DE102015221820A1 - Fahrzeuglastmanagementstruktur - Google Patents

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Abstract

Eine Fahrzeugstruktur beinhaltet einen ersten Träger, der schräg unter einer äußeren Oberfläche einer Unterbodenkomponente verläuft, und einen zweiten Träger, der in einem spitzen Winkel zum ersten Träger verläuft. Der zweite Träger ist so angeordnet, dass er nahe einem Ende des ersten Trägers eine Spitze bildet. Die Fahrzeugstruktur beinhaltet außerdem einen Verbindungsträger, der an von der Spitze versetzten Positionen mit dem ersten und dem zweiten Träger verbunden ist. Der erste Träger, der zweite Träger und der Verbindungsträger wirken zusammen, um einen Teil der Unterbodenkomponente zu umschließen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeugkarosseriestrukturen.
  • Ein Notfalleinsatzfahrzeug kann im Vergleich zu Standardfahrzeugen erhöhten Belastungen ausgesetzt sein. Die mit den Belastungen einhergehende Energie kann durch Bewältigen struktureller Durchbiegung absorbiert werden. Die Größe des für die Durchbiegung der Struktur verfügbaren Raumes kann die erforderlichen Steifigkeitswerte für die relevanten lasttragenden Fahrzeugstrukturen beeinflussen. Der Abstand zwischen Komponenten ist in Fahrzeugumgebungen mit hoher Packungsdichte der Komponenten minimiert. Notfalleinsatzfahrzeuge können von strukturellen Gegenmaßnahmen zum Bewältigen von außergewöhnlichen Belastungen profitieren.
  • In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet eine Fahrzeugstruktur einen ersten Träger, der schräg unter einer äußeren Oberfläche einer Unterbodenkomponente verläuft, und einen zweiten Träger, der in einem spitzen Winkel zum ersten Träger verläuft. Der zweite Träger ist so angeordnet, dass er nahe einem Ende des ersten Trägers eine Spitze bildet. Die Fahrzeugstruktur beinhaltet außerdem einen Verbindungsträger, der an von der Spitze versetzten Positionen mit beiden, dem ersten und zweiten Träger verbunden ist. Der erste Träger, der zweite Träger und der Verbindungsträger wirken zusammen, um einen Teil der Unterbodenkomponente zu umschließen.
  • In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet eine Fahrzeugstruktur ein Paar einander gegenüberliegender Längsholme, die von einem hinteren Stoßfängerträger aus nach vorn verlaufen. Ein erster Querträger überspannt zusammenhängend die Holme vorwärts vom Stoßfängerträger. Ähnlich überspannt ein zweiter Querträger zusammenhängend die Holme vorwärts vom ersten Querträger. Die Fahrzeugstruktur beinhaltet darüber hinaus einen zwischen den Holmen und zwischen dem ersten und dem zweiten Querträger angeordneten Kraftstofftank. Die Fahrzeugstruktur beinhaltet außerdem eine erste Trägerverlängerung, die in einem schiefen Winkel vom ersten Querträger zum zweiten Querträger zusammenhängend verläuft, und eine zweiten Trägerverlängerung, die ausgehend vom ersten Querträger relativ zur ersten Trägerverlängerung in einem spitzen Winkel zusammenhängend verläuft. Die zweite Trägerverlängerung ist so angeordnet, dass sie nahe dem ersten Querträger eine Spitze bildet. Die Fahrzeugstruktur beinhaltet darüber hinaus mindestens einen Verbindungsträger, der die erste Trägerverlängerung mit der zweiten Trägerverlängerung verbindet. Zusammen umschließen die erste und zweite Trägerverlängerung einen unteren Teil des Fahrzeugkraftstofftanks.
  • In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeuglastmanagementsystem einen Unterbodenrahmen mit einem Paar Längsholmen, die durch seitlich verlaufende Querträger verbunden sind. Das Fahrzeuglastmanagementsystem beinhaltet darüber hinaus einen Kraftstofftank, der zwischen dem Paar Längsholmen und zwischen zwei sich angrenzend seitlich erstreckenden Querträgern angeordnet ist. Ein Paar Unterzugstrukturen überspannt den Unterbodenrahmen zusammenhängend unterhalb eines Teils des Kraftstofftanks.
  • Die Figuren zeigen:
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Fahrzeugkarosserie.
  • 2 ist eine Unteransicht des Fahrzeugs aus 1.
  • 3 ist eine Unteransicht eines Teils einer Substruktur des Fahrzeugs aus 1.
  • 4 ist eine perspektivische Hinteransicht eines Teils einer Fahrzeugsubstruktur.
  • 5 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer Lastmanagementunterzugstruktur.
  • Wie erfordert werden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hierin offenbart werden, sollen deshalb nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen ist.
  • Bezug nehmend auf 1, ist ein hinterer Teil 12 eines Fahrzeugs 10 dargestellt. Eine Oberfläche 14 vom hinteren Stoßfänger verdeckt eine darunterliegende Struktur, beispielsweise einen Stoßfängerträger. Ein Kraftstofftank, ein Ersatzrad sowie verschiedene andere Komponenten können an einem hinteren unteren Teil vorwärts des hinteren Stoßfängers angeordnet sein. Ein Gepäckladeraum 16 in der Nähe des hinteren Teils 12 stellt Ladekapazitäten für Ausrüstungen und verschiedene andere Fracht bereit. In mindestens einer Ausführungsform befindet sich ein Fahrgastraum vorwärts des Gepäckladeraums 16 und über dem Kraftstofftank.
  • 2 ist eine Unteransicht der Unterseite des hinteren Teils 12 des Fahrzeugs 10. Ein mit „HINTEN“ beschrifteter Pfeil bezeichnet die hintere Richtung des Fahrzeugs 10. Die Fahrzeugkarosserie beinhaltet eine Unterbodenstruktur 18. Die Unterbodenstruktur 18 umfasst zwei hintere Längsholme 20, die seitlich zueinander beabstandet sind, um gegenüberliegende Seiten des Fahrzeugs 10 zu sein. Die hinteren Holme 20 sind durch eine Reihe seitlich verlaufender Querträger miteinander verbunden. Ein Träger 22 des hinteren Stoßfängers verläuft seitlich an einem hintersten Teil des Fahrzeugs 10, unterhalb der äußeren Oberfläche 16 des hinteren Stoßfängers. Ein erster seitlicher Querträger 24 erstreckt sich über den Raum zwischen dem Paar hinterer Holme 20, um eine Distanz vorwärts zum Träger 22 des hinteren Stoßfängers beabstandet. Ein zweiter seitlicher Querträger 26 erstreckt sich über den Raum zwischen dem Paar hinterer Holme 20, um eine Distanz vorwärts zum ersten seitlichen Querträger 24 beabstandet. Ein offener Teil ist zwischen jedem Paar der angrenzenden seitlichen Träger definiert. Ein erster offener Teil 28 ist zwischen dem Träger 22 des hinteren Stoßfängers und dem ersten seitlichen Querträger 24 definiert. Ein zweiter offener Teil 30 ist zwischen dem ersten seitlichen Querträger 24 und dem zweiten seitlichen Querträger 26 definiert. Bestimmte Fahrzeugkomponenten abwärts vertieft und innerhalb der offenen Teile untergebracht, um das Packaging in der vertikalen Richtung zu optimieren.
  • In mindestens einer Ausführungsform verläuft ein unterer Teil des hinteren Gepäckraums 16 nach unten in den ersten offenen Teil 28 zwischen dem Träger 22 des hinteren Stoßfängers und dem ersten seitlichen Querträger 24. Beispielsweise kann eine Vertiefung 32 oder „Radwanne“ gebildet werden, um einen Fahrzeugersatzreifen unter dem Hauptbereich des Gepäckraums unterzubringen. Auf diese Weise kann das Volumen des Gepäckladeraums 16 in einem Bereich über dem Fahrzeugersatzreifen maximiert werden. Andere Komponenten können zur Optimierung der Packungsdichte ähnlich abwärts in die verschiedenen offenen Teile zwischen Karosserieunterrahmenträgern verlaufen.
  • Ein Kraftstofftank 34 kann im zweiten offenen Teil 30 zwischen dem ersten seitlichen Querträger 24 und dem zweiten seitlichen Querträger 26 untergebracht sein. Im Packaging-Zusammenhang mit anderen Unterbodenlängskomponenten kann der Kraftstofftank 34 eine amorphe Form haben, um aus dem verfügbaren Raum bestmögliche Vorteile zu ziehen und das Volumen des Kraftstofftanks zu maximieren. In mindestens einer Ausführungsform verläuft ein Auspuffrohr 35 längs nahe einer Mittellinie der Fahrzeugkarosserie. Der Kraftstofftank 34 umfasst zwei Hauptteile, die sich jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Auspuffrohres 35 erstrecken. Ein erster Hauptteil 36 und ein zweiter Hauptteil 38 beinhalten jeweils ein Innenvolumen und umfassen gemeinsam ein Gesamtkraftstofftankvolumen.
  • Komponenten sind mit hoher Dichte angeordnet, um die Packungsdichte zu erhöhen, und damit der für die Fahrzeugstruktur verfügbare Knautschraum zur Absorption von Energie während eines Aufpralls reduziert werden kann. Zusätzlich begegnen Hochleistungsfahrzeuge im Vergleich zu konventionellen Personenfahrzeugen stärkeren Belastungen. Beispielsweise können Fahrzeuge von Vollzugsbehörden einer höheren Beanspruchungsintensität ausgesetzt sein. Darüber hinaus können Fahrzeuge von Vollzugsbehörden und andere Notfalleinsatzfahrzeuge üblicherweise im Gepäckladeraum eine große Menge Ausrüstung transportieren. Füllen des Gepäckladeraums mit starren oder halbstarren Materialien kann den verfügbaren Knautschraum der hinteren Fahrzeugstruktur weiter reduzieren. Deshalb können zusätzliche Maßnahmen das Bewältigen von Heckaufpralllasten durch die Fahrzeugstruktur unterstützen.
  • Der Kraftstofftank 34 kann aus Kunststoff oder einem anderen formbaren Material geformt sein, um während eines Aufpralls eine Deformierung zuzulassen, während gleichzeitig die Integrität des internen Kraftstofftankvolumens aufrechterhalten bleibt. Konzeptionelle Beschränkungen können zum Beispiel durch Verformungsstabilität, Volumen oder andere konzeptionelle Kriterien gesetzt sein. Da die Geometrie des Kraftstofftanks 34 auf gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs den ersten Hauptteil 36 und den zweiten Hauptteil 38 beinhaltet, kann es vorteilhaft sein, jeden Hauptteil des Kraftstofftanks 34 unabhängig abzuschirmen. In mindestens einer Ausführungsform wird eine Käfigstruktur bereitgestellt, um mindestens einen Teil des Kraftstofftanks zu umschließen. In einer bevorzugten Ausführungsform umschließen beide Unterzugstrukturen eines Paares jeweils einen der Hauptteile 36, 38 des Kraftstofftanks 34. Darüber hinaus kann eine Unterzugstruktur entsprechend der vorliegenden Offenbarung geeignet sein, bei Bedarf einen Teil einiger verschiedener Unterbodenkomponenten zu umschließen.
  • Bezug nehmend auf die 3 und 4, sind bestimmte Komponenten der Fahrzeugunterbodenstruktur verborgen, um bestimmte Aspekte einer Lastmanagementstruktur der vorliegenden Offenbarung darzustellen. Ein Beispielunterzugsystem 40 wird an jeder Seite des Fahrzeugs 10 bereitgestellt, um von einem Heckaufprall verursachte Längslasten zu übertragen. Jedes Unterzugsystem 40 umschließt einen unteren Teil eines der Hauptteile 36, 38 des Kraftstofftanks 34. Eine erste Trägerverlängerung 42 verläuft in einem schiefen Winkel entlang einer äußeren Oberfläche 44 unter dem Kraftstofftank 34. Eine zweite Trägerverlängerung 46 verläuft ebenfalls entlang der äußeren Oberfläche 44 unter dem Kraftstofftank in einem spitzen Winkel relativ zur ersten Trägerverlängerung 42. Die erste Trägerverlängerung 42 und die zweite Trägerverlängerung 46 sind so angeordnet, dass sie nahe einem Ende der Träger eine Spitze 48 bilden. In einem Beispiel ist die Spitze 48 nahe einem hinteren Ende von jedem der Träger und angrenzend an den ersten seitlichen Querträger 24. Obwohl die Spitze 48 beispielhaft nahe einem hinteren Ende abgebildet ist, versteht es sich, dass die Beziehung zwischen der ersten Trägerverlängerung 42 und der zweiten Trägerverlängerung 46 umgekehrt werden kann, sodass ein spitzer Winkel zwischen den Komponenten nahe einem vorderen Ende eine Spitze definiert.
  • Jedes Unterzugsystem 40 beinhaltet außerdem einen Verbindungsträger 50, der an von der Spitze 48 versetzten Positionen die erste Trägerverlängerung 42 mit der zweiten Trägerverlängerung 46 verbindet. In mindestens einer Ausführungsform ist der Verbindungsträger 50 an der ersten Trägerverlängerung 42 und an der zweiten Trägerverlängerung 46 nahe eines mittleren Teils angebracht. Der Verbindungsträger 50 hilft einen Teil eines dreieckigen Unterzuges zu bilden, der primär axiales Belasten jeder der Trägerverlängerungen gestattet im Vergleich zu Biegelasten.
  • Die erste und zweite Trägerverlängerung 42, 46 kann hochfeste Rohrelemente umfassen. Ähnlich kann der Verbindungsträger 50 ein drittes röhrenförmiges Element umfassen. In einem Beispiel können die Träger aus hochfestem, niedriglegierten Stahl (HSLA-Stahl) wie HSLA 350 oder HSLA 550 geformt sein. In weiteren Beispielen kann ultrahochfester Stahl wie Usibor® 1500 durch eine Verringerung der Materialdicke zusätzliche Gewichtseinsparungen ermöglichen, während die allgemeinen Steifigkeitseigenschaften der Gerüststruktur aufrechterhalten bleiben.
  • Die röhrenförmigen Träger können in einer beliebigen Anzahl geeigneter Querschnittsformen ausgeführt sein, darunter verschiedene geschlossene mehreckige Querschnitte. Alternativ können offene Querschnitte, beispielsweise C-Träger-Querschnitte oder I-Träger-Querschnitte, ebenfalls eine geeignete Struktur bereitstellen. Allgemein kann eine Anordnung von Trägerverlängerungen zu einer Unterzuganordnung effizient Heckaufpralllasten in Verbindung mit einem Hochleistungsfahrzeug bewältigen.
  • Bezug nehmend auf 4, kann jede der Trägerverlängerungen so geformt sein, dass sie der unteren Form des Kraftstofftanks 34 entspricht. Bezüglich der Tiefe der unteren Position des Kraftstofftanks kann die Struktur des Unterzugsystems 40 eine Reihe Biegungen beinhalten, um nahe einem vorderen Ende einen aufrechten Teil, nahe einem mittleren Teil einen allgemein horizontalen Teil und nahe einem gegenüberliegenden hinteren Ende der Unterzugstruktur 40 einen aufrechten Teil zu bilden. Durch Packaging an der Unterseite der Kraftstofftanks können voluminöse Verstärkungen, die in den Fahrgastraum hineinragen, vermieden werden.
  • Wie oben diskutiert, können die Unterzugstrukturen der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden, um schwere Heckaufpralllasten in Verbindung mit einem Hochleistungsfahrzeug zu bewältigen. Im Gegensatz dazu benötigt eine Standardserienvariante des gleichen Fahrzeugs die ergänzende Struktur möglicherweise nicht, da sie allgemein weniger schweren Lasten ausgesetzt ist. In mindestens einer Ausführungsform wird das Unterzugsystem 40 als ein strukturelles Erweiterungsupgrade bereitgestellt, das auf eine Standardserienvariante aufgeschraubt ist. Beispielsweise können an den Abschlussenden der Trägerverlängerungen geschraubte Befestigungen eingesetzt werden. Rückwärts geschraubte Verbindungen 52 können am ersten seitlichen Querträger 24 hinter dem Kraftstofftank 34 gesichert werden. Ähnlich können vorwärts geschraubte Verbindungen 54 am zweiten seitlichen Querträger 26 vor dem Kraftstofftank 34 gesichert werden. Auf diese Weise kann eine Unterzugstruktur entsprechend der vorliegenden Offenbarung gezielt an einem Fahrzeug angebracht werden, ohne dass teure Befestigungen oder Werkzeuge erforderlich sind.
  • 5 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Unterzugsystems 140. Ein Verbindungsträger 150 umfasst ein Paar Gegenplatten. Eine obere Platte 156 und eine untere Platte 158 definieren jeweils Grenzflächenteile 160, die so geformt sind, dass sie äußere Oberflächen 162, 166 der ersten Trägerverlängerung 142 bzw. der zweiten Trägerverlängerung 146 entsprechen. Die obere Platte 156 und die untere Platte 158 beinhalten außerdem Gegenteile 168 zum Miteinanderverbinden, sodass die entsprechenden Grenzflächenteile 160 einen Teil des ersten Elements 142 und des zweiten Elements 146 umschließen. In mindestens einer Ausführungsform umfassen die Gegenteile 168 Gegenflansche, die so angeordnet sind, dass sie durch Schweißen, Verbinden, Vernieten, Schrauben oder andere strukturelle Verbindungsmittel verbunden werden können. In weiteren alternativen Ausführungsformen kann eine einzelne flache Platte mit einer einzelnen Seite der ersten Trägerverlängerung 142 und der zweiten Trägerverlängerung 146 ohne eine Gegenplatte verbunden werden.
  • Obwohl vorstehend verschiedene Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Patentbeschreibung verwendeten Worte eher Worte zur Beschreibung als zur Begrenzung und selbstverständlich können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims (16)

  1. Fahrzeugstruktur, die Folgendes umfasst: einen ersten Träger, der schräg unter einer äußeren Oberfläche einer Unterbodenkomponente verläuft; einen zweiten Träger, der in einem spitzen Winkel zum ersten Träger verläuft und nahe einem Ende des ersten Trägers eine Spitze bildet; und einen Verbindungsträger, der an von der Spitze versetzten Positionen mit dem ersten und dem zweiten Träger verbunden ist, wobei der erste Träger, der zweite Träger und der Verbindungsträger zusammenwirken, um einen Teil der Unterbodenkomponente zu umschließen.
  2. Fahrzeugstruktur nach Anspruch 1, wobei der erste Träger und der zweite Träger Abschlussenden definieren, die an einen hinteren Unterbodenteil des Fahrzeugs angeschraubt sind.
  3. Fahrzeugstruktur nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsträger ein Paar Gegenplatten umfasst, die aneinander befestigt sind, um jeweils einen Teil des ersten Trägers und des zweiten Trägers zu umschließen.
  4. Fahrzeugstruktur nach Anspruch 1, wobei der erste Träger und der zweite Träger Rohrträgerverlängerungen sind.
  5. Fahrzeugstruktur nach Anspruch 4, wobei jeder der Rohrträger eine Reihe Biegungen umfasst, um einer äußeren Oberfläche der Unterbodenkomponente zu entsprechen.
  6. Fahrzeugstruktur nach Anspruch 1, wobei die Spitze zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger an ein hinteres Ende des ersten und zweiten Trägers angrenzt.
  7. Fahrzeugstruktur nach Anspruch 1, wobei die Unterbodenkomponente einen Kraftstofftank umfasst.
  8. Fahrzeugstruktur, die Folgendes umfasst: ein Paar einander gegenüberliegender Längsholme, die von einem Träger eines hinteren Stoßfängers aus nach vorn verlaufen; einen ersten Querträger, der die Holme vorwärts des Stoßfängerträgers zusammenhängend überspannt; einen zweiten Querträger, der die Holme vorwärts des ersten Querträgers zusammenhängend überspannt; einen zwischen den Holmen und zwischen dem ersten und dem zweiten Querträger angeordneten Kraftstofftank; eine erste Trägerverlängerung, in einem schiefen Winkel vom ersten Querträger zum zweiten Querträger zusammenhängend verlaufend; eine zweite Trägerverlängerung, die ausgehend vom ersten Querträger relativ zur ersten Trägerverlängerung in einem spitzen Winkel zusammenhängend verläuft und nahe dem ersten Querträger eine Spitze bildet; und mindestens einen Verbindungsträger, der die erste Trägerverlängerung mit der zweiten Trägerverlängerung verbindet, wobei die erste und zweite Trägerverlängerung einen unteren Teil des Fahrzeugkraftstofftanks umschließen.
  9. Fahrzeugstruktur nach Anspruch 8, wobei der Verbindungsträger ein Paar Gegenplatten umfasst, die aneinander befestigt sind, um jeweils einen Teil der ersten und zweiten Trägerverlängerung zu umschließen.
  10. Fahrzeugstruktur nach Anspruch 8, wobei die erste und zweite Trägerverlängerung einer Unterseitenoberfläche des Kraftstofftanks entsprechende Rohrträger sind.
  11. Fahrzeugstruktur nach Anspruch 8, wobei die Abschlussenden der ersten Trägerverlängerung und der zweiten Trägerverlängerung mit dem ersten Querträger bzw. dem zweiten Querträger verschraubt sind.
  12. Fahrzeuglastmanagementsystem, umfassend: einen Unterbodenrahmen, der ein Paar Längsholme beinhaltet, die durch seitlich verlaufende Querträger verbunden sind; einen zwischen dem Paar Längsholme und zwischen zwei angrenzend seitlich verlaufenden Querträgern angeordneten Kraftstofftank; und ein Paar Unterzugstrukturen, die die Unterbodenkonstruktion unter einem Teil des Kraftstofftanks zusammenhängend überspannen.
  13. Fahrzeuglastmanagementsystem nach Anspruch 12, wobei beide Unterzugstrukturen des Paares so geformt sind, dass sie einer unteren Oberfläche des Kraftstofftanks entsprechen.
  14. Fahrzeuglastmanagementsystem nach Anspruch 12, wobei beide Unterzugstrukturen des Paares Folgendes beinhalten eine erste Trägerverlängerung, zwei angrenzende, seitlich verlaufende Querträger in einem schiefen Winkel verbindend, eine zweite Trägerverlängerung, zwei angrenzende, seitlich verlaufende Querträger in einem relativ zur ersten Trägerverlängerung spitzen Winkel verbindend und nahe einem Querträger eine Spitze bildend; und mindestens einen Verbindungsträger, der nahe eines mittleren Teils die erste Trägerverlängerung mit der zweiten Trägerverlängerung verbindet.
  15. Fahrzeuglastmanagementsystem nach Anspruch 14, wobei die erste Trägerverlängerung und/oder die zweite Trägerverlängerung mit zwei angrenzenden, seitlich verlaufenden Querträgern verschraubt sind.
  16. Fahrzeuglastmanagementsystem nach Anspruch 14, wobei der mindestens eine Verbindungsträger ein Paar Gegenplatten umfasst, die miteinander verbunden sind, um einen Teil der ersten Trägerverlängerung und der zweiten Trägerverlängerung zu befestigen.
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