一種貫穿式尾燈固定方案設計

白孟瑤，金立軍，王坤陽

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

車燈如同汽車的眼睛，不僅提供照明及信號功能，保證車輛行駛的安全性，同時也是汽車外飾造型中最活躍的點睛之筆。隨著車燈技術的發展，光源和材料的不斷升級更替，燈具造型也可以實現更多的突破。2012年林肯MKZ首次使用貫穿式尾燈，此后國內各大主機廠相繼推出貫穿式尾燈新車型，掀起了一體式發光的新風尚。貫穿式車燈具有更高的辨識度和延展效果，深受消費者喜愛［1］。

相比傳統后蓋尾燈，貫穿式尾燈長度和質量都更大，安裝在非一體式后蓋上，需要匹配的零件也更多，因此對安裝和定位的要求也更為苛刻。本文論述一款貫穿式尾燈項目固定方案的設計過程，考慮材料變形及熱膨脹、燈具質量分布、外觀匹配關注點及鈑金公差等因素，通過力學模擬和公差分析，確定了貫穿式尾燈的安裝及定位方案，并且在PT件上完成了振動試驗及匹配驗證。

1 RPS定義

1.1 根據鈑金形式設置X向RPS點

按照3-2-1原則，與傳統后蓋尾燈相同，貫穿燈將3個平移自由度定義在X方向，限制X方向的移動。后蓋鈑金分為一體式和分體式兩種情況，X向定位點設置也有一定區別。

1）一體式后蓋 尾燈安裝面在后蓋外板上一次沖壓成型，尾燈3個X向定位點可選擇盡量大的三角形。一體式后蓋尾燈Fx分布見圖1。

圖1 一體式后蓋尾燈Fx分布

2）分體式后蓋 本文所述項目后蓋鈑金為分體式，由后蓋外板和尾燈板焊接而成，尾燈安裝面分布在3個零件上，因此X向RPS點我們選擇布置在較大且居中的后蓋外板上，并考慮到后蓋外板與尾燈板焊接公差，將尾燈板上的固定點設置為X向可調整，補償鈑金焊接公差，保證尾燈與尾燈板之間的配合密封［2-3］。分體式后蓋尾燈Fx分布見圖2。

1.2 Y向RPS點居中布置

貫穿式尾燈Y向尺寸較大，一般都在1.2m左右，孔新星等人在《貫穿式汽車尾燈PMMA燈罩應力與壽命研究》一文中指出，在應力水平較高情況下，60℃高溫工作環境下，材料蠕變量較低溫低應力水平下更快，而低溫低應力下，蠕變緩慢趨于穩定。因此由外界環境溫升高導致的材料熱膨脹會對裝配后的零件尺寸產生影響，使A、B燈間隙發生變化［4］。Y向RPS點設置應盡量居中，使零件兩側變形量保持一致，避免間隙變化集中在一側，導致與周邊零件干涉或縫道不均勻等問題。

圖2 分體式后蓋尾燈Fx分布

1.3 設置Z向輔助RPS

貫穿式尾燈與后蓋鈑金Z向縫道是外觀關注重點，除2個Z向主RPS之外，該項目還設置了一些Z向輔助定位墊塊，保證整條Z向縫道均勻。貫穿式尾燈fz示意圖見圖3。

圖3 貫穿式尾燈fz示意圖

2 固定點布置

2.1 根據質量分布布置固定點

尾燈造型決定了貫穿燈質量主要功能集中在兩側主B燈上，中間的光帶部分質量較輕，因此，在采用螺釘固定方案的基礎上，在主B燈上均勻布置更多的螺釘固定點，中間光帶部分則采用球頭和螺釘混合使用的固定方式。球頭的優點是既可用于定位，又可用于固定，并且裝拆只需要在鈑金正面操作即可，可減少在后蓋內板及內飾上開孔，更利于整車穩定性及成本控制。貫穿尾燈螺釘及球頭分布見圖4。

圖4 貫穿尾燈螺釘及球頭分布

2.2 導向結構的設計

由于貫穿式尾燈尺寸較大，為了便于生產線工人裝配，導向結構的設計也很重要。尾燈通常采用卡扣與導向槽進行預定位，即安裝過程中先將卡扣固定在鈑金上，然后沿燈具安裝方向將燈推入鈑金，過程中卡扣先進入燈體導向槽，從而使盲裝的定位球頭一次性順利卡入固定球帽中。導向作用示意圖見圖5，貫穿尾燈導向結構布置見圖6。

2.3 貫穿式尾燈固定點設計特殊性

前文中已經提到，由于貫穿式尾燈較傳統后蓋尾燈尺寸大很多，受高分子材料自身性質影響，當工作溫度逐漸升高時，貫穿燈會產生熱膨脹。當居中設計Y向定位后，熱膨脹會產生越靠近兩側越大的趨勢。若主B燈兩側固定點為剛性連接，會導致連接處應力集中，發生安裝點變形甚至斷裂失效的情況。

圖5 導向作用示意圖

圖6 貫穿尾燈導向結構布置

本文所述項目參考了AudiA7批量尾燈以及VW貫穿尾燈安裝方案，在主B燈兩側使用了Y向自適應安裝螺釘 （圖7），使螺釘與燈體之間有一定的Y向緩沖，避免了剛性連接導致的安裝點斷裂問題。

圖7 Y向自適應螺釘示意圖

對于尾燈縫道定義，不僅需要分析靜態下零件之間的距離，還需要校核后蓋運動過程中，燈與周邊的間隙是否安全。劉宏霞等人在《汽車后組合燈的設計分析》一文中已詳細論述了動態校核的過程及注意事項。貫穿式尾燈需要將熱膨脹因素也考慮到校核當中，這也是貫穿式尾燈車型A、B燈間隙較傳統尾燈更大的原因［5］。

3 力學模擬結果

3.1 安裝點振動模擬分析

本文所述貫穿尾燈在主B燈側采用Y向自適應螺釘，中央密封區域采用螺釘固定，需要對整燈進行振動模擬分析，驗證安裝點布置是否可靠。模擬主要原理是將燈的RPS點定義為邊界條件的支撐點，根據精確計算的整燈質量，模擬X、Y、Z方向隨機振動工況下，每個安裝受力點的最大應力，根據結構及材料屬性，計算出每個點的安全系數。

以此項目為例，通過振動模擬分析判斷各安裝點受力情況，安全系數均大于1，可判斷安裝點布置是合理并且可靠的。振動模擬分析結論見表1。

表1 振動模擬分析結論

3.2 球頭拉拔力分析及密封墊壓縮量確定

對于有拉拔力要求的球頭固定點，還需要模擬球頭在3種隨機振動工況下的脫出力。項目中討論了密封墊在不同壓縮量下，球頭脫出力的變化，最終確定了合理的密封墊壓縮量。

脫出力計算結果 （圖8）顯示，當壓縮量增大時，密封墊對球頭的反作用力使球頭的脫出力增大，但是3種工況下，密封墊在40%～60%壓縮量范圍內，球頭的脫出力都小于該球頭的拉拔力下限。因此，綜合考慮密封性和力學因素，該項目選擇了50%的密封墊壓縮量。

圖8 不同密封墊壓縮量下的球頭脫出力

4 公差分析結果

尾燈公差分析，以建立好的裝配關系為基準，在CAD模型中選取若干測量點，間隔40～60mm，分析各測量點坐標上下偏差的正態分布。合格率未滿足要求時，需要適當調整RPS點，重新建立裝配模型。

尾燈與周邊間隙的公差分析，是在尾燈和周邊零件公差已知的情況下，考慮裝配和焊接公差等因素，分析2個零件之間的公差帶及裝配合格率，以此判斷縫道及公差定義是否合理。合格率較低時，需要縮小單個零件公差范圍或者賦予復合輪廓度等要求，也可以根據分析結果調整縫道定義。

本文所述項目，經過兩次RPS調整，尾燈所有測量點分析結果在滿足尺寸驗收要求的條件下，合格率也是滿足要求的。而尾燈和周邊匹配間隙，受到貫穿式尺寸較大的影響，需要對尾燈再賦予復合輪廓度的要求，才可以滿足整車裝配后，公差合格率達到要求。

5 PT件試驗結果

尾燈PT件主要用于造型驗證及性能驗證，對于已有模擬分析結果的，通過試驗和模擬結果對比，可以對分析手段的準確性進行評判。本文討論的振動模擬和拉拔力分析，在PT件的振動試驗中均得到了驗證。振動分析結果顯示，在3種隨機振動工況下，實際零件振動試驗后均未出現安裝點斷裂以及球頭脫出產生的零件變形。PT件振動試驗見圖9。

圖9 PT件振動試驗

6 結語

本文從RPS定義、固定點布置、力學模擬、公差分析和PT件驗證等幾個方面，闡述了一款貫穿式尾燈安裝定位方案的設計過程，針對貫穿式尾燈Y向尺寸大的特點，著重說明了安裝方案的特殊性。通過PT件振動試驗的結果可以看出，該項目的安裝方案是可靠的，同時也可以看出，兩項力學模擬結果也是具有參考性的。以上內容可以為新項目的開發提供參考方向。