(57)【要約】【課題】車両性能を損なうことなく駆動トルクに含まれている振動成分を効果的に低減する。【解決手段】駆動力要求量に基づいて求められる電動機が出力すべき主トルクに、振動を抑制するための制振トルクを加減して車両の振動を抑制する駆動力制御装置において、前記主トルク値に基づいて前記制振トルク値を求める制振トルク算出手段Ｃｖと、制振トルク値をフィルタ処理する制振トルクフィルタ処理手段Ｆと、フィルタ処理された制振トルク値を前記主トルク値に加算する加算手段Ａ１とを備え、その加算手段で加算されたトルク値に基づいて前記電動機トルク指令値を求めるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行のための動力を出力する電動機を備え、前記車両に対する駆動力要求量に基づいて求められる前記電動機が出力すべき主トルクに振動を抑制するための制振トルクを加減して前記車両の振動を抑制する車両の駆動力制御装置において、
前記主トルクに基づいて前記制振トルクを求める制振トルク算出手段と、
その制振トルク算出手段で求められた制振トルクをフィルタ処理する制振トルクフィルタ処理手段と、
その制振トルクフィルタ処理手段で処理された制振トルクを前記主トルクに加算する加算手段と
を備え、
その加算手段で加算されたトルクに基づいて電動機トルク指令値を求めるように構成されていることを特徴とする車両の駆動力制御装置。
【請求項２】
前記制振トルクフィルタ処理手段は、低減すべき振動の周波数帯と同じ周波数帯の制振トルクを通過させるフィルタ処理を行う手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動力制御装置。
【請求項３】
前記制振トルク算出手段は、予めガード処理された前記主トルクに基づいて前記制振トルクを求める手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の車両の駆動力制御装置。
【請求項４】
前記制振トルク算出手段は、前記主トルクに加えて、前記車両に備えられている内燃機関が出力するトルクと前記車両の駆動輪の回転速度である車輪速とに基づいて前記制振トルクを算出する手段を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両の駆動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動を抑制もしくは減殺するように車両の駆動力を制御する装置に関し、特に電動機のトルクを制御する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車では電動機が動力源として使用されており、アクセルペダルの操作などによる駆動力の要求に従って電動機が制御されている。その電動機が出力するトルクやハイブリッド車におけるエンジンが出力するトルクには、駆動力要求量や路面状態の変化、さらには外乱などによって不可避的に振動成分が含まれ、そのまま出力したのでは車両の挙動に影響が生じて乗り心地やドライバビリティが損なわれる可能性がある。このような不都合を解消するために、電動機によって制振トルクを発生させ、振動成分を低減あるいは減殺することが、従来、行われている。
【０００３】
例えば特許文献１には、パラレルハイブリッド車両において、エンジン回転数とスロットル開度とからマップ検索によって目標とするモータトルクを求め、その目標トルクを駆動系振動周波数より低い周波数帯を通過させるローパスフィルタに掛けて、駆動系振動成分を除去するように構成した装置が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５１７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ローパスフィルタやハイパスフィルタさらにはバンドパスフィルタは、それぞれの周波数帯域の信号を通過させるから、除去するべき信号の周波数帯域が定まっていれば、いずれかのフィルタを用いることにより特定の周波数帯域の信号を除去でき、あるいは通過させることができる。したがって、上記の特許文献１に記載されているように、除去するべき振動成分の周波数帯域がいわゆる中周波帯域以上であれば、ローパスフィルタによってこれを除去できる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されているような従来の装置は、目標とするモータトルクをそのままローパスフィルタに掛けるので、そのモータトルクに含まれている振動成分だけでなく、他の周波数帯域の信号までも除去されてしまう。例えば、ハイブリッド車における駆動力の要求には、アクセル操作に基づく加速要求やブレーキ操作に基づく制動要求、さらには蓄電装置に対する充電あるいは放電の要求に伴う駆動力要求が含まれているが、目標とするモータトルクをいわゆる一括してローパスフィルタに掛けると、これらの走行に関して生じている要求に基づくトルクが除去されもしくは制限されてしまう。その結果、車両の加減速の遅れや放充電の遅れなどが生じ、車両の性能が損なわれる可能性がある。
【０００７】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、車両性能を損なうことなく振動を抑制することのできる駆動力制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、車両の走行のための動力を出力する電動機を備え、前記車両に対する駆動力要求量に基づいて求められる前記電動機が出力すべき主トルクに振動を抑制するための制振トルクを加減して前記車両の振動を抑制する車両の駆動力制御装置において、前記主トルクに基づいて前記制振トルクを求める制振トルク算出手段と、その制振トルク算出手段で求められた制振トルクをフィルタ処理する制振トルクフィルタ処理手段と、その制振トルクフィルタ処理手段で処理された制振トルクを前記主トルクに加算する加算手段とを備え、その加算手段で加算されたトルクに基づいて電動機トルク指令値を求めるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制振トルクフィルタ処理手段は、低減すべき振動の周波数帯と同じ周波数帯の制振トルクを通過させるフィルタ処理を行う手段を含むことを特徴とする車両の駆動力制御装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記制振トルク算出手段は、予めガード処理された前記主トルクに基づいて前記制振トルクを求める手段を含むことを特徴とする車両の駆動力制御装置である。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記制振トルク算出手段は、前記主トルクに加えて、前記車両に備えられている内燃機関が出力するトルクと前記車両の駆動輪の回転速度である車輪速とに基づいて前記制振トルクを算出する手段を含むことを特徴とする車両の駆動力制御装置である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、トルク制御の対象である電動機の主トルクに基づいて、車両の振動を抑制する制振トルクが求められ、その制振トルクのみがフィルタ処理され、フィルタ処理された制振トルクが前記主トルクに加算される。したがって、車両の走行に対する要求あるいは駆動状態に対する要求に基づくトルク成分は主トルクに含まれたままフィルタ処理に掛けられずに電動機のトルク制御に反映される。また、振動成分は制振トルクによって相殺もしくは減殺される。その結果、駆動力要求をより良く反映した電動機のトルク制御が可能になり、また振動を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
先ず、この発明で対象とすることのできる車両における駆動系統（パワートレーン）について説明すると、図４はその駆動系統の一例であるハイブリッド駆動機構を模式的に示しており、内燃機関（Ｅ／Ｇ）１と第１のモータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２とが、動力分割機構３を介して互いに連結されている。その内燃機関１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、水素ガスエンジン、天然ガスエンジンなどのいずれかであって、特に回転数や出力トルクに応じて燃料消費量（もしくは燃料消費率）が変化し、したがって燃費を重視した運転を行う場合には、回転数および出力トルクが個別に制御される内燃機関１である。この種の内燃機関１の典型的な例がガソリンエンジンであり、以下の説明では内燃機関１をエンジン１と記す。ガソリンエンジンの場合、出力トルクは吸気量によって制御され、より具体的には電子スロットルバルブ４によって制御される。なお、ディーゼルエンジンの場合には燃料噴射量によって出力トルクが制御される。
【００１４】
上記のエンジン１の回転数は第１のモータ・ジェネレータ２によって制御される。すなわち、動力分割機構３は、三つの回転要素が互いに差動作用を行う差動機構によって構成されており、図４にはシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成された動力分割機構３を示してある。この動力分割機構３における反力要素であるサンギヤ３Ｓに第１のモータ・ジェネレータ２が連結され、そのサンギヤ３Ｓと同心円上に配置されている内歯歯車であるリングギヤ３Ｒが出力要素となっている。そして、これらサンギヤ３Ｓとリングギヤ３Ｒとに噛み合っているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリヤ３Ｃが入力要素となっており、そのキャリヤ３Ｃにエンジン１が連結されている。
【００１５】
さらに、出力要素となっているリングギヤ３Ｒは、出力軸５を介してデファレンシャル６に連結され、そのデファレンシャル６から左右の駆動輪７に動力を伝達するように構成されている。その出力軸５には、制振トルクや駆動トルクを付加し、またエネルギ回生を行うための第２のモータ・ジェネレータ（ＭＧ２）８が連結されている。この第２のモータ・ジェネレータ８がこの発明における電動機に相当している。なお、リングギヤ３Ｒと出力軸５との間、あるいは第２のモータ・ジェネレータ８と出力軸５との間に減速機や変速機を配置することもできる。
【００１６】
図５はシングルピニオン型遊星歯車機構から構成されている上記の動力分割機構３についての共線図を示しており、サンギヤ３Ｓを示す線とリングギヤ３Ｒを示す線との間にキャリヤ３Ｃを示す線が位置し、サンギヤ３Ｓを示す線とキャリヤ３Ｃを示す線との間隔を“１”とした場合、キャリヤ３Ｃを示す線とリングギヤ３Ｒを示す線との間隔がギヤ比ρに相当する間隔となっている。なお、ギヤ比ρは、動力分割機構３を構成している遊星歯車機構におけるサンギヤ３Ｓの歯数Ｚｓとリングギヤ３Ｒの歯数Ｚｒとの比（Ｚｓ／Ｚｒ）である。これら各回転要素を示す線上における基線からの距離がそれぞれの回転要素の回転数を示し、各回転要素の回転数を示す点を結んだ線は直線となる。なお、図５における矢印は、各回転要素のトルクの方向を示す。
【００１７】
図５に示すように、エンジン１が動力を出力して走行している状態では、リングギヤ３Ｒに走行抵抗などのいわゆる負のトルクが作用しており、また入力要素であるキャリヤ３Ｃにはエンジン１が出力したいわゆる正のトルクが作用している。この状態でサンギヤ３Ｓに負のトルク（サンギヤ３Ｓの回転数を減じる方向のトルク）を作用させると、リングギヤ３Ｒにはエンジントルクを増幅した正方向のトルクが作用し、これが走行抵抗などの負のトルクに打ち勝つことにより車両が走行する。そのサンギヤ３Ｓに作用させる負方向のトルクは、これに連結されている第１のモータ・ジェネレータ２を発電機として機能させることにより発生させることができる。この場合、図５から知られるように、第１のモータ・ジェネレータ２の回転数を低下させればエンジン回転数が低下し、また反対に第１のモータ・ジェネレータ２の回転数を高くすればエンジン回転数が上昇する。すなわち、第１のモータ・ジェネレータ２によってエンジン回転数を制御することができる。
【００１８】
上記の第１のモータ・ジェネレータ２はエンジン回転数の制御のために発電機として機能するが、これに加えて例えばエンジン１のモータリング（クランキング）のために電動機として機能させることも可能であり、このような機能もしくは動作の制御のために、第１のモータ・ジェネレータ２はインバータ９を介してバッテリもしくはキャパシタなどの蓄電装置１０に接続されている。また、第２のモータ・ジェネレータ８は出力軸５に付加するトルクを制御し、またエネルギ回生の際には発電機として機能し、このような機能もしくは動作の制御のためにインバータ１１を介して蓄電装置１０に接続されている。そして、各モータ・ジェネレータ２，８の間で電力を相互に授受できるようになっている。
【００１９】
そして、エンジン１の出力トルクの制御すなわち前述した電子スロットルバルブ４の開度の制御や、各インバータ９，１１を介した各モータ・ジェネレータ２，８の制御などを行うためのハイブリッド（ＨＶ）コントローラ１２が設けられている。このハイブリッドコントローラ１２は、マイクロコンピュータを主体として構成された電子制御装置であり、入力されたデータおよび予め記憶しているデータならびにプログラムを使用して演算を行い、電子スロットルバルブ４や各インバータ９，１１に指令信号を出力するように構成されている。なお、このハイブリッドコントローラ１２には、車速Ｖを示す検出信号、車輪速センサ１３によって検出した車輪速信号、アクセルペダル１４の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１５からのアクセル開度信号などがデータとして入力されている。
【００２０】
上述した車両を対象とするこの発明に係る駆動力制御装置は、第１のモータ・ジェネレータ２によってエンジン１の回転数を制御するとともに、その第１のモータ・ジェネレータ２で得られた電力を使用して第２のモータ・ジェネレータ８を電動機として機能させることにより、出力軸５にトルクを付加し、併せて第２のモータ・ジェネレータ８によっていわゆるばね上制振を行うように構成されている。なお、ばね上制振とは、路面の凹凸に起因する振動を懸架装置（図示せず）によって抑制するばね下制振に対して、動力源から出力されるトルクの変動に起因する振動と、路面の凹凸に起因するばね上の振動とを抑制する制御である。
【００２１】
図１にこの発明に係る駆動力制御装置で電動機トルク指令値を求めるための制御ブロックを示してある。この制御ブロックは例えば前述したハイブリッドコントローラ１２によって実行される制御を模式的に示したものであり、先ず、車両に対する要求トルクＴｔとエンジントルクＴｅとから主トルクＴm1を求めるようになっている。ここで、要求トルクＴｔはばね上制振トルクを含まないトルクであり、一例として駆動力要求量と車速ならびにマップとから求めることができる。その駆動力要求量は、前述したアクセル開度や図示しないクルーズコントロールからの要求信号で表されるものである。また、マップは車両の特性を決めているものであって、駆動力要求量と車速とをパラメータとして、車両が発生するべき駆動トルクを定めたものである。
【００２２】
一方、エンジントルクＴｅはエンジン１が出力するいわゆる直達トルクであり、上記の要求トルクＴｔとその時点の車速（もしくはエンジン回転数）とから求められる要求出力Ｐを最適燃費で出力する場合のトルクである。これは、例えばマップから求めることができ、そのマップの一例を図２に模式的に示してある。図２において、符号Ｐで示す線が等出力線であり、上記のようにして要求出力Ｐを求め、その要求出力Ｐを示す線と最適燃費線Ｃｆとが交わる点が最適燃費での運転であり、その最適燃費運転点での出力トルクがエンジントルクＴｅとなる。その最適燃費線Ｃｆは、エンジン１のスロットルバルブを全開にした状態を示す線と近似しており、したがってエンジントルクＴｅはフルスロットル（いわゆるＷＯＴ）の状態でのエンジントルクとほぼ等しいトルクになる。そして、要求トルクＴｔからエンジントルクＴｅを減じることにより主トルクＴm1が求められる。なおその場合、エンジン１の初爆の際の初爆トルクＴｆをエンジントルクＴｅから減算してもよい。
【００２３】
上述のようにして求められた主トルクtm1にガード処理を施すガード処理器Ｇ１が設けられている。そのガード処理は、この発明における電動機に相当する第２のモータ・ジェネレータ８の容量あるいは特性を考慮して、そのトルク指令値の上限値と下限値とを制限するためのものであり、予め設定してある上限値を超える主トルクtm1の値および予め設定してある下限値未満の主トルクtm1の値をカットするように構成されている。こうしてガード処理された主トルクtm1から前述した初爆トルクＴｆを減算することができ、その初爆トルクＴｆを減算した主トルクtm2にガード処理を施すガード処理器Ｇ２が設けられている。これは、初爆トルクＴｆを減算した主トルクＴm2の上下限値を制限するためのものである。
【００２４】
さらに、第２のガード処理器Ｇ２で処理された主トルクＴm2に対して緩変化処理を施す緩変化処理器ＬR1が設けられている。制御対象である第２のモータ・ジェネレータ８の応答性には限界があるから、演算されて求められた上記の主トルクＴm2を第２のモータ・ジェネレータ８の応答限界内の値に制限する処理（いわゆるレート・リミット処理）が、緩変化処理である。
【００２５】
上記の緩変化処理された主トルクＴm3およびエンジントルクＴｅに基づいて振動を低減もしくは減殺するためのばね上制振トルク（以下、単に制振トルクと記す）Ｔｖを求めるための制振トルク演算器Ｃｖが設けられている。この制振トルク演算器Ｃｖは、主トルクＴm3およびエンジントルクＴｅからなるいわゆる実行トルクの変動を抑制するように制振トルクＴｖを求める演算器である。なお、この制振トルク演算器Ｃｖには、車輪速Ｖｗが信号として入力されている。したがって、制振トルク演算器Ｃｖは、上記の実行トルクおよび路面からの入力トルクに基づいてそれらの変動を抑制するように制振トルクＴｖを算出するように構成されている。
【００２６】
上記の制振トルク演算器Ｃｖで求められた制振トルクＴｖにフィルタ処理を施すフィルタＦが設けられている。このフィルタＦは、制振トルクＴｖのうち、除去するべき振動成分と同じ振動帯域の制振トルクＴｖに相当する成分を通過させ、他の帯域の成分を除去するためのものであり、例えば車両の前後振動の要因となる低周波成分を制振トルクＴｖによって低減もしくは減殺する場合にはローパスフィルタが採用され、また駆動系統の捻りなどに起因する中周波数の成分を制振トルクＴｖによって低減もしくは減殺する場合にバンドパスフィルタが採用される。
【００２７】
フィルタ処理された制振トルクＴｖに所定のゲインを掛け合わせる演算器Ａｐが設けられ、さらにゲインを掛けた制振トルクＴｖを、前述した主トルクＴm3に加算する加算器Ａ１が設けられている。なお、初爆トルクＴｆによる影響をも考慮する場合には、更に、初爆トルクＴｆを加えてもよい。こうして求められた主トルクＴm4には、上下限の制限を受けていないトルクが加算されているので、第２のモータ・ジェネレータ８の容量もしくは特性に応じたガード処理をその主トルクＴm4に施すためのガード処理器Ｇ３が設けられている。初爆トルクＴｆの影響を考慮する場合には、このガード処理器Ｇ３でガード処理された主トルクＴm4から初爆トルクＴｆを減算することができ、そうした場合、ガード処理されていない初爆トルクＴｆ分の変動が生じるので、初爆トルクＴｆが減算された主トルクＴm5に、再度、ガード処理するガード処理器Ｇ４が設けられている。
【００２８】
主トルクに加減算される制振トルクＴｖや初爆トルクＴｆは演算して求められたものであって、その変化の程度は制限を受けていないので、第４のガード処理器Ｇ４でガード処理された主トルクＴm5に対して、第２のモータ・ジェネレータ８の応答性を考慮した緩変化処理（いわゆるレート・リミット処理）を施すための緩変化処理器ＬR2が設けられている。そして、この緩変化処理器ＬR2で緩変化処理した後に電動機トルク指令Ｔmを出力するように構成されている。すなわち、この発明に係る駆動力制御装置は、要求トルクＴｔとエンジントルクＴｅとから求められた主トルクにフィルタ処理を施さずに、制振トルクＴｖのみにフィルタ処理を施し、そのフィルタ処理を施した制振トルクＴｖを主トルクに加算し、電動機トルク指令値を求めるように構成されている。
【００２９】
図１のブロック図で示されるシステムを使用したこの発明に係る駆動制御装置による制御例を図３にフローチャートで示してある。先ず、第２のモータ・ジェネレータ８に要求される主トルクが算出される（ステップＳ１）。これは、前述したように、駆動力要求量と車速とから車両に対する要求トルクＴｔを求めるとともに、駆動力要求量と車速とに基づく要求出力をエンジン１が最適燃費で出力するとした場合のエンジントルクＴｅを求め、その要求トルクＴｔからエンジントルクＴｅを減算することにより得られる。なお、初爆トルクＴｆを前述したように加味してもよい。
【００３０】
ついで、制振トルクＴｖが演算される（ステップＳ２）。これは、図１に示すブロック図では、制振トルク演算器Ｃｖによって行われる制御であり、前記ガード処理器Ｇ１，Ｇ２によるガード処理および緩変化処理器ＬR1による緩変化処理が施された主トルクＴm3とエンジントルクＴｅとを元にして制振トルクＴｖが演算される。例えばこれらのトルクＴm3，Ｔｅを合算したトルクの時間あたりの変化率（時間微分値）を求め、その変化率が小さくなるように制振トルクＴｖを求める。また、路面入力に起因する振動を抑制するために車輪速Ｖｗに基づいて制振トルクＴｖが求められる。これは、例えば車輪速Ｖｗの時間あたりの変化率（時間微分値）を求め、その変化率が小さくなるように制振トルクＴｖを求めることにより行うことができる。なお、前者の主トルクＴm3およびエンジントルクＴｅに基づく制振トルクをフィード・フォワード項とし、後者の車輪速Ｖｗに基づく制振トルクをフィードバック項として制振制御を行うことになる。
【００３１】
そして、この制振トルクＴｖをフィルタ処理する（ステップＳ３）。前述したようにこの発明におけるフィルタ処理は、除去すべき振動の周波数帯域に相当する周波数帯域の制振トルクを抽出するためのものであり、例えば低周波成分を通過させるローパスフィルタの場合、周波数帯域ごとにゲインを設け、低周波数帯域のゲインをある程度大きい値にするとともに、他の周波数帯域のゲインをゼロにすることにより、低周波成分を抽出することができる。
【００３２】
こうしてフィルタ処理された制振トルクＴｖを前述した主トルクに加算する（ステップＳ４）。図１に示す構成のシステムでは、制振トルクＴｖが加算される主トルクは、ガード処理および緩変化処理が施された主トルクＴm3である。したがって、主トルク自体にはフィルタ処理が施されないので、加減速要求や放充電要求に伴うトルク成分が電動機トルク指令値に残存することになる。そのため、電動機トルク指令値に基づいて制御される第２のモータ・ジェネレータ８は、車両を振動させず、しかも駆動要求に応じたトルクを出力し、その結果、車両性能を損なわずに振動を抑制することができる。
【００３３】
ここで上述した具体例とこの発明の関係を簡単に説明すると、前述した制振トルク演算器Ｃｖと図３のステップＳ２の機能的手段とがこの発明における制振トルク算出手段に相当し、フィルタＦと図３のステップＳ３の機能的手段とがこの発明における制振トルクフィルタ処理手段に相当し、図１に示す加算器Ａ１と図３に示すステップＳ４の機能的手段とがこの発明における加算手段に相当する。
【００３４】
なお、この発明は上述した具体例に限定されないのであって、対象とする車両もしくはパワートレーンは、要は、電動機が出力した動力を駆動力とすることのできる車両もしくはパワートレーンであればよく、したがって電気自動車などの内燃機関を備えていない車両の駆動力制御装置にも適用することができる。電動機のみを駆動力源とする場合には、車両に対する要求トルクが電動機の前述した主トルクとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明に係る駆動力制御装置の制御システムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図２】最適燃費で運転した場合のエンジントルクを説明するための等パワー線図である。
【図３】この発明に係る駆動力制御装置で実行される制御の一例を説明するための概略的なフローチャートである。
【図４】この発明で対象とする車両もしくはパワートレーンの一例を示す概略図である。
【図５】その動力分割機構についての共線図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…エンジン（内燃機関）、  ５…出力軸、  ７…駆動輪、  ８…第２のモータ・ジェネレータ、  ９，１１…インバータ、  １２…ハイブリッドコントローラ、  Ｆ…フィルタ、  Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４…ガード処理器、  Ｃｖ…制振トルク演算器、  Ｔm…電動機トルク指令、  Ｔm1，Ｔm2，Ｔm3，Ｔm4，Ｔm5…主トルク、  Ｔｖ…制振トルク、  Ｔｔ…要求トルク、  Ｔｅ…エンジントルク、  Ｖｗ…車輪速、  Ａ１…加算器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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