从自动驾驶追尾事故，谈高速公路限速200km/h或更高，有可能吗？
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文/中交第一公路勘察设计研究院 郭腾峰
近日，某地方交通主管部门的人士与笔者就近期发生“阿拉善碰撞骆驼事故”和“沈海高速自动驾驶追尾事故”等交换了看法，并重点就“提高公路限速”的话题进行了深入讨论。该人士还列举到：国内有地方提出建设限速150km/h的“超级高速公路”的目标；有学术期刊论文中明确提到“通过技术进步，特别是车路协同、自动驾驶.....高速公路限速提高到200km/h甚至更高，是完全有可能实现的......”
一篇关于政策导向性的研究论文截图
为了纠正一些对高速公路限速的不全面认识，理性引导民众对交通出行速度的更高需求，为政府和相关部门提供交通发展政策方面的支持，笔者从组成道路交通系统的“人、车、路”等几个方面，对“高速公路限速提升”的话题尝试加以分析、讨论。
某品牌汽车自动驾驶事故图片
停车视距——是直接以避免“碰撞事故”为目的，对公路几何设计提出的控制性指标。世界各国道路设计标准均要求，公路的每一条车道必须提供驾驶员能够有效观察、识别前方路面上障碍物，并采取制动措施、安全停车的有效距离（长度）。我国公路《规范》规定，在所有线形变化、出入口、交叉等路段均应对停车视距进行检查检验，确保从驾驶员位置（视线高度1.2-2.0m），能够毫无遮挡地看到前方车道上10厘米高的障碍物。
以下我国公路《规范》对停车视距的指标要求：
在具体公路几何设计中，停车视距指标对公路平面、纵断面、横断面、以及三维线形乃至路侧设计成均形成了严格的约束。即便在高山峡谷等地形复杂路段，工程师在设计时不仅不能随意采用更小的弯道半径、更大的纵坡、更小的竖曲线半径，还要合理选择各类设施的位置、形式，保持相邻设施之间的最小距离.....
以下是我国《规范》停车视距计算模型：
从上述计算模型中，可以看到，停车视距由驾驶员“反应距离”和“车辆制动距离”两部分组成，且停车视距指标与速度直接相关。速度越大，驾驶员在遇到障碍时安全停车所需要的距离越长。同时，经测算可知，当我们把速度从120km/h提高到200km/h时，停车视距指标就会从210m增加到约700m以上。那么，停车视距700m意味着什么呢？
按照停车视距检验方法，要确保驾驶员的视点和物点之间700m的范围之内完全通视、无遮挡，公路平面弯道半径必须在万米以上，纵向竖曲线半径在百万米以上。也就是说，限速200km/h的高速公路，必须全线设计成近乎一条水平直线！大家知道，那显然已经不是供汽车行驶的高速公路了，那是供飞机起飞的跑道！而我国已建的高速公路中，能够满足这样条件的路段恐怕1/1000都没有。
人的视力分为静视力和动视力。有资料显示，一般情况下驾驶员在行车过程中，动视力比静视力降低10-20%，且动视力随着相对速度的变化而变化。车速越快，动视力下降约大。当车速达到70km/h时，原来视力为1.2的驾驶员（驾驶员考试要求），动视力会下降到0.7。
同时，随着车速增加，眼睛至焦点的距离也在不断变化。有试验表明，以60km/h速度行驶的车辆，驾驶员能看清前方240m处（即可视认距离）的交通标志；但当车速提高到80km/h时，可视认距离会缩减到160m处。
可见，前文测算得出在200km/h速度时，700m 的停车视距显然已经超出了正常人的动视力范围。在如此高速状态下，正常人的眼睛已经难以识别远处路面上10cm高的障碍物了。
高速行驶过程中驾驶人的视觉效果
另外，驾驶员的视觉范围（或称为视野）也直接关系到行车安全性。通常，在正常行车过程中，车速越快，驾驶人的相对视野的范围就越小。有数据显示，在速度为40km/h时，人的视角低于100度；速度为70km/h时，视角低于65度；速度为100km/h时，视角低于40度。下图是驾驶员在行驶过程中，视觉范围（视野）随速度变化的示意图。
时速15英里和30英里的视距观察范围
以此类推，速度越快，视角范围就越窄、越小。当速度在200km/h时，正常驾驶人的视觉范围会远小于40度。这时周边的目标动态是模糊不清的，驾驶人难以观察并发现道路周边（或者更近距离处)的情况。
很多人都知道，“实车碰撞试验”是国际上评价某种车型安全性的权威方式。但对比世界上多个汽车碰撞标准，我们就会发现，所有轿车正面和侧面碰撞试验时的速度都约在50-65km/h之间。
中国C-NCAP碰撞标准与世界同类标准的对比
众所众知，世界上各国高速公路的最高限速都在120km/h以下，为什么碰撞试验的速度只有65km/h呢？为什么不采用150km/h或200km/h甚至更高速度开展试验呢？笔者了解，其原因在于以下2个方面：
一是，碰撞试验考虑到，但凡车辆高速行驶过程中遇到障碍物时，驾驶员都必然会采取制动措施。这样，在碰撞的那一时刻，汽车的瞬时速度会有明显下降，小于正常行驶的速度了。
二是，当汽车以更高速度（例如：80km/h或以上的速度）正面碰撞固定障碍物时，车上人头部和身体受到的冲击力（加速率）已经超出了人类能够承受的极限（无论有无安全带和气囊）。换句话说，就是车上人受到致命伤害的概率是100%了。既然人都没了，那么，开展更高速度下碰撞试验，还有什么意义呢！
英国某电视节目曾专门做过一次近乎疯狂地实车实验，碰撞速度高达193km/h。下图是该实验车辆碰撞前后的图片，碰撞后整个车体几乎完全粉碎了。有兴趣的网友可以点击以下链接地址，浏览该碰撞实验的视频过程。
轿车以约200公里速度碰撞前后的图片
下面笔者讨论影响提高限速可能性的另一因素——燃油经济性。
根据汽车动力学方程可知，汽车在行驶过程中，需要克服车轮与路面摩擦阻力、自身机械摩擦阻力，以及空气阻力（风阻）等。在速度较低时，发动机做工主要用于克服前两种阻力；而当车辆高速行驶时（如100km/h），发动机燃油做工主要用于克服风阻（占70%以上）。这是因为，风阻增加与车速的平方成正比关系，速度越高，风阻增加得越快。下图是汽车行驶过程中，空气阻力变化曲线示意图。
汽车行驶中车速与阻力的变化图
下图是针对某国产小型客车（车辆整备质量1.39t，发动机排气量1.5L）开展平均车速与油耗观测的数据曲线。从图中油耗变化趋势可以推测得到，当平均速度增加到200km/h时，车辆实际油耗将会（比90km/h是的经济油耗）增加约2倍以上。燃油消耗增加如此剧烈，显然不经济，也不符合国家新时期环保绿色发展的方向。
平均车速与油耗关系曲线（某国产小型客车）
综合以上汽车碰撞实验、燃油经济性等因素，我们不难理解，当前世界范围内，各类商用客车设计使用的正常速度区间就在120km/h以下。既然汽车设计的速度区间如此，高速公路提速到200km/h又有什么意义呢？
为什么高铁350km/h速度运行，高速公路却不能？
虽然高速公路和高速铁路都属于“地上跑”的陆路交通系统，高铁可以实现350km/h速度运行，但高速公路却不能，其原因应该在于以下多个方面：
首先，高铁的运行速度不是以突遇障碍物、必须随时制动停车为前提。高铁全线不仅完全封闭，禁止一切异物（所有可能影响行车安全的物体，包括行人、生物以及其他交通工具）侵入。为了提前发现并排除任何影响高铁运行的障碍物或其他因素，高铁系统专门配备有巡检车系统。每隔一定周期，巡检车辆必须对每一段轨道进行巡检。当高铁以350km/h速度运行时，一次紧急制动的距离约需6.5公里。可见，高铁安全运行、防止碰撞事故，并不是依赖于驾驶员的眼睛观察。
但高速公路不同，高速公路设计最基本的安全性控制要素以驾驶员随时发现前方路面上障碍物（包括前方车道上的车辆）并减速制动停车、避免碰撞为前提。在高速公路上行驶时，驾驶员必须随时观察前方路况，包括相邻车道、各类出入口等车辆状态，随时准备采取刹车制动或换道超车等措施。
其次，高铁通过控制系统，确保任意时刻、某段轨道上只有一辆列车通行。即在高铁系统运行中，完全避免了交通冲突。而高速公路无论是在普通路段，还是在各类出入口、互通式立交区域，都不可避免地存在多种方式的交通冲突、车流交织、换道超车等情况。
再有，从管理上，高铁系统面对的一名（或几名）司机，掌控了一名司机，就掌控了成千上万名旅客的安全，而高速公路面对的无数驾驶员，且每名驾驶员的驾驶行为和习惯不同，每辆车的性能、状况也不同。通俗地说，高铁是一名司机，驾驶一辆车，在一条轨迹（轨道）上行驶，而高速公路必须面对是无数车辆和无数个驾驶员，即便在同一条车道上，他们行驶的轨迹也有无限种可能。
总体而言，高铁和高速公路属于完全不同性质的事物，根本不能以高铁的速度来讨论高速公路限速问题。
今天，虽然大数据、物联网、自动驾驶、车路协同等技术日新月异，让人觉得一切似乎皆有可能，但笔者认为，它们并没有改变汽车公路行驶的一些本质安全条件。
例如：汽车仍旧是依靠轮胎在路面上行驶，是轮胎与路面之间的摩擦力和人的生理极限，制约了汽车防止碰撞时的制动距离不能更短，制动减速率不能更大；而制动能力决定了汽车的安全行驶速度，并最终决定了高速公路的最高限速。有实验表明，当制动减速率大于4.5m/s2时，乘客就会出现明显的不适感，严重时出现晕车、呕吐现象。
再例如，无论将来掌控方向盘的是人，还是计算机系统，公路作为点对点、开放性的交通系统的特点决定了高速公路上的交通冲突、交织必然始终存在。这就意味着，防止碰撞仍旧是汽车运行和公路设计（包括限速）的基础性控制。
有人认为采用自动驾驶（或称为高级辅助驾驶）能够减少制动时反应时间，从而缩短制动距离，但对于L3和以下级别的自动驾驶而言，因为存在从机器驾驶到人工接管的过程，反应时间或许应该更长才符合实际操作过程。
我们必须清晰认识到，虽然自动驾驶等发展的目标包括提高交通安全性，但截至今天，世界范围内仍没有统计数据可以支撑——“自动驾驶比人工驾驶更安全”。不能因为相关信息报道多了，我们就把目标、愿景当成事实了！
实际上，只要稍作调查研究，我们还可以从人、车、路、环境等多方面得到更多类似的信息和依据，都可以轻而易举地得出相同的结论：高速公路提高限速到200km/h甚至更高，不仅没有可能，也没有必要！
而有人把高速公路限速200km/h甚至更高，寄托于自动驾驶、车路协同等技术发展，恐怕更多是“天马行空”的想法而已。即便将来有一天汽车真的能够以200km/h以上速度、像战斗机一样“超视距”巡航，但那或许不应该称为之为“汽车”了，也早就离开公路了——但这恐怕不是当下我们需要研究考虑的事情了。
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