CN102958710A - 乘用车用充气子午线轮胎 - Google Patents

Abstract

公开的是缺气保用轮胎，其是一种设置有胎体的乘用车用充气子午线轮胎，该胎体包括帘线沿子午线方向延伸的、在一对胎圈部之间环状延伸的帘布层。截面宽度W与外径L的比率W/L为0.25或更小。

Description

乘用车用充气子午线轮胎

技术领域

本发明涉及乘用车用充气子午线轮胎，并且特别地涉及能够确保安装有该轮胎的车辆的高燃料效率和高乘坐舒适性的乘用车用充气子午线轮胎。

背景技术

1960年左右以及更早时期生产的车辆是轻量型车辆并且车辆所需的速度较低，从而轮胎上的负载较低。因此，一直使用具有较小轮胎截面宽度的斜交轮胎。然而现在随着车辆变得较重并较快，其轮胎已经被制造成具有子午线结构并且具有较大宽度（专利文献1等）。

与斜交轮胎相比，使用子午线胎体的轮胎的轮胎胎冠部具有更大的刚性，并且具有优异的耐磨耗性。此外，胎冠部的刚性非常高并且轮胎组成部件之间的运动传播被抑制，从而减小了滚动阻力。因此，这样的轮胎的特征是高燃料效率和高侧偏刚度（cornering power）。

此外，通过增加轮胎截面宽度能够增加轮胎触地面积以增加侧偏刚度。

然而，具有较大截面宽度的轮胎压缩了车辆内部的空间并且劣化了乘坐舒适性。此外，空气阻力的增加劣化了燃料效率，这是个问题。

近年来，伴随着对环境问题的关注的逐渐增加，要求更高的燃料效率。特别地，未来投入实用的电动车辆需要确保轮胎周围的空间，该空间用于容纳诸如控制轮胎转动转矩的电动机等的驱动组成部件；因此，确保轮胎周围的空间已经变得越来越重要。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-40706号公报

发明内容

发明要解决的问题

因此本发明的目的在于解决上面的问题，并且提供一种乘用车用充气子午线轮胎，获得安装有该轮胎的车辆的低（空气）阻力系数（Cd值）和低轮胎滚动阻力（RR值）、高燃料效率和充分的车辆内部空间。

用于解决问题的方案

发明人做出深入研究以解决以上问题。

结果发明人发现，对于子午线轮胎，限定轮胎的截面宽度W和外径L以得到适当的比率对于获得期望的改进特征而言显著地有效。因此完成了本发明。

为了解决前述问题，本发明主要包括如下方案。

（1）一种乘用车用充气子午线轮胎，其包括在一对胎圈部之间环状地延伸的胎体，所述胎体由沿子午线方向配置的帘线制成的帘布层构成，

其中，所述轮胎的截面宽度W与外径L的比率W/L为0.25或更小。

（2）根据以上（1）所述的乘用车用充气子午线轮胎，所述比率W/L为0.24或更小。

（3）根据以上（1）或以上（2）所述的乘用车用充气子午线轮胎，所述轮胎的空气容积为15000cm³或更大。

（4）根据以上（1）至（3）中的任一项所述的乘用车用充气子午线轮胎，所述轮胎在所述胎体的胎冠部的轮胎径向上的外侧进一步包括由沿轮胎宽度方向延伸的帘线构成的增强构件。

（5）根据以上（4）所述的乘用车用充气子午线轮胎，由多个带束层构成的带束以及胎面被顺次地布置于所述增强构件的所述轮胎径向上的外侧，并且

所述增强构件在所述轮胎宽度方向上的长度是所述带束层中的在所述轮胎宽度方向上最长的带束层的长度的50％至100％。

（6）根据以上（4）所述的乘用车用充气子午线轮胎，由多个带束层构成的带束以及胎面被顺次地布置于所述增强构件的所述轮胎径向上的外侧，

沿轮胎赤道延伸的多个主槽设置于所述胎面，并且

所述增强构件布置在与所述轮胎宽度方向上的最外侧主槽对应的位置处。

（7）根据以上（6）所述的乘用车用充气子午线轮胎，所述增强构件的在所述轮胎宽度方向上的长度比所述轮胎宽度方向上的最外侧主槽的槽宽长20mm或更多。

（8）根据以上（4）至（7）中的任一项所述的乘用车用充气子午线轮胎，所述增强构件具有6N/mm或更大的面外弯曲刚度，并且具有1255kPa或更大的JIS Z2241中所规定的拉伸强度。

发明的效果

本发明能够提供一种在车辆的燃料效率和乘坐舒适性方面优异的、具有减小了的车辆阻力系数（Cd值）和减小了的轮胎滚动阻力（RR值）的乘用车用充气子午线轮胎。

附图说明

图1是示出轮胎的截面宽度W和外径L的图。

图2（a）是示出具有根据本发明的具有增加了的直径和减小了的宽度的轮胎的车辆的图。图2（b）是示出具有传统轮胎的车辆的图。

图3是根据本发明的一个实施方式的子午线轮胎的示意性截面图。

图4是示出轮胎的比率W/L（截面宽度W与外径L的比率）、车辆的阻力系数（Cd值）以及轮胎滚动阻力（RR值）之间的关系的绘制图。

图5（a）和图5（b）是均示出根据本发明的实施方式的子午线轮胎的示意性截面图。

图6（a）至图6（c）是用于说明面外弯曲刚度的图。

具体实施方式

以下是对如何发明出根据本发明的乘用车用充气子午线轮胎的说明。

首先，发明人关注以下方面：子午线轮胎的轮胎截面宽度W（见图1）比传统的小，使得能够确保车辆空间，特别地使得能够在相对的轮胎之间、在安装轮胎的位置附近确保用于安装驱动组成部件的空间（见图2）。

此外，当轮胎的截面宽度W减小时，从前方观察到的轮胎的面积（以下称作前方投影面积）减少，这产生了减小车辆的阻力系数（Cd值）的益处。

然而，接地区域处的较大变形相对地增大了就相同空气压力而言的轮胎滚动阻力（RR值），这是个问题。

另一方面，发明人发现，利用子午线轮胎的特有性质能够解决以上问题。具体地，发明人关注以下方面：由于与斜交轮胎相比子午线轮胎胎面较少变形，所以比传统轮胎外径大的子午线轮胎的外径L（见图1）减小了道路表面粗糙度的影响，并且就相同空气压力而言能够减小滚动阻力（RR值）。此外，本发明人发现，较大轮胎直径使得能够提高轮胎的负载能力，并且发现，由于如图2所示子午线轮胎的直径上的增大使车轮轴升高至较高位置并且增加了车辆地板下方的空间，所以能够确保用于车辆的车厢（trunk）等的空间和用于安装驱动组成部件的空间。

在这里，如上所述，轮胎的较小宽度和较大直径的优点在于确保了车辆空间，但却牺牲了滚动阻力（RR值）。另外，通过减小轮胎宽度能够降低车辆的阻力系数（Cd值）。

因此，发明人做出深入研究以通过使轮胎截面宽度和轮胎外径之间的平衡与传统子午线轮胎相比最优化来改善阻力系数（Cd值）和滚动阻力（RR值）。

发明人关注轮胎截面宽度W相对于轮胎外径L的比率W/L。发明人进行了用于计算包括安装在车辆上的非标准尺寸轮胎在内的具有不同尺寸的轮胎的阻力系数（Cd值）和滚动阻力（RR值）的试验，由此找到使阻力系数和滚动阻力这两个特性与传统子午线轮胎相比都改善的比率W/L。

以下将详细说明有助于找到比率W/L的适合范围的实验结果。

图3是根据本发明的一个实施方式的子午线轮胎的轮胎宽度方向上的示意性截面图。注意，图3仅示出由轮胎赤道CL限定的半部。

如图3所示，作为样件轮胎，根据惯例实验性地制造出具有各种轮胎尺寸的多个乘用车用充气子午线轮胎。每个轮胎均包括在一对胎圈芯1（图3中仅为一侧上的半部）之间环状延伸并且沿子午线方向配置的胎体2。

对包括偏离诸如JATMA（日本的轮胎标准）、TRA（美国的轮胎标准）和ETRTO（欧洲的轮胎标准）等传统标准的非标准轮胎尺寸在内的多种轮胎尺寸进行了尝试，而未固守于这些标准。

在这里，在图示轮胎中，胎体2由有机纤维构成，并且带束3和胎面4顺次地布置于胎体2的胎冠部的轮胎径向上的外侧，其中带束3包括多个带束层、在图中包括两个带束层。图示的两个带束层是以相对于轮胎赤道面CL呈20°至40°的角度倾斜的倾斜带束层，在这两个带束层中一个层中的帘线与另一层中的帘线交叉。由沿轮胎赤道面CL延伸的有机纤维构成的带束保护层5布置于带束层的轮胎径向上的外侧。胎面4设置有在轮胎周向上延伸的多个主槽6（图中示出半部中有一个主槽）。

基于以上轮胎结构实验性地制造出具有各种截面宽度和外径的若干轮胎。

此外，制备轮胎尺寸为195/65R15的具有根据惯例的结构的轮胎，作为传统轮胎，用于提供试验用的基准。具有该轮胎尺寸的轮胎最为通用的用在车辆中，并且最适于轮胎的性能的比较。

在这里，各轮胎的规格如表1所示。

[表1]

如下所述进行各试验。

<阻力系数（Cd值）>

在实验室中，将各轮胎安装在排量为1500cc的车辆上，并且利用将空气以相当于100km/h的速度吹向车轮时该车轮下的地板平衡来测量空气动力，以便用基于传统轮胎的阻力系数作为100的指数来评价阻力系数。指数值越小，空气阻力越低。

<滚动阻力（RR值）>

在空气压力为220kPa、所施加负载为3.5kN并且鼓的转动速度为100km/h的条件下对安装在轮辋上的以上各轮胎的滚动阻力进行测量。

用基于传统轮胎的RR值作为100的指数示出评价结果。指数值越小表明滚动阻力越低。

试验结果示出在表2和图4中。

[表2]

从表2和图4中示出的试验结果发现，具有轮胎截面宽度W与轮胎外径L的比率W/L满足0.25或更小的轮胎尺寸的子午线轮胎的阻力系数（Cd值）和滚动阻力（RR值）与作为传统轮胎的具有195/65R15的轮胎尺寸的轮胎相比均被降低。具有比率W/L满足0.24或更小的轮胎尺寸的子午线轮胎的Cd值和RR值被进一步降低。具有比率W/L满足0.23或更小的轮胎尺寸的子午线轮胎的Cd值和RR值又进一步被分别降低至小于95和小于80。

接着，对上面的样件轮胎进行以下试验，以确认当轮胎截面宽度W与轮胎外径L的比率W/L为0.25或更小时确实提高了车辆的燃料效率和乘坐舒适性。

<实际燃料消耗>

关于JC08模式行驶进行试验。用基于传统例的轮胎的评价结果作为100的指数示出评价结果，并且指数值越大表示燃料效率越好。

<乘坐舒适性>

测量安装有这些轮胎的1.7m宽的车辆的后车厢的宽度。用基于传统例的轮胎的评价结果作为100的指数来示出评价结果，并且指数值越大表示乘坐舒适性越好。

试验结果示出在下面的表3中。

[表3]

如表1和表3所示，比率W/L为0.28或0.31的一些样件轮胎的燃料效率和乘坐舒适性中的至少一方低于传统轮胎的燃料效率或乘坐舒适性。同时，发现比率W/L为0.25或更小的样件轮胎1-7、17和23-32的燃料效率和乘坐舒适性两者都优于传统轮胎的燃料效率和乘坐舒适性。此外显示，比率W/L为0.24更小的轮胎的燃料效率和乘坐舒适性的提高均超过比率W/L为0.25的轮胎的燃料效率和乘坐舒适性。特别地，比率W/L为0.23或更小的轮胎在提高燃料效率和乘坐舒适性方面具有显著优点。

发明人因此发现，当乘用车用充气子午线轮胎的比率W/L为0.25或更小时，能够提高车辆的乘坐舒适性，并且能够降低车辆的阻力系数和滚动阻力，这使得能够提高燃料效率。

应该注意，当轮胎的截面宽度W小时，如上所述来自路面的输入（压力）变强，这将导致在带束中特别是在轮胎的周向槽附近发生屈曲现象。当发生屈曲现象时，接地区域的形状改变从而使能量损耗增加，这产生滚动阻力增加以及耐磨耗性和侧偏刚度降低的结果。

鉴于以上情况，现在将说明为了防止本发明的子午线轮胎在滚动阻力上增加、在耐磨耗性和侧偏刚度上降低的轮胎结构。

根据本发明的乘用车用充气子午线轮胎优选地包括在胎体的胎冠部的轮胎径向上的外侧沿轮胎宽度方向延伸的增强构件。

下面将根据图5（a）和图5（b）中示出的实施方式进行说明。

图5（a）是根据本发明的一个实施方式的子午线轮胎的示意性截面图。注意，图5（a）示出仅由轮胎赤道CL限定的半部。此外，图5（a）中示出的轮胎具有0.25或更小的轮胎截面宽度W与轮胎外径L的比率W/L。

图5（a）中示出的轮胎与图3中示出的轮胎的不同之处在于，图5（a）中示出的轮胎在胎体2和带束3之间具有由在轮胎宽度方向上延伸的帘线构成的增强构件7，该增强构件具有与多个带束层中的在轮胎宽度方向上最长的带束层的长度的50%至100%对应的轮胎宽度方向上的长度。

该增强构件7提高了带束的面外弯曲刚度（out-of-planebending stiffness），这使得能够抑制屈曲现象，从而能够抑制胎面变形，并且能够进一步降低轮胎滚动阻力。因此，能够进一步提高燃料效率。

此外，屈曲现象的抑制能够产生耐磨耗性提高和偏转刚度提高的结果。

另外，例如涂敷有橡胶的钢丝帘线制成的帘布层可用作增强构件7。

增强构件7的轮胎宽度方向上的长度被设定在以上范围内，因为与小于最宽带束层的轮胎宽度方向上的长度的50%的长度相对应的长度不能充分地增强容易发生屈曲的、胎面的宽度方向上的外侧的强度。另一方面，当长度与超过最宽带束层的轮胎宽度方向上的长度的100%的长度对应时，带束端部的耐久性降低。

另一优选的轮胎结构可以是图5（b）中示出的轮胎结构。

图5（b）中的轮胎结构与图5（a）中的轮胎结构的不同之处在于，在胎体2和带束3之间在轮胎宽度方向上延伸的增强构件7a局部地设置在与轮胎宽度方向上的外侧的主槽6对应的位置处。

“与…对应的位置（对应位置）”在这里表示增强构件布置于没有负载施加于轮胎时轮胎宽度方向上的最外侧主槽的轮胎径向内侧。此外，该位置表示增强构件的轮胎宽度方向上的内端部在轮胎宽度方向上与最外侧主槽的轮胎宽度方向上的内端部一致或者比该内端部靠内侧，增强构件的轮胎宽度方向外端部在轮胎宽度方向上与最外侧主槽的轮胎宽度方向上的外端部一致或者比该外端部靠外侧。

该增强构件7a设置在与容易发生屈曲现象的轮胎宽度方向上的最外侧主槽对应的位置。因此，能够提高带束容易变形的区域的面外弯曲刚度，由此抑制了屈曲现象，从而抑制了胎面变形，并且进一步减小了轮胎滚动阻力。因此，能够进一步提高燃料效率。

此外，屈曲现象的抑制能够产生提高耐磨耗性和提高侧偏刚度的结果。

与图5（a）中示出的情况相比，仅设置于与轮胎宽度方向的最外侧主槽对应的位置处的增强构件能够缓解由于增强构件的加入而导致的轮胎重量的增加。

注意，当增强构件设置在与轮胎宽度方向上的最外侧主槽对应的部分时，构件的轮胎宽度方向上的长度可以小于最宽的带束层的轮胎宽度方向上的长度的50%。

增强构件7a例如可以使用钢丝帘线制成的帘布层。

此外，增强构件7a的轮胎宽度方向上的长度优选地比轮胎宽度方向上的最外侧主槽的槽宽长20mm或更多并且不长过40mm。

小于20mm时，增强构件7a不足以起到提高带束的面外弯曲刚度的效果，长过40mm时，抑制轮胎重量上的增加的效果不充分。

在图5（a）和图5（b）中，布置增强构件是期望提高带束的带束面处的面外弯曲刚度；因此，增强构件优选地是具有高的面外弯曲刚度的构件。

“面外弯曲刚度”在这里定义如下。

如图6（a）所示，将增强构件裁成轮胎周向上的长度为200mm并且轮胎宽度方向上的长度为25mm的长方形，而制得试件S。

接着，如图6（b）所示，用支撑构件9支撑裁得的增强构件。在该情况下，利用推板（未示出）从垂直于长方形的表面的方向推压试件S的中央。

在处于该状态的试件S中，由支撑构件9支撑的点P和Q之间的距离为160（mm），压力为F（N），试件的挠度量为A（mm）。

在这里，如图6（c）所示，将实验上获得的负载挠度曲线（F-A曲线）中的面外弯曲刚度（N/mm）限定为在挠度量为5（mm）的点处的切线的斜率α（N/mm）。

以上增强构件的面外弯曲刚度优选地为6N/mm或更多。

此外，在图5（a）和图5（b）中，增强构件需要强到足以耐得住轮胎的内压、撞击输入等等，从而优选地是具有JIS Z2241中规定的高拉伸强度的构件。

具体地，JIS Z2241中规定的拉伸强度优选地为1255kPa或更大。

注意，根据本发明的乘用车用充气子午线轮胎优选地具有15000cm³或更多的空气容积。需要该水平的空气容积以保持轮胎的最小负载能力。

实施例

在本发明中，为了检验具有改进了的轮胎结构的乘用车用充气子午线轮胎的性能，实验性地制造了多个发明的轮胎（发明轮胎），并且进行用于评价上述实际燃料消耗和乘坐舒适性的试验。试验方法和评价方法与上面所述相同。

此外，执行了用于评价侧偏刚度、耐磨耗性和轮胎质量的如下试验。

作为发明轮胎，实验性地制造了具有如图5（a）和图5（b）所示的结构的多个乘用车用充气子午线轮胎。各轮胎的规格在以下表4和表5中示出。

注意，表4中的样件轮胎3、4、23、26、31和32分别与表1至3中的样件轮胎3、4、23、26、31和32相同。

另外，表4中的传统轮胎和表1至表3中的传统轮胎相同。

[表4]

	轮胎尺寸	比率W/L	轮胎结构
				样件轮胎4	155/70R17	0.24	图3
发明轮胎1	155/70R17	0.24	图5（a）
				发明轮胎2	155/70R17	0.24	图5（b）
样件轮胎3	155/55R19	0.24	图3
				发明轮胎3	155/55R19	0.24	图5（a）
发明轮胎4	155/55R19	0.24	图5（b）
				样件轮胎23	165/55R19	0.25	图3
发明轮胎5	165/55R19	0.25	图5（a）
				发明轮胎6	165/55R19	0.25	图5（b）
样件轮胎26	175/65R19	0.25	图3
				发明轮胎7	175/65R19	0.25	图5（a）
发明轮胎8	175/65R19	0.25	图5（b）
				样件轮胎31	145/55R19	0.23	图3
发明轮胎9	145/55R19	0.23	图5（a）
				发明轮胎10	145/55R19	0.23	图5（b）
样件轮胎32	145/60R18	0.23	图3
				发明轮胎11	145/60R18	0.23	图5（a）
发明轮胎12	145/60R18	0.23	图5（b）
				传统轮胎	195/65R15	0.31	图3

如下地检验和评价了侧偏刚度、耐磨耗性和轮胎质量。

<侧偏刚度>

利用平带侧偏试验机（内压：220kPa，负载：3.5kN，速度：100km/h）测量了侧偏刚度。

利用样件轮胎4的侧偏刚度作为100的指数评价了侧偏刚度。指数数值越大，侧偏刚度越高，越好。

<耐磨耗性>

将各轮胎准备成具有220kPa的内压。然后，在鼓试验中在负载为3.5kN的状态下以80km/h的速度将轮胎驱动30000km。

通过评价上述鼓驱动之后留下的槽（剩余槽深），对耐磨耗性进行了评价，并且用基于样件轮胎4的耐磨耗性作为100的指数表现出来。

<轮胎质量>

用基于样件轮胎4的质量作为100的指数表现出了轮胎质量（数值越小越轻）。

试验结果示出在以下表5和表6中。

[表5]

[表6]

	侧偏刚度	耐磨耗性	轮胎质量
				样件轮胎4	100	100	100
发明轮胎1	107	115	108
				发明轮胎2	103	114	107
样件轮胎3	104	107	89
				发明轮胎3	119	122	98
发明轮胎4	112	120	93
				样件轮胎23	107	112	94
发明轮胎5	111	120	104
				发明轮胎6	109	117	101
样件轮胎26	112	116	109
				发明轮胎7	119	124	117
发明轮胎8	116	121	114
				样件轮胎31	101	102	85
发明轮胎9	106	110	90
				发明轮胎10	104	108	88
样件轮胎32	98	101	88
				发明轮胎11	104	110	93
发明轮胎12	101	107	90

如表5中所示，具有0.25或更小的比率W/L并且具有改进了的轮胎结构的两个发明轮胎1和2与具有相同轮胎尺寸的样件轮胎4相比均具有进一步减小了的滚动阻力和进一步提高了的燃料效率。此外，他们还具有与样件轮胎4相当的车辆内的乘坐舒适性。类似地，发明轮胎3至12均比具有相同轮胎尺寸的比较样件轮胎具有减小了的滚动阻力和提高了的燃料效率。此外，他们中的每一个还具有与比较样件轮胎相当的车辆内的乘坐舒适性。

如表6中所示，具有0.25或更小的比率W/L并且具有改进了的轮胎结构的两个发明轮胎1和2均比具有相同轮胎尺寸的样件轮胎4具有更加优异的侧偏刚度和耐磨耗性。类似地，发明轮胎3至12比具有相同轮胎尺寸的比较样件轮胎具有更加优异的侧偏刚度和耐磨耗性。

此外，如表6中所示，仅在与轮胎宽度方向上的最外侧主槽对应的位置处布置有增强构件的发明轮胎2、4、6、8、10和12示出为各自具有比具有相同轮胎尺寸的比较发明轮胎1、3、5、7、9和11小的轮胎质量。

产业上的可利用性

根据本发明，能够制造燃料效率和乘坐舒适性均优异的乘用车用充气子午线轮胎以提供给市场。

附图标记列表

1：胎圈芯

2：胎体

3：带束

4：胎面

5：带束增强层

6：周向主槽

7：增强构件

7a：（在与最外侧主槽对应的位置处的）增强构件

9：支撑构件

P：平面上的点

Q：平面上的点

R：两点之间的距离（mm）

A：推压深度（mm）

S：试件

W：轮胎截面宽度

L：轮胎外径

Claims (8)

1.一种乘用车用充气子午线轮胎，其包括在一对胎圈部之间环状地延伸的胎体，所述胎体由沿子午线方向配置的帘线制成的帘布层构成，

其中，所述轮胎的截面宽度W与外径L的比率W/L为0.25或更小。

2.根据权利要求1所述的乘用车用充气子午线轮胎，其特征在于，所述比率W/L为0.24或更小。

3.根据权利要求1或2所述的乘用车用充气子午线轮胎，其特征在于，所述轮胎的空气容积为15000cm³或更大。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的乘用车用充气子午线轮胎，其特征在于，所述轮胎在所述胎体的胎冠部的轮胎径向上的外侧进一步包括由沿轮胎宽度方向延伸的帘线构成的增强构件。

5.根据权利要求4所述的乘用车用充气子午线轮胎，其特征在于，

由多个带束层构成的带束以及胎面被顺次地布置于所述增强构件的所述轮胎径向上的外侧，并且

所述增强构件在所述轮胎宽度方向上的长度是所述带束层中的在所述轮胎宽度方向上最长的带束层的长度的50%至100%。

6.根据权利要求4所述的乘用车用充气子午线轮胎，其特征在于，

由多个带束层构成的带束以及胎面被顺次地布置于所述增强构件的所述轮胎径向上的外侧，

沿轮胎赤道延伸的多个主槽设置于所述胎面，并且

所述增强构件布置在与所述轮胎宽度方向上的最外侧主槽对应的位置处。

7.根据权利要求6所述的乘用车用充气子午线轮胎，其特征在于，所述增强构件的在所述轮胎宽度方向上的长度比所述轮胎宽度方向上的最外侧主槽的槽宽长20mm或更多。

8.根据权利要求4至7中的任一项所述的乘用车用充气子午线轮胎，其特征在于，所述增强构件具有6N/mm或更大的面外弯曲刚度，并且具有1255kPa或更大的JIS Z2241中所规定的拉伸强度。

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