用数据说话：汽车是否越重越安全？

本文作者：张星宇 同步发布于其微信公众号「 瓦罐张」 以及知乎专栏「 瓦罐车谈」 上周末 2016 赛季 F1 揭幕战正式打响，正赛当中让人最揪心的莫过于阿隆索的严重车祸了， 赛车被撞得支离破碎，还在空中翻滚了好几圈，幸运的是，阿隆索本人毫发无损。熟悉 F1 的朋友们都知道，这其中 F1 赛车核心的单体壳结构为车手提供了最大限度的安全保障，从图片可以看出，尽管悬架和动力单元几乎散架，但单体壳结构依然完整。 在目前市场上大多数的乘用车上，也使用了类似的结构，那就是奔驰的贝拉·巴恩伊在上世纪 50 年代提出的安全车身结构，也就是设计牢固的乘员舱，但将车身前后部设计成可以溃缩的结构，以此来吸收碰撞时的能量。 这个理论相信大多数人也不陌生，然而还有一个物理上的动量守恒定律可能更深入人心，简单的说，就是如果一个保龄球和雪球相撞，那么无疑保龄球还是那个保龄球，而雪球一定会碎成渣渣。 经典物理定律不可违背，于是似乎汽车应该重一些才好，而车重与安全性的这个话题也一直是各种平台上的热门话题之一。近几年来，汽车轻量化逐步成为了行业内的新兴热词，原因主要是排放和油耗法规的巨大压力，一方面，汽车工程师们拼命在发动机上下功夫，另一方面，他们也将目光放在了减重上，因为减重对于降低油耗可以说是事半功倍的效果，除此之外，还有利于提升车辆的动态性能和静音效果，可谓一举多得，那么大家可能就会心有疑虑，汽车的轻量化会不会给安全性带来不利的影响呢？ 先谈谈我的看法， 首先，汽车不是保龄球和雪球这么简单一块固体，汽车拥有复杂的车身结构，就如上面所说，汽车有溃缩结构吸收碰撞的能量；其次，轻量化的主要手段是优化结构或者改变车身材质，两者都能为车身提供相当或者更好的乘员舱牢固程度；此外，越来越多的主动安全设备的应用，能够有效地减少事故，特别是严重事故的发生。 我一个人说了不算，这个问题学术界也早有争论，那我们不妨来看看砖家们都是怎么说的。 先从我们熟悉的说起，美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）交由美国汽车工程师学会（SAE）的 Kahane 博士分别在 1997，2003 和 2004 年分别进行了三次针对汽车重量和安全性的相关性分析。该项研究通过对历史车辆的事故率及伤亡率做逻辑回归分析，最后得出的结论是，随着汽车重量的下降，死亡率会随之上升，其中特别指出，汽车若减少 100 磅的重量，一年将会导致额外 1000 人的死亡。 但是这个研究有两个很大的问题，一是没有考虑车辆结构方面的差异性（只简单对不同的车体形式如轿车/皮卡做了分类处理），更关键的是没有将汽车的尺寸和重量分开来单独验证，可以想象，一辆性能更优的奥迪 A6 和奇瑞 QQ 相撞是明显占优的。 很快，来自于 Dynamic Research Inc. 的两位学者 Van Auken 和 Zellner 就提出了指出了 Kahane 研究中的问题，并且与 2002-2005 年之间利用和 Kahane 相同的数据重新进行了多次分析，结果发现一旦将汽车尺寸与重量二者分开验证，那么轻量化的车身将对安全性产生正面的影响，而汽车尺寸（轴距和轮距）的减小则将对安全性产生负面影响，Kahane 的研究由于将这两个因素绑在一起分析，汽车尺寸的负面影响覆盖了轻量化的正面影响，从而得出了完全相反的结论。 △事故死亡率与轿车尺寸 /重量的相关性分析，纵轴为正表示汽车重量降低或尺寸减小对于事故率的影响，正值表示事故率上升，负值表示事故率下降。图例中蓝色为重量，黄色为轴距，红色为轮距，灰色为同时考虑重量和尺寸 他们对轻型卡车数据（如皮卡）做同样的分析也得到了类似的结论。主要结论如下，如果汽车重量减少 100 磅： 1. 对于两车相撞时以及其他事故中的车辆耐撞性没有明显影响； 2. 能够降低两车相撞时的死亡率 3. 能够降低车辆发生相撞事故的几率 4. 能够降低轻型卡车翻车或与另一轻卡相撞事故中的死亡率 5. 能够降低轻型卡车撞击物体（比如撞墙）的事故几率 报告同时指出能够得出上面的结论其实是有科学道理的，因为还有一条物理定律叫做动能定理，同样速度运动的物体，质量越大则动能越大，因此，质量较轻的车辆发生碰撞时的动能变化就小，对于乘员的伤害就会降低，而在即将发生碰撞时，质量较轻的车辆操控和制动相对更容易，也能有效避免事故的发生。 Van Auken 和 Zellner 关于汽车尺寸，特别是轴距对于汽车安全性影响的观点也得到了 2006 年另一位学者研究的支持。他的研究表明，较长的轴距和优秀的防碰撞设计是提升安全性的关键，如果所有的车辆的重量/轴距比降低到同级的最低水平，则事故死亡率将降低 28%，油耗降低 16%。 此外，2008 年来自于劳伦斯伯克利国家实验室的两位学者 Wenzel 和 Ross 也做了一项研究来支持轻量化对安全性的正面影响。首先，他们的研究表明汽车重量与安全性的相关性很弱。 △横轴为汽车重量，纵轴为风险因数（风险因数的定义为每年每一百万辆车中的事故死亡率）其次，他们通过分析不同级别车型的风险因数发现，想象中很安全的皮卡，似乎并没有想象中那么安全。 △纵轴为风险因数，横轴为车体形式，其中灰色为对驾驶员本人的风险，白色为对他人车辆驾驶员的风险，可以看到其中右二的 1 吨级皮卡总的风险因数最高 他们的结论是： 1. 中大型轿车和小型货车（Minivans）的安全性较高； 2. 承载式车身 SUV 的安全性优于非承载式车身的 SUV； 3. 皮卡的安全性最低，同时对他人车辆的侵略性最高，在两车相撞事故中，很容易导致他人死亡，但同时，皮卡本身在与静止物体（比如墙体）碰撞的事故中驾驶员死亡率也很高 这里的第 3 点相信可以揭开很多人心中的疑惑， 对于两车相撞的情况，如果两车的尺寸和重量相差过大，比如普通乘用车和集卡相撞，那乘用车还是凶多吉少，这也是 Kahane 研究结论中的可取之处。 但从汽车轻量化的角度来说，更多考虑的是在某一辆汽车本身的演进过程中，重量变化对于安全性的影响，在这种情况下，由于车身尺寸这一因子没有发生较大变化，那么轻量化是对提升安全性有好处的，这也是后来几位学者研究结果想要传递的主要信息。 由此可见，汽车安全与否，最关键的还是看车身的安全性设计和尺寸。 一方面，随着汽车设计水平的不断提高，比如 CAE 仿真设计，车身的整体结构更加优化，力学传导特性更合理，结构件的改变，都能有效提升车身的强度和刚性； 而随着高强度钢、铝合金、镁合金以及复合材料（如碳纤维）的应用，能够在车身的关键节点，如 A/B 柱，车门侧面等位置提供更好的保护，同时大大降低了零件本身的体积和重量。 另一方面，对于较大的车身尺寸，有助于溃缩区域的结构布置，提供更充足的缓冲空间，在发生事故时，较大的乘员舱空间也有利于驾驶员和乘客的逃生，亦便于他人施救。 当然，除此之外，影响汽车安全的因素还有很多，比如现在越来越成熟的主动安全技术。因此对于消费者来说，还是要根据具体车型来进行选择，如果说真要有什么基本原则的话，就是买一辆车身结构更好的大车。但是并不绝对啊，你看 MINI 那小身板也刚拿了 IIHS 的顶级安全认证呢。 原创声明： 本文为 GeekCar 原创作品，欢迎转载。转载时请在文章开头注明作者和「来源自 GeekCar」，并附上原文链接，不得修改原文内容，谢谢合作！ 欢迎关注 GeekCar 微信公众号：  GeekCar 极客汽车（微信号：GeekCar）& 极市（微信号：geeket）。