CN115989162A - 腿部约束安全气囊 - Google Patents

Abstract

一种用于在发生碰撞的情况下帮助保护车辆(20)的乘员(40)的设备(12)、系统(10)和方法(150)。该设备(12)包括可充气管(90)和充气机(100)，可充气管具有连接到车辆(20)的底板(22)的第一端和第二端(92，94)以及在第一端和第二端之间的中间部分(96)，充气机可响应于车辆碰撞而致动以将充气流体引导到可充气管(90)中。可充气管(90)被配置成响应于从充气机(100)接收到充气流体而充气并且从车辆底板(22)展开。中间部分(96)从底板(22)延伸并且形成拱形，乘员(40)的小腿(56)和/或脚部(58)可以响应于碰撞而移动到该拱形中并且被约束。

Description

腿部约束安全气囊

技术领域

本公开总体上涉及在发生碰撞的情况下帮助保护自动驾驶车辆的乘员，更具体地说，涉及用于保护乘员小腿和/或脚部的设备、系统和方法。

背景技术

已知提供了一种可充气的车辆乘员保护装置(比如安全气囊)，用于帮助保护车辆的乘员。一种特殊类型的安全气囊是可在车辆前座的乘员和车辆的仪表板之间充气的正面安全气囊。这种安全气囊可以是驾驶员安全气囊或乘客安全气囊。当充气时，驾驶员安全气囊和乘客安全气囊帮助保护乘员免受车辆零件(比如车辆的仪表板和/或方向盘)的冲击。

乘客安全气囊通常以放气状态储存在安装到车辆仪表板的壳体中。安全气囊门可与壳体和/或仪表板连接，以帮助封闭和隐藏处于储存状态的安全气囊。当乘客安全气囊展开时，安全气囊门打开，以准许安全气囊移动到充气状态。由于充气的安全气囊施加在门上的力，安全气囊门打开。

驾驶员安全气囊通常以放气状态储存在安装在车辆方向盘上的壳体中。安全气囊盖可与壳体和/或方向盘连接，以帮助封闭和隐藏处于储存状态的安全气囊。当驾驶员安全气囊展开时，安全气囊盖打开，以准许安全气囊移动到充气状态。由于充气的驾驶员安全气囊施加在盖上的力，安全气囊盖打开。

汽车行业中有使车辆更宽敞的趋势。这种风格使仪表板变得更小，从而离乘员更远。展望更远的未来，无人驾驶、自动驾驶车辆甚至更加宽敞。自动驾驶车辆已经被考虑了一段时间，并且现在它们的大规模适应性正在到来。自动驾驶车辆可以消除在传统上用于支持各种车辆安全装置所依赖的一些结构。

以这些现实为背景，乘员安全系统的模式必须转变。在过去，车辆操作员/驾驶员的必要性适用于某种程度上标准的车辆客舱配置。在美国，驾驶员是在车辆控制装置和仪表(方向盘、踏板、仪表板、控制台等)可及范围内的前座、左侧、面向前方的乘员。这种驾驶员配置有助于决定车辆其余部分的布局——前座、面向前方的乘客侧的乘员，后座(第二排、第三排等)面向前方的乘员。因此，在过去，乘员安全系统通常是考虑了这种客舱布局以及相关的乘员位置和方位来设计的。

自动驾驶车辆不需要操作员/驾驶员，从而消除了他们以传统方式定位和定向的必要性。车辆制造商自由地利用他们认为合适的客舱空间，而不受预定的乘客布置(比如所有面向前方的乘员)或车辆结构配置(比如方向盘/仪表板配置、中央控制台配置、搁脚踏板控制等)的限制。

这不仅对安全气囊系统的位置提出了挑战，而且对找到反作用表面提出了挑战，安全气囊抵靠该反作用表面定位以使其能够吸收冲击。通常，安装在仪表板和方向盘上的正面安全气囊利用这些结构作为反作用表面，安全气囊抵靠该反作用表面搁置使其能够对抗、缓冲和吸收冲击乘员的冲击能量并且提供所需的降速效果。然而，在自动驾驶车辆中，车辆可能根本没有仪表板或方向盘，并且乘员可以以传统方式之外的方式定位和定向。这可能使得难以或不可能利用车辆中的传统结构作为反作用表面。

发明内容

本公开总体上涉及在发生碰撞的情况下帮助保护自动驾驶车辆的乘员，更具体地说，涉及用于保护乘员小腿和/或脚部的设备、系统和方法。

一方面，本公开可以包括一种用于在发生碰撞的情况下帮助保护车辆的乘员的设备。该设备包括可充气管和充气机，可充气管具有连接到车辆底板的第一端和第二端，该可充气管进一步包括从第一端延伸到第二端的中间部分，充气机可以响应于车辆碰撞而致动以将充气流体引导到可充气管中。可充气管被配置成响应于从充气机接收到充气流体而充气并且从车辆底板展开。可充气管的中间部分被配置成在车辆底板上方延伸，以响应于车辆碰撞而限定用于接收乘员的小腿和/或脚部的空间并且约束小腿和/或脚部的向前移动。

另一方面，本公开可以包括一种用于在发生碰撞的情况下帮助保护车辆的乘员的方法。该方法包括以下步骤：感测车辆碰撞事件的发生；以及响应于感测到的车辆碰撞而展开设备。

另一方面，本公开可以包括一种用于在发生碰撞的情况下帮助保护车辆的乘员的系统。该系统包括上述设备、用于检测车辆碰撞事件的至少一个撞击传感器、以及用于响应于车辆碰撞事件而从至少一个撞击传感器接收信号的控制器。控制器被配置成响应于接收到来自撞击传感器的信号而致动充气机以展开可充气管。

附图说明

在参考附图阅读以下描述后，本公开的前述特征和其他特征对本公开所涉及领域的技术人员来说将变得清楚明白，在附图中：

图1是包括车辆安全系统的车辆的示意图，其描绘了处于预展开状态的系统。

图2是没有车辆安全系统的车辆的示意图，其描绘了碰撞事件。

图3是包括车辆安全系统的车辆的示意图，其描绘了处于展开状态的系统。

图4是描绘了根据系统的配置处于展开状态的车辆安全系统的车辆的示意图。

图5是车辆安全系统的可充气管的不同配置的示意图。

图6是描绘了根据系统的另一种配置处于展开状态的车辆安全系统的车辆的示意图。

图7是示出了在发生碰撞的情况下可以保护车辆乘员的系统的示例的示意图。

图8是示出了用于在发生碰撞的情况下帮助保护车辆乘员的方法的过程流程图。

具体实施方式

本公开总体上涉及在发生碰撞的情况下帮助保护车辆的乘员。对乘员保护可能产生挑战的一种场景是自动驾驶车辆，特别是乘员的小腿。因此，本文公开的发明涉及用于保护任何车辆(尤其是自动驾驶车辆)中的乘员的小腿和/或脚部的设备、系统和方法。

参考图1，车辆20包括车辆座椅30，车辆乘员40坐在该车辆座椅上。车辆座椅30包括连接到车辆20(例如连接到底板22)的底座32。座椅底座32支撑座椅底部34。座椅靠背36从座椅底部34向上延伸并且具有可以调节的倾斜位置。头枕38位于座椅靠背36的上端。

乘员40坐在座椅30上，他的/她的躯干42靠在座椅靠背36上，头部44位于头枕处或靠近头枕38，并且臀部46和腿部50(更具体地说是大腿52)安置在座椅底部34上。乘员的小腿56从膝盖54向下朝着乘员的脚部58所安置的车辆底板22延伸。在图1的典型乘员位置中，乘员的手臂60位于他的/她的侧面，上臂62邻近并且平行于躯干42，在肘部64处弯曲，下臂/前臂66和手部70置于大腿52上。

如图1所示，乘员40被座椅安全带80约束，该座椅安全带是传统的三点式约束，其包括从肩部72对角地延伸跨过躯干42的肩带部分82和延伸跨过乘员膝上(即大腿52与躯干42的交汇处)的腰带部分84。座椅安全带80经由锚定到车辆20上的带扣86固定。为了简化附图，在图3和图4中没有示出座椅安全带80。在图3和图4中，乘员40系着座椅安全带，只是在图中未示出。因此，参考图3和图4示出和描述的乘员运动是在正常使用图1所示的座椅安全带80的情况下会发生的运动。

参考图1和图3，车辆安全系统10有助于保护车辆20的乘员40。在图1和图3的示例配置中，车辆20是自动驾驶车辆。因此，乘客车厢或客舱没有操作员控制装置，比如方向盘、踏板、仪表、中央控制台等。因此，为了使客舱中的空间最大化，仪表板的尺寸被减小和/或被完全移除。用于气候控制、GPS、导航、娱乐等的控制界面可以例如设置在车辆20的位于前排和/或后排的乘客之间的中央控制台区域中。替代地，车辆20还可以是任何其他类型的车辆，其中乘客车厢或客舱没有操作员控制装置，比如豪华轿车。

在这种开放式客舱配置中，车辆座椅30可以以多种方式配置、定位和布置，而不受方便车辆驾驶员/操作员的需求的限制。例如，在图1中，座椅30是面向前方的座椅，面向大致由标记为A的箭头所指示的车辆向前行驶的方向。在另一种未示出的配置中，座椅可以布置成面向彼此，即前排FR面向后方朝向后排RR。

对于图1所示的传统的、面向前方的座椅布置，在发生正面撞击的情况下，乘员40在车辆中被向前推动，如图2所示。如图2所示，座椅安全带约束乘员40，特别是躯干42，而不约束手臂60和腿部50。因此，可以看出，腿部50由于惯性而伸展，如大致由标记为B的箭头所示。这可能使腿部50紧张，比如膝盖54的过度伸展。非自动驾驶车辆具有用于阻止这种运动的结构，比如仪表板/搁脚空间(前排乘客)和前排座椅的座椅靠背(后排乘客)。自动驾驶车辆可能不包括这些特征。

参考图1和图3，在示例配置中，车辆安全系统10包括小腿保护设备12，以在发生碰撞的情况下帮助保护自动驾驶车辆的乘员。在该示例配置中，设备12是安装在车辆20的底板22中的可充气管90的形式的可充气车辆乘员保护装置。保护装置12还包括充气机100，该充气机被配置成响应于车辆碰撞而对可充气管90充气。

如图4中进一步详细所示，可充气管具有连接到底板22的相对的第一端92和第二端94。中间部分96从第一端92延伸到第二端94。当可充气管90充气和展开时，中间部分96被构造成在车辆底板22上方延伸并且限定用于接收乘员40的小腿56和/或脚部58的空间。在图4的示例配置中，管90形成用于接收乘员的小腿56/脚部58的拱形。但是，管90可以是能够响应于碰撞而限定用于接收和约束乘员的小腿56和/或脚部58的空间的任何形状。例如，管90可以具有圆形、方形、矩形或多边形形状。

可充气管90的第一端92和第二端94在车辆座椅30前方的位置处以及在车辆座椅30的侧向外边界处或侧向外边界附近连接到车辆底板22。可充气管90的第一端92和第二端94连接到车辆底板22的位置110和120被配置成当乘员40处于正常就座位置时位于乘员脚部的外侧，如上所述。例如，可充气管90的第一端92和第二端94可以间隔大约0.5米。

可充气管90的第一端92和第二端94通过连接器102连接到车辆底板22，该连接器被配置成承受在发生车辆碰撞的情况下由于约束乘员40的小腿56和/或脚部58而产生的力。例如，连接器102可以包括锚定螺栓、夹具、支架等。在一个示例配置中，可充气管90的一端可以经由其与充气机100的连接而间接固定到车辆20，而另一端可以经由具有夹具/支架的螺栓连接而直接连接到车辆。

如图1和图4所示，在碰撞事件发生前，整个设备12以预展开状态储存在车辆底板22中或车辆底板上。在这种预展开状态下，设备12隐藏在底板22内并且不妨碍乘员40进出车辆20或在就座时移动他们的腿部/脚部的能力。如图3和图4所示，当展开时，可充气管90被配置成在至少三个侧面上围绕乘员40的腿部并且接收和约束乘员40的小腿56和/或脚部58。在膝盖54过度伸展之前，可充气管90约束乘员40的小腿56和脚部58向前/向上运动或摆动。

参考图4，在展开状态下，可充气管90被配置成接触小腿56的前部(例如，在胫骨或脚踝的区域)或脚部58并且约束小腿56和脚部58。充气机100被配置成将可充气管90加压到足以对冲击提供一些缓冲的程度，同时约束小腿运动。可充气管90的加压可以被配置成使得可充气管90响应于小腿56冲击管而变形，这可以对小腿提供一些减速，而不是小腿运动的突然停止。可充气管90的变形量以及由此由该管提供的减速程度取决于一些变量，比如可充气管的直径/体积和压力、乘员40冲击可充气管的力以及乘员的小腿56和/或脚部58冲击可充气管的速度。

综上所述，应当理解，可充气管90的多种特性可以被配置成提供上述乘员保护功能。这些特性可以包括例如可充气管90的长度、管的直径、管的形状和可充气管的材料构造。

例如，当充气时，可充气管90可以具有大致2英寸至6英寸之间的直径。对于可充气管90的整个长度，直径可以是相同的，或者直径可以沿着管的长度变化。在一个示例中，可充气管90在中间部分可以具有比相对的端部部分的直径更大的直径，在中间部分，乘员的腿部56可能会冲击管。在一种特定的配置中，可充气管90的直径从端部朝向中间逐渐增大，使得端部之间的中间部段或中点具有最大的直径。替代地，中间部段可以具有大直径，从而形成缓冲垫，而端部部分较小，其被定尺寸以充当用于向缓冲垫提供充气流体的导管和/或将缓冲垫锚定到底板。

可充气管90的长度以及直径可以被配置成适应不同尺寸的乘员40。例如，这种配置可以参考具有由汽车安全管理机构(比如美国国家公路运输安全管理局(NHTSA))提出的物理或人体测量特征的统计乘员来进行。这提供了使用具有统计乘员的人体测量特征的NHTSA测试假人来测试可充气管90的性能以获得可量化结果的能力。因此，该测试可以用于测量车辆或安全装置是否满足或超过政府安全标准。

车辆安全标准以及用于测量是否符合这些标准的撞击测试假人的人体测量特征可能因国家或机构而异。这些统计乘员以及相关的测试假人的示例包括50％的男性乘员和5％的女性乘员。在美国，50％的男性代表根据身高和体重的中等美国男性，这意味着一半的人口较高/较重，一半的人口较矮/较轻。5％的女性代表根据身高和体重的较小的美国女性，这意味着只有5％的女性人口较矮/较轻。NHTSA50％成年男性(Hybrid-III)撞击测试假人高5英尺9英寸并且重171磅。NHTSA5％成年女性(Hybrid-III)撞击测试假人高4英尺11英寸并且重108磅。还存在其他统计乘员，比如85％男性、95％男性和各种儿童乘员。

因此，可充气管90可以被配置成适应各种乘员。例如，可充气管90可以被配置成适应一个或更多个统计尺寸的乘员。例如，可充气管90可以被配置成适应5％的女性和95％的男性。在这种配置中，可充气管90可以被配置成优化对50％的男性的覆盖，同时覆盖5％的女性和95％的男性。这种方法可以为大多数人口提供尽可能好的覆盖。

为了配置可充气管90，可以选择或调节若干特性。参考图5，可充气管90具有管直径D和装置半径R。装置半径R代表由可充气管90限定的开口的尺寸，该开口接收乘员的小腿56/脚部58。如图5所示，该尺寸与圆拱形形式的可充气管相关联。应当认识到，如上所述，可充气管90可以具有实施各种管形状的替代配置，半径R旨在说明可以调节管的与其特定形状相称的尺寸以适应乘员。

管直径D是指可充气管90的横截面直径，如图5中的剖面线A-A大致所示。还可以选择或调节管直径以适应乘员。可充气管90的直径在管的整个长度上可以是固定的或相对一致的，如图5中可充气管90a的D处大致所示。替代地，可充气管可以具有渐变的构造(见图5的管90b)，使得直径在中间较大(见D1)并且朝向相对的两端逐渐变小(见D2)。作为另一种选择，管可以具有大直径的中间部段(见图5的管90c)，其中直径较小的端部部分将管连接至车辆。

可充气管90可以用于多种用途。管90的主要目的是展开和定位设备12，以用于接收乘员的小腿56和脚部58。至少在某种程度上，管90还可以用来缓冲对乘员腿部的冲击。管90的缓冲效果是由于使充气的管变形并且使储存在充气的管中的充气流体的体积移位而产生的。因此，充气的管90提供任何缓冲效果的能力取决于用于支撑充气的管的结构的存在，使得这种变形和移位能够发生。这种结构在本文中被称为反作用结构或反作用表面。

参考图6，设备12可以被配置成包括用于支撑管90的反作用结构。如图6所示，大致用交叉阴影线表示的反作用结构98覆盖可充气管90的全部或一部分。例如，反作用结构98可以是可充气管90的织物部分，其与管一体地编织或者单独地形成并且附接到管上。反作用结构98可以定位成与管90的接收小腿56的表面或部分相对并且抵抗管响应于腿部冲击的移动。因此，可充气管90在小腿56和反作用结构98之间被压缩，这允许管在其约束腿部过度伸展时对腿部进行缓冲。

反作用结构98可以以多种方式构造和配置以实现该功能。例如，反作用结构98可以是一段长度的织物，例如，基本上没有弹性的条带，所述条带在位置110、120处或在其附近在可充气管的相对的端部92、94处形成设备12的连接点。例如，反作用结构98可以通过连接器102连接到车辆。在这种配置中，可充气管90可以通过比如缝合、粘合剂、超声波焊接、热粘合等手段连接到反作用结构98。

作为另一个示例，反作用结构98可以形成为可充气管90的组成部分，例如，通过将反作用结构与管一起编织成设备12的一件式编织(OPW)构造。同样，在这种构造中，反作用结构98可以形成将设备12连接到车辆的端部92、94并且在这些端部之间延伸。以这种方式，端部92、94之间的张力由反作用结构98承受。位于反作用结构和小腿56之间的管90的可充气部分在腿部的冲击力下压缩并且提供缓冲效果。

参考图7，设备12可以在车辆安全系统10中实施，以用于在发生碰撞的情况下帮助保护车辆20(尤其是自动驾驶车辆)的乘员40。除了设备12，系统10还包括用于检测车辆碰撞事件的至少一个撞击传感器14和用于控制设备的致动的控制器16。控制器16响应于车辆碰撞事件而接收来自至少一个撞击传感器14的信号并且响应于接收到的信号而致动充气机100以展开可充气管90。

综上所述，应当理解，除了本文所述的设备12，本发明还涉及一种用于在发生碰撞的情况下帮助保护车辆(尤其是自动驾驶车辆)的乘员的方法。图8将方法150图示为具有流程图说明的过程流程图。为了简单起见，方法150被描述为串行地执行；但是，应当理解和明白，本公开不受所示顺序的限制，因为一些步骤可以以不同的顺序发生和/或与本文所示和所述的其他步骤同时发生。此外，方法150可以包括除了图8所示步骤之外的步骤。

方法150可以由硬件执行，例如，方法150可以主要由图7的系统10的控制器16进行。系统10的控制器16的一个或更多个硬件元件可以执行软件例程以实现该方法的至少一部分。此外，系统10的控制器16的一个或更多个元件可以包括存储软件例程的非暂时性存储器(未示出)和用于执行与该方法的至少一部分相对应的软件例程的一个或更多个处理器(未示出)。图1-7的设备13和系统10的其他部件也可以用于促进该方法。

现参考图8，方法150包括在步骤152感测车辆碰撞的发生。该步骤152可以例如由控制器16使用至少一个撞击传感器14所提供的信号来进行。方法150还包括步骤154——响应于在步骤152感测到的车辆碰撞而展开设备12，以便以上述方式约束乘员40的小腿56和/或脚部58。

更具体地说，步骤154包括展开可充气管90，以在至少三个侧面上围绕乘员40的腿部并且接收并约束乘员40的小腿56和/或脚部58。因此，步骤154包括在膝盖54过度伸展之前可充气管90约束乘员40的小腿56和脚部58向前/向上运动或摆动。步骤154还包括使用可充气管90来接触小腿56的前部(例如，在胫骨的区域)并且约束小腿和脚部。步骤154可以包括将可充气管90加压到足以对冲击提供一些缓冲的程度，同时约束小腿运动。加压可以被配置成使得可充气管90响应于小腿56冲击管而变形，这可以对小腿提供一些减速，而不是小腿运动的突然停止。

根据上述说明，本领域的技术人员将认识到改进、变更和修改。这种改进、变更和修改在本领域技术人员的技能范围内并且旨在由所附权利要求所覆盖。

Claims (15)

1.一种用于在发生碰撞的情况下帮助保护车辆(20)的乘员(40)的设备(12)，所述设备包括：

可充气管(90)，其具有连接至所述车辆(20)的底板(22)的第一端和第二端(92，94)，所述可充气管(90)进一步包括从所述第一端延伸到第二端(92，94)的中间部分(96)；和

充气机(100)，其能够响应于车辆碰撞而被致动以将充气流体引导到所述可充气管(90)中，

其中，所述可充气管(90)被配置成响应于从所述充气机(100)接收到充气流体而充气并且从车辆底板(22)展开，并且其中，所述可充气管(90)的中间部分(96)被配置成在所述车辆底板(22)上方延伸以响应于车辆碰撞而限定用于接收乘员(40)的小腿(56)和/或脚部(58)的空间并且约束小腿(56)和/或脚部(58)向前。

2.根据权利要求1所述的设备(12)，其中，所述可充气管(90)的第一端和第二端(92，94)在车辆座椅(30)前方的位置处和/或在所述车辆座椅的侧向外边界处或侧向外边界附近连接到所述车辆底板(22)。

3.根据权利要求2所述的设备(12)，其中，所述可充气管(90)的第一端和第二端(92，94)连接到所述车辆(20)的位置(110，120)被配置成当乘员(40)以正常就座位置坐在所述车辆座椅(30)中时位于乘员的脚部的外侧。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(12)，其中，所述可充气管(90)在充气时被构造成具有拱形形状和/或被构造成在至少三个侧面上围绕乘员的腿部(56)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(12)，其中，所述可充气管(90)被配置成使得在乘员的腿部(56)在过度伸展之前被约束。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(12)，其中，所述可充气管(90)以预展开状态储存在所述车辆(20)的底板(22)中或所述车辆的底板上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(12)，其中，所述可充气管(90)被配置成在展开状态下接触乘员(40)的胫骨(56)或脚部(58)中的至少一个，其中，乘员(40)的小腿(56)和/或脚部(58)被所述可充气管(90)约束，所述可充气管在所述胫骨(56)或脚部(58)上施加约束力。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(12)，其中，所述充气机(100)被配置成将所述可充气管(90)加压至足以通过变形来缓冲对乘员(40)的冲击的程度，从而使乘员(40)的小腿(56)和/或脚部(58)减速。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(12)，其中，所述可充气管(90)具有大约2英寸至6英寸之间的充气直径，和/或其中，所述可充气管(90)的第一端(92)和第二端(94)以大约0.5米的间距附接到所述底板(22)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(12)，其进一步包括反作用结构(98)，用于支撑所述可充气管(90)抵抗响应于冲击乘员的腿部的运动。

11.根据权利要求12所述的设备(12)，其中，所述反作用结构(98)位于所述可充气管(90)的与所述管(90)的被配置成接收乘员的腿部(56)的一侧相对的一侧。

12.根据权利要求10或11所述的设备(12)，其中，所述反作用结构(98)包括附接到所述可充气管(90)的条带或包含所述管(90)的一件式编织结构的一部分。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备(12)，其中，所述可充气管(90)的第一端(92)和第二端(94)具有的直径小于所述可充气管(90)的中间部分(96)的直径。

14.一种用于在发生碰撞的情况下帮助保护车辆(20)的乘员的方法(150)，所述方法包括以下步骤：

感测车辆碰撞事件的发生(152)；和

响应于感测到的车辆碰撞而展开根据权利要求1所述的设备(154)。

15.一种用于在发生碰撞的情况下帮助保护车辆(20)的乘员(40)的系统(10)，所述系统包括：

根据权利要求1所述的设备(12)；

用于检测车辆碰撞事件的至少一个撞击传感器(14)；和

控制器(16)，其用于响应于车辆碰撞事件而从所述至少一个撞击传感器(14)接收信号，其中，所述控制器(16)被配置成响应于从所述撞击传感器(14)接收到信号而致动所述充气机(100)以展开所述可充气管(90)。

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