消费者选购汽车时经常存在一个误区,认为越重的车越安全。存在这个误区并不奇怪,因为大家可能首先想到的是,大车和小车相撞,显然是开小车的人吃亏。但事实上发生碰撞事故时,重的车和轻的车哪个更安全并不能一概而论。从个案上看,是取决于具体的碰撞工况;从整体上来说,反而是汽车轻量化有利于降低道路交通事故伤害。

我们先考虑图1所示的两车对撞工况,其中大一点的轿车是奔驰C300,小车是奔驰Smart车型,后者只有一排座位,重量大约是前者的一半。碰撞前两车的动能最终基本被两车的变形和破坏消耗掉,根据动量守恒定律,车辆碰撞前后的速度变化与其质量成反比

$\frac{△V_{1}}{△V_{2}}=\frac{m_{2}}{m_{1}}$

也就是说,小车、轻车里的乘员承受的速度变化更大,就像在碰撞试验中小车(Smart)的反弹速度比较大,跳起较高,被"撞跑了"。这样一个碰撞的时间历程大概是100~200 ms,在这么短的时间里,小车的乘员要经历较大的速度变化,意味着要经受更大的碰撞冲击力,所以,小车或轻车里的乘员确实处于不利的境地。但如果换一个工况,用小车的车头去撞大车的车门区域,尽管大车比较重,那也是大车的乘员处于不利的境地。

两车碰撞事故十分常见,很多情况下小车又处于不利的境地,这就不奇怪消费者希望买重的车了。但人们没有意识到的是,两车碰撞事故主要以中低速碰撞为主,比如追尾或转弯或换道时的刮擦。这类事故一般只有车辆结构损坏,鲜有人员伤害。车与车发生高速碰撞的几率并不那么高,其中小车与大车发生高速碰撞的比例就更低了,只是大家对高速碰撞事故和伤害的关注度比较高。即使在比较严重的两车碰撞事故中,对于合格上市销售的车,乘员舱都需要设计得很好,如Smart车的乘员舱在碰撞试验中未见明显变形,这样可以确保乘员约束系统,包括座椅、安全带和气囊等装置,有充分的空间发挥其保护作用。而另一个容易被忽略的点是,单车事故中严重事故的比例,比两车事故中严重事故的比例要高,经常是路况越简单,车速越高,也越容易麻痹大意。这些统计数据在交通事故数据库或文献中都可以查到。

发生碰撞事故时,我们最不喜欢的就是车辆所携带的动能,动能越大,造成的人体伤害就越严重。在两车碰撞事故中,我们还可以责怪对方车辆的动能给自身车辆带来的破坏和伤害,而在单车碰撞事故中,自车的动能就是唯一的"杀伤力"了。动能的两个参数是车的速度和重量,而速度是汽车的特质之一,发生事故时,我们千方百计降低速度,这方面的技术已经有不少了,比如碰撞前车辆的自动紧急制动技术和相应的控制策略,但我们还没有任何技术能在碰撞前降低车的重量,多一分重量就多一分对伤害的贡献。

我们再来看单车碰撞事故(图2)中车辆尺寸的影响。尽管大车可以通过更多的结构变形和破坏来消耗动能,但多出的可供变形的空间与多出的重量并不成比例。我们比较了一组重量为2000 kg左右的轿车和一组1000 kg左右的轿车^[1],估计了其可用于变形吸能的空间,发现重车比轻车只多了15%左右,而其重量和动能却是小车的两倍！也就是说,重车造成伤害的"能力"增加了一倍,而其可用于保护的"资源"只增加15%！这是因为,大车的性能提升可能更多体现在其他方面了,比如车内的伸腿空间更大,大车更强的结构也主要用于支撑更大更重的发动机了。也就是说,大车在尺寸方面的"优势"并未按比例用于提升其碰撞安全保护性能。此外,对车内的司机而言,其内部尺寸的增加其实也无法完全转化成对其碰撞保护效果的改善,因为司机到方向盘和脚踏板的距离跟车的大小关系不大,只与司机的身材尺寸有关(图3)。

越野车或者轻型皮卡这类比较重的家用车辆,在与其他车辆发生碰撞时,给他车人员造成的伤害是普通轿车的两三倍。美国2004年的一项研究发现^[2]：如果说大号车对降低自身乘员的碰撞伤害或许还有一点正面贡献的话,重车对增加其他车辆乘员伤害的负面贡献则更大。也就是说,对道路交通事故伤害整体而言,大车和重车是做了"净贡献"的。

我们团队的一项研究结果表明：为了提升未来高速公路上的通行效率和安全性,可以通过车联网给队列车辆分组和排队,一方面,保持队列的均匀速度可以提升通行效率和行车安全性,另一方面,按车的重量和大小合理分组和排序,也使得万一发生碰撞事故时,相邻车辆之间的动能比较匹配,可降低车辆间的碰撞侵害或者降低车队整体的伤害风险。这其中的道理也是因为碰撞伤害与车辆的速度变化和重量都相关。

未来汽车的主动安全技术会更多介入车辆的操控,重量轻的车更有利于实现主动安全控制,比如紧急制动或换道。当然,小车在安全性方面也会有问题,比如高速行驶的轻车,可能会有气动稳定性的问题。但我们想想,飞机也有大有小,小飞机的气动稳定性能不见得就比大飞机差,应用空气动力学和电子控制等技术,未来应可以提升小车在高速行驶下的气动稳定性能。另一方面,尽管大车在气动稳定性方面的问题不大,但其实有底盘稳定性的问题,比如越野车的重心高,更容易发生翻车事故,这符合常识和观察,也有事故统计数据佐证。

根据世界卫生组织全球道路交通安全报告^[3],全世界的道路交通伤亡中有一半左右是车外人员的伤亡,这其中有两轮车自身事故造成的,也有汽车与行人或骑车人发生碰撞事故所贡献的份额。在后者中,重量大的车对车外人员的危害要大于重量轻的车。

发生道路交通事故的原因是多方面的,除了自身的因素以外,还有行车环境等因素。很难预测我们卷入的下一起事故是单车碰撞还是两车碰撞,是高速碰撞还是低强度碰撞,是两车对撞还是追尾,是正面碰撞还是侧面碰撞,是城市道路工况还是高速公路工况,是与护栏碰撞还是滚翻,亦或是与行人或两轮车发生碰撞。汽车对乘员的保护固然与车的重量有关,但人体碰撞损伤受碰撞工况的影响更大。即使仅考虑自身车内乘员的安全保护,也无法简单断定是重的车好还是轻的车好。

我们进一步推断,如果能在保持其他因素,比如驾驶行为、行驶里程、行驶速度、事故发生率等都不变的情况下,降低道路上所有车辆的重量,那么道路交通事故的整体伤亡就会净减少。这其中的原理很简单,所有车辆总体上的重量下降使得碰撞中能造成人体伤害的动能变小了,那从整体上来看,即使发生交通事故的几率不变,事故中的人体伤害也一定会降低。这就好比,我们去一家拥挤的餐厅吃饭,如果每一桌的人都高声喧哗,那即使大家都提高嗓音,可能还是听不清楚;如果每一桌的人都轻声细语,反而都能听得清楚。如果大家为了更好地保护自己,就都买大车、重车,那最终道路上的整体交通事故伤害一定是净增加,也起不到更好地保护自己的效果;而如果大家都买小车、轻车,那道路交通事故伤害整体上一定是净减少！

汽车轻量化不仅是节能环保的要求,也能降低道路交通事故伤亡,对行车安全整体而言是利大于弊。我们的愿景是：道路上的车都更轻、更小,既能降低行驶和停放时的占地面积,也会使交通出行整体上更加安全！