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1、乘用车转向感觉客观测曲与转向功能安全主客观测试评价方法摘要：针对目的国内汽车公司所采用的操纵稳定性客观评价方法现状，结合主观评价体系，提出了一套针对转向整觉评价的齐观试蛤方法，设计了试验工况和相关评价指标，通过实车试脸，对试验结果的时比分析，该试验能终有效地对不同车型之间短向感觉差异进行描述.城补/现行客观评价体系对转向感觉评价方面的空白.为车辆底盘性能开发提供一种新的试验方法.关键词：转向感觉：客观评价：操纵任定性前言汽率操纵稳定性是底盘性能的重要组成部分,对操纵稳定性的评价一般分为主观评价和客观评价1）.由于客观评价尚不能全面地反映车辆的探稳性能目前在底盘开发流程中.以车纳操枪性能的主观评
2、价作为最终的评价手段，以主观评价结果达标作为底做开发项目的腕收标准2）,但目前国内主观评价能力欠缺，人多要依兆国外的技术力璇来完成，且评价结果受评价人员的能力、心情、外界环境等因素影晌,一致性和准确性很难保证.通过虚拟样机技术能对客观试验进行较为准确的仿真，但客观评价体系的不完备，限制了虚拟仿真技术在底盘开发过程中的应用。因此完善现行客观评价体系，方面减少对主观评价的依鞭，另一方面充分发挥虚拟样机技术的作用，对提升我国汽车自主开发能力有着至关重要的作用.本文通过附研国内外各大汽车公司的主观评价体系3.4.5,发现对于操纵稳定性的主观评价大致可分为“一段工况下的转向操纵性”和极限工况下的操纵和定
3、性.。”极限工况卜操纵他定性保证极限工况下的行车安全性，“一般工况卜的转向操纵性”保证了普通消协者大多情况下的驾驶感受.目的,国内汽车公司客观评价体系大多采用现行国家标准及ISO标准.综合对比主观评价与客观评价体系发现，客观评价体系对于不同车速下转向感觉的描述是欠豌的，如不同车速卜的转向作用力水平、转向力随车速增长的线性度，转向灵敏度等特性.而这部分特性是主观评价中一股工况下转向操纵性”的重要评价内容.为完善操纵检定性客观评价体系.本文提出一种转向感觉客观试监方法，结合合适数据处理方法，为操稳性能开发和目标设定提供一种有效的方法，1转向感觉客观溯量方法1.1 测就变ft试聆过程UI通过合适的传
4、感器测状以下变员：（1）方向被转角（2）方向盘力矩（3）汽车前进车速（4）对向加速度1.2 试验方法（1）试的开始前乍柄以30kmh匀速直我行监.并开始记录数据。（2）援慢均匀地增加方向盘转角,保持例向加速度增长速率不超过0.05msys,直至恻向加速度达到4.5ms2,停止记录数据，记录过程中保持车速不变.（3）试驶按照向左转和向右转两个方向进行.（4）年辆再分别以60、90、120kmh的行驶车速重Ii以上试检过程，眼大侧向加速度要求达到6.S11s2.为测鼠不同车速下的转向力感.本试验选取了30、60、90.120kmh四种车速进行试验.考虑低速30kmh行驶状态下，般行驶工况所达到的侧
5、向加速度较低，故试验要求他向加逑度达到4.5ms2,其他车速工况侧向加谜度要求到达6.5ms22主要指标定义和数据处理综合考虑主观评价内容,结合本试验工况特点,选取以下指标，如表1所示，来表征转向感觉特性。2.1 线性区力矩悌度2.1.1 定义规性区力矩梯度是指在连续转向过程中，方向盘力矩的网向加速度增长的速率.方向盘在非中心区域转动时，转向力矩应Ia1.例向M速哎的增大而增大,驾驶员可通过方向做力矩变化感受车辆的运动状态，依向力矩增长速率过快，会导致游向力过大，影响转向的轻便性，转向力矩增长速率过慢,会导致驾驶安全好降低.2.1.2 数据处理对试裟过程中采集的方向盘力矩和侧向加速度信号进行3
6、Hz低通谑波处理,绘SM方向盘力矩与1向加速度关系曲线。在试睑车速为60.90、120kmh的转向感觉试险中,对图1曲线在（M向加速度为2-4ms2的范用中进行直线拟合,拟合宜线的斜率即为线性区力炬梯度.在车速为30kmh的转向第觉试验中，考虑该工况下侧向加速度较小，对上述曲戏在何向加速度为13ms2的范树中进行直线拟合，拟合百级的斜率即为雄性区力矩悌度。2.23ms2时方向盘力矩1.1.1 定义“转向作用力水平”是”转向的操纵性”中正要的评价内容.车辆在低速行驶时，应有较好的转向轻便性：随著年速的提高，转向作用力应逐渐增大，保证高速行驶的稳定性。在行向感觉试5金中.方向做作用力陋例向加速度的
7、增大而增大.本文选取311s2时方向盘力走”来我征某一特定车速下方向盘力矩水平，结合评价指标“税性区力矩梯度”可对该车速下的筏性区内的作用力水平诳行评估。另外，通过比较不同车速下的3ms2时方向盘力矩”可以看出转向盘作用力随乍速的变化趋势是否满足主观的设计要求.1.1.2 数据处理在图1方向盘力矩和例向加速度关系曲跷中，在例向加速度O.O5ms2以上的范围内对曲线进行3次多项式拟合，在拟合加戏中计算得到侧向加速度为3ms2时方向盘力矩的大小。2.3 方向盘力拉线性度指数2.3.1 定义在操纵稳定性主观评价中，要求转向力应随方向盘转角和恻向加速度的增长呈线性增长的趋势，转向过程中不应出现力期的突
8、变。方向盘力矩的雄性度越好，驾驶员对车辆行监状态的预见性越好.驾驶员可通过方向盘反馈的力矩变化感知车辆俯向加速度的变化,可提升驾驶员的主观驾驶安全感.如图1所示，在中心区范围内（通常侧向加速度小于由于转向系统摩擦、转向间隙及悬架衬套等非雄性因素，导致方向盘力矩和IW向加速度之间衣现出非战性关系：在非线性区（通常侧向加速度大于5ms2）,由于轮胎特性等非战性因案寻效方向盘力矩和侧向加速度之间也会表现出非线性关系：但在线性区范用内期型方向盆力矩能和恻向加速度保持线性增长.本文通过计算线性区方向盘力矩线性度”来我征方向做力矩和恻向加速度之间的i性关系。2.3.2 数据处理相关系数间又称皮（尔生）氏根
9、矩相关系数.是一个描述两个现象之间密切程度的统计分析指标.本文通过计扎线性区范围内方向盘力拉和侧向加速度之间的相关赛数R.来考察方向盘力矩的线性度.对试脸过程中采集的方向盘力矩和侧向加速度信号进行3Hz低通漉波处理,俄取恻向加速度在15ms2(车速30km1.况.核收州向加速度在1.3ms2)范围内的试验数据.并计算方向盘力矩和仰向加速度的相关系数.相关系数R的计算方法如式1所示，R值的范围在T和+1之间，方向盘转角和侧向加速度之间的相关系数的绝对值越接近1，两者之间的相关性越高，也意味着两者之间的线性度越高.2.4 转向灵敏健2.4.1 定义转向灵敏度是指车辆的响应与方向盘转角输入之间的时应
10、关系。相同的方向盘转角猿入下转向灵敏度过大，车辆的响应会超出驾驶员的预期,降低驾驶安全感：转向灵敏度过小.车辆的响应未达到驾驶员的预期.尊驶员不得不追加方向盘转用，影响转向操纵的轻便性.2.4.2 数据处理对试脸过程中来家的方向盘转地和侧向加速度信号进行3Hz低通漉波处理,绘制方向盘转角与(M向加速度关系曲线,如图2所示.曲线在侧向加速度为2-4ms2(车速3Okmh工况，搬联储向加速度在1.-3ms2)的范阚中进行直规拟合,拟合直线的斜率即为转向灵Jft度.3试验结果比较和分析依据上文设计的试验方法.进行/3个车型的客观试验,试验结果如表2所示.结果分析：从评价指标“线性区力矩梯度”看，车型
11、1方向盘力矩随侧向加速的增长较谖，车型2与乍蟹3方向盘力矩增长的速率相近：在低速3Okmh工况卜,，车型3左转与右转方向盘力矩增长速率不一致,会导致两个方向的找向手感不一致：随试脸车速的增大,车型1右转方向的力矩梯度逐渐减小，与左转方向的差距不断增大,左右两方向的转向于感的一致性越去越差。从评价指标3ms2时方向盘力陆看,车型2的整体转向力地最大，年鞭1的转向力知最小：车型2与车型3的转向力矩随车速的增大而变大.但车型1的找向盘力矩地车速的变化趋努不明显：车型】在中岛车速工况下，方向盘左转与右转的作用力不一致，左右不对称.从评价指标”方向做力短线性度指数看，所有车型班试验车速的提而，方向盘力矩
12、的射向加速度的增长会表现出更好的线性度：车型1方向盘力矩的线性度在3个车型中表现最羌.左转与右转同样出现的较大的不一致性右转方向的力矩增长的线性度更差.从评价指标“转向灵敏度”看，在低速3Okmh1.况下,车型2在3个车型中我现出较高的转向灵政度,在中而速工况下，车型1的转向灵数度较另外2个车型偏低。综上所述，以上试脸结果展现出了3午个车型在转向礴觉方面的差异，如耨向力感、行向作用力水平、力矩1.车速增长的变化趋势、随Q1.向加速度增长测线性度、转向灵敏废等特性：同时还发现车型1左转右转两个方向不对称的同82.4结束语本文提出了游向感觉客观试验方法，设说了试脸工况，并根据主观评价内容提取客观评
13、价指标.对实车试验结果分析发现.转向感觉试验能够有效地对转向停觉进行描述.发现不同车型之间的转向感觉差异,发现车辆性能存在的问题，为转向性能的改进提供方向，也为底盘性能开发提供一种新的O标和方法。参考文献；(H那晓翔.乘用车操纵稳定性客观对标体系研究13.吉林大学.2009.(2rIffe,贸我，宗长富.等.汽车操纵稳定性客观评价方法综述川.科学技术与工程.2012.12(06)：1339-1347.陈宇辰.汽车转向性能主观评价动力学因素分析(D).吉林大学，2014.14)邢如飞.娓用车操纵稳定性主观评价方法研究13.吉林大学，2010.贝尔恩馅海森英.汽车行驶动力学性能的主观评价IM1.人
14、民交通出版社，2010.6聂必凯.数学何阳提出研究综述川,数学通报，2003.参考资料：文章依托某款转向系统装配有电动助力转向系统(EPS)的乍型,根据ISO2626210:2018定义的功能安全测试要求.对其转向系统进行危害分析、定义安全目标和导出测试用例.通过故障注入的方法对转向系统的安全机制进行客观有效性和符合性验证：设计了合理有效的主观评价打分标准，驾驶员依据真实驾驶卷受对安全机制触发后转向操作的舒适性和可操控性进行评价：实脸结果表明，通过主客观相结合的测试评价方法，可以实现对转向系统功能安全的绘合验证和评估.转向系统；功前安全：故障注入：主客观评价汽车转向系统是关乎汽东操纵稳定性和主
15、动安全性的关键系统总成，在转向系统部件电子化、智能化为驾驶员带来轻便性和可操控性的同时,其失效对驾驶员、乘员、行人带来的危害也越来越严重.因此,如何合理有效地设计安全机制和实现转向系统功能安全的琮合评估也成了史中之期小2.如过路车辆功能安全3(602626210：2018)标准为汽车电子袈成部件、系统功能安全生给周期提供了理念和必要支持网，根据15026262-10:2018中的危杏分析和风险评怙方法4-6),可以客观有效耨析转向系统因故坤发生可能造成失效危害和风险的事件.确定事件的安全等级和安全目标.客观确定危害事件的安全目标或接受准测井不能较好聚焦于用户视角以迎合终端消快者，在面向消费然时
16、，主观照受往往在产品的综合评价中占据希王要位置，因此，在确定安全目标时，需要结合确切有效的主观评价方法，形成主客观综合测试接受准测以切实有效的评价验证找向系统设计的正确性和合理性.1功能安全分析1.1危古识别场景分析在对危宙进行识别前,需整立足于危志所对应的特定的场景进行分析，立足于场景的分析有利于更真实模拟消费者在驾咬时发生故障对应所处的危险事件和运行模式,有助于考量系统安全机制在极端或齐边界场景下发生故障的整车表现是否符介预期.以及有助于评价不同运行场景及工况下危杏小件对消酸音所带来的驾驶主观体做因此，通过多维度的场景分折可以全面的考附和还原口实故障发生时对应的运行场景，在危害模式识别时,
17、需要系统地确定在不同场景下危害故障所导致的危害事件.利用失效模式和效果分析(Fai1.ureModeandEffeCtAna1.ySiS,FMEA)分析方法,来确定危出模式和影晌P1.,通常在整车级表现的,种危杏帙式和影响，往往有多种失效元件的酒在原因，在进行危古识别时，仅考虑单点失效。1.2ASI1.等级确定ISO2626210:2018标准中提出在针对部件、系统、整车进行潜在危害事件分析时,需要根据严Hi度(三)、暴即度(E和可控度(C)将汽车安全完整性等级(AutomotiveSafetY1.ntegration1.eve1.ASI1.)划分为A、B、C、D四个等蝮，其安全等级要求出左往
18、右依次增加.严重度(三).呆露度E)和可控度(C)中各等级描述如表1所示.表IS、E、C等级描述等级描述等级描述等级描述$0无伤*E1.非常低的概率CO完全可控$1轻度和中度伤方E2低概率99%)S2严重伤宙(有存活可能E3中等概率10%C3不可控(图1转向系统架构示意图对图1转向系统架构示意图进行分析后，可以得到转向系统易发生故障的四种类型：1)传感器伯号故障，如扭矩信号值置/卡滞等：2)CAN信号故障，如速度信号丢失/偏移等：3)校验关错误，如循环冗余校赛(Cyc1.icRedundancyCheckXRC)和CheCkSUm校验等：4)电源故障(电源短路传i路/电压过高/电压过低报据这四
19、种故障类鞭，可以快速地、有针对性地对转向系统故阅各刑元进行梳理并形成测试用例.2.2 故障注入冽试2.2.1 故障注入测试方法为了分析科向系统的安全机制是否符合功能安全的技术要求，需要对各子部件及系统中最可能违背安全目标的关犍单点故障进行针对性测试.此测试方法为故障注入测试方法IiOb故障注入测试类型主要包括以下三类；D并行式测试：在系统运行的时候注入电压等干扰信号，改变原始信号的波形,造成故障信号,如扭矩传感器和转角传感器故障.图2（八）表示将正常值更改为恒定值：图2(b)表示在正常位上增加偏移1.it:图2(c)我示在正雷依上刷加振藩：图2(d)表示通过振荡值改变正常值；图2(e)表示将增
20、益加到正常值上。（八）正常值更改为恒定(ft2) ECU内部制造格误代码：修改ECU内部尊法遗辑造成故障，如CRC校蚣。3)中断式测试：在系统中加入硬件节点,制造通断类故障,如电源断开故障.为实现以上故障注入类型.并R保证尽hi少改变原车系统,水文设计了线束连接故障测试盆(BreakQutBoxEOB)Sent板卡和EPS控制器线束，申联在整车控制器和EpS控制器之间，以实现游向系统故障注入。在利用故障注入设备对车辆转向系统的传感器、通讯、供电等关杨单元及节点进行单点故障模拟时.在整乍层面转向系统需要能好在故障注入后能鲂及时探测故障并独发安全机制并切换安全降级模式或紧急运行模式，保证车辆状态在
21、可控范国内。2.2.2 故障注入测试系统本文搭建/故闲注入测试系统.故障注入测试系统如图3所示.主要包括上位机、De1.ta电源(22OV)移动电源、Vector(VNI640)、EPS-BOB,咤螺仪(RT3000)、方向盘测力计组成。上位机：对特定总城信号进行故障信息编辑(如超出范尚、信号偏离、信号振荡、信号卡沛)并发送信号,接受故障注入指令并发送：检测故障注入后系统安全机制的容错时间间隔(FauItIdIerantTime1.ntervaI,FTTI)11,监测总线状态以及录入总税数据.DeIta电源：对EPS供电，同时可以实现EPS供电电压和供电电流调节，通过上位机编轮电压、电流值模拟
22、电源类(断路、短路)故障注入.BOB：对应整车控制器和EPS控制潺引脚.通过接插件的插拔模拟倍号丢失故障.陀螺仪(RT3000)：在定测试场及下，采集整乍在故隙注入前后30s内的横摆为速位、蒯向加速度、航值角、横向偏移*。方向盘测力计：在一定测试场景卜,采集方向盘的角速度和手力矩。23主观测试评价方法2.3.1 主观评价定义和作用主观评价是在一定的运行工况下，由专业骂驶员结合自身感官并依据主观评价标准对车辆城化泮价（1213）。在功能安全测试评价中，运用主观评价可以快速评估系统安全机制舒适件和可执行性,可以有效地模拟在发生故障后安全机制介入时车辆反应对消费者的驾装干扰程度，有利于协助企业对安全
23、机制进行进一步改良和升级.图3故障注入测试系统232主观评价项目和方法本文将转向功能安全测试与主观评价的相关项进行提煤，导出为磐乍反应、汽车行驶轨进、方向盘手力矩三项,综合反映了故障发生后车辆的可控件和舒适性,并最终将其作为主视评价的相美项指标.将主观评价指标：整车反应、汽车行驶轨迹、方向投手力矩，根据专业驾驶员对故障注入后车辆可能发生的状态所对应的体感进行细致分级，1分作为总小分度值，共分6侬，如?4Ifpj.J1.?!.分数1为最低等蝮,表示最恶劣的体感,不可控,可能导致车辆失控或者伤人：分数6为独商等级，表示般好体感，与故障注入前无明显差别.表4主观评价依据分数整车反应汽车行驶轨迹方向盘
24、手力矩1无法控制车辆轨迹严重偏离车道强烈干扰（伤手）2行强烈反应（驾驶员雄以控制轨迹显著偏离行胶车道有强扰（可能伤手3有明显反应（强例向风感）有明显轨迹偏差（在行驶车道内）手力有变化（强干扰但是不至于伤手）4反应温和（侧向风第）有轨迹侑咨（在行t车道内手力有变化有干扰5有反应（驾驶员能感知有察觉轨迹偏差手力有变化6无明显反应无轨迹偏差手力无明显反应变化转向功能安全客观测试的危险场景应能修包含主观评价所使用的J：况14：1） 11雄行驶：在选定车道内，驾驶员操控车辆进行H跷形式，在达到预期车20、60、120kmh并保持15S后进行故障注入.2）变道行驶：在选定车道内,驾驶员操控车辆进行宜线形式
25、,在达到预期车20、60、120kmh并保持5s后，进行向左或向右变道操作的同时进行故障注入.3）转向行驶：在故障注入时，驾驶员愫控车辆以60kmh的速收进行转向（转向恻华60m）,在利向过程中进行故障注入.2.4测试用例为了有效验证安全机制的有效性、舒适性和可行性、结合转向系统特征，对最易发生、最关键的单点故隔迸行故降注入测试，形成了本测试用例，测试用例部分描述如表5所示。5测试用例示例序号整车危害类别故障类型运行场景车速/(km/h)冽试川例描述接受准则O1.非预期的例向运动扭矩传感器偏置6Nm互行201,主观评价分值2、通过故障注入故障,持续时间SOOmS3、通过观察仪表EPS故障灯是否
26、常亮4、通过力矩方向盘测试方向盘手力伯5、通过力知制试方向盘角度值6、故障注入取消后，重启发动机后观察仪表EPS故障灯是否消失1、主观评价车辆可捽2、&向手力矩5SNm3最大例向加速度值小于0.3g4、故障注入后故障灯亮起5、FTTIS65ms6、直行时，从故障注入开始持续IS内车辆横向移动06m7,故障注入消除后，卡启车柄后仪表EPS故障灯消除02600312004转弯6005电机位置传憎器体汽0.1变道2006600712008/泻6009失去助力情况卜的游向沉出EPS电源断开变道201、主观过价分值2、电源线断开.持城时间SoOomS3、故障注入后变换车道4、通过力矩方向盘测试方向盘手力
27、值5、通过力矩测试方向盘卅度仅10601112012转弯603测试结果本文根据以上分析，参照洲试用例对某款车型进行了针对性然向系统故障注入实车测试.测试结果抽取宜城工况高速部分如表6所示.我6实车故障注入测试结果序号整车测试结果序号整车测试结果03主观评价分值/分604主观评价分值/分4转向手力陆455Nm401转向手力:f55Nm39.S0最大侧向加速度值小O.3gO.14g故障注入后故障灯亮起故障灯亮起故障注入后故障灯亮起故障灯亮起F11ms24FTTIms32从故障注入开始持续Is内车辆横向移动0.6m0.25故障注入消除后，ft启车辆后仪非EPS故障灯消除垂启车辆后仪表EPS故障灯消除
28、故障注入消除席，或启车纳后仪表EPS故障灯消除R启车辆后仪表EPS放障灯消除07主观讨价分值/分508主观讨价分值/分4转向手力矩45Nm1.1.1.8转向手力矩55Nm35.18AI除注入后故障灯亮起故障灯亮起故障注入后故障灯亮起故障灯亮起FTT1.ms32FT11ms32故障注入消除后.由后车辆后仪表EPS故障灯消除重后车辆后仪丧EPS故障灯消除故障注入消除后，JR启车辆后仪表EPS故隙灯消除至启车辆后仪表EPS故障灯消除11主观评价分值/分412主观评价分值/分4转向手力1r5Nm21.14转向手力矩5SNm37.25故障注入后故障灯亮起故障灯亮起故障注入后故障灯亮起故障灯亮起FTTIm
29、s24F11ms24故障注入消除后.屯店车辆后仪&EPS故障灯消除由比车辆后仪衣EPS故障灯消除故障注入消除后，IR启车辆后仪表EPS故除灯消除正启车辆后仪去EPS故障灯消除由表6实车故障注入测试结果可知整车在经过扭矩传感零信号偏置、电机位置传七器体武、电源断开等典型故障单元故障注入后，驾驶员的主观评价分值均大于或等于4分，转向手力矩均处于小于或等于55Nm范第内，自行工况下的横向位移均小于0.6m,并且FTT1.值湎足安全机制设计要求。由此UJ知在乍牺在故障注入后未出现不受控和偏离车遒等不受驾驶员控制的反应,无呈现影响驾驶员或伤害驾驶员的现象.并且有相应的故障灯亮起.符合功能安全标准要求.4
30、结论本文提出了一种基于故障注入的乘用车游向功能安全主客观测试评价方法，依据ISO2626210:2018的标准规范对特向系统进行了危害识别场景分析并导出测试用例：通过搭建基于故即注入的功能安全测试系统.和依据整车反应、汽车行驶轨迹、方向盘手力矩作为转向功能安全和关项主观评价指标的评分就主观评价方法,对转向系统的安全机制的有效性、舒适性和可行性进行脸证，注入测试方法。测试结果表明，下辆在故障注入后未出现不受控和偏离车道等不受句驶员控制的反应,无呈现影响驾驶员或伤害驾驶员的现&,并且有相应的故障灯亮起,符合功能安全标准要求，因此,该转向功能安全测试评价方法可以实现对真实车辆后向功能安全机制的彳i效
31、性、舒适性和可行性的全范用蕤证和评估，有助F企业对于转向功能安全机制的更新、迭代和确认.方顺亭,李此王K赢等.转向功能安全喊S：分析和试验啜宛如时代汽中,2022(20):177.180.商城,刘秋计,陈勉.EPS系统功能安全测试方法U).电了技木、软件工科,2020:28-50.(3InternatiOnaIorganiZatiOnfOrStandardiZaIionJSO2626210:201SRoadVehic1.e-Functiona1.Safetv|a1.1.pjruHS|.SwiuerIandr1.nternatixa1.0rganiutionforSonz2018.杨国的，历博.
32、基于6026262功於安全标准的汽T电子系统测试方法(上)【儿电子产拈世界,2013.20(4)31-34,49.(5fWff.ff).AETISO26262功傥安全标准的汽车电子系统刈试方法(中)(J).电子产品世,2013.20(5):33-34.杨国为，历将.A于6026262功於安全标准的汽干电子系统测试方法(F)如电子产疏世界,2013,20:39-40,3张宏伟,将化建,E长,等.补丁故期注入的EPS系统功傥安仝测试方法(C019中国汽乍1：程学会博会.北京:中国汽车工程学会r2019788791.吴坤淡地踪选,格电动助力转向系统(EPS)的功健安全相关分析的探KW201S中国汽T
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