CN102653253A - 具有变形元件的座椅，尤其是车辆座椅，以及用于激活座椅的变形元件的方法 - Google Patents

Abstract

一种根据本发明的座椅，尤其是车辆座椅(25)，包含座椅框架(29)、底座表面(31)以及在座椅框架(29)和底座表面(31)之间起作用的至少一个变形元件，至少一个变形元件能够自动激活以便主动地补偿通过座椅框架(29)传递给坐在座椅上的人的振动。本发明还涉及一种用于激活座椅、尤其是车辆座椅(25)的变形元件的方法，变形元件在座椅的座椅框架(29)和底座表面(31)之间起作用。

Description

具有变形元件的座椅,尤其是车辆座椅,以及用于激活座椅的变形元件的方法

技术领域

本发明涉及一种具有变形元件(deformation element)的座椅，尤其是车辆座椅，本发明还涉及一种用于激活座椅的变形元件的方法。 

背景技术

对于车辆座椅的设计规定了许多要求。例如，车辆座椅应当尤其向车辆乘员提供解除疲劳的舒适的座位。为此，有必要减弱来自车辆通过座椅传递给坐在该座椅上的人的振动。因此车辆座椅通常包含底座表面(seatface)的弹起支承(sprung support)和/或用于阻尼振动的泡沫垫子(foamcushion)。在这里，例如依靠弹性金属丝的底座表面的弹起支承能够在很大程度上阻止向坐的人传递高频率振动；但是，与此同时，会发生大约4到7Hz范围内的低频率共振，这对提供就座舒适存在不利影响。相反地，覆盖在与座椅框架牢固连接的底座上的泡沫在低频实现了良好的隔绝，但较高频率振动的阻尼效果不佳。 

EP 1 564 066 B1号专利文件因此提出了一种座椅，该座椅具有至少一个变形元件、设置在该变形元件和该座椅覆盖层之间的刚性支承板。为了在尽可能多的驾驶情况中和在大量各种不同的乘员解剖学中得到改善的阻尼性能(damping behavior)或减小传递的能力，通过可以通过控制自动调整变形元件，该控制装置考虑生理因素和车辆、驾驶情况和/或座椅因素。这样，可以将阻尼特性(damping characteristics)调整到驾驶情况和/或同时进行的乘客。根据EP 1 712 405 B1号专利文件，提供至少两个变形元件，其允许倾斜运动，这样还防止疲劳。 

发明内容

本发明的目的是发明一种具有变形元件的座椅，尤其是车辆座椅，该变形元件具有在传递给坐的人的振动方面的一种进一步改善的阻尼性能。本发明的另一个目的是详述用于激活座椅的变形元件的方法，其提供了振动阻尼的进一步改善。 

该目的通过以下技术方案中所述的装置和方法实现： 

一种座椅，尤其是车辆座椅25，具有座椅框架29、底座表面31以及在座椅框架29与底座表面31之间起作用的至少一个变形元件，至少一个变形元件能够自动激活，其中，能够激活至少一个变形元件为了主动地补偿通过座椅框架29传递给坐在座椅上的人的振动。 

一种激活座椅、尤其是车辆座椅25的变形元件的方法，变形元件在座椅的座椅框架29和底座表面31之间起作用，其中，激活变形元件以便主动地补充通过座椅框架29传递给坐在座椅上的人的振动。 

根据本发明的座椅，尤其是车辆座椅，包含座椅框架和底座表面(seatsurface)。座椅框架表示座椅的支承结构，座椅框架例如包含外框架和金属片盘(sheet-metal pan)，金属片盘牢固连接到外框架并且在金属片盘上设置有座椅结构(seat construction)的另外的元件。就车辆座椅而言，座椅框架经由例如滑动和/或调整机构连接到车辆。底座表面提供座椅和坐在座椅上的人之间的接触，并且尤其包含座面(seat face)和座椅的靠背表面。底座表面可以由座椅覆盖层的表面形成，底座表面此外包含坐垫。底座表面、座椅覆盖层、坐垫和靠背可以是单独或组合设计。 

座椅进一步包含至少一个变形元件，该变形元件在座椅框架和底座表面之间起作用。为此将变形元件设置为吸收坐的人施加在座椅上的力的至少一部分，尤其是重量和惯性力，并将这些力传递给座椅的支承结构，也就是传递至座椅框架内。相反地，变形元件对人施加对应的力。变形元件可以设置在底座表面的下方或者坐垫的下方，但是其还可以体现为例如坐垫，并且其本身可以形成底座表面或底座表面的一部分。 

可以自动激活至少一个变形元件，尤其通过用于调整其形状和/或体积的控制。以这种方式控制的变形元件的形状和/或体积的调整因此引起底座表面形状的调整和/或通过这种方式传递给坐的人的力的调整。可以通过电动伺服电机、形状记忆元件或其它装置以多种方式驱动变形元件，例如气动、液压。 

根据本发明，激活至少一个变形元件从而主动地补偿通过座椅框架传递给坐在座椅上的人的振动。在车辆座椅中，这样的振动尤其由车辆的行进过程中不规则的路面引起并且通过底盘传递给车辆，从那里它们被传递给连接到车辆的座椅框架。然而，这样的振动还可以例如由发动机本身产生，或者由起动器(starter)产生以及由车辆的其它移动的部分产生，或者由车轮不平衡产生，并且传递给座椅框架。车辆的加速或制动运动同样会引起这样的振动。 

由于为了主动地补偿这样的振动而激活至少一个变形元件，振动运动以及因此的部分或实质上完全中和的主动平衡(active balancing)是可以的。如果有的话，因此现在仅仅很小部分的振动被传递给坐在座椅上的人。因此本发明认识到通过对变形元件的相应的激活，可以主动地消除座椅框架传递给人的振动。由此获得舒适的大幅提升。 

可以在座椅结构的各个区域设置至少一个变形元件，并且可以以各种方式体现该变形元件。因此，例如，变形元件可以设置在坐垫内部或者坐垫下方或者座椅覆盖层内部或者座椅覆盖层下方或者甚至在坐垫下方的支承板下方。变形元件还可以设置在靠背中。还可以在座椅的相同区域或者不同区域提供多个变形元件。 

至少一个变形元件最好体现为坐垫。其向坐在座椅上的人提供直接接触并且允许对振动的最大可能补偿的特别有效的控制。 

根据本发明的优选实施例，至少一个变形元件包含充流体垫子。具体地，变形元件可以体现为这样的一种垫子，例如体现为填充有液体或气体的坐垫。这提供了特别简单、便宜和有效设计的变形元件。 

此外，变形元件最好可以通过流体控制单元激活，流体控制单元控制垫子中的流体的压力和/或体积。根据本发明这是体现控制的简单方式。 

有利地，流体控制单元可以整合到座椅中，也就是说，具体地设置在座椅的内部或牢固地连接到座椅，例如在座面(seat face)下方或者在靠背中。这样首先具有如下优点：流体控制单元和充流体垫子之间的连接管线(connecting line)需要仅具有相对短的长度，由此允许垫子中的流体的压力和/或体积的更加快速有效的控制。其次，这样的设置便于维修并且例如如果出现缺陷还便于座椅、包括流体控制单元的更换。 

根据本发明的优选实施例，流体控制单元包含电机驱动，尤其是电动机驱动的液压缸(fluid cylinder)，其通过连接管线与充流体垫子流体连接。液压缸的活塞的运动用于调整气缸中流体的体积，致使包含在连接管线中和垫子中的流体压力和/或体积因此被调整。对应地，还可以使用电机驱动隔膜(diaphragm)。这是使充流体垫子变形的简单和直接的方法，以便可以补偿宽频率范围的振动。 

根据又一优选实施例，流体控制单元包含能够增加足够过量的压力的流体存贮器以及用于激活通向垫子的流体进入口和来自垫子的流体排出口的阀门装置。阀门装置可以包含，例如，可激活的进给阀和可激活的排出阀，或者，甚至例如可激活的多路阀，依靠多路阀可以将通向垫子的连接管线连接到进入口或排出口。可以通过电机驱动泵连续地或间隔一定时间地填充流体存贮器。阀门装置的阀门有利地体现为电可激活的阀门，例如体现为电磁阀。可以用流体填充垫子，并且可以通过阀门的驱动再次排干垫子。为了实现小的支出，该实施例允许至少在有限的频率范围内的振动的补偿。 

流体控制单元可以包含多个液压缸或流体存贮器以及阀门，使其可以激活一个垫子或多个垫子。液压缸或阀门的电机的控制可以包含在流体控制单元中并且其可以体现为独立控制，尤其体现为电子控制。 

根据优选实施例，流体是气体。这样发挥了充气体垫子仅由于气体的可压缩性而具有有利的阻尼特性的这样的优点。如果所使用的气体是空 气，这是尤其有利的。空气是普遍适用的并且可以通过简单方法对其进行压缩以形成压缩空气，而且可以将空气用于激活垫子。 

基于来自压力传感器的信号，变形元件还最好是可激活的，设置压力传感器用以测量包含在垫子中的流体的压力。由于坐在座椅上的人上增加的力的施加与流体的增加的压力有关，这样的压力传感器允许例如当振动运动被传递时准确测量在人上施加的力。压力的动态记录尤其有利，例如用具有分辨率达到大约50到100Hz的频率的传感器。通过液压缸或阀门的对应的、压力控制的驱动，例如，流体可以从垫子中排出，以便抵消在压力中测定的变化。这是一种阻止振动向人传递的简单方式。 

根据另一优选实施例，基于来自设置为测量车辆加速度和座椅框架加速度的加速度传感器的信号，变形元件是可激活的。具体地，设置在座椅框架上的加速度传感器适于记录根据本发明将要被补偿的振动。因此在向坐在座椅上的人的可能的传递之前，这样的记录已经发生。液压缸的对应的加速控制的驱动，比方说，或者阀门的对应的加速控制的驱动用于抵消测量的振动加速度。由此可以在很大程度上补偿振动并且可以避免振动向人的传递。 

由于车辆座椅通常刚性地连接到车辆并且大多数入侵振动位于低于20Hz的频率范围，车辆本身的振动记录通常足以激活变形元件以便补偿振动。这样就有如下的优点：可以使用通常已经在连同如ESP或安全气囊这样的其它系统设置于机动车辆中的加速度传感器。在此情况下，垂直方向的加速度值尤其与变形元件的激活有关。 

更优选地，可以提供至少一个用于记录包含在垫子中的流体的压力的压力传感器和至少一个用于记录车辆的加速度或座椅框架的加速度的加速度传感器，评价来自压力传感器和加速度传感器的两个信号，并将它们用于激活至少一个变形元件。这样，可以阻止座椅框架的振动向坐的人的几乎全部传递。 

除了根据本发明的主动补偿振动以外，还可以为了可以调整、被动阻尼以及为按摩功能使用至少一个变形元件，如已出版的EP 1 564 066 B1 号专利文件和已出版的EP 1 712 405 B1号专利文件中描述的那样，所公开的内容以参考引用的方式与本发明结合。 

在根据本发明用于激活座椅、尤其是车辆座椅的变形元件的方法中，激活变形元件以便主动地补偿通过座椅框架传递给坐在座椅上的人的振动，其中，变形元件在座椅的座椅框架和底座表面之间起作用。这样的主动平衡振动使得在很大程度上阻止任何对人的传递是可以的，由此获得舒适的大幅提升。 

包含充流体垫子的变形元件最好以这样的方式激活：包含在垫子中的流体的压力相当于静态压力(static pressure)。静态压力是需要平衡由坐的人静态地施加在座椅对应区域并且由此施加在变形元件上的力的压力，尤其是平衡由人施加的重量。包含在垫子内的流体的压力最好由液压缸或阀门的驱动来控制，比方说，以这样的方式：压力是至少近似恒定的并且因此是等于静态压力的。出于此目的，测量压力是尤其可以的，并且倘若出现偏离恒定压力值，可以起动液压缸或阀门的驱动，以便抵消偏离。作为选择地或另外地，例如，记录来自车辆的加速度传感器的信号并且为液压缸或阀门的驱动对其进行评价也是可以的。 

根据本发明的方法设计的用于激活流体控制单元的电子控制装置，例如液压缸或阀门装置，可以形成流体控制单元的一部分并且可以例如分配到座椅。然而，控制装置还可以体现为车辆的中央电子控制装置的一部分。 

附图说明

以下通过举例的方式结合附图详细说明本发明，其中： 

图1表示根据本发明的座椅的第一示例性实施例的流体控制单元和充流体垫子的图示； 

图2表示根据本发明的座椅的第二示例性实施例的流体控制单元和充流体垫子的图示； 

图3表示根据本发明的座椅的另一示例性实施例的用于激活多个充流体垫子的流体控制单元的符号表示； 

图4表示根据本发明的座椅的流体控制单元的象征性表示和示例性实施例； 

图5表示根据本发明的示例性实施例的用于控制充流体垫子中的流体压力的控制方法。 

附图标记说明 

M电动机 

1流体控制单元 

2气缸 

3活塞 

4气缸内腔 

5连杆机构 

6杆 

7箭头 

8连接管线 

9，9‘垫子 

10连接管线 

11截止阀 

12气动泵 

13管路 

14，14‘压缩空气存贮器 

15多路阀 

16驱动器 

17管路 

18节流阀 

19压缩空气连接件 

20压力控制阀 

21，21‘压力传感器 

22，22‘垫子 

23，23‘截止阀 

24坐垫 

25车辆座椅 

26座面 

27靠背 

28头靠 

29座椅框架 

30操作控制元件 

31底座表面 

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的一个示例性实施例的流体控制单元1可以体现为具有气缸2的气动控制单元(pneumatic control unit)。作为驱动器，活塞3的位置用于调整流体的体积，在这种情况下，存在于气缸内腔4中的空气能够可移动地设置在气缸2中。活塞3通过连杆机构(lever linkage)5由电动机M驱动。在这里象征性绘制为杆6，其由电机M驱动，并且，例如，其能够在箭头7的方向上转动。 

通过连接管线8，例如气动软管(pneumatic hose)将气缸2连接到座椅的变形元件，图1中，变形元件以垫子9象征性地示出。包含气缸内腔4、连接管线8和垫子9的子系统可以通过连接管线(connection line)10用预先确定填充压力p_填充的压缩空气填充，可以通过截止阀(shutoff valve)11将其关闭。 

通过电机M的驱动，调整存在于气缸内腔4中的空气体积是可以的。如果，例如，将活塞3移动到图1中表示的位置的右边，空气从气缸内腔 4中转移并且垫子9因此被更加密集地填充。如果垫子没有受到任何负荷，垫子9的体积相应地增加，以便垫子9的形状或者包含这样的垫子9的座椅的底座表面同样得到调整。如果垫子9受到负荷或者以密集的填充令其自然地建立增加的反压力这样的方式设计，则垫子9的体积稍稍增加；另外增加的压力建立在包含气缸内腔4、连接管线8和垫子9的子系统中。相反地，活塞3向左边的运动用于减小垫子9内部的体积或压力。垫子9的体积和压力产生相应的调整以及由此产生底座表面的运动。因此通过底座表面对应的抗衡运动可以补偿座椅的不需要的振动运动。 

因此，通过电机M的驱动可以主动地调整垫子9的形状和/或体积和/或其中主要的压力。同时体积和压力改变的最大幅度由活塞3的运动范围预先确定，原则上可以以任何速度或频率移动活塞。由此原则上可以发动，即控制任何速度的垫子9的体积和压力变化。在这里，如果连接管线8的长度l_管足够短以至于允许活塞3向充分快的补偿振动的垫子9的运动的传递，这样是有利的。如果连接管线8的体积实质上小于垫子9的体积，以便将活塞3的运动转化为垫子9内部的足够的压力变化，这样同样是有利的。图1所示的设置适于在垫子9内部产生体积和压力变化，因此适于在频率高达至少大约20Hz的情况下补偿振动。 

图2示意性地表示气动流体控制单元1的选择性的设置。根据图2，提供由电动机M驱动的气动泵(pneumatic pump)12，其通过管路13填充压缩空气存贮器(compressed air reservoir)14。还提供多路阀15，如图2中象征性地表示的那样，可以通过驱动器16电驱动多路阀15。多路阀15一方面通过连接管线8与充气气垫9连接。另一方面，多路阀15用于连接连接管线8，要么通过管路17连接到压缩空气贮存器14，以便将气垫9填充压缩空气，要么连接到可调整的节流阀(restriction valve)18，以便空气可以从气垫9中排出。 

正如象征性地表示的那样，除了电驱动的驱动器以外，如图2中驱动电压随时间变化的图表所示，例如可以以恒定的、但原则上在其两个位置之间自由地可选择的频率转换多路阀15，以产生垫子9内部的对应的体积和压力改变。在这里控制的压力波动幅度可以通过压缩空气贮存器14内 主要的压力以及通过可调整的节流阀18预先确定。如图2所示的设置仅包含简单的气动元件，因此是特别稳健和便宜的。 

还可以将流体控制单元设计为激活多个充流体垫子9、9‘，如通过图3中的象征性表示的示例所示的那样。通过压缩空气连接件19以及通过两个压力控制阀20、20‘以及通过对应的管路(无附图标记)向两个压缩空气贮存器14、14‘供应压缩空气。在这里用于两个压缩空气贮存器14、14‘的压力控制阀20、20‘可以设定不同的压力。将两个压缩空气贮存器14、14‘连接到两个多路阀15、15‘，多路阀15、15‘的驱动用于将两个压缩空气贮存器14、14‘中的一个或另一个连接到各自的垫子9、9‘。可以将用于测量连接管线8、8‘内部和垫子9、9‘内部的压力的压力传感器21、21‘设置在多路阀15、15‘和垫子9、9‘之间的连接线8、8‘上。 

多路阀15、15‘的驱动用于在两个压缩空气贮存器14、14‘的压力之间转换垫子9、9‘内部的压力。由此可以实现垫子9、9‘的体积或压力的对应的改变。多路阀15、15‘尤其体现为快速转换阀，从而能够以对应于将要被减弱的振动频率的频率激活垫子9、9‘，例如，从4到8Hz的范围，尤其是从4到5Hz的范围。因此压力传感器21、21‘还可以体现为用于快速压力测量的动态压力传感器。 

如图3所示，可以将压力控制阀20、20‘、压缩空气贮存器14、14‘、多路阀15、15‘和压力传感器21、21‘中的每一个结合以形成一个标准的机械单元。图3中进一步象征性说明的是座椅可以包含另外的充气垫子22、22‘，其可以从一个压缩空气贮存器14‘填充至恒定压力，并且充气垫子22、22‘中的每一个可以被截止阀23、23‘关闭。 

图4表示流体控制单元1的另一示例性实施例，其设计为激活车辆座椅25的坐垫24。流体控制单元1包含气动泵12，气动泵12通过管路13连接到压缩空气贮存器14。多路阀15允许充空气垫子9要么通过连接管线8连接到压缩空气贮存器14，要么通过节流阀(图中未示出)排气。设置在连接管线上的是压力传感器21，压力传感器21连同多路阀15可以形 成标准单元。车辆座椅15的坐垫24包含四个充空气垫子9，它们可以一起或相互独立地被激活。 

车辆座椅25包含座面(seat face)26、靠背27和头靠28。操作控制元件30设置在座椅框架29的一部分上。通过底座表面31提供与坐在车辆座椅25上的人的接触，底座表面尤其由坐垫24的表面和座面26的其它区域和靠背27形成，当坐着的时候，形成底座表面的这些部分与人接触。因此可以将车辆座椅25构建成如已出版的EP 1 564 066 B1号专利文件或已出版的EP 1 712 405 B1号专利文件中所描述的那样，在这方面仍然以参考引用的方式与本发明结合。座面26尤其可以包含支撑在下侧金属片盘上的座椅框架29的一部分的结构。因此可以将垫子9支承在泡沫块上，例如，支撑在金属片盘上的泡沫块上。此外可以提供额外的支承板。例如，可以将流体控制单元1设置在座椅下方，或者在座椅横档之间，或者在靠背27中。 

当人坐在车辆座椅25上时，人的重量的主要部分通过垫子9和下面的座椅结构传递给座椅框架29。在静止状态，即没有任何振动的状态，垫子9中的压力是需要吸收人的重量的压力。如果由于车辆的振动运动，连接到车辆的座椅框架29立刻开始进行向上运动，例如，垫子9中的压力增加，因为坐的人起初还不能模仿由于质量惯性而产生的运动，因此垫子9被压缩；仅由于增加的压力，垫子9能够产生需要加速人向上的与惯性力相反的额外的力。由于垫子9的压缩而增加的压力由压力传感器21检测。于是电子控制(图中未示出)将多路阀15转换到垫子9通过可调整的节流阀排气的位置(图4中未示出)。垫子9中的压力由此降低，以便人不会遇到在垂直方向上增加的力。由座椅框架29进行的振动运动因此没有传递给坐在座椅上的人。通过阀15的对应的交替转换，可以以这样的方式激活垫子9：座椅框架29的振动运动通过坐垫24的体积和形状的相反的改变而抵消。 

用于激活阀门或气缸的控制方法如图5中的简化方块图所示。例如，通过设置在座椅横档上的加速度传感器记录尤其包括车辆的振动加速的加速度a(t)。此外动态压力传感器记录变形元件的充空气垫子中的空气的 实际压力p_垫子(t)，该压力由坐的人施加在垫子上的重量和动力产生。由于由重力产生的静态压力p_静态是公知的并且可以被确定，例如，通过平均超出时间(averaging over time)，因此实际动态压力p_动态(t)从时间t时测量的实际压力p_垫子(t)得到： 

P_动态(t)＝p_垫子(t)-p_静态

由此，使用运算法则确定补偿压力的设定点值p_{补偿，设定}。运算法则考虑压力值的振动诱导波动与施加在坐的人上的力的振动诱导波动之间的相互关系。由于压力波动与振动诱导加速度相比通常稍有延迟，因此就预期控制而言额外的增加通过考虑由加速度传感器获得的测量值a(t)来实现。在得到的设定点值p_{补偿，设定}的基础上激活多路阀或气缸，以便垫子经受额外的补偿压力p_补偿并且包含在垫子中的空气量发生变化，以抵消动态压力p _动态(t)。于是在垫子中建立的压力p_垫子，由下式得到： 

P_垫子＝p_静态+p_动态+p_补偿

目的尤其是要实现： 

P_动态＝-p_补偿

在闭环控制系统的情况下，该条件至少可以近似地满足，甚至在动态条件下。如果条件完全满足，垫子中的压力等于静态压力，以便产生的振动被完全消除，并且坐的人与座椅框架的振动几乎完全隔绝。即使该条件仅近似地满足，也可以实现振动的大量补偿。 

Claims (11)

1.一种座椅，尤其是车辆座椅(25)，具有座椅框架(29)、底座表面(31)以及在座椅框架(29)与底座表面(31)之间起作用的至少一个变形元件，至少一个变形元件能够自动激活，

其特征在于，

能够激活至少一个变形元件为了主动地补偿通过座椅框架(29)传递给坐在座椅上的人的振动。

2.根据权利要求1所述的座椅，

其特征在于，

至少一个变形元件体现为坐垫(24)。

3.根据前述任一项权利要求所述的座椅，

其特征在于，

至少一个变形元件包含充流体垫子(9，9‘)。

4.根据前述任一项权利要求所述的座椅，

其特征在于，

整合到座椅中并控制包含在垫子(9，9‘)中的流体压力和/或体积的流体控制单元(1)能够激活至少一个变形元件。

5.根据前述任一项权利要求所述的座椅，

其特征在于，

流体控制单元(1)包含通过连接管线(8)连接到充流体垫子(9，9‘)的电机驱动液压缸或者电机驱动隔板。

6.根据权利要求4所述的座椅，

其特征在于，

流体控制单元(1)包含用于能够加压的流体存贮器和用于激活通向垫子(9，9‘)的流体进入口和来自垫子(9，9‘)的流体排出口的阀门装置。

7.根据权利要求3到6中任一项权利要求所述的座椅，

其特征在于，

流体是空气。

8.根据权利要求3到7中任一项权利要求所述的座椅

其特征在于，

基于来自设置为记录包含在垫子(9，9‘)中的流体压力的压力传感器(21，21’)的信号能够激活至少一个变形元件。

9.根据前述任一项权利要求所述的座椅，

其特征在于，

基于来自设置为记录车辆加速度或座椅框架(29)加速度的加速传感器的信号能够激活至少一个变形元件。

10.一种激活座椅、尤其是车辆座椅(25)的变形元件的方法，变形元件在座椅的座椅框架(29)和底座表面(31)之间起作用，

其特征在于，

激活变形元件以便主动地补充通过座椅框架(29)传递给坐在座椅上的人的振动。

11.根据前述权利要求所述的方法，

其特征在于，

变形元件包含充流体垫子(9，9‘)，并且以包含在垫子(9，9‘)中的流体压力相当于静态压力这样的方式激活变形元件。

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