KR20160013988A - 자동차 타이어의 편향 반경을 시뮬레이션하는 방법 - Google Patents

자동차 타이어의 편향 반경을 시뮬레이션하는 방법 Download PDF

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꽁빠니 제네날 드 에따블리세망 미쉘린
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Abstract

본 발명은,
Figure pct00010
, 여기에서 KZZ는 KZZ=KZZ0+KZZp×Pg의 형태로 쓰이는, 형태의 공식을 사용함으로써 타이어의 편향 반경 Rl을 추산하는 단계를 포함하는 자동차 타이어를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

자동차 타이어의 편향 반경을 시뮬레이션하는 방법{METHOD FOR SIMULATING A DEFLECTION RADIUS OF A MOTOR VEHICLE TYRE}
본 발명은 타이어의 적재 반경(laden radius)을 결정하는 방법에 관한 것이다.
주어진 타이어가 장착될 가능성이 높은 차량에서 만날 수 있는 것들을 대표하는 사용 조건 하에서, 롤링(rolling) 중일 때에, 이들 사용 조건은 직선으로의 롤링으로부터 순환로 상에서의 고속으로의 롤링에 이르기까지 광범위한 사용 조건을 포함한다.
차량의 노면 유지 거동(road holding behaviour)은 특히 타이어에서의 복잡한 현상을 이용한다. 그 거동을 이해, 분석 및 시뮬레이션하기 위해 이들 현상을 고려하는 것은 이것을 개선하기 위해 필수적이다. 이러한 목적으로, 시뮬레이션 도구는 타이어의 기여 부분(contribution)을 기술하는 모델을 요구한다. 타이어 토서(tyre torsor) 또는 그 롤링의 기하학적 원리와 연관된 다양한 양이 사용되고; 적재 반경(laden radius)이 그에 해당된다. 이것은 그에 따라 차량의 전복 한계(overturning limit), 도로와 림(rim)의 있을 수 있는 접촉, 차량의 자세 그리고 그 공기역학과 관련된 그 높이를 평가하는 데 특히 중요하다.
타이어의 적재 반경의 변화를 평가하는 다양한 공식이 이미 제안되었다. 상기 공식들 중에서, 에이치.비. 파세카(H.B. Pacejka)의 "마법 공식(magic formula)"으로서 알려져 있는 공식의 상이한 버전이 인용될 수 있고, 가장 널리 사용되는 버전은 MF-5.2 또는 최종 변형 버전 MF-6.1이다. 기존에 가장 많이 사용되는 공식 MF-5.2는 다음과 같이 적재 반경을 기술하고 있다:
Figure pct00001
, 하중에 대한 반경의 변화에서의 속도에 연결된 영향에 의해 보완됨.
공식 MF-6.1은 이것이 수직 하중의 이원적 기술을 기초로 하므로 고안된 공식과 상이한 공식에 따른 압력, 힘 및 속도로 인한 영향을 그에 추가하고 있다.
림과 지면 사이의 접촉으로 인한 전복의 위험성을 예측하기 위해 림과 지면 사이의 간격을 알아내는 모델이 또한 제안되었다. 이러한 모델은 적재 반경 모델을 기초로 한다:
Figure pct00002
본 발명의 목적은 더 큰 민감도(acuity)를 갖고 실시하기 더 용이한 타이어의 적재 반경을 추산하는 방법을 제안하는 것이다.
이러한 목적은, 자동차 타이어를 제조하는 방법으로서,
Figure pct00003
, 여기에서 KZZ는 형태 KZZ=KZZ0+KZZp×Pg로 쓰이고, KZZ0 및 KZZp는 수치(numerical value)이고, 여기에서 Pg는 타이어의 팽창 압력이고, V는 차량의 속도이고, FZ는 타이어에 가해지는 하중이고, FY는 타이어 상에 가해지는 횡단 방향 추력(transverse thrust force)이고, γ는 차량의 캠버 각도(camber angle)이고, R0은 정지 시의 타이어의 자유 반경 수치(free radius value)이고, RV는 적재 반경에 대한 차량의 속도의 영향 계수이고, RY1은 횡단 방향 하중 수치를 통한 적재 반경에 대한 팽창 압력의 영향 계수이고, RY2는 압력과 연관된 횡단 방향 하중의 부분을 갖지 않는 적재 반경에 대한 횡단 방향 하중의 영향 계수이고, Rγ는 적재 반경에 대한 차량의 캠버 각도 수치의 영향 계수인, 형태의 공식을 사용함으로써 타이어의 적재 반경 Rl을 추산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 본 발명에 따라 성취된다.
바람직하게는, 계수 R0, RV, RY1, RY2, Rγ는 설계될 타이어를 대표하는 타이어에 대한 물리 시험에 의해 한정된다.
바람직하게는, 물리 시험은 평지형의 롤러의 도움으로써 수행된다.
바람직하게는, 상기 방법은 테임타이어 소프트웨어(TameTire software)를 사용하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 테임타이어 소프트웨어에서 계수 R0, RV, RY1, RY2, Rγ를 사용하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 횡단 방향 추력은 시뮬레이션 컴퓨터 처리 도구 내로 타이어에 가해지는 물리 응력을 표시하는 복수개의 물리 파라미터를 입력함으로써 시뮬레이션 컴퓨터 처리 도구의 도움을 받는 시뮬레이션에 의해 결정된다.
바람직하게는, 횡단 방향 추력(FY)은 타이어의 내부 온도 및 표면 온도를 고려하여 결정된다.
바람직하게는, 시뮬레이션 컴퓨터 처리 도구는 테임타이어 소프트웨어에 의해 제어되는 프로세서이다.
본 발명은, 또한, 자동차 타이어의 거동을 계산하는 프로세서로서, 상기 프로세서는 타이어의 적재 반경 Rl을 추산하도록 구성되는, 프로세서로서,
Figure pct00004
, 여기에서 KZZ는 형태 KZZ=KZZ0+KZZp×Pg로 쓰이고, KZZ0 및 KZZp는 수치이고, 여기에서 Pg는 타이어의 팽창 압력이고, V는 차량의 속도이고, FZ는 타이어에 가해지는 하중이고, FY는 타이어 상에 가해지는 횡단 방향 추력이고, γ는 차량의 캠버 각도이고, R0은 정지 시의 타이어의 자유 반경 수치이고, RV는 적재 반경에 대한 차량의 속도의 영향 계수이고, RY1은 횡단 방향 하중 수치를 통한 적재 반경에 대한 팽창 압력의 영향 계수이고, RY2는 압력과 연관된 횡단 방향 하중의 부분을 갖지 않는 적재 반경에 대한 횡단 방향 하중의 영향 계수이고, Rγ는 적재 반경에 대한 차량의 캠버 각도 수치의 영향 계수인, 형태의 공식을 사용함으로써 적재 반경 Rl을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 프로세서에 관한 것이다.
본 발명은, 또한,
Figure pct00005
, 여기에서 KZZ는 형태 KZZ=KZZ0+KZZp×Pg로 쓰이고, KZZ0 및 KZZp는 수치이고, 여기에서 Pg는 타이어의 팽창 압력이고, V는 차량의 속도이고, FZ는 타이어에 가해지는 하중이고, FY는 타이어 상에 가해지는 횡단 방향 추력이고, γ는 차량의 캠버 각도이고, R0은 정지 시의 타이어의 자유 반경 수치이고, RV는 적재 반경에 대한 차량의 속도의 영향 계수이고, RY1은 횡단 방향 하중 수치를 통한 적재 반경에 대한 팽창 압력의 영향 계수이고, RY2는 압력과 연관된 횡단 방향 하중의 부분을 갖지 않는 적재 반경에 대한 횡단 방향 하중의 영향 계수이고, Rγ는 적재 반경에 대한 차량의 캠버 각도 수치의 영향 계수인, 형태의 공식에 의한 타이어의 적재 반경 Rl의 시뮬레이션을 사용함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 자동차 타이어에 관한 것이다
본 발명의 추가의 특징, 목적 및 장점이 첨부 도면을 참조하여 주어지는 다음의 설명을 읽는 것으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 타이어에 대한 하중의 함수로서의 적재 반경의 변화를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 타이어에 대한 속도의 함수로서의 적재 반경의 변화를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 타이어에 대한 횡단 방향 힘의 함수로서의 적재 반경의 변화를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 타이어에 대한 캠버 각도의 함수로서의 적재 반경의 변화를 도시하고 있다.
타이어의 적재 반경 Rl(m)은 다수개의 인자에 의존하는 것으로 입증되어 있고, 이들은 가해진 하중 FZ(N), 그 공압 성분 KZZp(Nm-1) 및 구조 성분 KZZ0(Nm-1)을 갖는 타이어의 수직 강성 KZZ(Nm-1), 롤링 속도 V(ms-1), 팽창 압력 Pg(bar), 가해진 횡단 방향 추력 FY(N) 그리고 캠버 각도 γ(˚)를 포함한다. 이들 양의 모두는 그에 따라 바람직하게는 수학 공식에 의해 타이어의 적재 반경을 구하기 위해 알려지거나 예컨대 측정되거나 시뮬레이션 도구에 의해 부여되어야 한다. 그러므로, 이들 다양한 인자의 기여 부분이 밝혀질 것이고 그러면 상기 공식을 사용할 수 있다.
이들 현상을 평가하기 위해, 다음의 공식이 여기에서 사용된다:
Figure pct00006
이 때에 KZZ=KZZ0+KZZp×Pg
여기에서 KZZ0 및 KZZp는 바람직하게는 고정 계수이고, 여기에서 다음에 설명되는 계수가 도입된다. R0(m)은 정지 시의 타이어의 치수를 나타낸다. 이러한 경우에, 이것은 그 자유 반경이다. RV는 적재 반경에 대한 속도 이러한 경우에 제곱된 속도의 영향 계수이다. RY1은 횡단 방향 하중을 통한 적재 반경에 대한 팽창 압력의 영향 계수이다. RY2는 압력과 연관된 횡단 방향 하중의 부분을 갖지 않는 적재 반경에 대한 횡단 방향 하중의 영향 계수이다. Rγ는 적재 반경에 대한 캠버의 영향 계수이다.
이전의 문단에서 나열된 계수 R0(m), ..., Rγ를 밝혀내거나 얻는 전략은 한편으로 그 전의 문단에서 나열된 양 FZ(N), ..., γ(˚)의 정보를 기초로 한다. 이것은 다른 한편으로 타이어의 사용에 대해 대체로 현실적인 범위 내에서 이들 양의 각각에 대해 넓은 범위를 포함하는 실험 설계 또는 측정 애니메이션(measurement animation)의 생성을 기초로 한다. 마지막으로, 이것은 적절한 알고리즘에 의한 계수의 세트의 최적화를 기초로 한다. 적절한 측정 기계 예컨대 평지형의 롤러에 대해 생성되는 애니메이션으로부터 출발하여, 선택된 양의 함수로서의 타이어의 적재 반경의 응답의 정보가 구해진다.
자유 반경이 0 하중 시에 얻어지는 적재 반경의 수치이므로, 이것은 도 1에 도시된 것과 같이 단순한 롤링 즉 상이한 하중에서 0 하중의 수치에 이르기까지 코너링 각도(cornering angle)를 갖지 않는, 캠버 또는 곡률을 갖지 않는, 또는 엔진 또는 제동 토크를 갖지 않는 롤링 중에 반경의 측정치를 외삽 추정함으로써 구해진다. 도 1에서, 실선 플롯은 위에 기재된 공식과 관련된 상이한 압력에서의 시뮬레이션이고, 대시형, 도트형 및 십자형 플롯은 공식 MF 5.2와 관련된 시뮬레이션이다. 도 1에서의 데이터는 또한 하중 영향을 구하는 것을 가능케 한다. 타이어의 수직 강성에 의한 하중에 대한 적재 반경의 의존성에 대한 압력의 영향이 동시에 관찰될 수 있다. 적재 반경은 도 2에 도시된 것과 같이 속도의 제곱에 비례하여 변화된다는 것이 또한 관찰될 수 있다. 도 2에서, 곡선형 플롯은 제안된 모델에 의해 그리고 측정에 의해 얻어지고, 실질적으로 수평의 플롯은 MF 5.2 모델에 의해 얻어진다. 적재 반경은 또한 도 3에 도시된 것과 같이 횡단 방향 추력에 따라 변화된다. 도 3에서, 이러한 결과는 또한 팽창 압력에 의해 영향을 받는다는 것이 관찰될 수 있다. 도 3에서, 실선 플롯은 제안된 모델로써 얻어진 결과를 나타내고, 십자형 플롯은 측정에 해당하고, 삼각형 플롯은 모델 MF 5.2와 관련된 시뮬레이션에 해당한다.
적재 반경은 또한 도 4에 도시된 것과 같이 캠버 각도에 따라 변화된다. 도 4에서, 삼각형 플롯은 제안된 모델로써 수행된 시뮬레이션에 해당하고, 십자형 플롯은 측정의 결과이다.
위의 관찰은 그 다음에 적재 반경 모델의 계수를 얻는 전략 내로 합체된다. 횡단 방향 하중 모델의 계수를 얻는 전략이 또한 생성된다. 이들 전략은 모델과 기준 측정 사이의 일치를 개선하기 위해 되풀이하여 반복될 수 있는 다양한 단계를 포함한다. 적재 반경 모델 및 횡단 방향 하중 모델은 서로에 대한 상호 작용을 고려하는 것을 가능케 하는 종합 테임타이어 모델 내로 합체된다.
테임타이어 모델은 차량의 거동의 연구를 위한 차륜 중심부에서의 힘의 예측을 개선하도록 개발된 열기계 모델이다. 주요 동기는 매직 공식 타입의 수학적 모델이 타이어 힘에 중요한 온도 및 속도의 영향을 고려하지 않는다는 관찰로부터 비롯된다. 특히, 이들 모델은 이들이 적용 가능한 측정의 분야에서 연역적으로 유효할 뿐이고, 차량의 상이한 기동의 시뮬레이션이 요구될 때에 신뢰 가능한 외삽 추정을 제공하지 못한다. 테임타이어 모델은 접촉 면적의 크기, 측벽의 강성의 크기, 크라운 블록의 크기, 트레드의 크기, 고무의 성질 그리고 마찰 특성 등의 타이어의 물리량의 함수로서 길이 방향 및 측면 방향 힘을 계산한다. 탄성률 및 접지 계수의 조합의 특성은 타이어의 온도와 연관된다.
횡단 방향 하중은 여기에서 종래 기술에서와 같이 주어진 경로를 따르도록 부과되는 대신에 테임타이어 모델로부터 계산된다.
본 실시예는 그에 따라 횡단 방향 추력과 관련된 적재 반경을 기술하는 수학 공식과 하중, 코너링, 캠버, 속도, 압력, 온도 등의 시뮬레이션 도구의 입력된 양의 함수로서 이러한 힘을 예측하는 테임타이어 모델의 연관성을 기초로 한다.
이러한 실시예에서 제시된 공식은 신속 최적화에 의해 구해질 수 있는 한 세트의 계수를 통해 기계 시험 기계 상에서 용이하게 측정 가능한 관련된 양의 함수로서의 타이어의 적재 반경 수치에 대한 수학적 모델에 의한 비교적 간단한 표현식을 구하는 것을 가능케 한다.
이러한 공식의 사용은 그 다음에 시뮬레이션 도구에서 하중, 속도, 압력, 캠버 등의 입력된 양 또는 횡단 방향 하중 등의 타이어에 의존하는 양 중 어느 한쪽인 관련된 양의 정보를 기초로 한다. 이들 중간 양은 시뮬레이션을 구현하기 위해 입력된 양으로부터 유도될 수 있어야 한다. 횡단 방향 하중이 타이어의 내부 온도 및 표면 온도를 포함하는 많은 현상에 의존하므로, 시뮬레이션 모델의 입력에서 일반적으로 이용 가능하지 않은 횡단 방향 하중의 직접적인 측정을 테임타이어 모델을 통해 얻어진 이러한 횡단 방향 하중의 수치로써 대체하는 선택이 수행되었다.
내부 온도 및 표면 온도의 영향을 또한 포함하는 적재 반경의 표현식이 그에 따라 구해지고, 이러한 표현식은 시뮬레이션 도구에서 직접적으로 사용 가능하다. 테임타이어 모델은 기하학적 데이터 그리고 또한 토서 데이터가 또한 적재 반경에 의존하므로 이들의 검색에서 더 정밀해진다.
그 결과는 공지된 모델에 비해 여기에서 제안된 모델의 더 큰 민감도를 보여준다. 속도와 연관된 원심력 영향은 공식 MF-5.2에서 고려되지 않는다. 이러한 영향은 테임타이어에 의해 전체적으로 양호해진다. 마찬가지로, 그 결과는 횡단 방향 하중 영향이 테임타이어로써 양호하게 고려된다는 것을 보여준다. 캠버 각도 영향은 MF-5.2보다 테임타이어로써 양호해진다.
테임타이어 등의 토서의 설명 모델에서의 적재 반경의 관련된 공식의 조합은 하나가 다른 하나와 또는 그 반대로 연관되는 영향을 고려하는 것을 가능케 한다. 테임타이어 모델은 그에 따라 하중/힘의 관점에서 그리고 또한 특히 발생된 토크의 관점에서 더 정밀해지고, 한편 적재 반경 모델은 특히 열 영향, 더 빠른 계산 속도 그리고 이러한 모델의 물리적 기반과 연관되는 더 큰 관련성을 더 양호하게 고려하여 횡단 방향 하중을 계산하기 위해 테임타이어 모델의 장점을 포함한다.
위의 전체 사항은 특히 엘크 시험(elk test)의 형태의 안전 기동, 회피 기동 등의 차량의 전복 한계 시의 상황에서 더 현실적인 기동을 수행하기 위해 차량의 동력학적 관계를 시뮬레이션하는 소프트웨어 내에서 실시될 수 있다. 그러면, 지면으로의 연결부 등의 차량의 부품 즉 타이어의 사전-선택 또는 예컨대 지면으로의 연결부에 의한 또는 전자 안정성 프로그램(ESP: Electronic Stability Program)에 의한 그 조정이 더 효과적으로 수행될 수 있다. 추가의 장점들 중 하나가 림과 도로 사이의 접촉의 위험성의 더 양호한 예측에 있고, 이것은 회피 및/또는 전복 시험의 문제에 필수적이다. 전체적으로, 테임타이어 토서의 다른 파라미터와 적재 반경의 상호 작용 또는 적재 반경과 토서의 상호 작용이 고려된다. 토서 그리고 타이어의 기하 구조의 일부의 모델이 그에 따라 적재 반경에 의해 생성되고, 이들은 시뮬레이션된 양의 더 빠른 획득 속도 및 더 큰 관련성을 제공한다.

Claims (10)

  1. 자동차 타이어 제조 방법으로서,
    다음 형태의 공식을 사용함으로써 타이어의 적재 반경 Rl을 추산하는 단계를 포함하고,
    Figure pct00007
    ,
    여기에서 KZZ는 형태 KZZ=KZZ0+KZZp×Pg로 쓰이고, KZZ0 및 KZZp는 수치이고, 여기에서 Pg는 타이어의 팽창 압력이고, V는 차량의 속도이고, FZ는 타이어에 가해지는 하중이고, FY는 타이어 상에 가해지는 횡단 방향 추력이고, γ는 차량의 캠버 각도이고, R0은 정지 시의 타이어의 자유 반경 수치이고, RV는 적재 반경에 대한 차량의 속도의 영향 계수이고, RY1은 횡단 방향 하중 수치를 통한 적재 반경에 대한 팽창 압력의 영향 계수이고, RY2는 압력과 연관된 횡단 방향 하중의 부분을 갖지 않는 적재 반경에 대한 횡단 방향 하중의 영향 계수이고, Rγ는 적재 반경에 대한 차량의 캠버 각도 수치의 영향 계수인 것을 특징으로 하는, 자동차 타이어 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 계수 R0, RV, RY1, RY2, Rγ는 설계될 타이어를 대표하는 타이어에 대한 물리 시험에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는, 자동차 타이어 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 물리 시험은 평지형의 롤러의 도움으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 자동차 타이어 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 차륜 중심부에서의 힘의 동적 관계를 시뮬레이션하는 소프트웨어를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 타이어 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 차륜 중심부에서의 힘의 동적 관계를 시뮬레이션하는 소프트웨어에서 계수 R0, RV, RY1, RY2, Rγ를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 타이어 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 횡단 방향 추력은 시뮬레이션 컴퓨터 처리 도구에 타이어에 가해지는 물리 응력을 나타내는 복수의 물리 파라미터를 입력함으로써 시뮬레이션 컴퓨터 처리 도구의 도움을 받는 시뮬레이션에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 자동차 타이어 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 횡단 방향 추력(FY)은 타이어의 내부 온도 및 표면 온도를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 자동차 타이어 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 시뮬레이션 컴퓨터 처리 도구는 차륜 중심부에서의 힘의 동적 관계를 시뮬레이션하는 소프트웨어에 의해 제어되는 프로세서인 것을 특징으로 하는, 자동차 타이어 제조 방법.
  9. 자동차 타이어의 거동을 계산하는 프로세서로서, 상기 프로세서는 타이어의 적재 반경 Rl을 추산하도록 구성되는 프로세서이며,
    상기 프로세서는 다음 형태의 공식을 사용함으로써 적재 반경 Rl을 결정하도록 구성되고,
    Figure pct00008
    ,
    여기에서 KZZ는 형태 KZZ=KZZ0+KZZp×Pg로 쓰이고, KZZ0 및 KZZp는 수치이고, 여기에서 Pg는 타이어의 팽창 압력이고, V는 차량의 속도이고, FZ는 타이어에 가해지는 하중이고, FY는 타이어 상에 가해지는 횡단 방향 추력이고, γ는 차량의 캠버 각도이고, R0은 정지 시의 타이어의 자유 반경 수치이고, RV는 적재 반경에 대한 차량의 속도의 영향 계수이고, RY1은 횡단 방향 하중 수치를 통한 적재 반경에 대한 팽창 압력의 영향 계수이고, RY2는 압력과 연관된 횡단 방향 하중의 부분을 갖지 않는 적재 반경에 대한 횡단 방향 하중의 영향 계수이고, Rγ는 적재 반경에 대한 차량의 캠버 각도 수치의 영향 계수인 것을 특징으로 하는, 프로세서.
  10. 타이어로서,
    다음 형태의 공식에 의해 타이어의 적재 반경 Rl의 시뮬레이션을 사용함으로써 제조되고,
    Figure pct00009
    ,
    여기에서 KZZ는 형태 KZZ=KZZ0+KZZp×Pg로 쓰이고, KZZ0 및 KZZp는 수치이고, 여기에서 Pg는 타이어의 팽창 압력이고, V는 차량의 속도이고, FZ는 타이어에 가해지는 하중이고, FY는 타이어 상에 가해지는 횡단 방향 추력이고, γ는 차량의 캠버 각도이고, R0은 정지 시의 타이어의 자유 반경 수치이고, RV는 적재 반경에 대한 차량의 속도의 영향 계수이고, RY1은 횡단 방향 하중 수치를 통한 적재 반경에 대한 팽창 압력의 영향 계수이고, RY2는 압력과 연관된 횡단 방향 하중의 부분을 갖지 않는 적재 반경에 대한 횡단 방향 하중의 영향 계수이고, Rγ는 적재 반경에 대한 차량의 캠버 각도 수치의 영향 계수인 것을 특징으로 하는, 자동차 타이어.
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