汽车后组合灯的设计分析

刘宏霞，陈文强，潘之杰，赵福全

（浙江吉利汽车研究院有限公司，浙江 杭州 311228）

汽车灯具的设计开发从最初整车造型阶段就开始介入，开发周期相对其它汽车零部件较长，几乎与整车开发周期相同，其设计验证环节也比较多。特别是汽车外部照明产品，既是国家法规强检产品又是重要外观产品，用户对它们的期望值都比较高。这里只介绍后组合灯在开发设计阶段几个比较重要的环节，同时也是问题出现比较多的阶段。

1 后组合灯设计过程中的重要环节

后组合灯设计过程中的重要环节主要包括以下5个方面。

1）功能布置 产品在开发初期首先要对造型提供的效果图进行分析，布置各项功能，这是个相互沟通的过程。根据国标和ECE等法规的相关要求，对组合灯具各功能的可行性进行分析，对造型中不符合法规要求的地方提出修改意见。

2）定义表面间隙面差 分别定义尾灯与侧围、后保险杠、后背门等周边部件的间隙与面差。

3）工程设计 根据造型提供的A级曲面、内部造型效果和有配合关系的周边零部件以及确定的装配方式进行详细工程设计。

4）模拟验证 对于外部灯具的配光要求，每个国家标准都有强制要求。为保证实际产品能通过法规要求，在产品设计阶段，即数据冻结前必须进行模拟配光、散热分析等相关模拟验证分析。如果模拟结果不满足标准要求，需要适当改变灯腔及灯体的大小，必要时周边配合部件也要配合进行相应的修改。这个模拟验证过程是整个灯具开发设计过程中的核心，并且可能会往复多次，每改动一次都要经过一轮新的模拟验证，结果如果不能满足要求，还要进行数据修改再验证，最终验证可行，满足设计要求。

尾灯结构设计可行的前提是，必须保证灯具所在的安装部件，如车身侧围、后背门、尾灯安装板等钣金配合部件的制造工艺是可行的，或者说开发这款车的主机厂具备这些部件的制作和工艺设备，同时也要验证这些车身部件在制造过程中的可行性。比如尾灯安装板的冲压深度是否可行，这决定尾灯后壳的深度可以设计成多大，也就是灯腔配光可利用的空间有多大，最终决定灯具的配光性能；与之相关的还有侧围与尾灯配合处的翻边形式、尾灯安装板与侧围的焊接工艺等，在这些车身零部件制造工艺可行的前提下，再进行灯具的详细设计。

5）活动部件运动分析 如果后组合灯与后背门或行李厢门等活动部件有搭接关系，必须分析活动部件在运动过程中下沉量对灯具是否有影响，防止出现与灯具相碰的情况。

2 功能布置

2.1 确定尾灯需要具备的功能

一般乘用车的后部照明和信号装置的基本功能要求必须包括：制动灯、后位置灯、后转向灯、倒车灯、后雾灯、后回复反射器。

首先根据造型效果分析 （图1），后回复反射器单独布置在后保险杠上，所以后组合灯应该包括的功能为：制动灯、后位置灯、后转向灯、倒车灯、后雾灯。

2.2 制动灯与后雾灯位置分布

如果后组合灯总成包括后雾灯的功能，根据GB 4785—2007《汽车及挂车外部照明和信号装置的安装规定》4.3.14.9中后雾灯的技术要求：在所有情况下，后雾灯与每个制动灯的间距应大于100 mm［1］。针对这款车的尾灯造型，为使制动灯与后雾灯的距离大于100mm，只能将后雾灯与制动灯布置在灯具相对最远的两端，如图2所示。

这款车后组合灯的造型中只有4个功能分区，但有5个功能需要布置。国家标准GB 4785—2007《汽车及挂车外部照明和信号装置的安装规定》4.3.14.4.1后雾灯规定：若只配备1只后雾灯，则应安装在车辆前进方向的左侧，其基准中心也可位于车辆纵向对称平面上［1］。GB4785—2007《汽车及挂车外部照明和信号装置的安装规定》4.3.15.2.1对倒车灯数量要求：对于M1类和长度不大于6 m的所有其他车辆， 必须配备1只， 选装1只［1］。

简单地说，标准对后雾灯和倒车灯的数量要求是必须至少各安装1只，后雾灯如果只安装1只，其位置必须安装在车辆左侧或车辆对称中心。所以我们把左后组合灯的白色区域布置为后雾灯，由于后雾灯对光色要求必须为红色，这里的光源我们可以采用红色灯泡，实现发出红色光；右后组合灯的相同位置作为倒车灯，倒车灯光色要求白色，光源采用普通白灯泡。

2.3 后转向灯位置分布

中国法规要求转向灯颜色为琥珀色，但在美国、韩国等一些国家法规要求转向灯为红色。这里需要注意的是，有些整车开发项目前期造型是委托国外造型公司作设计，设计公司有时会习惯自己本国的法规要求，把组合灯具各功能的分布及效果按自己国家法规要求设计。比如有很多美系、韩系轿车的后组合灯造型除倒车灯外全部采用红色效果，这就是因为这些国家法规对转向灯的光色要求与中国的不同。所以当这些国外车型转移到中国制造和生产后，其后组合灯中转向灯的这块分区的外观效果就要更改。因为用红色透镜无法发出符合标准要求的琥珀色光。

本文所举例的车型也涉及此问题，从原效果图中分析，没有符合转向灯要求的布置位置，所以需要将一块功能分区的颜色改为无色透明，如图3所示，采用琥珀色光源实现转向灯的功能。

2.4 后位置灯分布

如图4所示，效果图中这块分区的颜色为红色，满足GB 4785—2007法规中对后位置灯色度的技术要求。

3 活动部件的运动分析

3.1 后背门与尾灯干涉

后组合灯根据已确定的效果和功能分布来进行详细的工程设计，建立数据模型 （以下简称数模）。当详细数模建成后，需要检查各零部件数模之间的配合情况，当相关零部件数模都确认后，后组合灯数据可以冻结并进行开模具前的准备工作。在这个检查环节中，有必要对后背门等活动部件的运动过程进行分析，主要分析后背门关闭过程中的下沉量对后组合灯的影响。

将后背门数模在自然状态下沿后背门脚链向下旋转0.5°，检查这种状态下后背门与后组合灯的配合情况，此时二者刚接触；如果旋转1°，后背门与尾灯会发生干涉，如图5所示，也就是说，尾灯有可能在后背门关闭过程中受到撞击。

3.2 解决干涉的方案

1）将后背门让出一块，避开尾灯干涉区域，如图6a所示。缺点：外观不美观。

2）将后背门上抬，增加车门缓冲距离，如图6b所示。缺点：间隙大，外观不美观。

考虑解决方案的同时，还要同步分析后背门在关闭过程中都会与哪些部件发生接触，这些先接触到的部件是否会对尾灯起到保护作用？

后背门上有锁，后背门在关闭过程中，首先与行李舱上的锁体相接触，在数模上分析干涉量，当后备门从锁止位置继续向下旋转0.5°时，已经与锁止机构干涉7.239mm，如图7所示。在数据中分析，模拟后背门关闭过程，其下沉过程中首先发生接触的是门锁，只有当门锁内部的缓冲块压缩7 mm后，后背门才会与尾灯发生接触。但是门锁内的缓冲块被压缩7 mm的可能性几乎为零，所以可以判断后背门在关闭过程中不会与尾灯发生碰撞。

4 总结

当前汽车产品的竞争，表面上是一场技术经济的大战，其背后却是一场文化之战［2］。汽车灯具产品体现尤为突出，组合灯具的开发设计是一个相对复杂的系统工程。除上述提到的部分设计、分析、验证过程外，还涉及人眼视觉仿真。所谓视觉仿真，就是让计算机制作出的三维场景，看上去更像真的［3］。

要设计一款造型美观时尚、功能符合法规要求的后组合灯，不仅需要在开发初期对灯具造型风格及细节进行详细的评审确认，在中期进行严谨的工程设计、数据检查和模拟验证，还需要在后期产品数模建立完成后能作出真实的人眼视觉仿真。所有的设计在产品模具没有开发前进行更改都相对容易，一旦模具开发完成后再变更会十分被动。很多整车项目组合灯的开发设计到了项目后期还进行效果变更，都是因为没有看到实际产品前，对其外观效果没有直观的评判，等到产品开发出来后，发现实物有一些不尽如人意的地方。这个阶段再变更产品，涉及生产、制造、检测等方方面面的调整会很多，风险较大，周期也相对较长，影响整体项目的开发周期。

目前，人眼视觉仿真这项技术在国外大型整车厂应用得已经比较成熟，但在国内还处于起步阶段。所以，严谨的设计再加上必要的视觉仿真技术，会大大缩短产品开发周期并降低开发风险。

［1］GB4785—2007，汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定［S］.

［2］李文江.仿生设计在汽车造型设计中的应用 ［J］.重庆科技学院学报 （社会科学版），2010， （10）：157.

［3］冯 烈.探秘视觉仿真技术［J］.时尚，2006，（8）：172.