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汽车天窗会真的会降低车辆安全性吗?
雅斯顿 1997浏览 2020-05-14

我们生活在一个非常纠结的时代。

上世纪80年代,三根超细的A\B\C柱就能走天下,因为金鱼眼视野胜过一切。可你问问腕口粗的A\B\C柱放在现在会咋样,不用怀疑,绝对被喷得体无完肤。设计师被工程师打败,它绝对可以作为标志性事件。

正是因为给安全让路,促成了「视野」成为一大商业卖点。是否加装天窗特别是全景天窗,是很多朋友在购车时会去考虑的问题。

之所以说「考虑」,一是天窗版本贵出几千到上万不等,一是担心天窗降低安全性。荷包实力自是靠各自修行,而天窗安全性,您可以听听我怎么说。

汽车天窗和车顶结构

汽车天窗根据尺寸和功能有很多分类,按尺寸分,比如有全景大天窗、分段式双天窗、小天窗(设计在前舱头顶区域),按功能分有可开启式和封闭式。

为了强化车顶结构,车顶会设计有三根横梁,像奥迪A8L的白车身就很标准。

车顶横梁与边梁之间通过电阻点焊工艺连接

因为小天窗版本没有影响到车顶中横梁的安装,所以在设定上,小天窗版本和无天窗版本在车顶结构上会保持一致。

一些全景天窗版本因为会取消B梁,所以会强化A、C边梁的强度。因为需要更改结构,通常一款车型会避免无天窗版本、小天窗版本和全景天窗版本同时存在。为了尽量不改变原有结构,还演变出下图这种分段式双天窗。

三种常见角度的碰撞

正面碰撞、侧面碰撞和追尾碰撞是常见的事故模式,所以我们有必要先聊聊这三个方向的表现。

正面碰撞的传力通道

从上面的动图我们可以看到碰撞力的传力通道,划分下来,主要路径有两条。

一条是通过乘员舱底部纵梁和门槛梁向后传递,这条路径会承受大部分的碰撞力。当碰撞力很大时,前轮还会参与碰撞吸能。

另一条路径是碰撞力经前指梁和铰链柱、A柱、车门及其抗侧撞梁和门槛梁向后传递。此路径上较大的载荷会导致前门框发生变形,导致碰撞后车门开启困难,为了避免这个问题,我们需要强化A柱、门竖梁、门栏梁的强度,这也是A柱不再能提供金鱼眼视野的原因。

C-IASI最新发布的2019研究报告值得一读,前后对比测试可以明显看出哪里改善了强度

总而言之,不管是哪一条路径,都和天窗没有太大关系。

追尾碰撞的传力通道

追尾碰撞其实和正面碰撞有些类似,所以天窗对它也不会造成很大影响,这里就不做展开了,我们重点说说侧面碰撞。

侧面碰撞的传力通道

下图是受到侧面碰撞力的传输通道。需要补充下:白车身传力图没有说明车门的辅助,其实车门加强筋可以将前门受到的侧向撞击力传递一部分到B柱;后门受到的侧向撞击力则可以被传递到B柱和C柱。

从这张图可以明显看出车顶横梁的作用,它能帮助把碰撞力传导出去,避免碰撞力集中。宝马在这方面的造诣当属第一,他们在宝马7系上采用了碳纤维增强复合材料,重点区域就是车顶横梁和地板中通道(下图黑色的部分就是增强材料)。

即便是宝马,这种设计也仅限于宝马高端车型。

碳纤维增强板和钢板采用铆接+胶接方式

到这里,大家是不是会说:石锤!看人家宝马做得才叫好,平民车就是垃圾。

落差肯定是有的,但大家也要理性看待这个问题。

就侧碰而言,重点还是在B柱、门栏梁和侧围各交接点的强化上。C-IASI的研究报告就特别展示了B柱的结构/强度优化对测试结果的影响。

总之,侧面碰撞可能导致车顶折弯变形,如果没有B梁的辅助,会一定程度加大车身的损伤程度。但整体而言,车顶B梁在侧面碰撞中起到的是增加传力通道的作用,对降低车内人员伤害的权重不大。

天窗版本会降低翻车安全性吗?

在国内,我们很少听到车顶静压测试,并不代表它不重要。它其实是用来评价车辆发生翻滚时造成的损伤。

近些年一些企业开始有意识地去展示这项测试,像哈弗品牌已经针对多款车型做过展示,后来中汽研(C-IASI)把这项测试列为了必考项目之一。

简单地背景介绍后,我们说说它的基本原理。车顶静压是使用刚性平板作为加载装置,对车辆一侧或两侧顶部施加准静态载荷,计算车顶最大承载力与车辆整备质量力的比值,以此考察车顶的承载能力。

评价天窗对汽车安全的影响,车顶静压测试是最合适过不了

不过在绝大部分测试中,我们都很少看到全景天窗版本踪影,即便有带天窗,也多是小天窗。

IIHS车顶静压测试

能查到的测试车型中,哈弗H4的天窗尺寸比较大(长790mm,宽700mm),可以看到A柱上沿与车顶均未出现材料断裂的情况,SWR值4.56,成绩优秀。

SWR值出现位置在前风挡玻璃破碎之前,被挤压位置所承受到的最大等效压力为72699N。

基于以上现实情况,有三点值得我们关注:

1. 大家不做全景天窗版本是在规则允许范围内;

2. 虽然天窗的损坏甚至造成其他损伤不会造成失分,但大家不显然不愿意暴露更多问题。就这点来说,哈弗H4做全景天窗版本测试,值得称赞;

3. 哈弗H4的天窗尺寸着实很大,但考虑到这项测试的受力点在A柱上边缘,其实正是靠近A梁加强区域,所以不一定能暴露所有翻车事故损伤。

不过之前哈弗H6做过模拟翻滚测试,表现也很不错,所以第三点算是间接打我脸了。

总结以上来看,大家不必担心因为加装了天窗而降低安全性。

加装天窗,安全性或许不是最要担心的

要注意的是,大的开口件会降低刚性。

轿车车身刚度虽然不是强制性标准,但已成为车身行业内公认的一项重要指标。车身刚度不合理,将直接影响其结构可靠性、NVH、安全性等关键性能指标。

下图是某轿车(不含天窗)的车身刚性权重图。可以看到像大的开口件(比如四门、前后风窗)对刚度的影响比较大。

虽然全景天窗的车型会强化侧围结构强度,但刚性还是会变差,导致全景天窗车型发生异响和开启关闭故障的几率普遍较高,所以像宝马7系采用碳纤维强化,确实有它的门道在里面。

为了把控这一问题,针对天窗我们会做一系列耐久性测试,比如天窗的振动耐久、环境耐久、开闭耐久等,可以说天窗设计的水平,会极大影响后期的使用体验。

雅斯顿小结

汽车天窗会真的会降低车辆安全性吗?希望通过本期介绍能够打消大家的疑虑。在笔者看来,虽然会损失一些刚度,天窗版本的安全性已经被主机厂攻克。如果是有意购买天窗特别是全景天窗版本的朋友,还应该在再关注下这款车型的天窗异响投诉率,相信会对您的购车有帮助。

图 | 来源于网络

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泛车生活
 
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