技术及仿真实现，是以变速器的发展为线索，系统的了解变速器的结构、工作方式、工作特点以及变速器在发展过程中所形成的种类和它们自身所具备的优缺点。
设计要求：
对变速器工作原理理解的基础上，了解自动变速器的分类和工作过程，掌握汽车自动变速器的使用方法，了解汽车自动变速器的构造与各部件的功用。
三、建议查阅的技术资料：
盛守法、汪立亮/《汽车自动变速器维修技能实训教程》北京：
机械工业出版社,2006-6
麻友良/《汽车电器与电子控制系统》北京：
机械工业出版社,2006-12
冯晋祥、吴际章/《自动变速器结构原理图册》，机械工业出版社
赵贵君/《汽车发动机电控系统的结构与维修实训》中央广播电视大学出版社，2010-6
过学讯/《汽车自动变速器》北京：
机械工业出版社，2001-9
天津电子信息职业技术学院页号
（1）
毕业设计（论文）进度计划表
序号
起止日期
计划完成内容
实际完成内容
检查日期
检查人签字
1
系毕业设计（论文）领导小组审阅意见：
系主任签字：
年月日
天津电子信息职业技术学院页号
（2）
注：
1.本任务书由指导教师填写。
2.签字部分用笔填写,其余各项均要求打印。
毕业设计（论文）开题报告
毕业设计（论文）题目
自动变速器技术及仿真实现
学生姓名
刘合营
系别
电子技术系
专业、班级
汽车电子技术、汽电S09-1
指导教师
李明
职称
讲师
工作单位
天津电子信息职业技术学院
指导教师
职称
工作单位
实践地点
天津电子信息职业技术学院
交表日期
2010年10月31日
毕业设计（论文）开题报告内容要求：
课题的意义、现状及发展趋势。
课题的研究内容、研究方法、研究手段、研究步骤。
课题所需的参考书目等。
注：
开题报告占毕业设计（论文）总成绩的10%。
一、课题的意义、现状及发展趋势
1.意义
传统的手动变速器操纵式变速器虽能满足汽车行驶动力性和经济性的基本要求，但其不足有：
换挡操作容易引起驾驶员的紧张和疲劳及注意力分散而增加汽车行驶的不安全因素；手动换挡操作时，传动系和发动机因承受换挡所引起的冲击力而影响其使用寿命；换挡操作时所带来的行车不平稳会影响乘坐的舒适性。
此外，换挡的最佳时机不易把握，这会影响汽车的行驶动力性和经济性。
为解决普通手动变速的不足，自动变速器应运而生。
2.现状
随着汽车行业在中国的发展加快,以及欧洲和亚洲其他国家的中高档汽车在中国的逐渐盛行可以看出，在大众消费群体中，普通人群的消费水平在逐渐像更高的标准迈进，从而使中国的人均消费水平提高，而在这些中高档汽车中，配置无级变速设施已经成为了显示轿车档次的评价标准之一，而实现无级变速的控制机构之一就是自动变速器，因为分国汽车生产上都采用自动变速器已实现无级变速为的是，使驾驶员可以集中精神关注前方的路面情况而不会手忙脚乱。
其优势就是不需要使用手来控制汽车档位，通过对自动变速器的结构原理进行分析，采用正确的使用，安装及检测方法，可以提升汽车的提速平稳性。
3.发展趋势
自动变速器的出现使汽车的操纵性、动力性、行车安全性、发动机及传动部件的寿命等均发生了质的飞跃，并且自动变速器的未来发展方向与其自身的发展规律是分不开的，我们现在所用的自动变速器大多数是有级变速器，有些高端汽车采用无级变速（CVT）的
天津电子信息职业技术学院页号
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形式。
另外，在减排降耗的形势下，电动机有了长足的发展，由于直流无刷电机本身就具有变速器的特性，它显然成为了自动变速器在未来的发展趋势之一。
二、课题的内容、研究方法、研究手段及研究步骤
1.课题的内容
（1）自动变速箱的原理及使用
（2）自动变速器的故障维修
（3）自动变速箱仿真理论
2.课题研究方法
首先老师对自动变速器的工作原理进行讲解,使我们能够对自动变速器有一个初步的了解，明白自动变速器是如何工作的，了解自动变速器的组成，知道自动变速器各个部件的作用。
然后通过其他方式收集自动变速器的资料,对其进行分析。
3.课题研究手段
理论结合实际。
首先对汽车变速器的原理及分类做总结与概括，然后对自动变速器领域中行星齿轮变速器的变速原理做较为深入的探索，最终为自动变速器的仿真提供理论依据。
4.研究步骤
液力变速器的结构特点
研究方案的初步制定
制定出成熟的研究方案,并开始着手设计
三、课题所需书目
盛守法、汪立亮/《汽车自动变速器维修技能实训教程》北京：
机械工业出版社,2006-6
麻友良/《汽车电器与电子控制系统》北京：
机械工业出版社,2006-12
冯晋祥、吴际章/《自动变速器结构原理图册》，机械工业出版社
赵贵君/《汽车发动机电控系统的结构与维修实训》中央广播电视大学出版社，2010-6
过学讯/《汽车自动变速器》北京：
机械工业出版社，2001-9
指导教师审核意见：
签字：
年月日
系毕业设计（论文）领导小组审阅意见：
系主任签字：
年月日
天津电子信息职业技术学院页号
（2）
毕业设计（论文）
系别
电子技术系
专业班级
汽车电子技术S09-1
姓名
刘合营
班级学号
14号
毕业设计（论文）题目：
自动变速器技术及仿真实现
毕业设计（论文）评语：
指导教师签字：
年月日
毕业设计（论文）总评成绩：
系主任签字：
年月日
天津电子信息职业技术学院教务处
自动变速器技术及仿真实现
摘要
随着汽车行业在中国的发展加快,以及欧洲和亚洲其他国家的中高档汽车在中国的逐渐盛行可以看出，在大众消费群体中，普通人群的消费水平在逐渐像更高的标准迈进，从而使中国的人均消费水平提高，而在这些中高档汽车中，配置无级变速设施已经成为了显示轿车档次的评价标准之一，而实现无级变速的控制机构之一就是自动变速器，因为分国汽车生产上都采用自动变速器已实现无级变速为的是，使驾驶员可以集中精神关注前方的路面情况而不会手忙脚乱。
其优势就是不需要使用手来控制汽车档位，通过对自动变速器的结构原理进行分析，采用正确的使用，安装及检测方法，可以提升汽车的提速平稳性。
并且由于城市车辆密度的加大，自动变速器已逐渐成为汽车的必备装备，因为有了自动变速器，改变车速变得轻松自如，且不必频繁的踩踏板。
自动变速器具有操作容易、驾驶舒适、能减少驾驶者疲劳的优点，已成为现代轿车配置的一种发展方向。
装有自动变速器的汽车能根据路面状况自动变速变矩，驾驶者可以全神贯注的注视着路面交通而不会被换挡高的手忙脚乱。
汽车技术的不断发展和汽车保有量的迅速增加，传统机械手动变速器由于操作复杂、驾驶和乘坐舒适性差、对驾驶技术要求高的缺点日益突出，人们迫切需要实现行驶过程中车速和档位的自动控制，在此要求下，20世纪40年代自动变速器就应运而生，自动变速器由于操作简便、经济性好、乘坐舒适、行车安全而日益普及。
关键词：
自动变速器；行星齿轮机构；液力变矩器；自动变速器仿真
目录
一、变速器的分类1
1.自动变速器1
2.手动变速器1
二、自动变速器的分类2
1.汽车自动变速器常见有三种形式2
2.按传动比的变化方式2
3.按操纵方式2
4.按汽车的驱动方式3
5.按控制方式分类3
6.按控制形式分类4
7.按变矩器类型分类4
三、自动变速器的组成与工作原理5
1.自动变速器的组成5
（1）液力变矩器5
（2）导轮6
（3）变速齿轮机构6
（4）变速箱7
（5）变速器作用7
（6）供油系统7
（7）自动换挡控制系统7
（8）换挡操纵机构8
2.自动变速器的工作原理8
3.自动变速器的特点8
4.变速箱的阀体名称9
5.自动变速器的功能9
6.自动变速器的档位说明及控制开关10
四、自动变速器的检测及维修11
1.自动变速器常见故障11
2.自动变速器常见故障部位12
3.电控自动变速器电子控制系统故障12
（1）通过自动变速器性能试验区分故障12
（2）自动变速器无故障但需要拖车时的要求12
（3）自动变速器解体时注意事项12
（4）对拆下的零件的处理12
4.自动变速箱升降档及试速曲线13
5.变速箱的试速目的与方法13
五、自动变速器的保养13
1.油质检查14
2.油量检查14
3.平常检测14
（1）如何检查自动变速箱油液位是否正常14
（2）自动变速箱油的周期14
（3）如何正确地更换变速箱油14
六、自动变速器的仿真及调研15
1.汽车自动变速器概述图15
（1）全液压操纵方式16
（2）电控液压操纵方式16
（3）辛普森式自动变速器17
（4）三档拉维奈尔赫式行星齿轮变速器17
17
（5）有级式机械自动变速器18
（6）三角皮带式18
（7）电力传动自动变速器19
2．单排单级行星齿轮传动五档自动变速器的仿真实现19
（1）行星齿轮的最简形式19
（2）单排单级行星齿轮传动五档自动变速器的仿真实现19
总结23
汽车维修必须要有理论作为依据，七分诊断三分修理，重在诊断。
只要我们认真学习好理论知识，并通过日常实践，会是我们更快的掌握维修经验。
谢词23
谢词24
参考文献25
一、变速器的分类
1.自动变速器
近年来，装备自动变速器的汽车越来越多。
有了自动变速器，人们可以在一脚油、一脚刹车之间，完成对汽车的控制，难怪有人称自动挡车为“傻瓜车”。
汽车自动变速是指自动变换传动比，调节或变换发动机动力输出性能，经济而方便地传送动力，较好地适应外界负载与道路条件的需要。
自动变速器自1939年美国通用汽车公司首次在轿车上应用以来，发展速度很快，尤其是电子技术和微处理机应用于换挡变速之后，自动变速技术这一人们长期追求的目标，进入了迅速发展的崭新时期。
自动变速器如图1-1所示
图1-1自动变速器
日本丰田公司生产的电子控制变速器（ECT）首先应用于豪华型皇冠牌轿车上，这种微机控制的四挡变速器的优点主要是：
能保证最佳的换挡规律，换挡的精确性好，能获得良好的燃料经济性和满意的动力性，减少污染；换挡灵便，换挡过程平稳，无冲击和振动，换挡品质好，行驶舒适，换挡动作准确、及时；操纵系统工作稳定、可靠，能在高低温、大颠簸、冲击振动、强磁场、电子干扰下正常工作；驾驶员可以干预自动换挡，以适应复杂的交通情况和地形条件；控制系统具有自我修正换挡和高度灵敏的自我诊断功能；操纵容易，在交通拥挤时可大大提高车辆行驶的安全性及可靠性。
由于上述原因，自动变速器已广泛应用于轿车、客车、大型公共汽车、越野车及重型牵引车上，并且装车率迅速增长，尤其在美、日、德等国生产的轿车上，采用电子控制变速器的比例越来越高。
当然，电子控制自动变速器也存在结构复杂、零件精度要求高、制造难度大，成本较高，相应的维修技术较复杂，传动效率较手动齿轮式变速器低等缺点。
自动变速器是通过各种液压多片离合器和制动闸限制或接通行星齿轮组中的某些齿轮得到不同的传动比的。
随着电子技术和计算机的飞速发展，现代轿车装用电子控制式自动变速器已越来越普遍。
据统计，在美国的90年代新车型上，作为标准件的自动变速器装车率已超过90%，日本为73%，欧洲为25%。
自动变速器使汽车具有操纵简单、乘坐舒适、动力性和经济性较好等特点。
2.手动变速器
手动变速器又称机械式变速器，即必须用驾驶员的手拨动变速杆，才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。
现代轿车手动变速器大多为四挡或五挡有级式齿轮传动变速器，并且通常带同步器，换挡方便，噪音小。
手动变速在操纵时驾驶员必须踩下离合，方可拨得动变速杆。
手动变速器与自动变速器是相对改变齿轮间传动比的方式而言的，其实在自动变速器出现之前所有的汽车都是采用手动变速器。
手动变速器是利用大小不同的齿轮配合而达到变速的。
最常见的手动变速器多为5挡位（4个前进挡、1个倒挡），也有的汽车采用6挡位变速器。
一般来说，手动变速器的传动效率要比自动变速器的高，因此驾驶者技术好，安装手动变速的汽车在加速、超车时比安装自动变速的车快，也省油。
手动变速器，如图1-2所示
图1-2手动变速器
二、自动变速器的分类
汽车自动变速器常见的有三种型式：
分别是液力自动变速器（AT）、机械无级自动变速器（CVT）、电控机械自动变速器（AMT）。
目前轿车普遍使用的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。
AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。
其中液力变扭器是AT最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。
眼下，装备液力自动变速器（以下简称AT）的车型比例越来越大，相比手动变速器（以下简称MT）车型，其便利性是非常突出的。
通常我们称之为AT的自动变速器，其核心部件为：
液力变矩器、行星齿轮组、离合器、制动器及其控制机构（电磁阀、油路），外围设备即为变速器壳体、传动轴等。
1.汽车自动变速器常见有三种形式
分别是液力自动变速器（AT）、机械无级自动变速器（CVT）电控机械自动变速器（AMT）。
轿车普遍使用的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。
2.按传动比的变化方式
①有级式变速器：
有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动。
又可分为：
齿轮轴线固定的普通齿轮变速器和部分齿轮（行星齿轮）轴线旋转的行星齿轮变速器两种。
②无级式变速器:
传动比可在一定范围内连续变化,常见的有液力式,机械式和电力式等。
③综合式变速器：
由有级式变速器和无级式变速器共同组成的，其传动比可以在最大值与最小值之间几个分段的范围内作无级变化。
3.按操纵方式
①强制操纵式变速器：
靠驾驶员直接操纵变速杆换档；
②自动操纵式变速器：
传动比的选择和换档是自动进行的驾驶员只需操纵加速踏板；
③变速器就可以根据发动机的负荷信号和车速信号来控制执行元件，实现档位的变换；
④半自动操纵式变速器：
一个是部分档位自动换档，部分档位手动（强制）换档；另一个是预先用按钮选定档位，在采下离合器踏板或松开加速踏板时，由执行机构自行换档。
4.按汽车的驱动方式
汽车的驱动方式有前驱动和后驱动两种，装置在这两种汽车上的自动变速器在结构上也就有很大的不同为分为前驱动自动变速器和后驱动自动变速器。
如图2-1所示
1.离合器2.变速器3.万向节4.驱动桥
图2-1汽车剖面图
①前驱动自动变速器：
前驱动自动变速器除了具有后驱动自动变速器相同的组成部分外，在自动变速器的壳体内还装有差速器。
前驱动汽车的发动机有纵置和横置两种。
纵置发动机的前驱自动变速器的结构和布置与后驱动自动变速器基本相同，只是在后断增加了一个差速器。
横置发动机前驱自动变速器由于汽车横向尺寸的限制，要求有较小的轴向尺寸，因此通常将输入轴和输出轴设计成两个周轴线的方式；变矩器和齿轮变速器输入轴布置在上方，输出轴布置在下方。
这样的布置减少了变速器总体的轴向尺寸，但增加了变速器的高度，因此常将阀板布置在变速器的侧面或上方，以保证汽车有足够的最小的离地间隙。
②后驱动自动变速器：
后驱动自动变速器的变矩器和齿轮变速器的输入轴及输出轴在同一轴线上，发动机的动力经变矩器、自动变速器、传动轴、后驱动桥的主减速器、差速器和半轴传给左右两个后轮。
这种发动机前置，后轮驱动的布置比较困难。
后驱动自动变速器的阀板总成一般布置在齿轮变速器下方的油底壳内。
5.按控制方式分类
自动变速器根据控制方式分类自动变速器按控制方式不同。
可分为液力控制自动变速器和电子控制自动变速器两种。
①液力控制自动变速器是通过机械的手段，将汽车行驶使得车速及节气门开度两个参数转变为液压控制信号；阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号的大小，按照设定的换挡规律，通过控制换挡阀执行机构动作，实现自动换挡，现在使用较少。
②电子控制自动变速器是通过各种传感器，将发动机转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器液压油温度等参数转变为电信号，并输入电脑；电脑根据这些电信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出电子信号；换挡电磁阀和油压电磁阀再将电脑的电子控制信号转变为液压控制信号，阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动换挡。
6.按控制形式分类
自动变速器根据汽车速度、发动机转速、动力负荷等因素自动进行升降挡位，不需由驾驶者操作离合器换挡，使用很方便。
特别在交通比较拥挤的城区马路行驶，自动变速器体现出很好的便利性。
自动变速器比手动变速器复杂得多，有很多方面不同。
手动变速器由驾驶员操纵档位，加档或减挡由人工操作，而自动变速器石油机械自动控制档位，变换档位是由液压控制装置进行的。
因此，就有节气门开度“信号”和车速“信号”，液压控制装置根据这两个“信号”自动调节变速器油量，从而控制换挡时机。
也就是说在汽车驾驶中，驾驶员踏下加速踏板（油门踏板），控制节气门开度和汽车的形式速度（变速器输出轴转速），既能自动控制变速器内的液压控制装置，液压控制装置会利用液力去控制行星齿轮系统的离合器和制动器，以改变行星齿轮的传动状态。
自动变速器的核心控制装置好似液压控制装置，液压控制装置由油泵、阀体、离合器、制动器以及连接所有这些部件的液体通路所组成，关键部位是阀体，因此它是自动变速器的控制中心。
阀体的作用是根据发动机和底盘传动系的负载状况（节气门开度和输出轴转速），对油泵输出到各执行机构的油压加以控制，以控制液力变矩器，控制个离合器和制动器的结合与分离实现自动换挡。
以上时自动变速器的基本控制形式，如果是电子控制自动变速器，就要在上述基础上增加电磁阀，ECU（电控单元）借助电磁阀哦那个至自动变速器工作过程，ECU输入电路接受传感器和其他装置输入的信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成电信号驱动被控的电磁阀工作。
因此，电子控制自动变速器就要增加节气门位置传感器、车速传感器、水温传感器、液压温度传感器、发动机转速传感器、档位开关、刹车灯开关等数字信号汇入ECU，从而使得ECU精确控制电磁阀，使换挡和锁止时间精确，令汽车运行更加平稳。
7.按变矩器类型分类
轿车自动变速器基本上都是采用结构简单的单机三元件综合式液力变矩器。
这种变矩器又分为锁止离合器和无锁住离合器两种。
早期的变矩器中没有锁止离合器，在任何工况下都是以液力的方式传递发动机动力，因此传动效率较低。
新型轿车自动变速器大都采用带锁止离合器的变矩器，这样当汽车达到一定车速时，控制系统使锁止离合器结合，液力变矩器输入轴部分和输出部分连成一体，发动机动力以机械传递的方式直接传入齿轮变速器，从而提高了传动效率，降低了汽车的燃油消耗量。
三、自动变速器的组成与工作原理
1.自动变速器的组成
自动变速器主要是有液力变矩器齿轮式自动变速器组成。
常见的组成部分有液力变矩器、行星齿轮机构、离合器、制动器、油泵、滤清器、管道、控制阀体、速度调压器等，按照这些部件各自的功能及应用可以将他们分为液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统，自动换挡控制系统和换挡操纵机构等五大部分。
如图3-1所示
图3-1自动变速器组成
自动变速器之所以能够实现自动换挡是因为在踩踏油门的位置或者是汽车的速度可以指挥自动换挡系统的工作，自动换挡系统中各个控制阀不同的工作状态将控制变速齿轮机构中离合器的分离与结合和制动器的制动与释放，并改变变速齿轮机构的动力传递路线。
实现变速器档位的变换，在传统式的夜里自动变速器中，是根据汽车行驶速度和节气门开度变化而控制档位，其换挡方式是通过机械方式将车速和节气门开的信号转换成控制油压，并将该油压，加到换挡阀的油路。
这样，工作液压油进入相应的执行元件，使离合器结合或分离，制动器制动或松开，控制行星齿轮变速器的升档或者降挡，从而实现自动变速，而在电控夜里自动变速器中，它是由于在夜里自动变速器的基础上增设了电子控制系统而形成的。
他通过传感器和开关检测汽车和发动机的运行状态，接受驾驶员的指令，并将所获得的信息转换成电信号输入到电控单元。
电控单元根据这些信号，通过电磁阀控制液压阀控制装置的换挡阀，使其打开或关闭通往换挡离合器和制动器的油路，从而控制换挡时刻和档位的变换，以实现自动变速。
（1）液力变矩器
曾有一种说法，AT上的液力变矩器相当于MT上的离合器，起到动力的连接和中断的作用。
其实这种说法是错误的。
AT与发动机曲轴是直接连接的，不像MT有一个动力的开关：
离合器。
所以从点火的瞬间开始，液力变矩器便开始转动了，对于动力的连接和中断，仍由齿轮箱内部的离合器来完成，液力变矩器唯一与MT离合器相似的地方，也就是液力变矩器“软连接”的特性，与MT离合器的“半联动”工况相近。
液力变矩器的工作原理就像两个风扇相对，一个风扇工作，然后将另一个不工作的风扇吹动。
这个比喻可以很形象的解释液力变矩器中泵轮和涡轮之间的工作关系。
动力输出之后，带动与变矩器壳体相连的泵轮，泵轮搅动变矩器中的自动变速箱油（以下简称ATF），带动涡轮转动，ATF在壳体中是一个循环的动作，由于泵轮旋转时的离心力，ATF会在泵轮的作用下，甩向外侧，冲向前方的涡轮，再流向轴心位置，回到泵轮一侧，如此周而复始的循环，将动力传向与齿轮箱连接的涡轮。
不过只有该零部件和传动方式，只能称为液力耦合器，若想成为液力变矩器，必然要改变涡轮叶片的形状，这样一来，ATF在经过涡轮再循环回泵轮时，会与泵轮旋转方向相反，因而造成冲击。
如图3-2所示
图3-2液力变矩器
（2）导轮
导轮是存在于泵轮和涡轮之间的一个部件，用于调节壳体中ATF液流方向，通过单向离合器与箱体固定。
有了导轮，才有了“变矩”的灵魂所在，在泵轮与涡轮转速差较大时，动力输出的扭矩也变大了，此时的变矩器想当一个无级变速器，通过转速差来提升扭矩，此时导轮处于固定状态，用以调节ATF回流；而当转速差降低，涡轮泵轮耦合或锁止时，扭矩接近对等，无需增矩，导轮随泵轮和涡轮同向转动，避免自身搅动ATF，造成动力的损耗。
至此我们了解到了液力变矩器的最大特点——软连接，而这种动力的传输方式起到了两大功能：
①从静止到低速时的平稳起步；
②在加速过程中，较大动力输出时，起到增大扭矩的作用。
如果与MT上的离合器相比较，则需注意的是，第一条起到了并优化了MT上离合器的功能，但第二条则是离合器无法实现的。
但液力变
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