高速上走走停停半小时,终于开过那个让所有人踩刹车的位置,却发现前面既没有事故,也没有施工,甚至找不到一件值得减速的东西。

这类经历常被叫作幽灵堵车。看不见的不是一个藏起来的障碍物,而是一段已经在车队里传播了很久的减速。

没有路口,也能把一圈车堵住

2008年发表的一项日本实验,把问题缩小到一条周长约230米的环形道路:22辆车排成一圈,起初尽量均匀分布,驾驶者被要求以约30公里的时速行驶。没有红绿灯、没有出入口,也没有事故车占道。[1]

如果每辆车都能永远保持完全相同的速度和间距,这个圆环似乎可以一直转下去。可人开车总会有一点变化:有人稍微慢了一下,有人注意到车距变小,下一位又晚了一点作出反应。

实验中,起初的均匀车流逐渐变得不均匀,最后出现了走走停停、甚至接近停下来的拥堵团。道路本身没有突然变窄,拥堵仍然能够形成。这说明在足够密集、容易失稳的车流中,瓶颈可以触发堵车,却不是形成堵车的必要条件。

同一脚刹车,为什么会越传越重

设想前车减速时,你还在按原来的速度前进。等你发现距离缩小,再开始减速,缓冲空间已经比前车更少。为了重新拉开距离,你可能需要减得更低,或者减得更久。

把这个过程放慢,可以看见三个阶段:

  1. 前车开始减速,你还没变速。 两车速度不同,间距正在缩小。
  2. 你开始减速,前车可能已经恢复。 你的反应相对前车有延迟,速度最低点也来得更晚。
  3. 更后面的车重复这个过程。 当车距、反应和调整方式使扰动逐车放大,小幅变化就可能变成一次停车。

用一组演示数字来想象:前车最低降到8.1公里/小时,后车因为延迟和间距调整,最低降到7.7公里/小时。数字本身不是每次跟车都必然出现的比例,真正重要的是后车的波动比前车更大。再传到下一辆,变化还可能继续放大。

这也不是“人都会乱踩刹车”的简单指责。即使每个人都在努力正常跟车,车辆之间的相互影响仍可能让整体车流失稳;密度较低、缓冲空间较大时,同样的小扰动又可能自行减弱。[2]

车往前开,堵点却能往后走

这里最容易混淆的是:车的位置和低速车团的位置,不是同一件事。

一辆车从后方驶入低速区,减速,停留片刻,再从前方驶出。与此同时,后面又有新的车加入。组成拥堵的车一批批换掉,拥堵这个形状却可以延续。

车辆向前,低速区向后传播三次定性快照。红色为当时的低速车辆,节点不追踪同一辆车;没有实测时间、距离或速度刻度。车辆前进较早稍后更晚低速区传播
三次道路快照的概念示意;红色短条表示当时处于低速区的车辆,不追踪同一辆车,也不表示实测位置、速度或时间间隔。

可以把环形道路在一处剪开、摊成直线,再每半秒记录一次所有车的位置。把这些记录按时间排列,就得到一幅时空图:一条车辆轨迹告诉你某辆车如何移动;一条连续的低速色带,则告诉你堵车波如何传播。两者的方向可以不同。

环形实验中观察到的拥堵波,可以以约20公里/小时的量级逆着车流传播;这不是所有道路通用的常数,也不意味着汽车在倒着开。换一组密度、驾驶行为和道路条件,波速也会改变。

于是,“前面什么也没有”就说得通了。最初那次减速可能发生在几公里外、十几分钟前;原来的车已经开走,减速却被后来的一辆辆车接了下去。等你通过低速区时,不需要再有一个留在原地的障碍物。

留出空当,给波动一点消散的空间

如果前方有足够的缓冲,前车短暂减速时,你有机会更早、也更平缓地调整速度,避免把同样的变化进一步放大。这个空当承担的作用,有点像把突然而短的冲击摊开。

不过,“少踩一次刹车就一定能消灭堵车”说得过满。现实道路还有汇入、变道、坡度、事故和车道收缩,单个驾驶者不能保证终止每一阵堵车波。需要减速时仍应及时减速,保持安全车距;平顺驾驶的意义是减少额外扰动,而不是为了让车流好看就放弃制动。

一辆车,能不能改变一整圈车流

Stern等人的现场实验,把其中一辆车切换为特定的自动纵向控制,让它更平稳地调节速度。环形道路上的其他二十多辆车仍由人驾驶。实验观察到,原先自发出现的走停波能够明显减弱,车队的刹车和速度波动也随之减少。[3]

在该研究的实验比较中,总体燃油消耗最多降低约40%。这个数字对应特定环形车队、控制策略和有走停波的对照状态;不是给任意一辆汽车装上普通巡航系统,就保证在所有高速上省油四成。

它真正让人意外的地方,是影响能够沿着跟车关系传下去。一个会放大波动的环节,可以让后面的车越来越难开;一个有意吸收波动的环节,也有机会让整串车的行驶变得平稳。

下次再遇到那个“什么也没有”的堵点,可以把目光从寻找第一位肇事者,转向一整个车队怎样互相影响。你驶出的是一段低速区,后面的人还可能正在驶入同一个波。