我國(guó)電動(dòng)汽車電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

覃延明，劉青松，李 彬，許響林

（1.重慶車輛檢測(cè)研究院國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122；2；重慶市電磁兼容工程技術(shù)研究中心，重慶 401122)

電動(dòng)汽車包括燃料電池汽車（FCV）、混合動(dòng)力汽車（HEV）和純電動(dòng)汽車（EV）三大類，其與傳統(tǒng)燃油車的主要區(qū)別在于動(dòng)力源及其驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)。由于采用了更多的高壓大功率電氣部件以及系統(tǒng)集成度和電磁敏感度高的電子控制單元，電動(dòng)汽車的電磁兼容（EMC）問(wèn)題尤為突出[1-3]，特別是其電源逆變器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件采用了脈沖調(diào)制技術(shù)（PWM），將產(chǎn)生大量的諧波干擾信號(hào)，不僅會(huì)影響車輛周圍的無(wú)線電設(shè)備，還會(huì)通過(guò)傳導(dǎo)或輻射的方式影響車輛內(nèi)部制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）、安全氣囊（SRS）和電子控制制動(dòng)系統(tǒng)（EBS）等電子控制單元的工作可靠性，直接關(guān)系到車輛行駛的安全性[4-5]。因此，解決電動(dòng)汽車的EMC問(wèn)題至關(guān)重要,而開展電動(dòng)汽車的EMC性能測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)研究是解決該問(wèn)題的必要前提。本文結(jié)合重慶車輛檢測(cè)研究院國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、重慶電磁兼容工程技術(shù)研究中心長(zhǎng)期開展的電動(dòng)汽車EMC試驗(yàn)及技術(shù)研究、咨詢工作，著重分析現(xiàn)行電動(dòng)汽車電磁場(chǎng)發(fā)射強(qiáng)度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)可操作性和保證試驗(yàn)結(jié)果一致性上存在的不足，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步闡述電動(dòng)汽車EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)，為電動(dòng)汽車整車和零部件的研發(fā)工作提供參考。

1 電動(dòng)汽車EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)電動(dòng)汽車的EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)初步建立，但在完備性、可操作性和一致性等方面仍有許多需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方?，F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中與電動(dòng)汽車相關(guān)的EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要有 GB 14023-2006、GB/T 18387-2008、GB/T 17619-1998 和 GB 18655-2002（GB/T 18655-2010已經(jīng)發(fā)布，但目前汽車公告管理仍在執(zhí)行GB 18655-2002）等，如表1所示，涉及整車及零部件的傳導(dǎo)發(fā)射、電磁輻射騷擾、靜電放電試驗(yàn)以及零部件的輻射、傳導(dǎo)抗干擾試驗(yàn)等內(nèi)容。

電動(dòng)汽車屬于汽車范疇，仍須執(zhí)行傳統(tǒng)燃油車的EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)其特殊性，還必須增加新的測(cè)試內(nèi)容，制定專門的測(cè)試項(xiàng)目或標(biāo)準(zhǔn)，通常均要求被測(cè)車輛（設(shè)備）在典型的或最嚴(yán)酷的工作狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試。表1中，GB/T 18387-2008是專門針對(duì)電動(dòng)汽車而制定的EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，其它標(biāo)準(zhǔn)則可與傳統(tǒng)燃油車通用，其中GB 14023-2006對(duì)電動(dòng)汽車在30 MHz～1 GHz頻率范圍內(nèi)的電磁騷擾特性提出了與傳統(tǒng)燃油車不同的測(cè)試要求：對(duì)裝有獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車輛應(yīng)分別測(cè)試，對(duì)裝有混合動(dòng)力系統(tǒng)的車輛應(yīng)在同時(shí)驅(qū)動(dòng)下測(cè)試，同時(shí)規(guī)定了對(duì)裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)的“車輛在空載的底盤測(cè)功機(jī)或非導(dǎo)電車軸架上，以40 km/h的恒速驅(qū)動(dòng)。如果最高車速達(dá)不到40 km/h，則以最大車速驅(qū)動(dòng)”；GB/T 18387-2008規(guī)定了電動(dòng)汽車在頻率范圍9 kHz～30 MHz的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的輻射發(fā)射限值和測(cè)量方法，以及在頻率范圍450 kHz～30 MHz的車載電池充電系統(tǒng)的傳導(dǎo)發(fā)射限值和測(cè)量方法。國(guó)家級(jí)的車輛檢測(cè)機(jī)構(gòu)和國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車生產(chǎn)企業(yè)針對(duì)電動(dòng)汽車的電場(chǎng)和磁場(chǎng)輻射騷擾已開展了大量研究和試驗(yàn)工作，但對(duì)車載電池充電系統(tǒng)的傳導(dǎo)騷擾項(xiàng)目還執(zhí)行得比較少。

表1 國(guó)內(nèi)主要的電動(dòng)汽車EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

此外，還有部分電動(dòng)車標(biāo)準(zhǔn)雖然不是專門針對(duì)電動(dòng)汽車電磁兼容性而制定的，但同樣對(duì)其EMC性能測(cè)試作出了規(guī)定。如在文獻(xiàn) [6]的系列標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定需按GB 14023-2006和GB/T 17619-1998進(jìn)行電機(jī)及其控制器的EMC測(cè)試，在文獻(xiàn)[7、8]中分別要求電動(dòng)汽車儀表和DC/DC變換器滿足GB 18655-2002和GB/T 17619-1998的測(cè)試要求。作為電動(dòng)汽車的重要組成部分，電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)中也采用了大量的電力電子元器件，運(yùn)行時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的諧波干擾，造成正弦波形的畸變，使電能品質(zhì)因數(shù)下降，給電網(wǎng)造成污染，影響發(fā)供電設(shè)備及其它用電設(shè)備。為此，國(guó)家出臺(tái)了系列標(biāo)準(zhǔn)[9]，對(duì)電動(dòng)汽車接交流電網(wǎng)時(shí)的EMC測(cè)試也進(jìn)行了規(guī)定，包括電源電壓諧波、電源電壓暫降和中斷、快速瞬變脈沖群、浪涌、靜電放電、輻射電磁場(chǎng)等電磁抗擾性測(cè)試以及電流諧波、電源線傳導(dǎo)發(fā)射等騷擾測(cè)試要求。

國(guó)家工信部已成立了專門的“新能源車項(xiàng)目”審查組。凡是登入汽車《公告》的電動(dòng)汽車，除了必須滿足傳統(tǒng)燃油車的EMC測(cè)試要求外，還必須符合GB/T 18387-2008中對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)發(fā)射的要求。對(duì)于安裝有ABS系統(tǒng)的車輛（包含電動(dòng)汽車）還必須滿足GB/T 17619-1998和GB 18655-2002標(biāo)準(zhǔn)的要求。考慮到目前電動(dòng)汽車的研發(fā)工作仍處于起步階段，為鼓勵(lì)電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，其它標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)EMC測(cè)試的內(nèi)容尚未強(qiáng)制執(zhí)行。

2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)存在的主要問(wèn)題

國(guó)內(nèi)開展電動(dòng)汽車EMC測(cè)試的時(shí)間較短，相關(guān)的電動(dòng)汽車EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)基本是參照國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)而制定的，但在完備性、可操作性和一致性等方面仍有許多不足。在開展電動(dòng)汽車EMC測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)主要存在以下問(wèn)題：

1）國(guó)內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不完備，缺少電動(dòng)汽車整車的電磁輻射抗干擾標(biāo)準(zhǔn)，且其零部件的電磁輻射抗干擾標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)嚴(yán)重滯后。電動(dòng)汽車內(nèi)電磁環(huán)境非常復(fù)雜，部分車載電子電器件在單獨(dú)運(yùn)行時(shí)能夠通過(guò)EMC測(cè)試，但將其裝配到整車以后，卻產(chǎn)生了測(cè)試超標(biāo)或工作異常等現(xiàn)象，因此，有必要開展包括整車在內(nèi)的EMC測(cè)試工作。國(guó)外已經(jīng)對(duì)電動(dòng)汽車整車及零部件的電磁兼容性進(jìn)行了具體而嚴(yán)格的規(guī)定（如歐盟指令72/245/EEC（2004/104/EC）和歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)法規(guī)ECE R10），涵蓋了電磁騷擾和抗干擾測(cè)試兩方面內(nèi)容。但我國(guó)現(xiàn)行EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中，涉及電動(dòng)汽車零部件的已經(jīng)比較齊備，而涉及整車的除了抗靜電放電標(biāo)準(zhǔn)外，僅包含了電磁騷擾測(cè)試方面的內(nèi)容，沒(méi)有對(duì)整車的電磁輻射抗擾性進(jìn)行要求，因此，無(wú)法全面評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車的電磁兼容性能。另外，我國(guó)目前仍在沿用10多年前制定的零部件電磁輻射抗干擾測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17619-1998，但是現(xiàn)在汽車電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了極大的變化，該標(biāo)準(zhǔn)所參照的國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)過(guò)多次修訂，且其采用的測(cè)試方法也發(fā)生了很大的變化，現(xiàn)行國(guó)標(biāo)已經(jīng)嚴(yán)重滯后。

2）GB/T 18387-2008未給出被測(cè)車輛不滿足試驗(yàn)車速時(shí)的測(cè)試要求，不便于實(shí)際操作。該標(biāo)準(zhǔn)的適用對(duì)象是電動(dòng)車輛，規(guī)定了在時(shí)速40 km/h下，對(duì)車輛的每一個(gè)側(cè)面電磁場(chǎng)發(fā)射電平進(jìn)行測(cè)量，以確定車輛最大發(fā)射面，然后以16 km/h和64 km/h車速運(yùn)行，并根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)確定電動(dòng)汽車電場(chǎng)和磁場(chǎng)的最大騷擾電平。但是部分電動(dòng)車輛（主要是混合動(dòng)力車和電動(dòng)摩托車）在電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于其電力輸出功率有限，其車速只能達(dá)到16 km/h和40 km/h，甚至更低，但是標(biāo)準(zhǔn)中并未規(guī)定在此種情況下如何進(jìn)行測(cè)試。此外，GB/T 18387-2008要求被測(cè)車輛在三個(gè)車速上穩(wěn)定運(yùn)行，但標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定允許的車速波動(dòng)范圍。實(shí)際上被測(cè)車輛的速度很難穩(wěn)定在這三個(gè)恒定車速上，總會(huì)有一定的波動(dòng)。因此，建議標(biāo)準(zhǔn)給出允許的車速波動(dòng)范圍，以便于實(shí)際操作。

3）GB/T 18387-2008未明確車輛最大發(fā)射面的確定方法及具體的試驗(yàn)布置，不能很好地保證試驗(yàn)結(jié)果的一致性。該標(biāo)準(zhǔn)中，車輛的最大發(fā)射面是基于從車輛的4個(gè)側(cè)面測(cè)得的最高電平確定的，但是該電平是基于絕對(duì)值進(jìn)行判定，還是基于測(cè)試電平與限值的相對(duì)值進(jìn)行判定，標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有明確，同時(shí)，在尋找車輛最大發(fā)射面的過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了天線與車輛最近部分的距離，但對(duì)天線具體的擺放位置和移動(dòng)的角度未作具體規(guī)定。由于車內(nèi)騷擾源位置的不確定性，即使天線處于測(cè)試車輛的同一側(cè)面，如果其與車輛的相對(duì)位置不同，測(cè)試結(jié)果也會(huì)有較大的差異，因此，在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中很難操作。此外，由于不同測(cè)試機(jī)構(gòu)在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)不同的理解，因此，不能很好地保證測(cè)試結(jié)果的一致性。

4）現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定如何加載開展電動(dòng)汽車EMC試驗(yàn)，不能有效評(píng)估其實(shí)際電磁場(chǎng)的輻射水平。GB 14023-2006僅規(guī)定了電動(dòng)汽車在空載的底盤測(cè)功機(jī)或非導(dǎo)電車軸架上進(jìn)行測(cè)試；GB/T 18387-2008規(guī)定了“車輛在不帶負(fù)載的測(cè)功機(jī)或以定速在輪軸支架上運(yùn)行”，雖然它也注明了“如果車輛在無(wú)負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行會(huì)引起動(dòng)力系統(tǒng)損害或降低輻射發(fā)射電平，那么可以使用測(cè)功機(jī)，按水平道路給車輛加載”，但沒(méi)有給出具體的實(shí)施細(xì)則，如測(cè)試過(guò)程中哪些電氣設(shè)備需要開啟，輻射發(fā)射電平降低到何種程度需要加載，以及對(duì)加載量的計(jì)算如何進(jìn)行規(guī)定等。

從理論分析及實(shí)際測(cè)試結(jié)果來(lái)看，電動(dòng)汽車運(yùn)行在不同負(fù)載條件下，其對(duì)外電磁場(chǎng)輻射電平將產(chǎn)生較大差異[10]。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制器之間的動(dòng)力線是電動(dòng)汽車對(duì)外電磁場(chǎng)輻射的主要路徑。根據(jù)天線理論，可將動(dòng)力線看作是由多個(gè)電偶極子組成的天線，其中單個(gè)電偶極子的電磁場(chǎng)輻射公式如式（1）-（5）所示[11]。根據(jù)場(chǎng)的疊加原理，應(yīng)用上述公式積分后可求出動(dòng)力線產(chǎn)生的電磁輻射場(chǎng)。

式中，E、H分別為電場(chǎng)和磁場(chǎng)；I為電偶極子天線電流密度；l為電偶極子天線長(zhǎng)度；r表示測(cè)試距離；θ、φ為球坐標(biāo)方位角；ω為信號(hào)角頻率；λ為信號(hào)波長(zhǎng)；ε為傳播介質(zhì)介電常數(shù)；Z為自由空間波阻抗，波數(shù)k=2π/λ。從上述公式中可以看出，理論上，對(duì)于近區(qū)場(chǎng)和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，動(dòng)力線產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)發(fā)射強(qiáng)度與其上電流正相關(guān)，電流大小差異越大，其電磁場(chǎng)發(fā)射強(qiáng)度的差異也越大。采用轉(zhuǎn)轂?zāi)M電動(dòng)汽車在實(shí)際道路上的行駛狀態(tài)，在不同加載情況下，其工作電流可能有較大的差異，產(chǎn)生不同強(qiáng)度的輻射電磁場(chǎng)。

受制于目前的測(cè)試設(shè)備（施），國(guó)內(nèi)汽車檢測(cè)機(jī)構(gòu)基本上是采用架空車輛驅(qū)動(dòng)輪或采用轉(zhuǎn)轂空載的方式進(jìn)行電動(dòng)汽車EMC測(cè)試。此種方式也可通加載電氣設(shè)備來(lái)改變電動(dòng)汽車的工作電流以進(jìn)一步驗(yàn)證。以在國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心開展的某混合動(dòng)力汽車電磁場(chǎng)發(fā)射試驗(yàn)為例，在大功率空調(diào)和發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器等車載設(shè)備全部開啟時(shí)，動(dòng)力線電流由24 A上升到80 A，電動(dòng)車對(duì)外的電磁場(chǎng)發(fā)射電平也產(chǎn)生了很大的變化，如圖1和圖2所示。圖2中，在車載電氣設(shè)備開啟后，該車的磁場(chǎng)發(fā)射電平最大可增大22 dB。

因此，有必要進(jìn)一步完善現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)如何在加載方式下開展電動(dòng)汽車EMC試驗(yàn)作出具體的規(guī)定。

3 發(fā)展趨勢(shì)

隨著國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車EMC問(wèn)題的日漸重視以及新的電動(dòng)車EMC檢測(cè)能力的建設(shè)完成，我國(guó)電動(dòng)汽車電磁兼容的檢測(cè)水平將進(jìn)一步提高，標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程會(huì)進(jìn)一步加快，原有標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)一步被修訂和完善，其執(zhí)行力度也將會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。

1）我國(guó)將制定新的汽車整車和零部件電磁輻射抗干擾標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)我國(guó)汽車整車電磁輻射抗擾性標(biāo)準(zhǔn)缺失以及零部件電磁輻射抗干擾標(biāo)準(zhǔn)滯后的現(xiàn)狀，國(guó)家擬參照ISO 11451《道路車輛整車對(duì)窄帶輻射電磁能的抗擾試驗(yàn)方法》和ISO 11452《道路車輛電器/電子部件（ESA）對(duì)窄帶輻射電磁能的抗擾試驗(yàn)方法》制定新的針對(duì)整車及零部件的電磁抗干擾測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（同樣適用于電動(dòng)汽車）。新電磁抗干擾測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化、制定工作計(jì)劃于2012年完成。新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施后，國(guó)家主管部門將增加對(duì)汽車整車電磁輻射抗擾性的要求。

2）我國(guó)將制定一個(gè)全面統(tǒng)一的強(qiáng)制性電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。目前我國(guó)出口歐盟的汽車產(chǎn)品需符合72/245/EC或ECE R10的要求（兩者技術(shù)要求基本一致，測(cè)試方法細(xì)節(jié)程序大部分引用CISPR和ISO的標(biāo)準(zhǔn)），其中ECE R10新的第4版標(biāo)準(zhǔn)已于2011年10月28日強(qiáng)制實(shí)施，不僅涵蓋了原有的車輛發(fā)射和抗擾，零部件的發(fā)射、抗干擾和抗靜電放電等內(nèi)容，還增加了針對(duì)電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的試驗(yàn)內(nèi)容。國(guó)家汽車標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)擬參照ECE R10制定全面統(tǒng)一的國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《道路車輛電磁兼容技術(shù)要求》。屆時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的EMC要求將可能嚴(yán)格執(zhí)行，對(duì)汽車零部件電磁輻射抗擾性測(cè)試的嚴(yán)酷度要求將嚴(yán)于GB/T 17619-1998，GB/T 17619-1998也失去了存在的作用，可以申請(qǐng)廢止。

3）我國(guó)將進(jìn)一步提高對(duì)電動(dòng)汽車EMC檢測(cè)能力的要求。為了客觀評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車的EMC性能，必須提供一個(gè)能夠模擬電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)的測(cè)試環(huán)境，其必要技術(shù)平臺(tái)就是帶有專用轉(zhuǎn)轂測(cè)試系統(tǒng)的電磁兼容暗室。國(guó)家工信部已經(jīng)發(fā)布了“汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)改造投資方向（2010年）”，對(duì)于第三方汽車及零部件公共檢測(cè)機(jī)構(gòu)能力建設(shè)，明確提出“電磁檢測(cè)能力建設(shè)：具備基于整車轉(zhuǎn)轂法的十米法半電波暗室進(jìn)行重型商用車車輛輻射及抗擾測(cè)試的試驗(yàn)檢測(cè)能力”。國(guó)內(nèi)各國(guó)家級(jí)汽車檢測(cè)機(jī)構(gòu)將在2012年初陸續(xù)建成具備上述能力的EMC測(cè)試平臺(tái)，其中國(guó)家客車檢測(cè)中心將建成國(guó)內(nèi)功率最大、軸距最長(zhǎng)的三軸四驅(qū)汽車EMC專用測(cè)試轉(zhuǎn)轂。屆時(shí)，電動(dòng)汽車的EMC測(cè)試將不再受制于測(cè)試設(shè)備（施），相關(guān)機(jī)構(gòu)可對(duì)其EMC測(cè)試技術(shù)開展進(jìn)一步研究，并對(duì)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善和細(xì)化。國(guó)家主管部門也將在執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中增加電動(dòng)汽車在加載方式下進(jìn)行EMC測(cè)試的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

電動(dòng)汽車相比于傳統(tǒng)燃油車增加了許多電力電子裝置，由此引發(fā)的EMC問(wèn)題尤為突出，需要更加重視。隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和國(guó)家主管部門越來(lái)越嚴(yán)格的要求，電動(dòng)汽車EMC測(cè)試內(nèi)容將備受關(guān)注?，F(xiàn)行EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行過(guò)程中還存在許多問(wèn)題，在電動(dòng)汽車EMC測(cè)試能力技術(shù)改造完成后，通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車EMC測(cè)試技術(shù)的研究，并開展企業(yè)、行業(yè)、國(guó)家的EMC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制（修）訂工作，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)在執(zhí)行細(xì)節(jié)上進(jìn)一步細(xì)化，更具可操作性。

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