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当期目录

    2025年, 第47卷, 第7期 刊出日期:2025-07-25 上一期   
    面向长途重载货运的氢能交通交能融合方案
    王聘玺,李立国,范伟,杨福源,欧阳明高,程毅,刘丹
    2025 (7):  1229-1237.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.001
    摘要 ( 410 )   HTML ( 24 )   PDF(2410KB) ( 249 )  

    全球气候变化和能源危机促使各国加快向低碳交通转型,其中长途重载货车运输因高能耗和高碳排放成为关键攻坚领域。目前国内开展了长途货运零排放转型的诸多实践,经初步验证氢能重载货车凭借高能量密度和零排放特性,被视为长途货运零碳转型的核心路径。然而,现有技术面临续航能力不足、跨区域能源协同不足及系统经济性差等瓶颈问题,导致氢能交通系统经济性与稳定性受限。本研究创新性提出“交能融合”解决方案,通过标准化能量电池包设计,整合氢燃料电池与电动换电系统,实现同一底盘兼容氢电两种能源类型,通过换氢换电一体化方案解决多种车用能源协同发展初期显现的灵活性、稳定性和兼容性不足的问题。分析表明,该方案有望将氢能重载货车单次续航提升至800 km以上,并通过“车电/氢分离”模式降低购置成本40%。结合综合能源补给站建设,氢能全生命周期成本可从40降至25元/kg以下,初步实现与长途重载柴油车的全生命周期平价。研究成果为长途重载货运场景提供一种经济性较强的技术解决方案,为全球零排放货运体系构建提供中国方案。

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    质子交换膜燃料电池氢气渗透研究进展及抑制措施概述
    陆继轩,郑伟波,李翔,王倩倩,李冰,明平文
    2025 (7):  1238-1257.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.002
    摘要 ( 346 )   HTML ( 10 )   PDF(6198KB) ( 145 )  

    质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)作为一种新型汽车动力源,展现出广泛的应用潜力。然而,氢气渗透问题在长期运行中日益显现,已成为制约其大规模商业化应用的重要技术挑战。氢气渗透不仅降低了PEMFC的输出电压,还可能对电池的耐久性和安全性产生负面影响。为应对这一问题,本文基于现有研究成果,对PEMFC氢气渗透的研究进展进行了系统概述。首先,本文阐述了氢气渗透的基本原理及其潜在危害;接着,分析了膜衰减前后氢气渗透的传递机制,并回顾了最新的渗透模型研究进展;最后,结合氢气渗透的原理,总结了目前有效的抑制措施,并展望了未来的研究发展趋势。本文旨在为提升PEMFC性能、延长其使用寿命以及增强系统安全性提供理论支持。

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    燃料电池发动机空气系统旁通流量估计
    邱宇奇,杨川,曾韬,张元海,刘正兴,张学智,喻清华,张财志
    2025 (7):  1258-1267.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.003
    摘要 ( 193 )   HTML ( 13 )   PDF(3969KB) ( 114 )  

    针对旁通阀处的流量计不耐高温的特性问题,本文提出一种基于半物理半经验模型的旁通流量估计的方法。首先,本文搭建燃料电池发动机空气系统,相比传统的控制结构,该空气系统取消了加湿器以及增加空气回路旁通阀。其次,根据采集的实验数据,仿真验证建立的旁通流量估计模型的有效性。最后,在实验台架中进行模型在线验证。仿真与实验研究表明,提出的模型在旁通阀开度在2°-32°和34°-42°情形下,平均相对误差率分别为2.72%和3.35%,模型具有较高的精度,该方法可用作空气系统结构设计优化和喘振控制策略的开发。

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    紧凑型氢引射器设计及其对车用燃料电池性能影响研究
    李子毅,罗马吉,黄易元,王陆松
    2025 (7):  1268-1276.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.004
    摘要 ( 175 )   HTML ( 5 )   PDF(4083KB) ( 50 )  

    本文针对130 kW车用燃料电池系统的高集成化、轻量化需求,设计了一款紧凑型氢引射器。采用计算流体力学方法研究了关键结构参数(混合室长度、扩散室长度、喷嘴出口位置、混合室直径以及扩散室角度)对紧凑型引射器性能的影响,最终优化后的紧凑型氢引射器的全长仅为原尺寸氢引射器的53.8%。稳态特性测试结果表明,搭载紧凑型氢引射器的130 kW燃料电池系统性能达到设计要求,电堆效率和系统效率分别为51.3%和44.3%。在电堆功率小于60 kW的工况下,紧凑型氢引射器的回氢性能优于原尺寸氢引射器,且全工况下均可满足回氢比大于0.5的燃料电池系统需求。

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    PEMFC金属泡沫流场全形态三维性能模拟及结构优化
    李楠,白雪宜,杨抖,李贵敬,马诗会
    2025 (7):  1277-1284.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.005
    摘要 ( 201 )   HTML ( 10 )   PDF(2379KB) ( 33 )  

    流场设计是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)性能提升的关键,高孔隙率的金属泡沫材料被提出可作为PEMFC的备选流场。本文进行金属泡沫完整形状的形态重建,建立了以10 PPI、20 PPI、40 PPI、100 PPI 4种金属泡沫为阴极流场的PEMFC模型,并与常规平行和蛇形流场进行比较,发现金属泡沫流场能有效改善流道内反应气体及产物的输运与分布,强化电化学反应过程,且金属泡沫材料的PPI值越大,输出性能越好。此外,研究了不同气体扩散层孔隙率对含金属泡沫流场的PEMFC的影响,研究发现,孔隙率范围在0.4-0.6之间较为适宜。本研究还提出了一种基于伞形结构的宽韧带40 PPI金属泡沫结构改进方法,PEMFC的输出性能得到进一步提高。

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    车用燃料电池空气供给系统故障诊断研究
    严浩华,李从心,伊力德,刘颖,刘怡康,张欣
    2025 (7):  1285-1295.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.006
    摘要 ( 208 )   HTML ( 4 )   PDF(4838KB) ( 64 )  

    为了提升质子交换膜燃料电池(PEMFC)空气供给系统的稳定性、安全性,并延长其使用寿命,本文提出了一种基于残差模型的燃料电池空气供给系统故障诊断方法,提出空气供给系统4阶状态空间模型,验证模型误差在1%以内,确保了所建模型的精度和有效性。设计了空气供给系统滑模观测器,引入高斯噪声模拟实际传感器中的噪声,结果表明在测量值噪声的影响下观测器能较好地跟踪实际值,且估计误差在2%以内。通过观测器实时生成残差对系统故障进行检测,针对残差信号无法准确识别故障类型的问题,引入相对故障敏感度函数建立理论故障敏感度特征矩阵,计算系统实时状态量与理论故障敏感度之间的欧式距离,实现对空气供给系统的故障诊断和隔离,结果表明该方法能够迅速准确地识别并隔离出空压机故障、管道泄漏故障及堵塞故障。

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    实际道路工况下燃料电池寿命性能衰减研究
    常文,邵赓华,郭凤刚,张敬贵,吴永豪,赵宏建,刘尹,张健,姚东升
    2025 (7):  1296-1304.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.007
    摘要 ( 284 )   HTML ( 8 )   PDF(6554KB) ( 82 )  

    质子交换膜燃料电池(PEMFC)寿命衰减与实际道路工况的耦合机制是氢燃料汽车(FCV)商业化的核心瓶颈。本研究基于北京、宁波的3支城郊物流车队(60辆FCV,2022-2024年数据),提取典型工况并构建电压衰减模型。结果表明:(1)高频工况(高频次、长距离运输)加速衰减,对应催化层溶解与扩散层老化机理;(2)典型城郊工况中城镇工况劣化显著,印证了频繁启停促使铂团聚与膜损伤;(3)南方沿海城郊工况(宁波:高温湿、盐雾环境)衰减速率为北京相似工况的5倍,主因是PEMFC极板被电化学腐蚀;(4)数据驱动线性模型拟合度高(>98%),验证了寿命预测可行性。研究为PEMFC耐久性设计与区域化运营提供定量支撑。

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    基于插电式燃料电池公交车能量管理策略
    连静,杨鹏,李琳辉,周雅夫,孙雪松
    2025 (7):  1305-1316.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.008
    摘要 ( 179 )   HTML ( 3 )   PDF(8265KB) ( 75 )  

    针对庞特里亚金极小值原理(Pontryagin's minimum principle, PMP)仅适用于离线计算且难以实车应用的问题,提出了一种基于麻雀搜索优化密度聚类(density-based spatial clustering of applications with noise, DBSCAN)的工况在线识别能量管理策略。该策略结合离线训练与在线控制,并充分利用公交车线路固定性与片段性特征,以公交站为节点,将线路划分为多个驾驶片段。在车辆靠站期间,对上一个驾驶片段的电机输出功率进行工况识别,从而计算下一个驾驶片段的协态变量(co-state);在车辆开始运行时,将计算好的co-state应用于PMP算法中完成功率的实时分配。最后,通过构建基于实车数据的仿真实验,将所提出的策略移植到整车控制器中。结果显示,与当前实车运行的规则能量管理策略相比,该策略可减少等效氢耗17.6%,并能有效维持动力电池荷电状态(state of charge, SOC)。且每步计算均在60 ms以内,具有良好的实时性,能够满足燃料电池公交车实际运行中对能量管理策略的应用要求。

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    氢燃料商用车燃料电池系统噪声性能优化
    高天放,姚东升,郭凤刚,邵赓华,张敬贵,邓红,常文,王力军
    2025 (7):  1317-1324.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.009
    摘要 ( 218 )   HTML ( 6 )   PDF(4322KB) ( 52 )  

    针对氢燃料商用车燃料电池系统运行噪声问题,本文基于整车NVH测试锁定散热器气动噪声与尾排气动噪声为主要声源。通过集成尾排消音器结构优化、高压风扇气动改性与智能控制策略(含氢阀参数调节及吹扫策略改进)的多维度降噪方案,实现关键噪声源有效抑制。试验表明:驾驶员耳旁噪声在FCV稳态工况下降幅达5 dB(A),关机吹扫阶段降低4.7 dB(A),主客观评价验证优化后声学品质满足工程要求。研究成果构建了“声源识别-多物理场优化-系统控制”的噪声治理体系,为同类车型NVH性能提升提供了可推广的解决方案。

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    预燃室射流角对氨氢发动机燃烧性能影响的研究
    张孚,陈海娥,李骏,胡昱,胡星星,赖钧明
    2025 (7):  1325-1334.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.010
    摘要 ( 200 )   HTML ( 8 )   PDF(5463KB) ( 75 )  

    氨、氢在发动机上的应用被认为是实现碳中和的一种有效手段。本文基于一台排量2.2 L,且配置主动预燃室喷氢的液氨直喷发动机,采用数值模拟方法分析了不同氢气射流涡旋角度和预燃室喷孔涡旋角度对预燃室内涡流形成机制及对燃烧性能的影响。结果表明:氢气射流涡旋设计能够在喷氢过程中预燃室内形成非常强烈的涡流,有利于提高预燃室内混合气浓度和掺氢比,指示热效率可由50.82%提升至50.90%;预燃室喷孔涡旋设计虽能将点火时刻预燃室内湍动能提高35%以上,但其降低了火焰射流速度,使得指示热效率由50.82%降低至50.17%;通过对两种涡旋角度的优化实现最高热效率50.9%。

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    基于复杂气象数字-物理融合模拟的智能汽车相机在环测试
    朱冰,黄殷梓,赵健,张培兴,高质桐,薛经纬
    2025 (7):  1335-1343.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.011
    摘要 ( 178 )   HTML ( 6 )   PDF(6084KB) ( 40 )  

    测试相机在复杂气象场景下的性能对提高智能汽车环境适应性具有重要意义。然而,利用数字仿真软件对相机进行测试时存在图像拟真度差的问题,而物理实景测试存在测试成本高、周期长且场景难以精准可控复现的缺点。对此,本文提出一种基于复杂气象数字-物理融合模拟的智能汽车相机在环测试方法,将相机硬件嵌入到数字仿真目标物与物理复杂气象实体共同构成的虚实融合测试环境中对智能汽车相机进行测试。首先,设计并构建复杂气象数字-物理融合模拟相机在环测试平台;其次,从像素级、特征级和结果级3个层级建立面向相机在环测试平台的多层级拟真度评价方法;结果表明,在雨、雾和光照等复杂气象场景的测试中本文提出的相机在环测试方法能够模拟的图像结构最小相似性和峰值信噪比分别为0.571 1和27.991 1 dB,所能够保留目标物体的轮廓信息与真实环境相比最大差距为88像素。在测试目标识别和测距功能时,最大结果差异分别为10.10%和13.39%。多层级拟真度评价结果表明,该测试方法在同等场景条件下优于纯数字仿真方法;相较于物理实景测试,该测试方法具有测试成本低、效率高以及复杂气象场景参数精准可控等优势。

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    智能驾驶系统实时校验机制的研究
    赵国栋,秦朋来,苏琛
    2025 (7):  1344-1356.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.ep.002
    摘要 ( 595 )   HTML ( 14 )   PDF(8204KB) ( 89 )  

    当前以AI计算为核心构建的智能驾驶系统,受限于AI计算的不可解释性与交通场景的无限动态性,在理论层面难以形成逻辑自洽的安全体系,现实中频发的事故也对产业公信力造成冲击。本文从信息论与系统论维度提出创新性解决方案:提出一种对比本征信息的实时校验机制,并设计产业化落地路径。研究突破传统范式,通过定义安全状态、构建交通场景信息模型,论证了实时校验机制的核心原理:通过对比物理世界与数字世界的本征信息,实时探测AI计算误差,确保系统的运行在理论上始终收敛于安全状态。通过严谨的理论推导,该机制的原理具有普适性,其不仅适用于智能驾驶系统重构,亦可为电子系统与通信系统安全的安全原理提供新的解释维度。

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    基于时空走廊的非结构化环境智能车辆轨迹规划
    杨秀建,冯旭磊,张生斌,白永瑞
    2025 (7):  1357-1368.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.013
    摘要 ( 286 )   HTML ( 3 )   PDF(8253KB) ( 91 )  

    针对非结构化环境中现有时空联合轨迹规划方法未能充分考虑轨迹安全性问题,本文提出了一种基于时空走廊的时空联合轨迹规划方法,可在时空约束空间内直接求解可行驶的最优轨迹。首先,基于车辆运动学模型构建运动基元树,并通过对运动基元树搜索获取符合车辆运动学约束的初始轨迹。其次,以初始轨迹为基础构建三维时空走廊,为轨迹优化问题提供时空域上的安全求解空间。最后,在时空走廊内综合考虑动力学、安全性、连续性等约束条件,利用分段贝塞尔曲线方法对轨迹进行优化求解。仿真与实际环境测试结果表明,与TEB算法相比,本文所提出的轨迹规划方法在安全性与灵活性方面均表现出显著优势,同时具有良好的计算实时性。

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    半挂汽车列车关键参数对动力学稳定性影响的量化分析
    周猛,宁一高,赵轩,王姝,付子扬
    2025 (7):  1369-1382.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.014
    摘要 ( 183 )   HTML ( 6 )   PDF(5007KB) ( 77 )  

    半挂汽车列车动力学稳定性受到多种参数的影响,且相关参数对动力学稳定性的影响规律及影响程度尚不清晰。为此,本文建立半挂汽车列车7自由度动力学机理模型,通过与试验数据标定过的TruckSim模型在多种测试工况下进行对比,验证了机理模型的准确性。然后,采用机理模型研究了挂车质心垂向位置、牵引车和挂车轴侧偏刚度、牵引车和挂车侧倾刚度、铰接点侧倾刚度,以及挂车簧上质量等关键参数对动力学稳定性的影响。在此基础上,结合TruckSim模型进行量化分析,得出全工况平面内各参数对动力学稳定性影响的百分比量化指标及其变化规律,挂车质心垂向位置的变化占3.14%~4.53%,挂车簧上质量的变化占23.34%~34.66%,牵引车前轴侧偏刚度的变化占20.87%~30.38%,牵引车后轴侧偏刚度的变化占21.67%~33.72%,挂车轴侧偏刚度的变化占5.74%~8.48%,牵引车侧倾刚度的变化占3.55%~6.81%,挂车侧倾刚度的变化占1.19%~3.15%,铰接点侧倾刚度的变化占0.33%~0.73%。相关结果可为半挂汽车列车的优化设计及安全行驶提供理论依据。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    应用于EMB系统的BLDC电机低成本正弦波驱动控制策略
    常城,初亮,朱鹏昊,赵迪
    2025 (7):  1383-1393.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.015
    摘要 ( 207 )   HTML ( 4 )   PDF(4607KB) ( 97 )  

    本文研究应用于电子机械制动(EMB)系统的无刷直流电机(BLDC)低成本正弦波驱动控制策略。针对低成本方案所面临电机冷启动困难、转子位置估算精度低、相位超前角设置不合理导致电机效率低,以及电机转速计算和控制精度低等技术难点,提出了基于电机负载观测器的正弦波冷启动方法、基于ARIMA模型的转子位置估算方法、基于遗传算法的相位超前角自调节方法、基于霍尔区间的转速计算方法以及基于模型预测控制(MPC)的转速控制方法。最后进行台架试验,证明所提控制策略可以显著提高电机效率,扩大高效运行区间,并在不增加硬件成本的前提下优化电机性能,推动了EMB系统的工程应用。

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    考虑非匹配扰动的主动悬架固定时间控制研究
    陈潇凯,沈诚,王茁伊,刘向
    2025 (7):  1394-1403.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.016
    摘要 ( 178 )   HTML ( 7 )   PDF(5403KB) ( 66 )  

    随着新能源汽车技术的发展,依赖车载传感器的智能悬架系统越来越普及。由于传感器存在测量噪声,在包含此类非高斯测量噪声的非匹配扰动下,经典控制算法无法很好地进行全状态观测,进而对控制系统性能造成很大影响。本文针对主动悬架中存在的传感噪声等非匹配扰动,以及系统非线性和未建模动态等匹配扰动,分别设计了能够对簧载质量系统和非簧载质量系统进行全状态观测的高阶滑模观测器,并进而设计了能够实现主动悬架全局固定时间收敛的闭环控制系统。仿真结果表明:随机路面工况下,相较于LQG以及扩张观测-滑模控制算法,本文提出的新型高阶滑模观测-固定时间滑模控制算法(SMO-FSMC)可以有效提升悬架的平顺性;相较于卡尔曼滤波器和扩张观测器,所提出的高阶滑模观测器对悬架系统的运动状态跟踪更准确,在面对扰动和测量噪声时系统具有更强的鲁棒性。减速带工况下,SMO-FSMC算法可以实现簧载质量垂向加速度的更快速收敛,有效改善了典型离散冲击工况的平顺性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    面向分布式电驱底盘与角模块的并联变结构悬架设计
    高镇海,张汉英,韩宗志
    2025 (7):  1404-1414.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.017
    摘要 ( 339 )   HTML ( 10 )   PDF(3796KB) ( 201 )  

    分布式驱动电动汽车可控自由度高、底盘结构紧凑,是实现先进底盘线控技术的最佳平台。针对分布式电驱底盘扩展运动功能和模块化设计等需求,提出了一种并联变结构悬架设计方法。通过底盘运动功能分析,将悬架系统设计问题转化为2R1T并联机构型综合问题;采用子群与子流形概念建立了悬架系统各维度支链运动功能与拓扑结构之间的映射关系;统筹考虑机构的约束特性、位姿能力、机构的模块化与可重构性,以及输入输出运动解耦完成了悬架的拓扑结构优选。最后,从机构运动学和车辆动力学两方面开展了性能对比分析。研究结果表明:基于并联机构的悬架系统在位姿空间内运动平滑无突变,不存在奇异位形,具有良好的传递效能和灵巧度;悬架运动学性能和平顺性相比基于传统悬架的角模块构型获得了显著改善。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    全尺寸汽车风洞天平附加升力修正影响研究
    彭超,补涵,王庆洋,张倩文,杨洁,Lian Gan
    2025 (7):  1415-1424.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.018
    摘要 ( 180 )   HTML ( 10 )   PDF(5616KB) ( 52 )  

    以CAERI Aero Model模型车辆为研究对象,研究了全尺寸汽车风洞测试过程中天平车轮移动带产生的附加升力,运用风洞试验与数值仿真的方法获取前后车轮移动带表面的压力数据与流场数据,分析了附加升力修正的影响因素与差异来源。研究表明,风洞测试过程中,轮胎旋转、轮胎尺寸对附加升力修正有较为明显的影响。同时,模型测试位置是影响附加升力修正的重要因素,轮胎相对车轮移动带位置改变时,对前后轮附加升力修正最大可造成26、14个counts的影响。

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    锥形钢片对离合器接触压力及温度场的影响
    赵钦,李凯,于亮,郑怡扬,陈浩然,张丁戈
    2025 (7):  1425-1436.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.019
    摘要 ( 111 )   HTML ( 5 )   PDF(6281KB) ( 57 )  

    湿式多片离合器摩擦元件的翘曲变形是装甲车辆离合器的主要失效形式之一,影响离合器使用寿命与可靠性。然而,针对变形元件对离合器接触压力及温度场的影响的研究较少,因此,本文通过建立包含锥形翘曲钢片的离合器热力学模型,研究了翘曲钢片的位置及数量特征对离合器接触压力和温度场的影响,并通过试验验证了热力学模型数值计算的有效性。结果表明:受翘曲钢片影响,非变形钢片的接触压力和温度场呈非均匀性,且距离翘曲钢片越近,非均匀性越显著;翘曲钢片数量越多,非均匀性越显著;当离合器含3张翘曲钢片时,最高接触压力为含1张翘曲钢片的3.14倍;钢片的最大热应力、热弯矩随翘曲钢片的增多而增大,热弯矩最高可达-170.07 N·m(1.2 MPa,1 800 r/min)。本研究为翘曲变形元件对离合器的影响及翘曲失效分析提供了理论依据。

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