清华大学汽车工程系教授 周菁

中国的汽车进入家庭大概十几年的历史，看整个汽车行业有大概100年左右，看西方发达国家汽车进入家庭大约1950-1960年代，中国一开始消耗汽车，一开始把它定位在奢侈品，追求天窗版，皮坐版。早晚汽车会成为日用品，就像穿的衣服，生活必须品。13亿人，这灭大的能源消耗，当你把它变成日用品的时候不可能像今天这么消耗，能源消耗还是环境的拥堵等等，交通的拥堵，所以看看怎么从节流角度看汽车的安全和轻量化。
    轻量化显然是节流，但是轻量化有可能跟安全有冲突，究竟有没有冲突呢？我看能不能给大家解读一下，讲四个话题，一个是小型化和轻量化，小型化和轻量化甭管内燃机还是燃料电池，还是电动车都是节流，所以我们用小型化和轻量化来解决节约的问题。刚才李克强教授讲了未来的智能网联车，不知道多远的未来，20年以后，或者更远的未来，如果我们整个驾驶环境都是比较智能，我们肯定追求更高的效率，这样更高效率情况下还有没有汽车的碰撞安全，这是我最近一两年正在思索的问题。我们清华教授之间也要互相挑战，李克强教授如果把科研做到极致，碰撞安全是不是就要失业了，在我退休之前碰撞安全还是保证最基础的一个底线。
    中国汽车进入家庭才有十几年的历史，所以在中国我们有太多的中国特色，道路拥堵，人的身材特色，有太多的新司机在路上，势必就引起很多能耗的问题，安全的问题，能耗问题。也许还得需要二三十年时间才能使驾驶行为，各种各样跟西方发达国家一样。最后一个，毕竟电动车和电池是今后十年、二十年主要的科研方向，这个问题我们有什么安全问题。
    我们先来看看传统的家用轿车在使用方式上，我不是说设计和制造，使用方式上有哪些浪费。有两大浪费我总结，一辆车平均重量轻一点1200公斤，重一点1800公斤，大部分车型式的时候里边只有一个乘员，100公斤到头了，为了运80公斤、100公斤货物，1200公斤，1800公斤同时运，这是多大的浪费。第二个浪费一辆家用轿车，车的私有化大部分时间闲置的，开车上下班就算是加上拥堵，每天路上一个半小时，最多两个小时，剩下22个小时车都在闲置，北京这么高贵地产价格，车停在那里还要消耗。
    我们看未来智能交通，小型化，轻量化，通信技术，智能网联技术，这些技术发展能不能解决这两大浪费的问题。我觉得它是有可能的，它会颠覆汽车设计、制造和使用。再加上鼓励城市化，北京、上海两千多万人口城市怎么才是很好的交通出行的选择。
    第一线来看传统的牛顿力学问题，车的重量和安全究竟是什么关系。普通消费者在买车的时候很关注车的碰撞安全，大概有点基本力学知识人就知道，开重车跟小车撞我肯定占便宜，这是基本的牛顿定律。但是忽略了一点有多少情况是开着一个不管什么样的车，跟另外一辆比你强很多的车发生高速碰撞，每年公安部发布中国道路交通事故统计，无论中国道路交通事故统计，还是国外，都指向一点，大多数高速碰撞都是单车碰撞，你在北京更有体会，在北京四环上车辆追尾，发生事故以后人出来都在厘清责任，大部分车车碰撞都是低速刮蹭，没有任何人员伤亡。高速碰撞才关注自身的伤亡。
    不言而喻，导致人体损伤的时候最大的问题是动能，不光是速度。尽管我们说造成你的人体损伤，伤害的程度跟速度的四次方成正比，发生事故要尽可能减速，这是先进的主动安全技术帮你做到。自己作为有经验的司机，制动也是主要的。
    我们说质量成本，总不能碰撞事故发生之前把质量甩掉，你可以把速度甩掉，如果能够把车造得轻一点，至少从一个线性角度降低了动能，你可能说动能低了以后相对安全一点，但也不绝对是这样的。我基本的认知汽车的轻量化是利大于弊。这只有在实验室工况，设计的车一定是吃亏的，事故是怎么发生的你不知道，也没法预测。如果你开着小车，车头撞大车的侧面，你就不一定在吃亏位置上，这是两车碰撞。两车碰撞确确实实是大车占便宜，但是如果我们能够降低整个道路上整体汽车的平均重量，我们一定能够减少道路交通的净伤亡，这不是我研究结论，大概1999-2003年美国联邦政府的一个研究结论，那个时候我在美国联邦政府交通部做碰撞安全研究工作，就发现因为90年代美国汽油非常便宜，大概1美元一加仑，那就使得路上的大车，SUV，越野车多功能车越来越多，几乎占到一半左右，这样的话大车多了以后明显看到道路交通伤亡在上升。我们做了研究，如果美国三亿辆车保有量平均车1700公斤，轻的1300公斤，重的2000多，如果一天之内把平均车重1800降成1000公斤，其它都不变，各种各样的其它因素都不变，整个美国道路交通伤亡将会降低，原因很简单，动能低了。这就是最简单的道理。
    还是说你要开重车还是轻车，打一个比方，如果大家都是竞争，只能让我们整体道路交通伤亡增加。如果大家都开小车只能让整体道路交通上网降低。比如大家去参观吃饭，有30张桌，每张桌子人数不同，如果大家都高声说话谁也听不见。但如果每桌人都是低声讲话，每个人都能听见，原因也很简单，整个房子的能量。中餐馆就很难听见。如果能够有一种政策的导引或者消费者对安全意识的提升，使得我们真正开小和轻车，别的都不用做，道路交通伤亡就会净减少。未来还有很多主动安全的措施，由电脑帮你做各种各样行动，显然又小又轻车电脑行动起来也容易一点。
    汽车100年或者120年的历史，汽车重量并不是不变的，1920年年代福特的小车占到美国市场一半，只有540公斤，能坐5个人，汽车基本属性和功能今天看到它都有。随着对汽车安全性、舒适性提高，60年代车重量上升很快，大概2500公斤。80年代、90年代车重量又下降了，因为技术的发展，轻量化技术发展有节能环保的意识。尽管我们今天中国最近几年SUV销量在上升，这是因为我们还处在比较穷的阶段，你看看日本，大量都是小车，汽车是功能性的产品，而不是奢侈性的东西。车重并不是不变的。再加上电动车的发展，我不是做电池材料和技术的，但至少可能在近期电池的能量密度还不能够达到化石燃料能量密度，必须还得用小电池，小电池就得用小车，我们就不能追寻特斯拉S的路线，车种2100公斤，电池接近1000公斤，这是非常不环保，不节能，效率极低的车，只不过是很炫的。2100公斤车也是坐一个人。
    未来城市交通，大家如果看北京、上海两千万人口的城市，未来交通毫无疑问公共交通一定是主导，北京现在有二三十线地铁线，再建50条也不会浪费的，看东京、小刚、纽约、伦敦、巴黎大都市都是这样发展的。
    第二我们小的时候靠自行车，但是现在不行了，但是未来有可能是自行车，或者笔字型车稍微好一点的车，有可能会填补短距离交通运输，比如自平衡车等等，尽管安全问题还没有得到很好的解决。所以在自行车和机动车之间这是一个巨大的空白市场，我们做自行车的人可以坐，骑车人也可以坐。大城市里这种很小的，500公斤重的车当时微量，只装一个人，不超过两个人，也许你的收入高一点，不坐自行车，也不用公交，开非常小的车，行驶20公里，50公里都没有问题。这是大城市要解决很实际的交通处行的策略。
    未来交通特点，我在琢磨这个事，肯定要追求高效率、安全、智能网联。这种追求逐渐把人可能犯的错误提升出来，这个车大概在一半情况下能够代替人，甚至过50年能够百分之百代替人，上了车就可以睡觉或者喝咖啡，能不能发展到这步我还每一很好认知。但是如果朝这个方向发展绝对是没有错的，这是其中一个场景，我们要追求效率。如果我们有专用道，汽车是自动或者半自动驾驶，我们可能会看到不同的车在北京四环路上高速队列行驶，车共享能源，但是可能一个电脑驱动的，跟车距离非常小，这会大大增加我们的道路通行效率、节能、环保、安全。
    在这样一个场景下，现在传感器技术，还有主动安全技术，智能网联技术应该朝这个方向发展是没有问题的。这个情况下有没有碰撞安全方面的挑战，是不是就万无一失的。我们做碰撞安全我发明了东西，比如气囊，安全带了，当你觉得它有50%、80%功能就敢在车上，剩下部分考虑不是太好，实践中解决。但是如果我们完全看自动驾驶，没有95%以上的把握是不敢进行的。所以就问，我们今天用智能手机还会司机，网络可能会被病毒侵入，一周以前底特律一张报纸，智能车就被远端人劫持了，能操控它。能不能把你网络，车车通讯，车和系统的通讯做到万无一失，而不被黑客侵入或者攻击，做到百分之百恐怕有困难。
    第二谁能保证机械故障没有的。比如车轴不能断，爆胎总有可能，如果高速行驶，中间某辆车爆胎，那是什么样的场景。如果还是觉得很安全，我们举一个极端的例子，轨道交通是单线行驶，无论高铁还是地铁，这种情况下都会法碰撞事故，有可能是调度失误，有可能电脑失误，还有可能机械故障，车轮飞了，发生疲劳断裂，造成几十节火车出轨。即使轨道交通小学四年级数学问题还有可能会造成碰撞安全，也就是说在我们可以预见的将来，汽车碰撞安全不但不会消失，还会带来更大的挑战。
    这个挑战是什么？今天的汽车碰撞是按照法规，各国的法规大约都是说这个汽车安全的防护程度，只要给我做到每小时五六十公里撞障碍物，你对乘员体现很好的保护应该就是可以了。那未来如果更多可能发生高速的碰撞，我不是说天天都发生高速碰撞，如果这样做主动安全的人就等于白做了。我是说未来发生事故机率会大大降低，一旦发生1%很可能是多车高速碰撞。给我们做碰撞安全带来一个挑战，把你今天设计车无论设计结构还是乘员系统，把针对五六十公里碰撞保护能不能提升到八九十公里，这是我给最近布置的一个思考或者作业。这件事是有能够做到的，因为我们毕竟现在技术发展。大概我列的三个技术，一个碰撞预判，这是跟主动安全结合的。一个是做约束系统有针对型客适应的保护，不是现在车里约束系统，气囊、座椅只针对一两个特定工况，那个工况附近或者三分之一或者二分之一都能保护得好。大量交通事故不在那里，你就保护不是很好。主动安全技术是可以结合主动安全给我进来的信号，对这些碰撞能够设计出一个自适应的，有针对性的碰撞保护。
    我们看看未来传感器有什么信息。跟乘员有关的信息都很容易采集到，身高、体重、年龄等等的采集准确度会相当高。
    第二点行车环境，能不能比较准确故事到碰撞的角度、形态，跟谁发生碰撞，跟鹿发生碰撞，还是大卡车。如果能做到八成九成，给我一秒钟时间，半秒钟时间，让所有给被动安全设计的装置稍微给我半秒提前量，这样资源一下多很多。因为现在整个被动安全只有0.1秒，这个0.1秒一下给我涨了10倍，尽管信息不是很准确，但是我能做很多事情。主动安全信号哪怕不是百分之百准确，我就能设计出更多有针对性的保护。比如赛车里找启发，赛车100公里、200公里每小时撞到障碍物上，出来没有受伤，是因为约束非常好，基本把人捆起来的。但是带来的代价第一成本高，第二不够舒适。不可能设计普通的家用轿车人捆在那里，但如果基于主动安全信号的有针对性的保护，所有的这些保护装置都是可逆的，我今天开车出门30分钟在路上上班，你可能只遇到一次危险工况，或者一次都没有，连续开两个月车可能遇到一次危险工况，李克强教授如果预报很好，告诉我说大概九成危险度了，那就把我设计看上去不是很舒服的保护装置，但是非常安全的保护装置启动起来，让你有一秒或者半秒不舒服，但是很安全。过了一秒钟要么事故发生，我达到了非常好的保护，要么事故没法，是主动安全的误报，所有系统恢复正常。如果只给0.1秒时间就不能做到系统是可逆的，但如果给1秒就能做到系统是可逆的。比如今天的气囊只能爆炸，一旦动作炸出来就收不会去，但未来各种各样高端安全带判断错了，捆太紧还可以放回来。这是未来基于主动安全能够提供有针对性的个性化的保护。
    我们再看看中国的特点。中国毕竟进入汽车社会才10-15年，中国有它自己的特点。我们不光是交通特点不一样，事故特性，发生速度可能会不一样，车跟人接触的速度不一样。最大的不一样是身体不一样，所有排放法规，震动噪声法规，安全法规都是舶来品，现在我们还在设计，到设计标准的层面可能还要有二三十年的积累。最简单就把国外标准抄来，所有排放标准和震动标准，噪声标准借用国外也觉得还可以。但是安全标准我们也是借用国外的，这个差别就比较大了，两大差别，一个是我们身体状况，身体属性很不一样。第二我们的碰撞事故的特点不一样。
    不光光是平均身材稍微矮小，重量要笑，这就需要保护的力度其实不需要那么大，因为如果气囊非常厉害，也是给系统增加了风险。今天我们按照国外标准汽车所有的安全的结构和乘员约束系统都是针对西方人体平均尺寸和积累了五十年冲击生物力学的研究。没有按照中国的，中国光是积累身材尺寸这些容易做到，但是我们的骨头的断裂韧性，胸部压缩和冲击力的关系，这事情还要做很多人科研才能做到这点。所以我觉得未来如果我们预期碰撞，尤其每年还要死亡六万人，也可能这个实际数据比这还要高，为了每年死的六万到十万人，今后二三十年还会是这样的趋势，我们投入做中国的基于东方的人体碰撞损伤的保护和标准是非常必要的。
    最近十年跟日本汽车公司有很多交往，他们说当我们七八十年代日本汽车很发达的时候，我们跟欧美人说你们这个标准不适合我们日本，人家不去理睬他，因为你市场太小。现在日本和中国、韩国加起来汽车市场超过世界一半，这时候应该所有东方人体结合起来做科研，使得我们保护能够最好针对。
   十年前做的汽车跟人的碰撞，我看了一下，中国汽车平均尺寸跟美国小，跟欧洲差不多，比日本大，人平均身高和体重跟欧美人差一点。膝关节和保险杠接触位置，以及接触速度跟欧洲标准差得比较多，研究损伤就发现如果这个车前端按照欧洲标准设计，人家是40公里每小时碰撞，我们都是25公里/小时，我们膝关节稍微往下，在这种汽车结构下有可能更多引发韧带的拉伤，韧带的损伤，如果段了三个就是重伤，基本终身坐轮椅。这样的设计完全按照国外人体就很难做到，有可能会把事情做得更差。
    我们应该来做这样一点，今天的技术是有能力做到这点，基于中国的自然科学基金做了十几种工况，为每种工况优化乘员约束系统。每一个都是最优，因为我是有十几种乘员约束系统，能不能在硬件上做到调整，我觉得随着技术汽车发展，人对生活水平的提高，成本降低，电池不在于成本的话，这方面成本提升应该是消费者能够接受。
    最后一个话题，电动车。电池碰撞安全，是因为能量密度比较高，虽然没有汽油高，但是它比汽油要危险。这时候电动车刚刚发展，对电池的碰撞损伤特性不是很了解，又觉得危险，怎么办呢？就扔很多结构保护它，本来我设计电动车是为了节能环保，放了150公斤电池在上面，不放心又放了50公斤保护结构在上面，在正常车的轻量化设计里，多放一公斤或者多减一公斤都是非常要命的，花很大成本奋斗的事。150公斤电池放了50公斤保护装置，这150公斤电池是小型车，不是特斯拉S，那要扔进去200公斤的保护装置，这就是浪费的存在。
    我们如果以人体碰撞损伤的思路研究电池的碰撞保护，这个思路就不一样。我没必要把电池保护那么好，为什么要电池呢？就是怕它着火，不着火就可以了。电池的碰撞破坏跟变形、跟破坏是什么关系，破坏跟短路什么关系，短路跟放电生热什么关系，放电生热跟热失控什么关系。右边设计准则越倾向于不保守，越左边车越重。这就是过去五年和今后五年来做的电池从材料到电池组的碰撞保护，首先从整车工况看看复杂电池状况是什么样的，然后从电池材料、单体，一直到电池箱到跟整车关系，每个层面都做变形破坏机理的分析，保护手段的研究，由此形成一套认知，给汽车企业提供最巧的最聪明的把电池保护好，来放你的位置，然后不用消耗那么多结构和重量。
    这是给大家看一个很典型的例子。我们在我们的实验室，在八米高落锤上电池做了碰撞，它是着火的。就一个曲线图，我监控电池的变形是绿线，红色是电池破坏力，到了峰值会破坏。看它的电压是蓝色。下面一条线是温度，发生内短路温度上升，所有这些基本都有一定的规律在，当然这只是其中一种电池。我要对很多电池和工况都把规律摸清楚，就有了电池的碰撞损伤容限，再加上数学模型和力学模型交给整车厂做电池碰撞保护设计。
    我有幸最后一个讲，所以就总结一下前面几位教授和我讲的，我们未来要开源节流，小型和轻量化是节流，电动化，更个性化，智能化，使得车提供有针对性的保护，这样的保护使得车效率更高更安全。
    谢谢大家！

(根据现场速记整理，未经本人审阅)