C*****z
发帖数: 2050 | 1 半个月前nowhere7发了一个讨论车辆顶棚安全的帖子——《应试教育的典范啊》（
https://www.mitbbs.com/article_t/Automobile/35644165.html），参与了几轮讨论
之后我决定抛个砖再啰嗦几句。这儿的大前提是只考虑翻车事故中顶棚的安全性，诸如
什么天上掉石头、大货车压车顶之类的小概率事件，在此不考虑也不打算讨论。当然我
这半吊子水平，难免会说错，如果哪里有误，恳请大家指正，谢谢。
1. 翻车事故
大家稍微留意一下各种碰撞安全测试，就会发现研究和模拟翻车事故的测试相比是较少
的。出现这种情况的原因主要是翻车事故发生率低（大概占所有事故的2%），在有限的
资源条件下被忽略也是没有办法的事情。尽管在ESC普遍应用后，翻车事故明显减少，
但一个不争的事实是翻车事故仍然有较高的致死率。根据NHTSA FARS数据，比如2015年
，翻车致死车辆数占车祸致死总车辆数的18.1%，而翻车死亡人数占车祸死亡总人数的
32.0%。即使考虑这其中很多死者是没有使用或错误使用安全带而被甩出车外的，翻车
事故依旧是一种危险的事故。所以，一些机构和研究者开始探究车辆在翻车时的安全性
问题。 |
C*****z
发帖数: 2050 | 2 2. 车顶强度静态测试
一说翻车，大多数人会想到车顶着地的场景，于是本能地认为车顶强度与翻车时车辆的
安全性能有很大关联，有一部分研究者实际上也是这样想的。总结一下，正如NHTSA假
设的三点（图1）：一是车顶强度（SWR值大小）与翻车时乘员伤势程度有关，二是翻车
时车顶形变与翻车时乘员伤势程度有关，三是车顶强度（SWR值大小）与翻车时车顶形
变有关。可以看出，在这个关系中，SWR是“因”。所以基于以上假设，就有了车顶强
度静态测试这种间接的评价方式。在这类测试中，最知名的应该是IIHS的roof
strength test。除此之外，NHTSA也做过类似的测试研究。
这种静态测试，主要考查的是材料本身的力学性能，跟那种材料拉伸压缩实验有相似性
。从这个角度来看，车顶强度静态测试曲线跟塑性材料应力-应变曲线也有对应的相似
性。举个例子，图2是2012 Mercedes-Benz ML 350的IIHS roof strength曲线，图3则
是常常被拿来做代表的低碳钢拉伸应力-应变示意图的一部分。两幅图对比可以看出，
曲线一开始都是近乎线性的弹性形变阶段，然后到达弹性极限后材料开始屈服。再细看
一下图2，这里面其实有3个关键信息：一是peak SWR，二是peak force（即peak SWR×
车重），三是SWR=4时的displacement。在静态测试的这个前提下，如果说peak SWR和
peak force代表了安全余量的话，那么SWR=4时的形变量则真正决定了大部分实际事故
中的安全性。为什么这么说？为什么SWR=4要特别拿出来说？个人认为原因有以下几点：
1)许多动态模拟实验和测试表明，车辆顶棚在翻滚过程中与地面接触受到的最大SWR约
等于4（如Nathan Rose等人做的横向初速度约31 mph的dolly实验、Donald Friedman等
人进行的JRS测试）；
2)IIHS对一些实际翻车事故研究后发现，对于配备了ESC和侧气帘的车辆，并没有已知
的事故案例存在SWR≥4的车辆中乘员AIS（Abbreviated Injury Scale）超过3的情况（
即伤势属于非严重情况）；
3)IIHS认为SWR每增加1.0，车祸死亡率会下降大约23%；
4)NHTSA给车厂划的线是SWR≥3，而IIHS在测试时把SWR=4作为G和A的分界线。
基于以上分析，可以得知SWR=4是个坎。所以在这个条件下，联系到之前的三点假设，
那自然是SWR=4时顶棚形变越小留给车内乘员的生存空间越大车就越安全。
说完SWR=4，再回头探讨下面几个问题：
1)peak force在测试曲线上出现越早车越安全吗？
不一定，不能脱离SWR=4去看peak force。
2)peak force越大越安全吗？
不一定，首先还是不能脱离SWR=4去看peak force，其次是IIHS测试中的这个peak
force对于不同车可能有不同的含义。比如图2的ML 350和2016 Tesla Model S，它们的
peak force我认为就不是一个含义。仅从材料力学的角度简单来看，ML 350的peak
force代表的是屈服强度，而Model S的peak force则是屈服强度和抗拉（压）强度之间
的某个点。也就是说，对于Model S，它的屈服极限要比peak force那一点来的早得多
。由于IIHS在公布测试结果时只截取形变5 in的数据，所以看Model S那个图不是很明
显。但实际测试中，IIHS会测到10 in，所以看图4就一目了然了。
3)车顶强度静态测试有多重要？
我个人赞同《应试教育的典范啊》帖子中flbufl的观点：“这个测试good到acceptable
我都能接受。本来roll over就是小概率事件。系安全带，有side curtain airbag能进
一步降低损伤。”当然，总会存在不同意见，比如认为SWR=4不够安全或者5 in形变已
经很危险（就像flbufl在之前的帖子里提到的）。这里有一个公式：SWR=1/2.18/x，其
中x是顶棚形变量，以m为单位，大家可以以此为参照并根据自己选定的安全形变值去计
算安全的SWR。比如当x=5 in=0.127 m时，SWR=1/2.18/0.127≈3.61。关于这个公式的
数学模型可以参考《Vehicle roof strength as it relates to contained occupant
injury prevention during rollover crashes》（http://arsrpe.acrs.org.au/index.cfm?action=main.paper&id=1112）。 |
C*****z
发帖数: 2050 | 3 3. 模拟翻车动态测试
虽然IIHS认为现实中翻车事故十分复杂，很难进行动态模拟，但动态测试的支持者们仍
然对静态测试持怀疑观点。因为首先，静态测试不能模拟人在翻车时的受力情况——而
翻车时人员严重伤亡多为头颈部受伤引发，这就跟头颈部受力有关；其次，一次静态测
试通常只随机测试车辆一侧，这就无法测出车顶在一侧受力之后另外一侧再受力的表现
——而翻车车辆时常会受到两次撞击，其中近端（翻车初始先受力的一侧）往往比远端
受力小；再次，敞篷车都谈不上顶棚，那按照静态测试的逻辑，敞篷车应该是表现最差
的一类车——而IIHS的统计（驾驶员翻车死亡率，1984-2005）似乎也不太支持这个推
论（下图）；
最后，静态测试测得的车顶强度可能都不是真实强度，挡风玻璃在这种测试中可以提供
很高的强度——而这就意味着车厂可以在不加强顶棚的情况下蒙混过关（如下面这个
IIHS测试视频，15秒时这辆LaCrosse达到peak force，同时挡风玻璃破裂，然后强度就
大幅降低了。那么在这个例子中，是到达peak force后车顶形变过大导致玻璃破裂，还
是车顶本来强度就不高，一直靠玻璃撑着，直至玻璃破裂呢？这就不容易在这样的静态
测试中搞清楚了。）
https://www.youtube.com/watch?v=wowEpkOMrqE
常见的动态测试有以下几种：
1)dolly测试
这大概是最常用的一种方式，基本上是按照SAE J2114标准，用带斜坡的小车将被测车
辆侧着推出去，比如下面这个Volvo XC60测试：
https://www.youtube.com/watch?v=NpvaYKJVQfw
以前曾有人质疑这个30 mph的测试速度，认为这么低的速度根本测不出个所以然来。那
么再来看一段本版转过很多次的著名视频：
https://www.youtube.com/watch?v=kOC4PjCdHKY
上面这个警车拍下的视频是2006年发生的一起翻车事故，根据事故后现场重建，这辆
2003 Ford Explorer Sport大约是行驶速度降到54 mph时开始翻滚，翻滚中横向最大速
度约为24 mph，最终翻滚了近6圈，所幸车上只有司机一人且事故后并无大碍。实际上
九成翻车事故中车辆都翻不到一整圈，横向最大速度也不容易达到dolly测试时的30
mph，而那些见诸报章翻滚无数次的事故只是因为本身看起来严重给人留下深刻印象罢
了。
2)corkscrew测试
这种测试是让被测车辆单侧开上一段斜坡来触发翻车，比如下面这个NHTSA的2007 Ford
Expedition测试：
https://www.youtube.com/watch?v=pRmNbRL1gBI
3)JRS测试
JRS（Jordan Rollover System）是由Acen Jordan设计制造的一种将车辆架起来的“旋
转烤肉”式测试。现实中的翻车，是车辆翻转主动撞击地面，算是车动地不动；而在
JRS测试中是“地面”移动主动撞击翻转车辆，可以看作车动“地”也动。这个测试与
前面两种测试相比，可控性高了很多，比如车辆翻转速度和角度、“地面”移动速度等
等，都可以人为设置。具体测试视频如下：
https://www.youtube.com/watch?v=kKGslvtSE4c
4)DRoTS测试
DRoTS（Dynamic Rollover Test System）是由UVA的研究人员设计的一种类似JRS的测
试，具体测试视频如下：
https://www.youtube.com/watch?v=Lb_mT-0n9-Q
看了这些模拟翻车的动态测试，你有没有怀疑过静态测试不能模拟翻车动态呢？你又有
没有质疑过前面提到的静态测试三大假设呢？其实很早以前就有支持动态测试的研究者
想过这些问题，而且在他们看来车顶强度静态测试不能模拟真实翻车，那三大假设也一
个都不成立。1975年，GM的工程师Edward Moffatt发表了一篇题为《Occupant motion
in rollover collisions》的文章，提出了翻车时车顶形变与翻车时乘员伤势程度无关
的论断，等于直接否定了三大假设中的第二条。之后，GM对多辆1983 Chevrolet
Malibu进行了一系列翻车测试，用以研究Moffatt的理论。这组实验观察到车顶还没有
大形变时假人头颈已受到较大的力，也就意味着车顶还没有大形变时车内乘员已有较大
损伤。但由于GM的这组内部测试从未完全公开过，所以有不少人指责GM在数据上有所隐
瞒。尽管如此，Moffatt还是坚持自己的理论，并在1995年发表的题为《The
relationship between vehicle roof strength and occupant injury in rollover
crash data》的文章再度强调：
“1) There is no relationship between vehicle roof strength-to-weight ratio
and the likelihood of severe injury for the vehicles studied. This
conclusion holds for both non-ejected and ejected occupants; 2) There is no
relationship between the roof strength-to-vehicle-weight ratio and the
likelihood of severe roof damage for vehicles involved in rollovers; 3)
There is a strong relationship between vehicle shape and severe roof damage
for vehicles involved in rollovers. High vehicles like vans have less roof
damage than low sports car type vehicles; and 4) There is a weak
relationship between vehicle shape and severe occupant injury. High vehicles
have slightly fewer severe injuries in rollovers.”
这等于进一步否定了三大假设中剩下的两条。
之后，Exponent（就是以前的FaAA）用SWR=4.8（非IIHS测试）的2003 Subaru
Forester做了一个横向初速度为44 mph的dolly测试。测试中Forester翻转不到6圈，假
人头颈受力大的时候也是车顶处于形变不大的时候。同时这个测试还发现即使SWR=4.8
也不能阻止翻车时假人头部碰撞车顶。尽管假人没有严重“受伤”，但这样的车顶强度
仍不能避免其“受伤”。可见即使车内乘员被安全带束缚，翻车时头向下仍然不可避免
地接近车顶，而车顶在冲击荷载下的形变情况也不见得与静态测试完全一致。说到这，
请大家再回头看看上面那个XC60的视频，你会发现当车辆结束翻滚时，车顶都没有什么
大变化（因为在弹性形变范围内），所以说最终形变量并不能反映翻滚时的动态形变量
。UVA的研究者做过一个DRoTS对比测试，用了一辆2014 Hyundai Accent（SWR=5.22，
IIHS测试）和一辆2014 Volvo XC60（SWR=5.23，IIHS测试）。测试后Accent的B柱变形
了70 mm，但测试中最大形变达到了126 mm；而XC60的B柱最终变形了38 mm，但测试中
最大形变达到了83 mm。 |
C*****z
发帖数: 2050 | 4 4. 最后再说几句
1)作为普通消费者不必为了研究者的不同观点站队，这些不同的测试都可以参考，其中
IIHS的测试仍然有很大参考价值（还应注意peak force或者说force才是绝对的衡量标
准）；
2)侧气帘很重要，就像2009-76-073（NHTSA NASS）这个事故中，一辆配备了侧气帘的
2008 Toyota Highlander翻转1圈，69岁的驾驶和96岁的副驾驶都只是受了轻伤；
3)车辆失控时安全降低车速会有帮助，有统计指出翻车死亡事故中刚开始翻车时的行驶
速度平均值是63.4 mph。 |
f*****h
发帖数: 4489 | 5 好文要顶 非常专业
【在 C*****z 的大作中提到】
: 4. 最后再说几句
: 1)作为普通消费者不必为了研究者的不同观点站队，这些不同的测试都可以参考，其中
: IIHS的测试仍然有很大参考价值（还应注意peak force或者说force才是绝对的衡量标
: 准）；
: 2)侧气帘很重要，就像2009-76-073（NHTSA NASS）这个事故中，一辆配备了侧气帘的
: 2008 Toyota Highlander翻转1圈，69岁的驾驶和96岁的副驾驶都只是受了轻伤；
: 3)车辆失控时安全降低车速会有帮助，有统计指出翻车死亡事故中刚开始翻车时的行驶
: 速度平均值是63.4 mph。
|
n******7
发帖数: 12463 | 6 看来我成功抛砖引玉了:)
太长，先mark再细读
有什么想法再上来讨论 |
b*****u
发帖数: 1556 | 7 好文！！！
如下的比较更说明问题：
A=（翻车致死人数）/（翻车车祸中involve的车内总人数）
B=（所有车祸致死人数）/（所有车祸中involve的车内总人数）
如果A>B，说明翻车杀伤力高于平均值。
用A的方法计算其他类型的车祸，得出各种类型车祸致死率统计，放在一起比较，可以
看出各种类型的车祸杀伤力排行。当然这只是粗粗的分类而已，但是每个车祸都不完全
一样，也就只能大概粗分类一下。
【在 C*****z 的大作中提到】
: 半个月前nowhere7发了一个讨论车辆顶棚安全的帖子——《应试教育的典范啊》（
: https://www.mitbbs.com/article_t/Automobile/35644165.html），参与了几轮讨论
: 之后我决定抛个砖再啰嗦几句。这儿的大前提是只考虑翻车事故中顶棚的安全性，诸如
: 什么天上掉石头、大货车压车顶之类的小概率事件，在此不考虑也不打算讨论。当然我
: 这半吊子水平，难免会说错，如果哪里有误，恳请大家指正，谢谢。
: 1. 翻车事故
: 大家稍微留意一下各种碰撞安全测试，就会发现研究和模拟翻车事故的测试相比是较少
: 的。出现这种情况的原因主要是翻车事故发生率低（大概占所有事故的2%），在有限的
: 资源条件下被忽略也是没有办法的事情。尽管在ESC普遍应用后，翻车事故明显减少，
: 但一个不争的事实是翻车事故仍然有较高的致死率。根据NHTSA FARS数据，比如2015年
|
E****a
发帖数: 3088 | 8 文章不专业。前面没有 Abstract，后面没有Conclusion。 |
n******7
发帖数: 12463 | 9 最重要的是没有作者署名，affiliation，funding support，还有competing
interests
【在 E****a 的大作中提到】
: 文章不专业。前面没有 Abstract，后面没有Conclusion。
|
a****2
发帖数: 3735 | |
|
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T*********s
发帖数: 20444 | |
C*****z
发帖数: 2050 | 12 可能有这样的数据，我没有去查过。如果拿前面说的2015年的FARS数据不严谨地估算一
下，A是大于B的。
【在 b*****u 的大作中提到】
: 好文！！！
: 如下的比较更说明问题：
: A=（翻车致死人数）/（翻车车祸中involve的车内总人数）
: B=（所有车祸致死人数）/（所有车祸中involve的车内总人数）
: 如果A>B，说明翻车杀伤力高于平均值。
: 用A的方法计算其他类型的车祸，得出各种类型车祸致死率统计，放在一起比较，可以
: 看出各种类型的车祸杀伤力排行。当然这只是粗粗的分类而已，但是每个车祸都不完全
: 一样，也就只能大概粗分类一下。
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C*****z
发帖数: 2050 | 13 最重要的是没有参考文献啊:)
【在 n******7 的大作中提到】
: 最重要的是没有作者署名，affiliation，funding support，还有competing
: interests
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C*****z
发帖数: 2050 | 14 这个视频跟翻车车辆安全性没有太大关系。
【在 a****2 的大作中提到】
|
a****2
发帖数: 3735 | |
D***0
发帖数: 5214 | 16 偶像的帖子必须要顶！
★ 发自iPhone App: ChineseWeb 16
【在 C*****z 的大作中提到】
: 半个月前nowhere7发了一个讨论车辆顶棚安全的帖子——《应试教育的典范啊》（
: https://www.mitbbs.com/article_t/Automobile/35644165.html），参与了几轮讨论
: 之后我决定抛个砖再啰嗦几句。这儿的大前提是只考虑翻车事故中顶棚的安全性，诸如
: 什么天上掉石头、大货车压车顶之类的小概率事件，在此不考虑也不打算讨论。当然我
: 这半吊子水平，难免会说错，如果哪里有误，恳请大家指正，谢谢。
: 1. 翻车事故
: 大家稍微留意一下各种碰撞安全测试，就会发现研究和模拟翻车事故的测试相比是较少
: 的。出现这种情况的原因主要是翻车事故发生率低（大概占所有事故的2%），在有限的
: 资源条件下被忽略也是没有办法的事情。尽管在ESC普遍应用后，翻车事故明显减少，
: 但一个不争的事实是翻车事故仍然有较高的致死率。根据NHTSA FARS数据，比如2015年
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D***0
发帖数: 5214 | 17 你说是否应该再添一个车顶气囊？探测到车辆翻转的时候就打开。像volvo那种加再多
安全措施都不嫌多的厂商应该引领一下潮流。
★ 发自iPhone App: ChineseWeb 16
【在 C*****z 的大作中提到】
: 4. 最后再说几句
: 1)作为普通消费者不必为了研究者的不同观点站队，这些不同的测试都可以参考，其中
: IIHS的测试仍然有很大参考价值（还应注意peak force或者说force才是绝对的衡量标
: 准）；
: 2)侧气帘很重要，就像2009-76-073（NHTSA NASS）这个事故中，一辆配备了侧气帘的
: 2008 Toyota Highlander翻转1圈，69岁的驾驶和96岁的副驾驶都只是受了轻伤；
: 3)车辆失控时安全降低车速会有帮助，有统计指出翻车死亡事故中刚开始翻车时的行驶
: 速度平均值是63.4 mph。
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C*****z
发帖数: 2050 | 18 再次说明安全带的重要性。
【在 a****2 的大作中提到】
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C*****z
发帖数: 2050 | 19 不敢当，我是非专业的。
【在 D***0 的大作中提到】
: 偶像的帖子必须要顶！
:
: ★ 发自iPhone App: ChineseWeb 16
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C*****z
发帖数: 2050 | 20 我觉得会有用。
【在 D***0 的大作中提到】
: 你说是否应该再添一个车顶气囊？探测到车辆翻转的时候就打开。像volvo那种加再多
: 安全措施都不嫌多的厂商应该引领一下潮流。
:
: ★ 发自iPhone App: ChineseWeb 16
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l*****6
发帖数: 7881 | |
C*****z
发帖数: 2050 | 22 这个真不是，我觉得要是真学了相关专业就不见得像现在这么有兴趣了。
【在 l*****6 的大作中提到】
: 太赞了，让我开眼了。兄弟是不是汽车领域的？
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