汽车行驶系统常见故障诊断及维修技术研究

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司，江西贵溪 335424)

0 引言

随着汽车技术进步的突飞猛进和客户更高层次的需求，我国现已成为世界汽车第一制造大国和消费大国。未来30年，物联网、车联网、云计算、大数据、人工智能等将使世界汽车产业格局面临重新洗牌，汽车的运输本质或将走向更加智慧、节能、环保、轻便；而集各种高新技术于一体的智能汽车或将“聪明”过人，真正实现无人驾驶，彻底解脱驾乘者，使之再无紧张焦虑情绪，拥有更加轻松自如、身心愉悦的驾乘体验。

通常要使汽车在路上保持直线行驶，不走蛇形，不左摇右摆，其实并非易事。而行驶系统对汽车来说极为重要，它对汽车的安全可靠性、操纵稳定性及驾乘舒适性等发挥着主导作用，甚至危及驾乘人员生命安全。随着汽车行驶里程的增加，其行驶系统劣化倾向渐显，故障率陡增，油耗越来越大[1]，而行驶系统故障主因有使用维护不当、维修保养不良；超载、偏载、超速行驶；零部件选材不当、制造质量较差；路况、气温条件恶劣；燃油、润滑油质量低劣等。因而，掌握汽车行驶系统各部件检测方法和常见故障诊断维修技术，对保障汽车行驶稳定性、驾乘舒适性及人身设备安全意义重大。

1 汽车行驶系统技术发展概况及趋势

人类文明曙光初现的重要标志是古代交通进步，而古史传说称“黄帝造车，故号轩辕氏”，是黄帝被尊为中华民族人文始祖的要因。漫长的历史岁月中，早期车辆由畜力或人力驱动，而现代汽车始祖可追溯至马车、蒸汽机车和三轮汽车，1886年1月29日，德国人Karl BENZ获得首辆单缸三轮汽车发明专利，成为现代汽车诞生日。汽车行驶系统由马车、蒸汽车的行走机构演变而来，而利用风力、内燃机作动力的车则是人类向车辆自动行驶方面迈进的重要里程碑。

车轮是汽车行驶系统最古老的构件，蒸汽车时代采用木质辐条式、铸铁式车轮，内燃机时代则采用钢丝辐条式车轮、实心橡胶轮胎、充气轮胎。轮胎结构已由无内胎向子午线、缺气保用、新能源汽车配套用、绿色轮胎等方向发展。早期车身、车架分别由马车厂、汽车厂制造，车架呈框式，由木材、钢管、辗钢制成；最早车架采用大梁式，一直沿用至今，后由承载式车身替代，且车架与车身结合发展成为传统结构型式，可解决车架抗扭刚度问题，但因设计开发和生产工艺皆复杂，只供大批量生产；钢管式(框条式)车架适用于少量跑车；铝合金式呈方梁状而非管状，仅用于小型量产跑车；碳纤维式仅限于赛车和极少数量产车；而豪华轿车和越野车大多设有副车架与正车架相连，能阻隔振动、噪声，减少其直接进入车厢。

早期悬架为马车的叶片弹簧，后陆续被螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧、橡胶弹簧、钢板弹簧等所替代；悬架已由传统的被动悬架发展为半主动式、主动式、空气式，目前国内外对半主动、主动悬架的研究以控制策略和执行器的研究为主，控制策略则主要倾向于预测、自适应、天棚、模糊、神经网络及最优控制等方面。减振器已由早期的弹簧式逐步发展为液压式、摇臂式、充气式、阻力可调式，且目前阻力可调式正成为主流减振器，今后将向自适应可调式、复合型或新型减振器方向发展。随着独立悬架的诞生，减振器也由摩擦式发展为液力式。

传统汽车前、后轴分别兼作转向、驱动，早期前轴呈直线式且断面为钢管，发动机设于前轴后，改变前轴转向节形状后，前轴采用工字梁至今，而四轮驱动要求转向节又改为目前通用的式样。独立悬架发明后，未设前轴，后轴既承重又传递动力。传统后轴利用两根活动的半轴来驱动车轮，既传递驱动转矩，又承受各种载荷产生的弯矩。半浮式半轴是将内端轴承支承改设在差速器壳上，客车、轿车和载货汽车应用极广，而全浮式半轴则适用于载荷较大的场合。随着汽车科技的进步，车桥结构并无甚变化，其技术发展趋势是调整优化桥壳机加工工艺、提高车桥附件技术含量和自润滑能力、在车桥上应用电子技术等，以提升车桥的竞争力。

进入21世纪，电子技术的发展为汽车向电子化、智能化、网络化、多媒体化的发展创设了有利条件，未来汽车将由单纯的机械产品向高级机电一体化产品方向发展，如行驶动力学调节系统FDR(Fahr DynamikRelung)或VDC(Vehicle Dynamic Control)、适时调节的自适应悬挂系统、常速巡行自动控制系统CCS(Cruising Control System)、电控自动变速器ECAT(Electronic Control Automatic Transmission )、电子转向助力系统、防抱死系统ABS(Anti-lock Braking System)、防撞系统等，极大地提高了车辆行驶的综合性能。

2 汽车行驶系统结构组成及分类要求

汽车行驶系统的主要构件有车架、车桥、悬架、车轮(履带)等，可分为轮式、全履带式、半履带式、车轮履带式及水陆两用式。汽车常行驶在较坚实的道路上，直接与地面接触部分是车轮或履带的，为轮式或全履带式行驶系统；直接与地面接触部分是车轮、履带或车轮(滑撬)、履带的，为车轮履带式或半履带式行驶系统，且以轮式行驶系统居多，但沼泽地带、雪地宜选用履带式，它对地面的比压低、附着力大、车辆不易陷落、通过性能好。行驶系统的主要功用是将汽车构成一个整体且支承全车重力；接受传动系统的动力，通过驱动车轮与路面的附着作用产生牵引力；传递并承受路面作用于车轮上的各种反力及形成的力矩；配合转向系统保证车辆操纵稳定性及车轮相对车架的运动轨迹；路遇坑洼不平路面，能缓冲、衰减对车身造成的强烈颠簸振动，降低货物和车辆自身的动载荷，提高行驶平顺性和驾乘舒适性。

车架可固定汽车绝大多数总成和部件，并使其保持正确的相对位置。它是整车装配基体且跨接于各车桥之间，结构呈桥梁式；要求结构简单、总质量小、强度和刚度足够、布置离地面近、重心低、前轮转向角较大等。主要承受来自车内外的各种载荷，且支承连接汽车的各零部件。车架种类有边梁式、无梁式(承载式)、铝合金式及特殊材料一体成形式。目前，主流车架为边梁式、无梁式，大、重型货车和大、中型客车以采用边梁式居多，很多轿车和部分大型客车采用无梁式车架，因未设车架，由其车身骨架承担车架功能；小型跑车采用铝合金车架；大部分货车、客车和越野车则采用非承载式车身。未来车架是在无梁式结构的车厢底部增设独立钢框架，可认为是简化的边梁结构，它融合边梁式、无梁式两者设计方案优点，既可保证刚度，与边梁式结构相比，又能大幅降低重力和重心高度。

按结构不同，有整体式和断开式车桥之分；按使用功能不同，可分为转向桥、转向驱动桥、驱动桥和支持桥，其主要功用是通过悬架与车架相连，两端装车轮，传递车架与车轮之间各种力矩。现代汽车采用前桥转向比多桥转向多。与非独立悬架匹配的转向车桥结构大体相同，其转向节绞接于车桥两端，前梁中部采用空心或实心梁；采用活动关节式结构的断开式转向桥与独立悬架匹配。很多轿车、全轮驱动越野车采用转向驱动桥，即其前桥同为驱动桥和转向桥。

悬架是指车架(或车身)与车桥(或车轮)之间一切传力连接装置，可用作传力、缓冲、减振、导向等，与车辆行驶稳定性和乘坐舒适性密切相关，因而调校十分复杂。它主要由减振器、弹性元件、导向机构和横向稳定器等部分组成，可分为麦弗逊式、双横臂式、双叉臂式、多连杆式、拖曳臂式、空气弹簧可变式独立悬挂；钢板、螺旋弹簧式非独立悬挂；扭力梁式半独立悬挂。独立悬架需增设减振器和导向机构，其自身无减振作用且仅承受垂直载荷，无须润滑，不忌泥污，纵向安置空间不大，弹簧质量小，且与断开式车桥配用，在轿车上应用广泛。非独立悬架常以钢板弹簧为弹性元件，与整体式车桥配用，在货车前后桥和轿车后桥上应用较多。螺旋弹簧式多用于轿车后悬架。半独立悬挂结构简单、传力可靠、操控性较好，能过滤微小的震动，但对大坑洞不太适应，舒适性略差，仅限于在小型车和紧凑型车上使用。

减振器可分为筒式、阻力可调式、充气式。它以液压控制为主，要求压缩行程阻尼力小、伸张行程阻尼大，以利于弹性元件缓冲、减振迅速；应避免振动过大而使阻尼增加过多。钢板弹簧近似一根等强度的弹性梁，应用最广泛；螺旋弹簧有等螺距和不等螺距弹簧之分；扭杆弹簧悬架质量较小，结构较简单，也无须润滑，可横向或纵向布置，能便利地安装满足设计要求长度的扭杆，以保证悬架性能良好；气体弹簧可分为空气弹簧和油气弹簧，空气悬挂可根据不同路况来调整车身高度和调节避震器的软硬，刚度可变，科技含量较高，但空气悬挂结构更复杂、故障率高、寿命低，仅用于高端豪华轿车或SUV；油气弹簧弹性介质、传力介质分别为氮-惰性气体、油液；橡胶弹簧弹性模量小，受载后弹性变形较大，能同时承受多向载荷，但耐油性、耐高温性比钢弹簧差。车辆转弯行驶时，横向稳定器可减少车身侧倾角和横向角振动，预防车身产生横向侧倾。

3 行驶系统常见故障诊断及维修技术研究

3.1 行驶方向跑偏

该故障是指车辆无法保持直线行驶，即使不受外力作用，稍有放松即自动向左或向右行驶，偏离车道。其故障主因是轮胎气压不一致，轮胎大小、花纹及磨损程度不同；四轮定位参数、后轮推进角严重失准；前束调整不当，车轮外倾角或两端主销后倾角不相等；前轮左右轮轴承松紧调整不一，制动轮缸无法将制动蹄完全张开或不能回位等，导致一侧车轮制动拖滞；后桥轴管、转向节臂、转向节产生弯曲变形且损伤程度不同；前轴、车架产生变形，左、右轴距相差过大，左、右减振器有损伤，一侧钢板弹簧松动、错位、折断、两边弹力不均或一侧减振器失效；路面坑洼不平；风的阻力大等。

先排查轮胎使用情况。保证轮胎气压正常，必要时调整或检修前轮外倾角和前束；轮胎直径、气压相同时，若产生车身倾斜，应排查较低侧钢板弹簧弧度、弹力是否正常；制动鼓、轮毂轴承温度高烫手时，表明制动系统拖滞或轮毂轴承过紧；若以上均属良好，则必须检测汽车四轮定位，保持四轮直线行驶，保证车辆行驶的安全性[2]。

3.2 方向盘摆振

3.2.1 高速行驶时方向盘摆振

该故障属于自激型摆振。前轮定位参数失准(由前轮减振器变形引起)及传动轴、车轮、制动盘不平衡等，皆会引起高速摆振。汽车在某一高速行驶，高于或低于该速度时，皆不产生摆振。随着车辆的提速，摆振会明显增大或在某一较高车速产生摆振，该故障现象主要表现为直线稳速距离越长，路况越复杂、越恶劣，摆振现象越剧烈。

可利用相干性、频谱和阶次等分析方法确定并优化引起方向盘产生摆振的问题部件。应排除方向盘自由行程过大的问题；酌情调整前轮各定位角和前束；必须检测轮胎的变形程度、前桥车轮的静平衡状况，必要时再做动平衡调整；需检查前轴、车架是否变形；传动轴连接松动、弯曲变形时，要及时紧固、校正或更换，有条件则做传动轴动平衡；应检查前钢板弹簧刚度，转向减振器有漏油痕迹、衬套磨损严重，或前悬架减振器漏油、减振效能不良时，必须更换新备件；需及时紧固松旷的弹簧支架铆钉。

3.2.2 低速行驶时方向盘摆振

该故障属于强迫型摆振，常发生于车速为40 km/h时。主要表现为整车有晃动感。转向盘自由行程过大；转向系统中各传动件之间的配合间隙太大，传动轴弯曲变形，支承垫松动、老化、损坏；轴心套磨损严重；在一定的低速区域内前束太大或太小、主销后倾角太小；坑洼不平的地面会对车轮产生强烈的冲击等，皆会导致低速摆振。

应排除方向盘自由行程过大的问题；必须更换松旷的前轮轴承；定期点检转向减振器、两下支臂、连杆组件、横拉杆等连接部件，拧紧松动部件；更换剧烈磨损的各连接件连接部分，否则需调整过大的轴心套活动量，或适时调整好前轮定位参数。

3.2.3 制动或减速时方向盘摆振

前悬架各连接处或前轮轴承松旷、制动盘或制动块表面不平等，皆会引起汽车制动或减速时摆振。应检修或更换松旷的前悬架各连接件或前轮轴承；若两前轮轴承无松动，则需更换表面不平的制动盘或制动块。

3.2.4 液压助力转向系统方向盘摆振

机械转向系增设助力装置后即成为液压助力转向系统，因而该故障涉及机械或助力装置部分。应先排查机械部分，后排查助力装置，如助力油油量太少，表明液压系统漏油、油位低，需检修、补充油；液压系统混入空气时，必须检修或换油；若油量充足，需检查油泵流量或溢流阀是否调整不当；若流量正常，则检查分配阀反作用弹簧。

三是引领业主自治。在社区党组织的领导下，参照城市社区自治模式，由业主大会推选产生业主委员会，代表广大入住村民利益，反映业主意愿和要求，并监督物业管理公司管理运作。完善“三务公开”工作机制，聚焦新型农村社区居民关注的征地补偿、土地租金、脱贫攻坚、物业管理等，精准梳理必须公开的17项规定事项，保证涉及群众的事情让群众知道、接受群众监督、由群众做主。

3.2.5 其他转向系统方向盘摆振

汽车行驶过程中路况、车况不同，排查故障需根据实际问题作具体分析。由传统液压助力转向系统发展而来的电液动力、电控助力转向系统，仅提供和控制助力的方式各异，其故障诊断处理方法可借鉴传统转向系统方向盘摆振。非机械连接的电子转向系统方向盘与车轮应无方向盘摆振，即便有，抑或是控制装置给方向盘输出了错误信号而已。

3.3 前桥变形、疲劳裂损、断裂或轴头发热

该故障易导致轮胎异常磨损、前轮行驶稳定性变差、寿命低，严重影响汽车正常运行。其故障主因是前桥需长期承受各种交变冲击载荷。前桥在垂直或水平方向弯曲变形时，要校正前横梁；前桥扭转变形时，需酌情矫正修理或更换前横梁；前桥轴头发热时，应检查轴承配合松紧度和轮毂轴承是否缺油；制动气室膜片不回位或回位太缓慢，制动蹄回位弹簧断裂或弹力不足，皆会导致前桥制动鼓发热，必须排查气路故障和制动凸轮轴是否发卡。前桥疲劳裂损或断裂时，必须更换新件，严禁超载和偏载运行。

利用仪器、量具或拉线法，可分别检验前桥的弯曲变形或扭转变形；采用水平仪，可检查前桥变扭变形；采用前桥浸油敲击法，可排查转向节是否裂损；而采用热校法、冷压法及焊补，则可修复弯曲变形的前轴；必须调整好前轮束或前轮定位参数。

3.4 钢板弹簧窜动、疲劳裂纹、折断

汽车行驶过程中，若有斜扭感且方向一侧轻、一侧重，说明钢板弹簧片窜动跑偏较明显。检修时，须留意钢板销极限磨损值，按规定扭力交叉均匀拧紧U形螺栓螺母，各片应清洁平整无锈蚀、润滑良好，及时排除异常状况；盲目超载、偏载、超速、紧急制动，转弯车速过快，U形螺栓、中心螺栓松动，板簧片间润滑不良，使用不当，路况恶劣等，皆会使钢板弹簧产生疲劳裂纹损坏、塑性变形、弹性下降、应力集中折断。该故障主要表现为车身倾斜、自动跑偏，危害极大。必须严禁超载、超速行驶，加强正确维护与保养；定期检查鉴定，仅需测量轮距判明车身是否倾斜，应及时更换断损件。

3.5 减振器漏油、失效、异响

减振器漏油故障会失去减振作用，而缺油易加速内部机件磨损，该故障主要表现为在静止或工作状态下，其内部有油液渗出或流出痕迹。用手触摸减振器外壳不够热，说明减振器内部无阻力、不工作，适当加入润滑油再试验，若外壳发热，则为减震器内部缺油，需补足油；否则表明减震器失效。该故障主要表现为内部机件卡滞、密封圈磨损、油液从缸筒壁处漏出等。

受气液作用、激扰传递、摩擦撞击及共振等因素影响，减振器易产生异响，对整车NVH性能极为不利。该故障主要表现为车辆行驶时方向盘震手、驾驶室抖动。减振器零件磨损或破损、零件质量低劣或装配不当等引起外泄漏，会产生摩擦撞击异响；应提高活塞杆、工作缸、活塞环、导向衬套、油封、阀片等零件设计制造质量。而适当调整减振器上支座合件的硬度，切断异响传递路径，或微调减振器阻尼，变更阀系特性，改善车辆匹配性，皆可抑制共振异响故障。

3.6 后桥壳弯曲、裂纹

3.7 轮胎异常磨损、爆胎

3.7.1 轮胎异常磨损

长期超载超速、轮胎气压不标准、前轮定位失准且调整不及时、双胎夹石、轮辋变形、前梁弯曲等，易引起轮胎胎面异常磨损、突然爆胎或早期损坏。该故障包括胎面磨损不一致；胎冠外侧、内侧、中部磨损；胎冠呈波浪状、碟边状、锯齿状磨损等，其中胎面磨损不一致的故障主因是前轮定位不正确，外倾角、前束调整不当；过高的轮胎气压使车轮摆差过大；制动器分离不彻底；悬架零件磨损严重。必须严禁超载超速，及时、正确地调整外倾角、前束，按规定标准充气，排除制动器故障，更换悬架严重磨损件。

3.7.2 轮胎爆胎

爆胎发生时间极短且往往具有不可预见性，突然爆胎后汽车行驶的方向操纵性和受力平衡性遭到严重破坏，留给司机抢修的时间非常短，此时车辆往往会失控、无规则跑动而酿成交通事故，特别是高速行车爆胎后形成的巨大惯性力，极易使车辆产生剧烈的甩尾、侧滑、侧翻或连续翻滚，伤及路边行人、护栏及其他行驶车辆。爆胎是导致交通事故的罪魁祸首之一，危害性极大。

掌握爆胎前的五大征兆判断技巧可大幅降低爆胎的安全隐患，检查轮胎发现1～2条胎面花纹磨损指示线时，说明胎面花纹厚度减薄，行驶在湿滑路面上需格外小心，若轮胎上所有指示线皆清晰可见，说明该换轮胎了；用计量器测量胎面花纹厚度应大于1.6 mm，对湿滑路面应保证胎面花纹厚度为两倍数值；轮胎侧壁有细小裂痕、切口时，易漏气、爆胎，应尽快送修更换轮胎为上策；轮胎外表面因强度不足而产生鼓包、起泡时，需及时送修检测，避免高速行车爆胎严重伤害驾乘人员；车辆振动和抖动过多时，说明轮胎存在轴向偏移或受力不平衡，也可能是减震器故障或存在轮胎内部问题。

3.8 车架变形、裂损等

车架变形可分为弯曲变形、弯扭变形，弯扭变形包括侧向或纵向弯曲、菱形变形、扭曲。该故障主要表现为车架变形、损伤、早期破坏，会破坏各总成相对位置，总成易早期损坏，轮胎、零部件等异常磨损产生非正常声响。其中车架前部或后部受撞击产生侧向变形时，会使两侧轴距长短不一，车辆会自行向短轴距侧跑偏；车辆一侧中点附近受撞击产生完全侧向弯曲损坏时，车架略呈“V”字形。车架尤其是承载式车身正前方或正后方受撞击产生纵向弯曲时，会使车架两侧或单侧轴距变小且侧面向外鼓起，门框、边梁产生扭曲变形。边梁式车架撞击受损变为菱形时，不再保持相互垂直，若右后轮相对左后轮被撞向后方，后悬架会向右转且使车辆产生向左转的侧向力，必须不断向右转方向盘方能抵消。车架扭曲常由翻车事故引起，使车架一只角翘曲高于其余角，而底盘前、后面不再与路面保持水平。

恶劣路况条件或行车事故易引起车架弯扭变形，使轮胎异常磨损加剧、汽车制动性能变坏、操纵稳定性变差、油耗陡增，需及时校正。车架送专修厂检修时，前期应先用机械法或化学法清除干净车架表面的油污、泥土及锈迹，再目测车架是否有严重的变形、裂损、断裂、锈蚀、螺栓或铆钉松动等现象。检查弯曲变形时，可利用拉线、直尺、90°直尺、卷尺、专用游标卡尺；检查弯扭变形时，可利用仪器检测纵横梁表面不平度、对角线长度及钢板销孔长度，以判定其损失程度。车架弯曲、弯扭或歪斜变形超过允许值时，需矫正；变形不大时，最先进、最科学的方法是利用专用液压机具(车体矫正机)测量系统测出被测车架的各种数据，再对照原厂本车数据找出误差值，直接用牵引装置进行整体牵引冷压矫正；可拆散变形严重的车架，分别矫正纵、横梁，再重新铆合，必要时可采用木炭火或中性氧化焰局部加热变形部位至暗红色，再进行热矫正，但加热温度应不大于700 ℃，以免影响车架性能；对变形严重的，应更换车架总成。

汽车行驶路面坑洼不平时，车架的垂直冲击载荷易超过车架的许用应力，或汽车过载、偏载、上下坡或转弯时，引起车架局部过载，导致车架裂纹或断裂。此时车辆不得带“病”运行，应酌情采取焊补、挖补、对接、帮补等措施修复；装载货物时，须将货物均布于厢斗内，避免重心偏载；铆钉头应无裂纹、歪斜、残缺等，铆钉松动或被剪断可采用冷铆、热铆重新铆合或紧固。

检测车架裂纹时，宜采用直观检视法或敲击法，后牵引钩不得有裂损，且与衬套配合间隙适当，缓冲弹簧无断裂且调整得当，锁扣应开闭灵活，各支架、托架应连接可靠，无明显变形或裂纹。为避免车架损伤，延长其使用寿命，可对车架进行动应力计算、疲劳仿真分析及振动分析等，找出结构薄弱处，能大幅降低或取代部分疲劳试验[3]。

3.9 行车噪声、异响

据统计，汽车发生率较高的十大故障中，汽车噪声、异响故障约占一半。轮胎噪声、发动机噪声、空气噪声和车身机构噪声皆会通过车身的孔缝传入车内，胎噪约占汽车噪声的70%[4]。行车行驶过程中的异响主要源自变速器、差速器、离合器等传动系统部件；行驶系统、动力总成、风阻；汽车底盘损伤严重、轮毂轴承调整不当或损坏、各支承座安装不当或损坏等产生的噪声。

非正常声响通常是汽车行驶过程中的故障“报警器”，切忌让汽车“带病作业”。每位司乘者对汽车异响皆备受煎熬，不堪忍受，若未及时检测和维修，轻者破坏司乘者心情，重则酿成人身设备安全事故。其故障主因有制动鼓失圆、摩擦片接触不良、回位弹簧脱落、蹄片不能回位产生刮磨、铆钉脱外露、三角臂固定胶套损坏；转向节球头损坏；平衡臂胶套老化；减震器、转向节内轴承、转向机两侧拉杆球头老化；减震器稳定支座、连接杆球头、固定螺栓松旷等。可分解车轮或故障部位，逐项排除；对行驶系统异响需认真排查再拆解，杜绝重复维修。

4 结束语

汽车行驶系统故障影响因素很多且复杂，具有多变性、随机性、不可预见性和不确定性。而针对汽车行驶系统常见故障诊断及维修技术进行长期、深入的研究，可充分满足汽车高速行驶及坑洼不平路面的需要，能有效地提高车辆的运输效率、安全可靠性、操纵稳定性、驾乘舒适性及使用寿命。

参考文献:

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[3]邹喜红，王耀伟，彭吉刚,等.汽车轮心实际行驶位移提取方法[J].科学技术与工程，2017,17(19)：247-251.

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