JP6098433B2 - 車両の車体前部構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の車体前部構造に関するものである。

車両としての自動車にあっては、車体前部において前後方向に伸びる左右一対のサイドフレームを有し、この左右一対のサイドフレームの前端に、車幅方向に伸びるバンパビームが取付けられる。そして、前方障害物に衝突したとき、特に歩行者の脚部が衝突したときに、障害物が車体前部に侵入するのを抑制するために、バンパビームの下方において、車幅方向に伸びるスティフナ（ロアバンパビームと呼ばれることもある）を有する保護部材を設けることも行われている。特許文献１には、上記保護部材として、短いストロークで効果的に衝突時のエネルギ（衝撃）を吸収するようにしたものが開示されている。

特開２００９−１７９１３９号公報

ところで、前方障害物が歩行者の場合を想定したとき、保護部材が歩行者の脚部に衝突することになる。この場合、障害物が車体前部の下方に侵入してしまうことを防止することは、保護部材の存在そのものにより達成することができる。また、障害物への局部変形（例えば脚部の損傷）を抑制するには、保護部材の変形によるエネルギ吸収によって行うことが考えられる。特に、保護部材が歩行者の脚部の低い部分（膝よりも下の部分）に衝突する一方、車両のボンネット前端部分が脚部の膝よりも高い部分に衝突して、脚部の上下で分散してエネルギ吸収を行うことが可能である。

一方、車両の中には、ボンネット（あるいはその前方延長上にある車体外装材）の前端位置が極めて低い車両、例えばスポーツカーのような場合は、障害物としての例えば歩行者の脚部に対して、膝よりも高い位置で衝突エネルギを吸収することが難しい場合が生じる。また、障害物が特に歩行者である場合は、衝突後に、歩行者を前方へ跳ね上げること、つまりボンネット上に落とすことが好ましいものとなる。

しかしながら、特許文献１のものでは、保護部材のみで障害物の局部変形抑制のための十分なエネルギ吸収と前方への跳ね上げとの両方の作用を得ることが難しいものとなる。とりわけ、特許文献１の保護部材では、衝突時における荷重と変形量との関係を示す荷重・変形量性が、荷重の増大に応じて変形量がほぼ比例的に増大するように設定されているだけなので、保護部材のみによる衝突時のエネルギの十分な吸収と障害物の前方への跳ね上げとを共に満足させることが難しいものとなる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、車体前部の低い位置に配設される保護部材によって、障害物が車体下部へ侵入してしまうことを防止しつつ、衝突時の十分なエネルギ吸収と、障害物をすみやかに前方へ跳ね上げられるようにした車両の車体前部構造を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
車体前部で前後方向に伸びる左右一対のサイドフレームと、
車幅方向に伸びて、前記左右一対のサイドフレームの前端に取付けられたバンパビームと、
前記左右一対のサイドフレームの前部から下方かつ前方に傾斜して伸びる左右一対のブラケット、および車幅方向に伸びると共に前記バンパビームの下方に配設されて該左右一対のブラケットの前端に取付けられたスティフナを備えた保護部材と、
を備えた車両の車体前部構造であって、
前記保護部材は、前方障害物に対する衝突時における衝突荷重と変形量との関係を示す荷重・変形特性の設定によって、衝突初期時からの第１段階では前記障害物が車体前部の下方への侵入を抑制する作用を行い、該第１段階に続く第２段階では前記障害物の局部変形を抑制するようにエネルギを吸収する作用を行い、該第２段階に続く第３段階では前記障害物を車体前方に跳ね上げる作用を行うようにされ、
前記保護部材は、前記荷重・変形特性が、前記第２段階では前記第１段階および前記第３段階に比して、荷重増大に対する変形量増大割合が大きくなるように設定されている、
ようにしてある。上記解決手法によれば、保護部材の荷重・変形特性の設定によって、障害物の車体前部の下方への侵入抑制と、障害物の局部変形を抑制する作用と、障害物の車体前方への跳ね上げ作用とが得られるようにして、障害物に対する安全対策上極めて好ましいものが得られる。特に、例えば歩行者の膝部よりも十分に高い位置で衝突する部分を有しない車両においても、エネルギ吸収を十分に行えるようにする上で好ましいものとなる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記保護部材は、前記第２段階では、衝突荷重を受けてスティフナがブラケットと一直線となる方向に後下方へと傾斜されるよう変形され、
前記保護部材は、前記第３段階では、衝突荷重を受けて前記スティフナと前記ブラケットとがほぼ一直線となることにより該ブラケットが変形に対して大きな抵抗を発揮する、
ようにしてある（請求項２対応）。この場合、スティフナとブラケットとの両方を有効に利用して、請求項１に対応した効果を十分に発揮させることができる。

前記ブラケットと前記スティフナとで、前記第１段階での侵入抑制の作用と、前記第２段階でのエネルギ吸収の作用と、前記第３段階での跳ね上げの作用とを行う、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、スティフナとブラケットとの両方を有効に利用して、前記３つの段階での作用を確実に得る等の上で好ましいものとなる。

前記スティフナが、前記第１段階での侵入抑制の作用と、前記第２段階でのエネルギ吸収の作用と、前記第３段階での跳ね上げの作用とを行う、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、スティフナのみによって、前記３つの段階での作用を得ることができる。

前記バンパビームの前面に、車幅方向に伸びるエネルギ吸収部材が取付けられ、
前記エネルギ吸収部材の前方に、ボンネットの前端またはボンネット前端に面一に連なる前部車体外装材の前端が位置されている、
ようにしてある（請求項５対応）。この場合、ボンネットの前端またはボンネット前端に面一に連なる前部車体外装材の前端が極めて低い位置にある車両において、前述した効果を得ることができる。また、第３段階で障害物を前方に跳ね上げる際に、ボンネットの前端または前部車体外装材の前端を支点として、それよりも下方部分を前方へ跳ね上げさせることができ、この結果障害物をボンネット上に乗り上げさせて、障害物の保護をより一層十分に行う上で好ましいものとなる。

本発明によれば、保護部材の荷重・変形特性の設定によって、障害物の車体前部の下方への侵入抑制と、障害物の局部変形を抑制する作用と、障害物の車体前方への跳ね上げ作用とが得られるようにして、障害物に対する安全対策上極めて好ましいものが得られる。

本発明が適用された車両の前部構造の一例を示す斜視図。 図１に示す車両の前部が、上下方向に伸びる障害物に衝突する状態を示す側面図。 図１に示す車両に用いられたブラケットとスティフナとの一例を示す斜視図。 図３に示すブラケットとスティフナとの結合部分を後方から見た斜視図。 図３に示すブラケットの側面図。 図３のＸ６−Ｘ６線相当断面図。 図３のＸ７−Ｘ７線相当断面図。 図３のＸ８−Ｘ８線相当断面図。 本発明における保護部材の荷重・変形特性を示す特性図。 本発明の第２の実施形態を示す要部斜視図。 図１０のＸ１１−Ｘ１１線相当断面図。 本発明の第３の実施形態を示す要部側面図。 本発明の第４の実施形態を示す要部側面図。 本発明の第５の実施形態を示す要部側面図。 本発明の第６の実施形態を示す要部側面図。 本発明の第７の実施形態を示す要部側面図。

車両の前部構造を示す図１において、１は、前後方向に伸びる車体強度部材としてのサイドフレーム（フロントサイドフレーム）である。各サイドフレーム１の前端にはクラッシュカン２が取付けられている。左右一対のクラッシュカン２には、車幅方向に伸びる強度部材としてのバンパビーム３が取付けられている。そして、バンパビーム３の前面には、車幅方向に伸びるエネルギ吸収部材４が取付けられている。エネルギ吸収部材４は、例えば合成樹脂によって形成することができる。なお、図１中、５はサスペンションクロスメンバ（サスペンションフレーム）である。

サイドフレーム１の前端部には、強度部材としてのセットプレート６を介して、ブラケット１１とスティフナ（ロアバンパビーム）１２とを有する保護部材１０が取付けられている。ブラケット１１とスティフナ１２とは、例えば鉄系金属板を加工することにより形成されている。

図２中、７は、車体外装材としてのボンネットであり、その前端は、エネルギ吸収部材４の直前方に位置されている。すなわち、実施形態では、ボンネット７が極めて低く設定された車両となっており、具体的には、エネルギ吸収部材４の路面からの高さ位置が、４０〜５０ｃｍ程度と低い位置とされている。なお、ボンネット７の前端に面一に連なる前部車体外装材を別途有して、この前部車体外装材がエネルギ吸収部材４の直前方に位置するような車両であってもよい。勿論、本発明の適用対象となる車両としては、ボンネット７の前端あるいは上記前部車体外装材の前端が、エネルギ吸収部材４よりも高い位置に位置設定される車両であってもよい。

次に、図２〜図５をも参照しつつ、保護部材１０としてのブラケット１１およびスティフナ１２について説明する。まず、ブラケット１１は、特に図５に示すように、後方に向かうにつれて徐々に太幅に形成された本体部１１ａと、本体部１１ａの後端部に形成された上下方向に伸びる取付フランジ部１１ｂと、本体部１１ａの前端部に形成された一対の前取付部１１ｃ、１１ｄとを有している。上記フランジ部１１ｂをセットプレート６に着座させた状態で、ボルト等の固定具１３によって、フランジ部１１ｂがセットプレート６に固定される（図１、図２参照）。この固定状態において、ブラケット１１つまり本体部１１ａは、下方かつ前方に傾斜して伸びる姿勢状態とされる（図２、図５参照）。

スティフナ１２は、バンパビーム３よりも低い位置において車幅方向に伸びて、左右一対のブラケット１１の前端に固定されている。図３、図４に示すように、ブラケット１１の前取付部１１ｃが、スティフナ１２の上面に固定され（例えば溶接あるいは固定具による固定）、この固定部位が符号１４で示される。また、ブラケット１１の前取付部１１ｄが、スティフナ１２の後面に固定され（例えば溶接あるいは固定具による固定）、この固定部位が符号１５で示される。

スティフナ１２の断面構造が、図６〜図８に示される。図６は、スティフナ１２の車幅方向中央付近の断面を示し、図８はスティフナ１２のブラケット１１への固定部位近傍付近の断面を示し、図７は、車幅方向において図６と図８の間の位置での断面を示す。図６、図７に示すように、スティフナ１２は、第１部材２１と第２部材２２とによって、その前端部は開断面として形成され、その後端部は閉断面として構成される。車幅方向中央部の閉断面の前後幅はもっとも大きくされ、それよりも車幅方向外側に向かうにつれて徐々に閉断面の前後幅は小さくされている。そして、ブラケット１１への固定部位付近は、図８に示すように第２部材２２が存在しないで、前後方向全長に渡って開断面構造（１枚の板材構造）とされている。このように、閉断面構造が、車幅方向外方側つまり、ブラケット１１に近づくほど小さくされると共に、ブラケット１２付近では閉断面を有しないようにすることにより、スティフナ１２は、ブラケット１１の影響によって車幅方向外側部分が中央部分に比して相対的に剛性が高くなり過ぎないようにされている。

特に図２に示すように、スティフナ１２は、図６、図７で開断面とされたその前端部分が、前方に向かうにつれて下方に向かうように前下がりに傾斜されている。そして、スティフナ１２の前端は、図６〜図８に示すように、略９０度下方を向くように短く折曲された状態とされ、この折曲された折曲部が符号１２ａで示される。

ここで、ブラケット１１とスティフナ１２とで保護部材１０が構成されるが、この保護部材１０に対して前方障害物としての例えば歩行者が衝突した場合を想定する。この場合、歩行者の脚部に対してスティフナ１２が衝突されることになるが、図２では、歩行者の脚部を想定したフレックスインパクタが符号１００で示され、その膝部の関節に相当する部分が符号１０１で示される。図２から理解されるように、エネルギ吸収部材４が膝関節相当部分１０１付近に衝突され、スティフナ１２は膝関節相当部分１０１よりも相当に低い位置（足首付近）に衝突されることになる。

次に、前方障害物としての歩行者に衝突した場合において、ブラケット１１とスティフナ１２とによる歩行者の保護機能について説明する。まず、保護部材１０としてのブラケット１１とスティフナ１２とによる衝突荷重と変形量との関係を示す荷重・変形特性が、図９のように設定されている。すなわち、衝突初期時からの第１段階では、特性線α１として示すように、スティフナ１２が突っ張ることにより、相対的に、荷重の増大に対する変形量の増大割合が小さいものとなる（高剛性）。この第１段階での荷重・変形特性により、障害物（特に歩行者の脚部）が車体前部の下方に侵入してしまう事態が防止される。

上記第１段階に続く第２段階では、特性線α２として示すように、第１段階に比して相対的に、荷重の増大に対する変形量の増大割合が大きいものとなる（低剛性）。すなわち、スティフナ１２の前端部が下方かつ前方に傾斜されていることにより、衝突荷重を受けて後下方へと傾斜されるように変形される（つまりブラケット１１と一直線となる方向に変形される）。これにより、エネルギ吸収が行われて、障害物としての歩行者の脚部の局部変形を抑制する作用が得られることとなる。

上記第２段階に続く第３段階では、特性線α３として示すように、第２段階に比して相対的に、荷重の増大に対する変形量の増大割合が小さいものとなる（高剛性）。すなわち、スティフナ１２が、前記第２段階でブラケット１１と一直線となる方向に向けて下方かつ後方へ傾斜するように変形されるが、やがてブラケット１１とほぼ一直線となることにより、ブラケット１１が変形に対して大きな抵抗を発揮することとなって、荷重の増大に対する変形量の増大割合が小さくされることになる。なお、実施形態では、荷重の増大に対する変形量の増大割合が、第３段階がもっとも小さくなるように設定されている。この第３段階での荷重・変形特性によって、障害物としての歩行者は、車体前方に向けて跳ね上げられることになる。このとき、歩行者は、エネルギ吸収部材４付近を支点としてそれよりも下方部分が跳ね上げられて、歩行者はボンネット７上に乗り上げられるような作用を受け、歩行者の安全対策上、極めて好ましいものとなる。

図１０、図１１は、本発明の第２の実施形態を示すものである。本実施形態では、スティフナ１２・Ｂ（１２に対応）のみによって、図９のような荷重・変形特性を得るようにしてある。すなわち、スティフナ１２・Ｂのうち、前部と後部を除く前後方向中間部が、蛇腹状の低剛性部３１とされ、その前後の部分はそれぞれ高剛性とされている。なお、第２の実施形態では、前述の第１の実施形態と同様に、スティフナ１２・Ｂは、その前部が開断面構造とされ、その後部が閉断面構造とされている。この第２の実施形態においても、前記実施形態と同様に、第１段階での侵入抑制作用と、第２段階でのエネルギ吸収作用と、第３段階での跳ね上げ作用とが得られることになる。特に、第２の実施形態では、スティフナ１２・Ｂの荷重・変形特性設定のみによって、第１段階と第２段階と第３段階の作用を得ることができる。

図１２は、本発明の第３の実施形態を示すものである。本実施形態では、第２の実施形態と同様に、スティフナ１２・Ｃ（１２に対応）のみによって、図９のような荷重・変形特性を得るようにしてある。すなわち、スティフナ１２・Ｃは、前後の２分割構造とされて、前部部材４１の後部に対して後部部材４２の前端部が、ボルト４３とナット４４とによる固定具によって固定されている。そして、前部部材４１の後部と、第２部材４２に形成された凸部４２ａとの間に、弾性部材としてのスプリング４５が介在されている。所定以上の大きさの衝突荷重を受けると、ボルト４３、ナット４４による固定作用が解除されて、前部部材４１が後部部材４２に対して後方へスライドされるようにされ、この前部部材４１の後方へのスライド動に伴って、スプリング４５が圧縮されるようになっている。

上記第３の実施形態では、スプリング４５の圧縮が開始される前の状態において第１段階での作用を行い（高剛性）、スプリング４５が圧縮されることにより第２段階での作用を行い（低剛性）、スプリング４５が完全に圧縮された後が第３段階での作用（高剛性）を行うことになる。

図１３は、本発明の第４の実施形態を示すものである。本実施形態では、スティフナ１２・Ｄ（１２に対応）のみによって、図９のような荷重・変形特性を得るようにしてある。すなわち、スティフナ１２・Ｄは、１枚の板材を曲げ加工することにより、上側部材５１と、上側部材５１の後端部の下方に位置された下側部材５２との上下２重構造とされている。上側部材５１には、その前後方向略中間部において下方に凸となった第１凸部５１ａが形成されている。下側部材５２には、第１凸部５１ａの後方において、上側に凸となった第２凸部５２ａが形成されている。

上記第４の実施形態では、衝突当初は、上側部材５１が突っ張ることにより第１段階での作用を行う（高剛性）。第１段階の後、第１凸部５１ａが後方へ向けて前後方向に潰れ変形されつつ、第２段階での作用を行う（低剛性）。第２段階の後、第１凸部５１ａが第２凸部５２ａに当接することにより、第３段階での作用を行う（高剛性）。

図１４は、本発明の第５の実施形態を示すものである。本実施形態では、ブラケット１１Ｅ（１１に相当）とスティフナ１２Ｅ（１２に相当）とで共働して、図９のような荷重・変形特性を得るようにしてある。本実施形態では、ブラケット１１Ｅの後端部の上部に切欠部１１ｆが形成されている。また、セットプレート６１（第１の実施形態におけるセットプレート６に相当）には、ブラケット１１Ｅの後端部に臨ませて、ストッパ部６１ａを形成してある。なお、スティフナ１２Ｅそのものは、第１の実施形態とは異なって、その荷重・変形特性は、荷重の増大に応じて変形量が徐々に増大するように、あるいは荷重の増大に応じた変形量の増大割合が一定となるように設定されている（このことは、図１５、図１６に示す他の実施形態においても同じ）。

本実施形態では、衝突当初は、ブラケット１１Ｅとスティフナ１２Ｅとが突っ張ることにより、第１段階での作用を行う（高剛性）。第１段階の後、ブラケット１１Ｅが、切欠部１１ｆを中心にして下方かつ後方へ揺動されることにより、第２段階での作用を行う（低剛性）。この後、下方かつ後方へ揺動されたブラケット１１Ｅがストッパ部６１ａに当接することにより、第３段階での作用を行う（高剛性）。

図１５は、本発明の第６の実施形態を示すものである。本実施形態では、ブラケット１１Ｆ（１１に相当）とスティフナ１２Ｅとで共働して、図９のような荷重・変形特性を得るようにしてある。本実施形態では、ブラケット１１Ｆの後端部は上下方向に伸びる太幅な状態とされて、剛性が高くなるように設定されている。そして、ブラケット１１Ｆのうち、後端部の高剛性部とスティフナ１２Ｅとの連結部位との間の中間部分を、細幅でかつ階段状に折曲された折曲部７１として形成してある。

本実施形態では、衝突当初は、ブラケット１１Ｆとスティフナ１２Ｅとが突っ張ることにより、第１段階での作用を行う（高剛性）。第１段階の後、ブラケット１１Ｆの折曲部７１が図１５破線で示すように変形されて、第２段階での作用を行う（低剛性）。この後、折曲部７１の変形が進行すると、やがて、ブラケット１１Ｆの高剛性部で衝突荷重が受け止められることになって、第３段階での作用を行う（高剛性）。なお、ブラケット１１Ｆの高剛性部の下端部を、図示の場合よりも例えばスティフナ１２Ｅの高さ位置まで下方に伸ばして、この下方へ伸ばした部分を変形前の折曲部７１の後方に臨ませるようにしてもよい。

図１６は、本発明の第７の実施形態を示すものである。本実施形態では、ブラケット１１Ｇとスティフナ１２Ｅとで共働して、図９のような荷重・変形特性を得るようにしてある。本実施形態では、セットプレート６に高剛性の取付部材７２を固定してある。そして、取付部材７２の下端部に構成された回動部７３に対して、ブラケット１１Ｇの後端部が揺動可能に連結されている。この回動部７３の回動中心（ブラケット１１Ｇの揺動中心）は、所定トルクでの締付により、所定値よりも小さな回転モーメントでは回動不能であり、所定値以上の大きさの回転モーメントを受けたときに、ブラケット１１Ｇが回動支点７３ａを中心に下方かつ後方へ揺動されるように設定されている。そして、取付部材７２には、ブラケット１１Ｇの後端部下面に臨ませて、ストッパ部７２ａが形成されている。

本実施形態では、ブラケット１１Ｇとスティフナ１２Ｅとが突っ張ることにより、第１段階での作用を行う（回動支点７３ａを中心とする揺動無しで、高剛性）。この後、ブラケット１１Ｇが回動支点７３ａを中心にして所定の回転抵抗力を発生しつつ揺動されて、第２段階での作用を行う（低剛性）。ブラケット１１Ｇの揺動が進行すると、やがてブラケット１１Ｇがストッパ部７２ａに当接されて、第３段階での作用を行う（高剛性）。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。図６〜図８に示す第１の実施形態において、スティフナ１１は、互いに分割構成とされた２枚の板部材２１、２２を用いる場合に限らず、１枚の板材を曲げ加工して、図６〜図８のような構造を得るようにしてもよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、障害物への保護を行って、衝突安全対策上好ましいものである。

１：サイドフレーム
３：バンパビーム
４：エネルギ吸収部材
６：セットプレート
７：ボンネット
１０：保護部材
１１：ブラケット
１１Ｅ：ブラケット（図１４）
１１Ｆ：ブラケット（図１５）
１１Ｇ：ブラケット（図１６）
１２：スティフナ
１２・Ｂ：スティフナ（図１０、図１１）
１２・Ｃ：スティフナ（図１２）
１２・Ｄ：スティフナ（図１３）
１２・Ｅ：スティフナ（図１４〜図１６）
１００：フレックスインパクタ
１０１：膝関節相当部

Claims (5)

1. 車体前部で前後方向に伸びる左右一対のサイドフレームと、
   車幅方向に伸びて、前記左右一対のサイドフレームの前端に取付けられたバンパビームと、
   前記左右一対のサイドフレームの前部から下方かつ前方に傾斜して伸びる左右一対のブラケット、および車幅方向に伸びると共に前記バンパビームの下方に配設されて該左右一対のブラケットの前端に取付けられたスティフナを備えた保護部材と、
   を備えた車両の車体前部構造であって、
   前記保護部材は、前方障害物に対する衝突時における衝突荷重と変形量との関係を示す荷重・変形特性の設定によって、衝突初期時からの第１段階では前記障害物が車体前部の下方への侵入を抑制する作用を行い、該第１段階に続く第２段階では前記障害物の局部変形を抑制するようにエネルギを吸収する作用を行い、該第２段階に続く第３段階では前記障害物を車体前方に跳ね上げる作用を行うようにされ、
   前記保護部材は、前記荷重・変形特性が、前記第２段階では前記第１段階および前記第３段階に比して、荷重増大に対する変形量増大割合が大きくなるように設定されている、
   ことを特徴とする車両の車体前部構造。
2. 請求項１において、
   前記保護部材は、前記第２段階では、衝突荷重を受けてスティフナがブラケットと一直線となる方向に後下方へと傾斜されるよう変形され、
   前記保護部材は、前記第３段階では、衝突荷重を受けて前記スティフナと前記ブラケットとがほぼ一直線となることにより該ブラケットが変形に対して大きな抵抗を発揮する、
   ことを特徴とする車両の車体前部構造。
3. 請求項１において、
   前記ブラケットと前記スティフナとで、前記第１段階での侵入抑制の作用と、前記第２段階でのエネルギ吸収の作用と、前記第３段階での跳ね上げの作用とを行う、ことを特徴とする車両の車体前部構造。
4. 請求項１において、
   前記スティフナが、前記第１段階での侵入抑制の作用と、前記第２段階でのエネルギ吸収の作用と、前記第３段階での跳ね上げの作用とを行う、ことを特徴とする車両の車体前部構造。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
   前記バンパビームの前面に、車幅方向に伸びるエネルギ吸収部材が取付けられ、
   前記エネルギ吸収部材の前方に、ボンネットの前端またはボンネット前端に面一に連なる前部車体外装材の前端が位置されている、
   ことを特徴とする車両の車体前部構造。
   
   
   

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