張志云，張建國

基于低速碰撞的汽車C型日行燈方案設計

張志云，張建國

（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，提升被對方來車及行人的識別性，已強制要求所有車輛均需要配置日行燈，中國雖然目前沒有強制要求，但目前越來越多的車已經(jīng)配置了日行燈?？梢詫⑷招袩艏稍谄嚨拇鬅魞?nèi)部，也可以作為獨立的日行燈設計在大燈的下方。日間行車燈在白天默認長時間開啟，可以提高車輛的辨識性，提示對方車輛和行人避讓，比僅在霧天偶爾開啟的霧燈使用率更高，日間行車燈從實用性上有逐步取代霧燈的趨勢，裝備率逐年提高。

C型獨立日行燈是汽車造型上的一種新趨勢，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型燈的造型語言更豐富，變化更多樣，更受到汽車造型師的青睞。德國大眾以及其他汽車廠商通常把外置的獨立C型燈作為新能源汽車的獨特設計元素以區(qū)別于傳統(tǒng)的燃油汽車，在各種混合動力車型以及純電動車型中廣泛應用。

圖1

1 法規(guī)要求

國家強制法規(guī) GB17354-1998<汽車前后端保護裝置>，其中規(guī)定了汽車低速擺錘碰撞的實驗方法，對保險杠及安裝在保險杠上的零件提出了要求。關鍵的幾點引用如下，2.1條規(guī)定裝在汽車前、后端的諸元件，其設計要求為在發(fā)生接觸和輕微碰撞時，不會導致車輛的嚴重損傷。3.1條進一步規(guī)定，照明和信號裝置應能夠繼續(xù)正常工作并清晰可見。法規(guī)第4條規(guī)定了低速碰撞試驗的具體方法，簡單來說就是離地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 的速度分別對車輛進行打擊。試驗結(jié)果車輛應能夠滿足上述3.1條的要求。圖2所示為擺錘的形狀，以及相應的實驗工況。

圖2

這種情況在汽車的日常使用中經(jīng)常出現(xiàn)（泊車時車輛間的輕微碰撞，輕微撞墻，撞柱等），所以很有實際意義。更進一步的，很多汽車制造企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品設計標準要求整個保險杠系統(tǒng)在碰撞過程中始終在彈性變形范圍內(nèi)，基本沒有損壞，以減少汽車的維修機會及成本，在保險杠上布置的貴重零件，例如倒車雷達，ACC自動巡航雷達，光亮條等均應該在低速碰撞擺錘試驗中保持完好。C型日行燈設計時也要考慮在國標規(guī)定的擺錘試驗條件下不能被損壞。

2 技術難點

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，該材料的特點是硬度大、強度高、抗紫外線、透光性好。燈罩雖然也有一定的韌性，但是因為硬度大，在汽車擺錘試驗中直接被擺錘打擊時，或者在擺錘運動的后方有硬物阻礙時，C型燈受到擠壓或扭曲，燈罩就會產(chǎn)生裂紋甚至完全碎裂，導致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驗，30度角碰擺錘的打擊試驗對于C型日行燈會更加的苛刻。絕大部分情況下，C型日行燈與30度角碰擺錘打擊區(qū)域會存在一定的重合量，擺錘會直接打擊到C型日行燈的區(qū)域，如果不進行優(yōu)化設計，C型日行燈就會被打壞掉。汽車早期造型設計階段，就要重點考慮C型日行燈的形狀和布置，優(yōu)化C型燈與擺錘的位置關系，達到造型與技術的和諧一致。

3 內(nèi)部空間避讓方案設計

要保證C型日行燈在低速碰撞擺錘實驗中不被損壞，首先需要滿足的條件是C型燈的后方有足夠的潰縮空間。碰撞過程中，擺錘首先接觸到C型日行的燈保險杠區(qū)域，之后該區(qū)域會被擺錘帶著向后移動，方案設計是必須保證C型日行燈能夠沿著擺錘運動方向自由運動一段距離，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)既往試驗高速錄像及計算機CAD/CAE計算模擬，由于實驗中的擺錘的質(zhì)量等同于該車輛的整備質(zhì)量，塑料的前保險杠自身對于擺錘的阻擋效果很弱，擺錘在打擊到保險杠蒙皮后會繼續(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)運動約10mm后才會停止。因此，C型燈的運動路徑為擺錘與蒙皮第一接觸點到前保險杠橫梁的距離+10mm。圖中可以看到擺錘與保險杠的第一接觸點到保險杠橫梁的距離為90mm，那么C型燈在碰撞過程中沿30度擺錘方向向后運動距離大約就是100mm。碰撞過程中，C型燈的內(nèi)側(cè)最先被擺錘帶著運動，此時C型燈并沒有與橫梁接觸，C型燈可以看成是繞著外側(cè)旋轉(zhuǎn)并少許向內(nèi)移動。實驗值一般C型燈的外側(cè)向內(nèi)移動量只有30mm左右，比起內(nèi)側(cè)的約100mm的移動量少了很多。圖3中分別標示了擺錘與C型燈初始位置（實線）和模擬的最終位置（點劃線）。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燃油車的已有零件，需要為配備C型燈的電動車單獨開發(fā)一款水壺，避開C型燈的運動包絡體。

4 外形擺錘避讓方案設計

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

4.1 利用蒙皮凸起避免與擺錘直接接觸

對于三廂轎車，通常前保險杠高度較低，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，不可避免的會被擺錘打擊到。這種情況下，可將燈具類的零件縮進汽車前保蒙皮少許，利用突出的保險杠蒙皮避免擺錘與日行燈的直接接觸。類似的設計在許多其他車型的后保險杠上的回復反射器以及前霧燈的設計上都有應用，一般來說5mm-10mm的縮進量即可滿足法規(guī)要求的2.5km/h低速角碰擺錘碰撞試驗。該方案的設計原理是，在將C型燈布置于稍微縮進保險杠蒙皮內(nèi)后方，蒙皮形成個保護凸起，擺錘與保險杠的接觸點如圖所示，擺錘先與蒙皮接觸，適當縮進的C型燈上臂沒有直接與擺錘接觸。由于蒙皮突出C型燈的部分是一個向內(nèi)的折邊，本身有一定的剛度，且還與日行燈支架進行卡接，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型燈沿著擺錘運動方向運動，整個擺錘打擊過程中，擺錘均與C型燈保持少許間隙，從而達到保護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

當擺錘高度和C型燈高度重疊時，如果造型不接受蒙皮突出日行燈的方案，提出C燈造型突出保險杠蒙皮的造型方案時，由于不可能在高度方向上避開與擺錘的接觸，就要找方法使C型燈在車身寬度方向上來避開與擺錘的直接接觸。汽車低速碰撞擺錘實驗法規(guī)4.8.3.b規(guī)定，30度角碰實驗中，碰撞時最先接觸點應在碰撞器的中垂面上。如果能將擺錘的第一接觸點盡量靠內(nèi)，而C型燈的上臂盡量靠外，做的短一點，則有機會使擺錘與C型燈在水平方向位置錯開，使擺錘在打擊時，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，將靠內(nèi)部分做成外觀與C型燈一樣的犧牲件（假燈），碰撞時利用犧牲件與擺錘直接接觸，可以保護真正的C型日行燈不被損壞。

由于擺錘的寬度還是比較大的，整體寬度達到610mm，如果不算上擺錘的R102mm的圓角，打擊平面的寬度也要達到406mm。一般車輛的角碰點大多位于Y580mm左右，那么擺錘的直接打擊范圍一般在Y380-Y780，基本上涵蓋了整個側(cè)角。為了使C型燈能夠盡量避開擺錘的打擊，設計時首先通過造型優(yōu)化，將擺錘的第一接觸點盡量向車內(nèi)側(cè)調(diào)整。如圖5所示截面為該方案在某混動車型中的應用，通過造型大面調(diào)整將擺錘的第一接觸點由起初的Y560mm調(diào)整到了Y470mm。并在此基礎上設計了犧牲件（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開，避免擺錘碰撞時損壞C型燈。如圖6所示。該車型的C型燈，下臂長度為300mm，而上臂卻只有120mm，造型上為了與下臂協(xié)調(diào)，將犧牲件設計成與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比較和諧的C型的造型，但在日行燈開啟狀態(tài)下，假燈卻是不發(fā)光的。該方案最終被造型接受。

圖5

應用該方案進行設計時，保險杠和擺錘的接觸點向內(nèi)越多，對C型燈的上臂寬度影響越小。但是根據(jù)項目實際經(jīng)驗，保險杠與擺錘的接觸點也不能設計一味的向內(nèi)，如果擺錘的第一接觸點在Y坐標500以內(nèi)，保險杠的造型會顯得車頭比較尖，造型會比較奇怪。圖5示的實線為混和動力版車型的保險杠的輪廓，可以看出在擺錘第一接觸點Y470附近，保險杠有個比較明顯的尖角。而點劃線所示的燃油車的輪廓則比較圓滑，看不出有突變。同時C型燈為了要與擺錘在水平方向盡量避開，與擺錘高度上重合的C型的上臂就需要設計比較短，而下臂由于和擺錘高度上錯開則沒有這個要求，可以做的稍長一點。

圖6

4.3 利用C型燈高度合理避讓擺錘

針對某些SUV車型，為了突出設計中的粗曠感，造型不愿采用C型燈縮進蒙皮的設計，而希望C型燈能夠突出在最外面。對于這種情況，可以利用SUV車型本身的特點，通過調(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，保險杠離地高度約為220mm。SUV車型的接近角可達19度，保險杠離地高度300mm左右，比轎車高了不少。同時由于SUV車型的造型特點，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型燈的設計布置提供了一個可能的機會，即把C型燈的開口做大，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)域是錯開的。因此，上臂和下臂均不會被擺錘打擊到，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，但這個位置比較靠外，靠后，相對安全，不會被擺錘直接打到。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型燈上臂和下臂錯開。

圖7

5 結(jié)語

本文針對目前流行C型日行燈造型元素，通過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計實現(xiàn)造型意圖，滿足C型日行燈相關的國家法規(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，可滿足不同的造型設計需求。這些C型日行燈的外觀，分別采取了嵌入式，大開口，短上臂的設計，這些看似不經(jīng)意的設計，其實蘊涵了技術可行性的要求，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用于上市車型，通過了國標碰撞實驗的驗證。可以作為參考應用于其他產(chǎn)品車的開發(fā)之中。

[1] GB 17354-1998汽車前、后端保護裝置[S].1998.

[2] 張明君,張洪濤,周華等,汽車保險杠標準試驗裝置[J].檢測與標準,2011(02),37-38.

[3] 李三紅,黃建民,李強紅.汽車保險杠低速碰撞試驗探討[R].國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（襄樊）,2011.

[4] 豆忠穎,金忠恩.基于汽車前后端保護裝置法規(guī)要求的保險杠布置與校核[A].2012中國汽車工程學會第十五屆汽車安全技術學術會議論文集[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年同濟大學汽車專業(yè)，就職于上汽大眾汽車有限公司產(chǎn)品研發(fā)前期開發(fā)，從事整車外形方案布置。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.034