基于低速碰撞的汽车C型日行灯方案设计

张志云，张建国

基于低速碰撞的汽车C型日行灯方案设计

张志云，张建国

（上汽大众汽车有限公司，上海 200000）

C型日行灯作为新能源汽车的造型元素，越来越受到汽车造型师的青睐。为了满足碰撞法规的要求，C型灯在碰撞时必须有足够的溃缩空间，并且要避免与摆锤的直接接触。文章综合考虑造型及碰撞法规要求，解决C型日行灯的低速碰撞问题，提出了三种C型灯外形摆锤避让方案，可以满足造型种需求。

低速碰撞；摆锤；C型日行灯

引言

欧洲汽车法规中，为了提高大雾天气以及日照不好的阴天的行车安全，提升被对方来车及行人的识别性，已强制要求所有车辆均需要配置日行灯，中国虽然目前没有强制要求，但目前越来越多的车已经配置了日行灯。可以将日行灯集成在汽车的大灯内部，也可以作为独立的日行灯设计在大灯的下方。日间行车灯在白天默认长时间开启，可以提高车辆的辨识性，提示对方车辆和行人避让，比仅在雾天偶尔开启的雾灯使用率更高，日间行车灯从实用性上有逐步取代雾灯的趋势，装备率逐年提高。

C型独立日行灯是汽车造型上的一种新趋势，C型灯是指日行灯的造型采用字母C 的形状，如图1。相比于单一的横条I型日行灯，C型灯的造型语言更丰富，变化更多样，更受到汽车造型师的青睐。德国大众以及其他汽车厂商通常把外置的独立C型灯作为新能源汽车的独特设计元素以区别于传统的燃油汽车，在各种混合动力车型以及纯电动车型中广泛应用。

图1

1 法规要求

国家强制法规 GB17354-1998<汽车前后端保护装置>，其中规定了汽车低速摆锤碰撞的实验方法，对保险杠及安装在保险杠上的零件提出了要求。关键的几点引用如下，2.1条规定装在汽车前、后端的诸元件，其设计要求为在发生接触和轻微碰撞时，不会导致车辆的严重损伤。3.1条进一步规定，照明和信号装置应能够继续正常工作并清晰可见。法规第4条规定了低速碰撞试验的具体方法，简单来说就是离地445mm的有效质量为整车整备质量的摆锤，分别在空载和半载状态下，在0度正对方向上以4Km/h的速度和30度方向上以2.5Km/h 的速度分别对车辆进行打击。试验结果车辆应能够满足上述3.1条的要求。图2所示为摆锤的形状，以及相应的实验工况。

图2

这种情况在汽车的日常使用中经常出现（泊车时车辆间的轻微碰撞，轻微撞墙，撞柱等），所以很有实际意义。更进一步的，很多汽车制造企业内部产品设计标准要求整个保险杠系统在碰撞过程中始终在弹性变形范围内，基本没有损坏，以减少汽车的维修机会及成本，在保险杠上布置的贵重零件，例如倒车雷达，ACC自动巡航雷达，光亮条等均应该在低速碰撞摆锤试验中保持完好。C型日行灯设计时也要考虑在国标规定的摆锤试验条件下不能被损坏。

2 技术难点

C型日行灯一般由灯罩，LED，底壳等部件组成。灯罩一般为PC即聚碳酸酯材料，该材料的特点是硬度大、强度高、抗紫外线、透光性好。灯罩虽然也有一定的韧性，但是因为硬度大，在汽车摆锤试验中直接被摆锤打击时，或者在摆锤运动的后方有硬物阻碍时，C型灯受到挤压或扭曲，灯罩就会产生裂纹甚至完全碎裂，导致C型日行灯失效，不能满足法规的要求。

C型日行灯一般位于大灯的下方，左右对称布置。与传统的前雾灯相比，C型日行灯高度和宽度的尺寸更大。具体到低速碰撞的摆锤打击实验，30度角碰摆锤的打击试验对于C型日行灯会更加的苛刻。绝大部分情况下，C型日行灯与30度角碰摆锤打击区域会存在一定的重合量，摆锤会直接打击到C型日行灯的区域，如果不进行优化设计，C型日行灯就会被打坏掉。汽车早期造型设计阶段，就要重点考虑C型日行灯的形状和布置，优化C型灯与摆锤的位置关系，达到造型与技术的和谐一致。

3 内部空间避让方案设计

要保证C型日行灯在低速碰撞摆锤实验中不被损坏，首先需要满足的条件是C型灯的后方有足够的溃缩空间。碰撞过程中，摆锤首先接触到C型日行的灯保险杠区域，之后该区域会被摆锤带着向后移动，方案设计是必须保证C型日行灯能够沿着摆锤运动方向自由运动一段距离，不被其他的零件阻挡，例如水壶，喇叭等。这样就能防止C型日行灯被挤压破坏。

图3

根据既往试验高速录像及计算机CAD/CAE计算模拟，由于实验中的摆锤的质量等同于该车辆的整备质量，塑料的前保险杠自身对于摆锤的阻挡效果很弱，摆锤在打击到保险杠蒙皮后会继续向内侵入，直到摆锤接触到汽车的金属前保横梁，受到钢质前横梁的刚性阻挡后，继续运动约10mm后才会停止。因此，C型灯的运动路径为摆锤与蒙皮第一接触点到前保险杠横梁的距离+10mm。图中可以看到摆锤与保险杠的第一接触点到保险杠横梁的距离为90mm，那么C型灯在碰撞过程中沿30度摆锤方向向后运动距离大约就是100mm。碰撞过程中，C型灯的内侧最先被摆锤带着运动，此时C型灯并没有与横梁接触，C型灯可以看成是绕着外侧旋转并少许向内移动。实验值一般C型灯的外侧向内移动量只有30mm左右，比起内侧的约100mm的移动量少了很多。图3中分别标示了摆锤与C型灯初始位置（实线）和模拟的最终位置（点划线）。此例子中可以看出C型灯最终位置与该车型的水壶已有部分干涉，因此水壶不能沿用原来燃油车的已有零件，需要为配备C型灯的电动车单独开发一款水壶，避开C型灯的运动包络体。

4 外形摆锤避让方案设计

要保证C型日行灯在低速碰撞摆锤实验中不被损坏，还要尽可能避开C型灯的布置位置与摆锤的直接接触，依靠保险杠蒙皮来缓冲保护C型灯。本文提出三种避让方案以适应不同的造型需求。

4.1 利用蒙皮凸起避免与摆锤直接接触

对于三厢轿车，通常前保险杠高度较低，C型灯本身的高度尺寸较大，经常出现摆锤高度和C型灯高度重叠的情况。如图4截面所示，该车C型日行灯的上臂正好位于摆锤的打击区域，在高度和宽度方向上均与摆锤重叠，不可避免的会被摆锤打击到。这种情况下，可将灯具类的零件缩进汽车前保蒙皮少许，利用突出的保险杠蒙皮避免摆锤与日行灯的直接接触。类似的设计在许多其他车型的后保险杠上的回复反射器以及前雾灯的设计上都有应用，一般来说5mm-10mm的缩进量即可满足法规要求的2.5km/h低速角碰摆锤碰撞试验。该方案的设计原理是，在将C型灯布置于稍微缩进保险杠蒙皮内后方，蒙皮形成个保护凸起，摆锤与保险杠的接触点如图所示，摆锤先与蒙皮接触，适当缩进的C型灯上臂没有直接与摆锤接触。由于蒙皮突出C型灯的部分是一个向内的折边，本身有一定的刚度，且还与日行灯支架进行卡接，摆锤接触到蒙皮后，该部分蒙皮不被轻易的溃缩，能够保持形状，并带着C型灯沿着摆锤运动方向运动，整个摆锤打击过程中，摆锤均与C型灯保持少许间隙，从而达到保护C型灯不被摆锤直接击打损坏。

图4

4.2 利用牺牲件满足造型和摆锤碰撞要求

当摆锤高度和C型灯高度重叠时，如果造型不接受蒙皮突出日行灯的方案，提出C灯造型突出保险杠蒙皮的造型方案时，由于不可能在高度方向上避开与摆锤的接触，就要找方法使C型灯在车身宽度方向上来避开与摆锤的直接接触。汽车低速碰撞摆锤实验法规4.8.3.b规定，30度角碰实验中，碰撞时最先接触点应在碰撞器的中垂面上。如果能将摆锤的第一接触点尽量靠内，而C型灯的上臂尽量靠外，做的短一点，则有机会使摆锤与C型灯在水平方向位置错开，使摆锤在打击时，摆锤的打击面基本接触不到C型灯。这种情况下将C型灯上臂分为两部分，将靠内部分做成外观与C型灯一样的牺牲件（假灯），碰撞时利用牺牲件与摆锤直接接触，可以保护真正的C型日行灯不被损坏。

由于摆锤的宽度还是比较大的，整体宽度达到610mm，如果不算上摆锤的R102mm的圆角，打击平面的宽度也要达到406mm。一般车辆的角碰点大多位于Y580mm左右，那么摆锤的直接打击范围一般在Y380-Y780，基本上涵盖了整个侧角。为了使C型灯能够尽量避开摆锤的打击，设计时首先通过造型优化，将摆锤的第一接触点尽量向车内侧调整。如图5所示截面为该方案在某混动车型中的应用，通过造型大面调整将摆锤的第一接触点由起初的Y560mm调整到了Y470mm。并在此基础上设计了牺牲件（假灯）的宽度为180mm，可以将摆锤和C型日行灯在水平方向上错开，避免摆锤碰撞时损坏C型灯。如图6所示。该车型的C型灯，下臂长度为300mm，而上臂却只有120mm，造型上为了与下臂协调，将牺牲件设计成与C型灯一样的外观，静态下与真灯效果类似，与真的C型灯共同形成了一个比较和谐的C型的造型，但在日行灯开启状态下，假灯却是不发光的。该方案最终被造型接受。

图5

应用该方案进行设计时，保险杠和摆锤的接触点向内越多，对C型灯的上臂宽度影响越小。但是根据项目实际经验，保险杠与摆锤的接触点也不能设计一味的向内，如果摆锤的第一接触点在Y坐标500以内，保险杠的造型会显得车头比较尖，造型会比较奇怪。图5示的实线为混和动力版车型的保险杠的轮廓，可以看出在摆锤第一接触点Y470附近，保险杠有个比较明显的尖角。而点划线所示的燃油车的轮廓则比较圆滑，看不出有突变。同时C型灯为了要与摆锤在水平方向尽量避开，与摆锤高度上重合的C型的上臂就需要设计比较短，而下臂由于和摆锤高度上错开则没有这个要求，可以做的稍长一点。

图6

4.3 利用C型灯高度合理避让摆锤

针对某些SUV车型，为了突出设计中的粗旷感，造型不愿采用C型灯缩进蒙皮的设计，而希望C型灯能够突出在最外面。对于这种情况，可以利用SUV车型本身的特点，通过调节C型灯的高度，避让摆锤的直接打击。SUV车型离地间隙比较大，车辆较高，C型灯可布置区域也较大，较高。空载情况下，轿车的接近角一般为14度，保险杠离地高度约为220mm。SUV车型的接近角可达19度，保险杠离地高度300mm左右，比轿车高了不少。同时由于SUV车型的造型特点，前保本身的高度尺寸也很大，使得C型灯可以布置的高度比较宽泛。而法规规定的摆锤的高度是固定的，即摆锤的基准线距离地面445mm的高度，地面线分别是半载和空载。摆锤的打击块的自身高度为114mm，前车头区域空载和半载的地面线高度差大约差在20mm左右。这就为C型灯的设计布置提供了一个可能的机会，即把C型灯的开口做大，比如大于200mm，使得摆锤打击区域的高度正好位于C型灯的上臂和下臂之间，再加上一些公差余量，这样在摆锤试验中，就可以确保C型灯的上臂和下臂在高度上和摆锤打击区域是错开的。因此，上臂和下臂均不会被摆锤打击到，而C型灯连接上臂和下臂的竖条部分虽然仍旧在摆锤打击高度重叠区域，但这个位置比较靠外，靠后，相对安全，不会被摆锤直接打到。如图7所示，该车型的C型灯的上下臂的间距高达210mm。空载以及半载的摆锤在高度上均与C型灯上臂和下臂错开。

图7

5 结语

本文针对目前流行C型日行灯造型元素，通过C型日行灯附近的车身内部避让方案和C型日行灯的外形摆锤避让方案设计实现造型意图，满足C型日行灯相关的国家法规碰撞要求。介绍了三种C型灯外形摆锤避让方案，操作性强，可满足不同的造型设计需求。这些C型日行灯的外观，分别采取了嵌入式，大开口，短上臂的设计，这些看似不经意的设计，其实蕴涵了技术可行性的要求，避免C型日行灯与低速摆锤的直接接触，保证C型日行灯能够符合碰撞法规要求。所介绍的方案均已应用于上市车型，通过了国标碰撞实验的验证。可以作为参考应用于其他产品车的开发之中。

[1] GB 17354-1998汽车前、后端保护装置[S].1998.

[2] 张明君,张洪涛,周华等,汽车保险杠标准试验装置[J].检测与标准,2011(02),37-38.

[3] 李三红,黄建民,李强红.汽车保险杠低速碰撞试验探讨[R].国家汽车质量监督检验中心（襄樊）,2011.

[4] 豆忠颖,金忠恩.基于汽车前后端保护装置法规要求的保险杠布置与校核[A].2012中国汽车工程学会第十五届汽车安全技术学术会议论文集[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

张志云，男，硕士，工程师，2003年同济大学汽车专业，就职于上汽大众汽车有限公司产品研发前期开发，从事整车外形方案布置。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.034