楠木軒

汽車天窗會真的會降低車輛安全性嗎?

由 高會雲 發佈於 綜合

我們生活在一個非常糾結的時代。

上世紀 80 年代,三根超細的 ABC 柱就能走天下,因為金魚眼視野勝過一切。可你問問腕口粗的 ABC 柱放在現在會咋樣,不用懷疑,絕對被噴得體無完膚。設計師被工程師打敗,它絕對可以作為標誌性事件。

正是因為給安全讓路,促成了「視野」成為一大商業賣點。是否加裝天窗特別是全景天窗,是很多朋友在購車時會去考慮的問題。

之所以説「考慮」,一是天窗版本貴出幾千到上萬不等,一是擔心天窗降低安全性。荷包實力自是靠各自修行,而天窗安全性,您可以聽聽我怎麼説。

汽車天窗和車頂結構

汽車天窗根據尺寸和功能有很多分類,按尺寸分,比如有全景大天窗、分段式雙天窗、小天窗(設計在前艙頭頂區域),按功能分有可開啓式和封閉式。

為了強化車頂結構,車頂會設計有三根橫樑,像奧迪 A8L 的白車身就很標準。

車頂橫樑與邊梁之間通過電阻點焊工藝連接

因為小天窗版本沒有影響到車頂中橫樑的安裝,所以在設定上,小天窗版本和無天窗版本在車頂結構上會保持一致。

一些全景天窗版本因為會取消 B 梁,所以會強化 A、C 邊梁的強度。因為需要更改結構,通常一款車型會避免無天窗版本、小天窗版本和全景天窗版本同時存在。為了儘量不改變原有結構,還演變出下圖這種分段式雙天窗。

三種常見角度的碰撞

正面碰撞、側面碰撞和追尾碰撞是常見的事故模式,所以我們有必要先聊聊這三個方向的表現。

正面碰撞的傳力通道

從上面的動圖我們可以看到碰撞力的傳力通道,劃分下來,主要路徑有兩條。

一條是通過乘員艙底部縱梁和門檻梁向後傳遞,這條路徑會承受大部分的碰撞力。當碰撞力很大時,前輪還會參與碰撞吸能。

另一條路徑是碰撞力經前指梁和鉸鏈柱、A 柱、車門及其抗側撞梁和門檻梁向後傳遞。此路徑上較大的載荷會導致前門框發生變形,導致碰撞後車門開啓困難,為了避免這個問題,我們需要強化 A 柱、門豎梁、門欄梁的強度,這也是 A 柱不再能提供金魚眼視野的原因。
C-IASI 最新發布的 2019 研究報告值得一讀,前後對比測試可以明顯看出哪裏改善了強度

總而言之,不管是哪一條路徑,都和天窗沒有太大關係。

追尾碰撞的傳力通道

追尾碰撞其實和正面碰撞有些類似,所以天窗對它也不會造成很大影響,這裏就不做展開了,我們重點説説側面碰撞。

側面碰撞的傳力通道

下圖是受到側面碰撞力的傳輸通道。需要補充下:白車身傳力圖沒有説明車門的輔助,其實車門加強筋可以將前門受到的側向撞擊力傳遞一部分到 B 柱;後門受到的側向撞擊力則可以被傳遞到 B 柱和 C 柱。

從這張圖可以明顯看出車頂橫樑的作用,它能幫助把碰撞力傳導出去,避免碰撞力集中。寶馬在這方面的造詣當屬第一,他們在寶馬 7 繫上採用了碳纖維增強複合材料,重點區域就是車頂橫樑和地板中通道(下圖黑色的部分就是增強材料)。
即便是寶馬,這種設計也僅限於寶馬高端車型。
碳纖維增強板和鋼板採用鉚接 膠接方式

到這裏,大家是不是會説:石錘!看人家寶馬做得才叫好,平民車就是垃圾。

落差肯定是有的,但大家也要理性看待這個問題。

就側碰而言,重點還是在 B 柱、門欄梁和側圍各交接點的強化上。C-IASI 的研究報告就特別展示了 B 柱的結構 / 強度優化對測試結果的影響。

總之,側面碰撞可能導致車頂折彎變形,如果沒有 B 梁的輔助,會一定程度加大車身的損傷程度。但整體而言,車頂 B 梁在側面碰撞中起到的是增加傳力通道的作用,對降低車內人員傷害的權重不大。

天窗版本會降低翻車安全性嗎?

在國內,我們很少聽到車頂靜壓測試,並不代表它不重要。它其實是用來評價車輛發生翻滾時造成的損傷。

近些年一些企業開始有意識地去展示這項測試,像哈弗品牌已經針對多款車型做過展示,後來中汽研(C-IASI)把這項測試列為了必考項目之一。

簡單地背景介紹後,我們説説它的基本原理。車頂靜壓是使用剛性平板作為加載裝置,對車輛一側或兩側頂部施加準靜態載荷,計算車頂最大承載力與車輛整備質量力的比值,以此考察車頂的承載能力。

評價天窗對汽車安全的影響,車頂靜壓測試是最合適過不了

不過在絕大部分測試中,我們都很少看到全景天窗版本蹤影,即便有帶天窗,也多是小天窗。

IIHS 車頂靜壓測試

能查到的測試車型中,哈弗 H4 的天窗尺寸比較大(長 790mm,寬 700mm),可以看到 A 柱上沿與車頂均未出現材料斷裂的情況,SWR 值 4.56,成績優秀。

SWR 值出現位置在前風擋玻璃破碎之前,被擠壓位置所承受到的最大等效壓力為 72699N。

基於以上現實情況,有三點值得我們關注:

1. 大家不做全景天窗版本是在規則允許範圍內;

2. 雖然天窗的損壞甚至造成其他損傷不會造成失分,但大家不顯然不願意暴露更多問題。就這點來説,哈弗 H4 做全景天窗版本測試,值得稱讚;

3. 哈弗 H4 的天窗尺寸着實很大,但考慮到這項測試的受力點在 A 柱上邊緣,其實正是靠近 A 梁加強區域,所以不一定能暴露所有翻車事故損傷。

不過之前哈弗 H6 做過模擬翻滾測試,表現也很不錯,所以第三點算是間接打我臉了。

總結以上來看,大家不必擔心因為加裝了天窗而降低安全性。

加裝天窗,安全性或許不是最要擔心的

要注意的是,大的開口件會降低剛性。

轎車車身剛度雖然不是強制性標準,但已成為車身行業內公認的一項重要指標。車身剛度不合理,將直接影響其結構可靠性、NVH、安全性等關鍵性能指標。

下圖是某轎車(不含天窗)的車身剛性權重圖。可以看到像大的開口件(比如四門、前後風窗)對剛度的影響比較大。

雖然全景天窗的車型會強化側圍結構強度,但剛性還是會變差,導致全景天窗車型發生異響和開啓關閉故障的幾率普遍較高,所以像寶馬 7 系採用碳纖維強化,確實有它的門道在裏面。

為了把控這一問題,針對天窗我們會做一系列耐久性測試,比如天窗的振動耐久、環境耐久、開閉耐久等,可以説天窗設計的水平,會極大影響後期的使用體驗。

天窗耐久視頻

天窗振動耐久視頻

雅斯頓小結

汽車天窗會真的會降低車輛安全性嗎?希望通過本期介紹能夠打消大家的疑慮。在筆者看來,雖然會損失一些剛度,天窗版本的安全性已經被主機廠攻克。如果是有意購買天窗特別是全景天窗版本的朋友,還應該在再關注下這款車型的天窗異響投訴率,相信會對您的購車有幫助。

圖 | 來源於網絡

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