汽车天窗会真的会降低车辆安全性吗？

五岛岛主

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 ABC 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 ABC 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。


天窗耐久视频


天窗振动耐久视频
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。