汽車越重越安全嗎？1)

周青

(清華大學車輛與運載學院，北京100084)

消費者選購汽車時經(jīng)常存在一個誤區(qū)，認為越重的車越安全。存在這個誤區(qū)并不奇怪，因為大家可能首先想到的是，大車和小車相撞，顯然是開小車的人吃虧。但事實上發(fā)生碰撞事故時，重的車和輕的車哪個更安全并不能一概而論。從個案上看，是取決于具體的碰撞工況；從整體上來說，反而是汽車輕量化有利于降低道路交通事故傷害。

圖1 兩臺重量差別較大的車的對撞試驗(圖片來源于網(wǎng)絡)

我們先考慮圖1所示的兩車對撞工況，其中大一點的轎車是奔馳C300，小車是奔馳Smart車型，后者只有一排座位，重量大約是前者的一半。碰撞前兩車的動能最終基本被兩車的變形和破壞消耗掉，根據(jù)動量守恒定律，車輛碰撞前后的速度變化與其質量成反比也就是說，小車、輕車里的乘員承受的速度變化更大，就像在碰撞試驗中小車(Smart)的反彈速度比較大，跳起較高，被“撞跑了”。這樣一個碰撞的時間歷程大概是100～200 ms，在這么短的時間里，小車的乘員要經(jīng)歷較大的速度變化，意味著要經(jīng)受更大的碰撞沖擊力，所以，小車或輕車里的乘員確實處于不利的境地。但如果換一個工況，用小車的車頭去撞大車的車門區(qū)域，盡管大車比較重，那也是大車的乘員處于不利的境地。

兩車碰撞事故十分常見，很多情況下小車又處于不利的境地，這就不奇怪消費者希望買重的車了。但人們沒有意識到的是，兩車碰撞事故主要以中低速碰撞為主，比如追尾或轉彎或換道時的刮擦。這類事故一般只有車輛結構損壞，鮮有人員傷害。車與車發(fā)生高速碰撞的幾率并不那么高，其中小車與大車發(fā)生高速碰撞的比例就更低了，只是大家對高速碰撞事故和傷害的關注度比較高。即使在比較嚴重的兩車碰撞事故中，對于合格上市銷售的車，乘員艙都需要設計得很好，如Smart車的乘員艙在碰撞試驗中未見明顯變形，這樣可以確保乘員約束系統(tǒng)，包括座椅、安全帶和氣囊等裝置，有充分的空間發(fā)揮其保護作用。而另一個容易被忽略的點是，單車事故中嚴重事故的比例，比兩車事故中嚴重事故的比例要高，經(jīng)常是路況越簡單，車速越高，也越容易麻痹大意。這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)在交通事故數(shù)據(jù)庫或文獻中都可以查到。

發(fā)生碰撞事故時，我們最不喜歡的就是車輛所攜帶的動能，動能越大，造成的人體傷害就越嚴重。在兩車碰撞事故中，我們還可以責怪對方車輛的動能給自身車輛帶來的破壞和傷害，而在單車碰撞事故中，自車的動能就是唯一的“殺傷力”了。動能的兩個參數(shù)是車的速度和重量，而速度是汽車的特質之一，發(fā)生事故時，我們千方百計降低速度，這方面的技術已經(jīng)有不少了，比如碰撞前車輛的自動緊急制動技術和相應的控制策略，但我們還沒有任何技術能在碰撞前降低車的重量，多一分重量就多一分對傷害的貢獻。

我們再來看單車碰撞事故(圖2)中車輛尺寸的影響。盡管大車可以通過更多的結構變形和破壞來消耗動能，但多出的可供變形的空間與多出的重量并不成比例。我們比較了一組重量為2000 kg左右的轎車和一組1000 kg左右的轎車[1]，估計了其可用于變形吸能的空間，發(fā)現(xiàn)重車比輕車只多了15%左右，而其重量和動能卻是小車的兩倍！也就是說，重車造成傷害的“能力”增加了一倍，而其可用于保護的“資源”只增加15%！這是因為，大車的性能提升可能更多體現(xiàn)在其他方面了，比如車內的伸腿空間更大，大車更強的結構也主要用于支撐更大更重的發(fā)動機了。也就是說，大車在尺寸方面的“優(yōu)勢”并未按比例用于提升其碰撞安全保護性能。此外，對車內的司機而言，其內部尺寸的增加其實也無法完全轉化成對其碰撞保護效果的改善，因為司機到方向盤和腳踏板的距離跟車的大小關系不大，只與司機的身材尺寸有關(圖3)。

圖2 單車碰撞事故(圖片來源于網(wǎng)絡)

圖3 司機與車內“障礙物”的距離主要與其身材尺寸有關(圖片來源于網(wǎng)絡)

越野車或者輕型皮卡這類比較重的家用車輛，在與其他車輛發(fā)生碰撞時，給他車人員造成的傷害是普通轎車的兩三倍。美國2004年的一項研究發(fā)現(xiàn)[2]：如果說大號車對降低自身乘員的碰撞傷害或許還有一點正面貢獻的話，重車對增加其他車輛乘員傷害的負面貢獻則更大。也就是說，對道路交通事故傷害整體而言，大車和重車是做了“凈貢獻”的。

我們團隊的一項研究結果表明：為了提升未來高速公路上的通行效率和安全性，可以通過車聯(lián)網(wǎng)給隊列車輛分組和排隊，一方面，保持隊列的均勻速度可以提升通行效率和行車安全性，另一方面，按車的重量和大小合理分組和排序，也使得萬一發(fā)生碰撞事故時，相鄰車輛之間的動能比較匹配，可降低車輛間的碰撞侵害或者降低車隊整體的傷害風險。這其中的道理也是因為碰撞傷害與車輛的速度變化和重量都相關。

未來汽車的主動安全技術會更多介入車輛的操控，重量輕的車更有利于實現(xiàn)主動安全控制，比如緊急制動或換道。當然，小車在安全性方面也會有問題，比如高速行駛的輕車，可能會有氣動穩(wěn)定性的問題。但我們想想，飛機也有大有小，小飛機的氣動穩(wěn)定性能不見得就比大飛機差，應用空氣動力學和電子控制等技術，未來應可以提升小車在高速行駛下的氣動穩(wěn)定性能。另一方面，盡管大車在氣動穩(wěn)定性方面的問題不大，但其實有底盤穩(wěn)定性的問題，比如越野車的重心高，更容易發(fā)生翻車事故，這符合常識和觀察，也有事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)佐證。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織全球道路交通安全報告[3]，全世界的道路交通傷亡中有一半左右是車外人員的傷亡，這其中有兩輪車自身事故造成的，也有汽車與行人或騎車人發(fā)生碰撞事故所貢獻的份額。在后者中，重量大的車對車外人員的危害要大于重量輕的車。

發(fā)生道路交通事故的原因是多方面的，除了自身的因素以外，還有行車環(huán)境等因素。很難預測我們卷入的下一起事故是單車碰撞還是兩車碰撞，是高速碰撞還是低強度碰撞，是兩車對撞還是追尾，是正面碰撞還是側面碰撞，是城市道路工況還是高速公路工況，是與護欄碰撞還是滾翻，亦或是與行人或兩輪車發(fā)生碰撞。汽車對乘員的保護固然與車的重量有關，但人體碰撞損傷受碰撞工況的影響更大。即使僅考慮自身車內乘員的安全保護，也無法簡單斷定是重的車好還是輕的車好。

我們進一步推斷，如果能在保持其他因素，比如駕駛行為、行駛里程、行駛速度、事故發(fā)生率等都不變的情況下，降低道路上所有車輛的重量，那么道路交通事故的整體傷亡就會凈減少。這其中的原理很簡單，所有車輛總體上的重量下降使得碰撞中能造成人體傷害的動能變小了，那從整體上來看，即使發(fā)生交通事故的幾率不變，事故中的人體傷害也一定會降低。這就好比，我們去一家擁擠的餐廳吃飯，如果每一桌的人都高聲喧嘩，那即使大家都提高嗓音，可能還是聽不清楚；如果每一桌的人都輕聲細語，反而都能聽得清楚。如果大家為了更好地保護自己，就都買大車、重車，那最終道路上的整體交通事故傷害一定是凈增加，也起不到更好地保護自己的效果；而如果大家都買小車、輕車，那道路交通事故傷害整體上一定是凈減少！

汽車輕量化不僅是節(jié)能環(huán)保的要求，也能降低道路交通事故傷亡，對行車安全整體而言是利大于弊。我們的愿景是：道路上的車都更輕、更小，既能降低行駛和停放時的占地面積，也會使交通出行整體上更加安全！

致謝

孟艷和王宸對本文的成稿亦有貢獻。