基于低速碰撞的汽車C型日行燈方案設(shè)計(jì)

張志云，張建國(guó)

基于低速碰撞的汽車C型日行燈方案設(shè)計(jì)

張志云，張建國(guó)

（上汽大眾汽車有限公司，上海 200000）

C型日行燈作為新能源汽車的造型元素，越來(lái)越受到汽車造型師的青睞。為了滿足碰撞法規(guī)的要求，C型燈在碰撞時(shí)必須有足夠的潰縮空間，并且要避免與擺錘的直接接觸。文章綜合考慮造型及碰撞法規(guī)要求，解決C型日行燈的低速碰撞問(wèn)題，提出了三種C型燈外形擺錘避讓方案，可以滿足造型種需求。

低速碰撞；擺錘；C型日行燈

引言

歐洲汽車法規(guī)中，為了提高大霧天氣以及日照不好的陰天的行車安全，提升被對(duì)方來(lái)車及行人的識(shí)別性，已強(qiáng)制要求所有車輛均需要配置日行燈，中國(guó)雖然目前沒(méi)有強(qiáng)制要求，但目前越來(lái)越多的車已經(jīng)配置了日行燈?？梢詫⑷招袩艏稍谄嚨拇鬅魞?nèi)部，也可以作為獨(dú)立的日行燈設(shè)計(jì)在大燈的下方。日間行車燈在白天默認(rèn)長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟，可以提高車輛的辨識(shí)性，提示對(duì)方車輛和行人避讓，比僅在霧天偶爾開(kāi)啟的霧燈使用率更高，日間行車燈從實(shí)用性上有逐步取代霧燈的趨勢(shì)，裝備率逐年提高。

C型獨(dú)立日行燈是汽車造型上的一種新趨勢(shì)，C型燈是指日行燈的造型采用字母C 的形狀，如圖1。相比于單一的橫條I型日行燈，C型燈的造型語(yǔ)言更豐富，變化更多樣，更受到汽車造型師的青睞。德國(guó)大眾以及其他汽車廠商通常把外置的獨(dú)立C型燈作為新能源汽車的獨(dú)特設(shè)計(jì)元素以區(qū)別于傳統(tǒng)的燃油汽車，在各種混合動(dòng)力車型以及純電動(dòng)車型中廣泛應(yīng)用。

圖1

1 法規(guī)要求

國(guó)家強(qiáng)制法規(guī) GB17354-1998<汽車前后端保護(hù)裝置>，其中規(guī)定了汽車低速擺錘碰撞的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)保險(xiǎn)杠及安裝在保險(xiǎn)杠上的零件提出了要求。關(guān)鍵的幾點(diǎn)引用如下，2.1條規(guī)定裝在汽車前、后端的諸元件，其設(shè)計(jì)要求為在發(fā)生接觸和輕微碰撞時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致車輛的嚴(yán)重?fù)p傷。3.1條進(jìn)一步規(guī)定，照明和信號(hào)裝置應(yīng)能夠繼續(xù)正常工作并清晰可見(jiàn)。法規(guī)第4條規(guī)定了低速碰撞試驗(yàn)的具體方法，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是離地445mm的有效質(zhì)量為整車整備質(zhì)量的擺錘，分別在空載和半載狀態(tài)下，在0度正對(duì)方向上以4Km/h的速度和30度方向上以2.5Km/h 的速度分別對(duì)車輛進(jìn)行打擊。試驗(yàn)結(jié)果車輛應(yīng)能夠滿足上述3.1條的要求。圖2所示為擺錘的形狀，以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工況。

圖2

這種情況在汽車的日常使用中經(jīng)常出現(xiàn)（泊車時(shí)車輛間的輕微碰撞，輕微撞墻，撞柱等），所以很有實(shí)際意義。更進(jìn)一步的，很多汽車制造企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求整個(gè)保險(xiǎn)杠系統(tǒng)在碰撞過(guò)程中始終在彈性變形范圍內(nèi)，基本沒(méi)有損壞，以減少汽車的維修機(jī)會(huì)及成本，在保險(xiǎn)杠上布置的貴重零件，例如倒車?yán)走_(dá)，ACC自動(dòng)巡航雷達(dá)，光亮條等均應(yīng)該在低速碰撞擺錘試驗(yàn)中保持完好。C型日行燈設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮在國(guó)標(biāo)規(guī)定的擺錘試驗(yàn)條件下不能被損壞。

2 技術(shù)難點(diǎn)

C型日行燈一般由燈罩，LED，底殼等部件組成。燈罩一般為PC即聚碳酸酯材料，該材料的特點(diǎn)是硬度大、強(qiáng)度高、抗紫外線、透光性好。燈罩雖然也有一定的韌性，但是因?yàn)橛捕却?，在汽車擺錘試驗(yàn)中直接被擺錘打擊時(shí)，或者在擺錘運(yùn)動(dòng)的后方有硬物阻礙時(shí)，C型燈受到擠壓或扭曲，燈罩就會(huì)產(chǎn)生裂紋甚至完全碎裂，導(dǎo)致C型日行燈失效，不能滿足法規(guī)的要求。

C型日行燈一般位于大燈的下方，左右對(duì)稱布置。與傳統(tǒng)的前霧燈相比，C型日行燈高度和寬度的尺寸更大。具體到低速碰撞的擺錘打擊實(shí)驗(yàn)，30度角碰擺錘的打擊試驗(yàn)對(duì)于C型日行燈會(huì)更加的苛刻。絕大部分情況下，C型日行燈與30度角碰擺錘打擊區(qū)域會(huì)存在一定的重合量，擺錘會(huì)直接打擊到C型日行燈的區(qū)域，如果不進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，C型日行燈就會(huì)被打壞掉。汽車早期造型設(shè)計(jì)階段，就要重點(diǎn)考慮C型日行燈的形狀和布置，優(yōu)化C型燈與擺錘的位置關(guān)系，達(dá)到造型與技術(shù)的和諧一致。

3 內(nèi)部空間避讓方案設(shè)計(jì)

要保證C型日行燈在低速碰撞擺錘實(shí)驗(yàn)中不被損壞，首先需要滿足的條件是C型燈的后方有足夠的潰縮空間。碰撞過(guò)程中，擺錘首先接觸到C型日行的燈保險(xiǎn)杠區(qū)域，之后該區(qū)域會(huì)被擺錘帶著向后移動(dòng)，方案設(shè)計(jì)是必須保證C型日行燈能夠沿著擺錘運(yùn)動(dòng)方向自由運(yùn)動(dòng)一段距離，不被其他的零件阻擋，例如水壺，喇叭等。這樣就能防止C型日行燈被擠壓破壞。

圖3

根據(jù)既往試驗(yàn)高速錄像及計(jì)算機(jī)CAD/CAE計(jì)算模擬，由于實(shí)驗(yàn)中的擺錘的質(zhì)量等同于該車輛的整備質(zhì)量，塑料的前保險(xiǎn)杠自身對(duì)于擺錘的阻擋效果很弱，擺錘在打擊到保險(xiǎn)杠蒙皮后會(huì)繼續(xù)向內(nèi)侵入，直到擺錘接觸到汽車的金屬前保橫梁，受到鋼質(zhì)前橫梁的剛性阻擋后，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)約10mm后才會(huì)停止。因此，C型燈的運(yùn)動(dòng)路徑為擺錘與蒙皮第一接觸點(diǎn)到前保險(xiǎn)杠橫梁的距離+10mm。圖中可以看到擺錘與保險(xiǎn)杠的第一接觸點(diǎn)到保險(xiǎn)杠橫梁的距離為90mm，那么C型燈在碰撞過(guò)程中沿30度擺錘方向向后運(yùn)動(dòng)距離大約就是100mm。碰撞過(guò)程中，C型燈的內(nèi)側(cè)最先被擺錘帶著運(yùn)動(dòng)，此時(shí)C型燈并沒(méi)有與橫梁接觸，C型燈可以看成是繞著外側(cè)旋轉(zhuǎn)并少許向內(nèi)移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)值一般C型燈的外側(cè)向內(nèi)移動(dòng)量只有30mm左右，比起內(nèi)側(cè)的約100mm的移動(dòng)量少了很多。圖3中分別標(biāo)示了擺錘與C型燈初始位置（實(shí)線）和模擬的最終位置（點(diǎn)劃線）。此例子中可以看出C型燈最終位置與該車型的水壺已有部分干涉，因此水壺不能沿用原來(lái)燃油車的已有零件，需要為配備C型燈的電動(dòng)車單獨(dú)開(kāi)發(fā)一款水壺，避開(kāi)C型燈的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)體。

4 外形擺錘避讓方案設(shè)計(jì)

要保證C型日行燈在低速碰撞擺錘實(shí)驗(yàn)中不被損壞，還要盡可能避開(kāi)C型燈的布置位置與擺錘的直接接觸，依靠保險(xiǎn)杠蒙皮來(lái)緩沖保護(hù)C型燈。本文提出三種避讓方案以適應(yīng)不同的造型需求。

4.1 利用蒙皮凸起避免與擺錘直接接觸

對(duì)于三廂轎車，通常前保險(xiǎn)杠高度較低，C型燈本身的高度尺寸較大，經(jīng)常出現(xiàn)擺錘高度和C型燈高度重疊的情況。如圖4截面所示，該車C型日行燈的上臂正好位于擺錘的打擊區(qū)域，在高度和寬度方向上均與擺錘重疊，不可避免的會(huì)被擺錘打擊到。這種情況下，可將燈具類的零件縮進(jìn)汽車前保蒙皮少許，利用突出的保險(xiǎn)杠蒙皮避免擺錘與日行燈的直接接觸。類似的設(shè)計(jì)在許多其他車型的后保險(xiǎn)杠上的回復(fù)反射器以及前霧燈的設(shè)計(jì)上都有應(yīng)用，一般來(lái)說(shuō)5mm-10mm的縮進(jìn)量即可滿足法規(guī)要求的2.5km/h低速角碰擺錘碰撞試驗(yàn)。該方案的設(shè)計(jì)原理是，在將C型燈布置于稍微縮進(jìn)保險(xiǎn)杠蒙皮內(nèi)后方，蒙皮形成個(gè)保護(hù)凸起，擺錘與保險(xiǎn)杠的接觸點(diǎn)如圖所示，擺錘先與蒙皮接觸，適當(dāng)縮進(jìn)的C型燈上臂沒(méi)有直接與擺錘接觸。由于蒙皮突出C型燈的部分是一個(gè)向內(nèi)的折邊，本身有一定的剛度，且還與日行燈支架進(jìn)行卡接，擺錘接觸到蒙皮后，該部分蒙皮不被輕易的潰縮，能夠保持形狀，并帶著C型燈沿著擺錘運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，整個(gè)擺錘打擊過(guò)程中，擺錘均與C型燈保持少許間隙，從而達(dá)到保護(hù)C型燈不被擺錘直接擊打損壞。

圖4

4.2 利用犧牲件滿足造型和擺錘碰撞要求

當(dāng)擺錘高度和C型燈高度重疊時(shí)，如果造型不接受蒙皮突出日行燈的方案，提出C燈造型突出保險(xiǎn)杠蒙皮的造型方案時(shí)，由于不可能在高度方向上避開(kāi)與擺錘的接觸，就要找方法使C型燈在車身寬度方向上來(lái)避開(kāi)與擺錘的直接接觸。汽車低速碰撞擺錘實(shí)驗(yàn)法規(guī)4.8.3.b規(guī)定，30度角碰實(shí)驗(yàn)中，碰撞時(shí)最先接觸點(diǎn)應(yīng)在碰撞器的中垂面上。如果能將擺錘的第一接觸點(diǎn)盡量靠?jī)?nèi)，而C型燈的上臂盡量靠外，做的短一點(diǎn)，則有機(jī)會(huì)使擺錘與C型燈在水平方向位置錯(cuò)開(kāi)，使擺錘在打擊時(shí)，擺錘的打擊面基本接觸不到C型燈。這種情況下將C型燈上臂分為兩部分，將靠?jī)?nèi)部分做成外觀與C型燈一樣的犧牲件（假燈），碰撞時(shí)利用犧牲件與擺錘直接接觸，可以保護(hù)真正的C型日行燈不被損壞。

由于擺錘的寬度還是比較大的，整體寬度達(dá)到610mm，如果不算上擺錘的R102mm的圓角，打擊平面的寬度也要達(dá)到406mm。一般車輛的角碰點(diǎn)大多位于Y580mm左右，那么擺錘的直接打擊范圍一般在Y380-Y780，基本上涵蓋了整個(gè)側(cè)角。為了使C型燈能夠盡量避開(kāi)擺錘的打擊，設(shè)計(jì)時(shí)首先通過(guò)造型優(yōu)化，將擺錘的第一接觸點(diǎn)盡量向車內(nèi)側(cè)調(diào)整。如圖5所示截面為該方案在某混動(dòng)車型中的應(yīng)用，通過(guò)造型大面調(diào)整將擺錘的第一接觸點(diǎn)由起初的Y560mm調(diào)整到了Y470mm。并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了犧牲件（假燈）的寬度為180mm，可以將擺錘和C型日行燈在水平方向上錯(cuò)開(kāi)，避免擺錘碰撞時(shí)損壞C型燈。如圖6所示。該車型的C型燈，下臂長(zhǎng)度為300mm，而上臂卻只有120mm，造型上為了與下臂協(xié)調(diào)，將犧牲件設(shè)計(jì)成與C型燈一樣的外觀，靜態(tài)下與真燈效果類似，與真的C型燈共同形成了一個(gè)比較和諧的C型的造型，但在日行燈開(kāi)啟狀態(tài)下，假燈卻是不發(fā)光的。該方案最終被造型接受。

圖5

應(yīng)用該方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，保險(xiǎn)杠和擺錘的接觸點(diǎn)向內(nèi)越多，對(duì)C型燈的上臂寬度影響越小。但是根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，保險(xiǎn)杠與擺錘的接觸點(diǎn)也不能設(shè)計(jì)一味的向內(nèi)，如果擺錘的第一接觸點(diǎn)在Y坐標(biāo)500以內(nèi)，保險(xiǎn)杠的造型會(huì)顯得車頭比較尖，造型會(huì)比較奇怪。圖5示的實(shí)線為混和動(dòng)力版車型的保險(xiǎn)杠的輪廓，可以看出在擺錘第一接觸點(diǎn)Y470附近，保險(xiǎn)杠有個(gè)比較明顯的尖角。而點(diǎn)劃線所示的燃油車的輪廓?jiǎng)t比較圓滑，看不出有突變。同時(shí)C型燈為了要與擺錘在水平方向盡量避開(kāi)，與擺錘高度上重合的C型的上臂就需要設(shè)計(jì)比較短，而下臂由于和擺錘高度上錯(cuò)開(kāi)則沒(méi)有這個(gè)要求，可以做的稍長(zhǎng)一點(diǎn)。

圖6

4.3 利用C型燈高度合理避讓擺錘

針對(duì)某些SUV車型，為了突出設(shè)計(jì)中的粗曠感，造型不愿采用C型燈縮進(jìn)蒙皮的設(shè)計(jì)，而希望C型燈能夠突出在最外面。對(duì)于這種情況，可以利用SUV車型本身的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)C型燈的高度，避讓擺錘的直接打擊。SUV車型離地間隙比較大，車輛較高，C型燈可布置區(qū)域也較大，較高?？蛰d情況下，轎車的接近角一般為14度，保險(xiǎn)杠離地高度約為220mm。SUV車型的接近角可達(dá)19度，保險(xiǎn)杠離地高度300mm左右，比轎車高了不少。同時(shí)由于SUV車型的造型特點(diǎn)，前保本身的高度尺寸也很大，使得C型燈可以布置的高度比較寬泛。而法規(guī)規(guī)定的擺錘的高度是固定的，即擺錘的基準(zhǔn)線距離地面445mm的高度，地面線分別是半載和空載。擺錘的打擊塊的自身高度為114mm，前車頭區(qū)域空載和半載的地面線高度差大約差在20mm左右。這就為C型燈的設(shè)計(jì)布置提供了一個(gè)可能的機(jī)會(huì)，即把C型燈的開(kāi)口做大，比如大于200mm，使得擺錘打擊區(qū)域的高度正好位于C型燈的上臂和下臂之間，再加上一些公差余量，這樣在擺錘試驗(yàn)中，就可以確保C型燈的上臂和下臂在高度上和擺錘打擊區(qū)域是錯(cuò)開(kāi)的。因此，上臂和下臂均不會(huì)被擺錘打擊到，而C型燈連接上臂和下臂的豎條部分雖然仍舊在擺錘打擊高度重疊區(qū)域，但這個(gè)位置比較靠外，靠后，相對(duì)安全，不會(huì)被擺錘直接打到。如圖7所示，該車型的C型燈的上下臂的間距高達(dá)210mm?？蛰d以及半載的擺錘在高度上均與C型燈上臂和下臂錯(cuò)開(kāi)。

圖7

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)目前流行C型日行燈造型元素，通過(guò)C型日行燈附近的車身內(nèi)部避讓方案和C型日行燈的外形擺錘避讓方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)造型意圖，滿足C型日行燈相關(guān)的國(guó)家法規(guī)碰撞要求。介紹了三種C型燈外形擺錘避讓方案，操作性強(qiáng)，可滿足不同的造型設(shè)計(jì)需求。這些C型日行燈的外觀，分別采取了嵌入式，大開(kāi)口，短上臂的設(shè)計(jì)，這些看似不經(jīng)意的設(shè)計(jì)，其實(shí)蘊(yùn)涵了技術(shù)可行性的要求，避免C型日行燈與低速擺錘的直接接觸，保證C型日行燈能夠符合碰撞法規(guī)要求。所介紹的方案均已應(yīng)用于上市車型，通過(guò)了國(guó)標(biāo)碰撞實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證?？梢宰鳛閰⒖紤?yīng)用于其他產(chǎn)品車的開(kāi)發(fā)之中。

[1] GB 17354-1998汽車前、后端保護(hù)裝置[S].1998.

[2] 張明君,張洪濤,周華等,汽車保險(xiǎn)杠標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)裝置[J].檢測(cè)與標(biāo)準(zhǔn),2011(02),37-38.

[3] 李三紅,黃建民,李強(qiáng)紅.汽車保險(xiǎn)杠低速碰撞試驗(yàn)探討[R].國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄樊）,2011.

[4] 豆忠穎,金忠恩.基于汽車前后端保護(hù)裝置法規(guī)要求的保險(xiǎn)杠布置與校核[A].2012中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)第十五屆汽車安全技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].129-135.

The layout design of C-shape daytime running lamp based on the Low-speed-impact

Zhang Zhiyun, Zhang Jianguo

( SAIC Volkswagen co. Ltd., Shanghai 200000 )

According GB 17354 (equal ECE R42) front and rear protecvie devices for passenger cars, daytime running lamp should not be damaged in the low-speed-impact test. To meet the regulation, 3 different kinds of design are described to avoid the C shape daytime running lamps direct contact to the impactor.

Low speed impact; Pendulum; C type daylight lamp

U463

A

1671-7988(2019)18-103-04

U463

A

1671-7988(2019)18-103-04

張志云，男，碩士，工程師，2003年同濟(jì)大學(xué)汽車專業(yè)，就職于上汽大眾汽車有限公司產(chǎn)品研發(fā)前期開(kāi)發(fā)，從事整車外形方案布置。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.034