安全帶和安全氣囊在碰撞中的保護作用

◆文/湖南 胡友鳴 江蘇 何樂新

(作者胡友鳴1988年畢業于株洲電力機車廠職工大學電力機車制造及工藝專業，現從事電力機車配件工藝策劃工作)

在汽車碰撞安全保護措施中，安全帶和安全氣囊是目前最有效的乘員約束保護裝置。單獨使用安全帶就可以減少42%左右的乘員死亡率，而汽車安全氣囊是不需要乘員做任何動作就可以在碰撞時對乘員進行保護的被動式乘員保護系統。許多事實和測試也說明，安全氣囊的保護作用十分明顯，它能夠在汽車碰撞時大大減輕乘員受傷的程度，單獨使用可以減少18%的死亡率，而與安全帶配合使用則可減少47%的死亡率。

一、汽車安全帶系統

汽車座椅安全帶系統是將乘員的身體約束在座椅上，在汽車發生碰撞時，防止乘員身體沖出座椅而與方向盤、儀表板等車內部件發生二次碰撞，將乘員的傷害程度降到最低的安全裝置。

安全帶的工作原理是：當碰撞發生時，感應裝置觸發安全鎖止機構，安全帶被鎖緊，織帶不能自由地從卷收器中抽出，從而將乘員約束在座椅上，使乘員的頭部、胸部不至于在車體巨大的減速沖擊下向前撞到方向盤、儀表板及擋風玻璃等，避免了二次碰撞的發生。在汽車發生滾翻事故時，也可以防止乘員被拋離座椅(見圖1)。

資料分析表明，安全帶的使用在以下兩方面效果明顯：一是在碰撞事故中，不使用安全帶的死亡人數是使用安全帶的17倍；二是從乘員的傷害程度來看，在車速為20km/h時，乘員不使用安全帶就有發生死亡事故的危險，而在車速為95km/h時，如果使用三點式安全帶，乘員雖有不同程度的損傷，但不會死亡，也不會被拋甩出車外。

如圖2所示，分別是使用安全帶與不使用安全帶身體各部位的受傷情況，其中使用安全帶駕駛員頭部的受傷率約為36.1%，而不使用安全帶駕駛員頭部的受傷率高達51.6%。

事實證明，在正面碰撞、追尾碰撞及翻車事故中，普通安全帶就可以對乘員起到很好的保護作用。

1.汽車安全帶系統組成

汽車安全帶系統一般由織帶、卷收器、帶扣和長度調整機構組成，為降低碰撞時乘員“潛水”現象對腹部造成的傷害，進一步提高安全帶的保護作用，現代先進的安全帶系統還采用了預緊器和鎖緊裝置。

①織帶

為了在汽車發生碰撞時限制乘員的移動量，要求安全織帶在規定伸長率內有效地束縛住乘員，并盡量減小乘員所受到的沖擊力，以避免造成人身傷害。織帶要求外觀平整，手感柔軟舒適。

②卷收器

卷收器用于收卷、儲存部分或全部織帶，可使乘員不必隨時調節織帶長度。卷收器應有兩個功能：一是在正常情況下，將織帶放長或收短，以適應乘員的不同身材，乘員將安全帶扣住后，卷收器可以將過長的織帶收回；二是當汽車發生事故時，卷收器可以在瞬間將織帶鎖起來不讓它伸展，約束乘員的位置使其不致前沖。

③帶扣

帶扣既能把乘員約束在安全帶內，又能讓乘員快速解脫連接裝置，其功能是用以固定或脫開安全帶。

④長度調整機構

長度調整機構是為了適應乘員的體型，以調整織帶長度的機構。

2.安全帶的種類

①兩點式安全帶

腰帶是安全帶的最基本形式，如圖3(a)所示。飛機乘員一般使用的就是這種安全帶，織帶從乘員兩側掛到腹部，其具體結構如圖4所示，該腰帶的特點是使用十分方便，并容易讓乘員在事故發生后逃離到車外，其缺點是腹部承受全部碰撞負荷，并且上身容易前傾，這樣前座乘員頭部容易碰撞到儀表板或擋風玻璃，所以目前一般是后排和中間座乘員使用這種安全帶。

肩帶又稱為斜掛式安全帶，如圖3(b)所示。織帶經乘員胸前斜掛在肩部，可以防止乘員的上體移動，碰撞時受力不均勻，下體容易先行擠出。這種安全帶在歐洲使用最多，雖然國家標準中通過了這種安全帶，但不推薦使用。如圖3(c)、(d)所示，還有三點式安全帶和全背式安全帶。

②三點式安全帶

三點式安全帶兼有兩點式腰帶和肩帶的長處，同時也消除了一些缺點，對乘員保護效果更好，實用性高，是現在汽車上最通用的一種安全帶，三點式安全帶結構如圖5所示。

③全背式安全帶

全背式安全帶是在兩點式腰帶上再連兩條肩帶組合而成，如圖3(d)所示。全背式安全帶保護效果最好，也是最完善的一種，但使用不便，一般只用于特殊需要時或在賽車上使用。

二、汽車安全氣囊

在汽車被動安全性研究對策中，裝配安全氣囊是一種行之有效的方法。目前汽車上使用的安全氣囊有前碰撞安全氣囊、側碰撞安全氣囊和車頂安全氣囊等，原理基本相似其中前碰撞安全氣囊最具代表性，下文將據此介紹安全氣囊的組成、原理和主要構造。

汽車安全氣囊是一種輔助的乘員約束系統，主要用來防止乘員在碰撞事故中與車體內飾件發生二次碰撞。

1.組成

汽車安全氣囊系統主要由控制裝置、氣體發生器和氣袋組成，其中控制裝置包括傳感器、電子控制系統以及觸發裝置。汽車上的安全氣囊總成還應包括安裝安全氣囊的轉向盤、儀表板(部分)以及用于傳導的導線系統等。

如圖6所示，汽車受到碰撞時，汽車安全氣囊系統爆開，在駕駛員前面形成一個相對柔軟的襯墊。

2.工作原理

汽車安全氣囊的工作原理是當汽車發生碰撞事故時，傳感器感受到汽車的碰撞強度，電子系統接收并處理傳感器信號。當經電子控制系統計算分析后，判斷有必要打開氣囊時，立即由觸發裝置發出點火信號，觸發氣體發生器，氣體發生器收到信號后迅速產生大量氣體并充滿氣袋，使乘員與一個較柔軟的吸能緩沖物件相接觸(見圖7)，從而不與汽車的內飾物件猛烈碰撞。在座椅側面也有安全氣囊保護裝置，如圖8所示。

汽車正面碰撞系統的設置，如圖9所示，一般安裝在散熱器上部。汽車散熱器安裝在汽車車身前部，并與車身縱梁和前支架相連，這樣汽車的碰撞沖擊力達到此車型設定的碰撞沖擊數值時，就會啟動汽車氣囊安全系統打開汽車安全氣囊。這里需要指出的是，不是汽車的每一次碰撞汽車安全氣囊都會打開。

為了保證安全氣囊所提供的保護作用，必須對氣囊安全系統提出要求，一是對氣囊本身的要求，一般汽車安全氣囊的正常使用壽命為15年左右，為了保證在其使用壽命期間不因各種環境因素的干擾而非正常地起爆、破裂或失效，必須對其抗碰撞環境性能進行測試。對氣囊的環境測試主要有高溫試驗、低溫試驗、粉塵試驗、光照試驗、真空試驗、振動試驗、濕熱試驗、防靜電試驗、噪聲試驗等。二是汽車安全氣囊系統應與汽車有匹配性要求，這就是說汽車安全性能應與汽車整體車身結構、操作性能、制動性能相匹配。如汽車受到的碰撞沖擊力的部位，若位于汽車前風窗部位，汽車安全氣囊安全系統可能并不能啟動，所以，駕駛員如何正確應對突發性交通事故，在汽車碰撞的瞬間如何操作汽車是很重要的。安全氣囊從發明到現在的幾十年里得到了迅速地發展，這是因為它在汽車碰撞事故中對乘員具有非常明顯的保護作用。伴隨安全氣囊在汽車上的普及與應用，也出現了一些氣囊傷害乘員的負面效應。

相關資料表明，由汽車安全氣囊造成的乘員死亡事故也有發生，死亡原因是安全氣囊在展開過程中沖擊力過大，或者氣囊在膨脹過程中未完全展開就已與乘員相碰撞接觸，其繼續展開產生的張力對乘員的頭部和頸部造成傷害，安全氣囊對離位乘員造成的傷害尤為嚴重。以下兩種情況如果乘員處于離位狀態則會受到氣囊的沖擊：①乘員在碰撞前初始坐姿就處于氣袋的展開區域內，如就坐時非常靠近氣囊模塊的小個子乘員、昏昏欲睡而無意識地靠近氣囊模塊的乘員等；②乘員的坐姿由于某種原因在氣袋展開前已處在氣袋展開區域內，如在碰撞發生前的剎車動作、在氣袋展開后期車輛沖出路面或碰撞時間過長等。這種情況常發生在未系安全帶或未正確佩帶安全帶的乘員身上。如圖10所示，汽車的安全系統是一個系統工程，在這個系統工程中，乘員可以掌握的是正確調節安全座椅的位置、按要求正確系安全帶、采用正確的駕駛坐姿，乘員將自己處在一個合理的空間位置。駕駛過程中，在復雜道路上要謹慎駕駛，車速合理，以便能提前處理突發事件，遇突發事故不慌亂就可以最大程度保證駕乘人員的行車安全。