安全帶和安全氣囊在碰撞中的保護(hù)作用

◆文/湖南 胡友鳴 江蘇 何樂新

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

在汽車碰撞安全保護(hù)措施中，安全帶和安全氣囊是目前最有效的乘員約束保護(hù)裝置。單獨(dú)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(jìn)行保護(hù)的被動式乘員保護(hù)系統(tǒng)。許多事實(shí)和測試也說明，安全氣囊的保護(hù)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(dú)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(tǒng)

汽車座椅安全帶系統(tǒng)是將乘員的身體約束在座椅上，在汽車發(fā)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(nèi)部件發(fā)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(dāng)碰撞發(fā)生時，感應(yīng)裝置觸發(fā)安全鎖止機(jī)構(gòu)，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(fēng)玻璃等，避免了二次碰撞的發(fā)生。在汽車發(fā)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(shù)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(fā)生死亡事故的危險，而在車速為95km/h時，如果使用三點(diǎn)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(dá)51.6%。

事實(shí)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(hù)作用。

1.汽車安全帶系統(tǒng)組成

汽車安全帶系統(tǒng)一般由織帶、卷收器、帶扣和長度調(diào)整機(jī)構(gòu)組成，為降低碰撞時乘員“潛水”現(xiàn)象對腹部造成的傷害，進(jìn)一步提高安全帶的保護(hù)作用，現(xiàn)代先進(jìn)的安全帶系統(tǒng)還采用了預(yù)緊器和鎖緊裝置。

①織帶

為了在汽車發(fā)生碰撞時限制乘員的移動量，要求安全織帶在規(guī)定伸長率內(nèi)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?？棊б笸庥^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(diào)節(jié)織帶長度。卷收器應(yīng)有兩個功能：一是在正常情況下，將織帶放長或收短，以適應(yīng)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(dāng)汽車發(fā)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(nèi)，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(diào)整機(jī)構(gòu)

長度調(diào)整機(jī)構(gòu)是為了適應(yīng)乘員的體型，以調(diào)整織帶長度的機(jī)構(gòu)。

2.安全帶的種類

①兩點(diǎn)式安全帶

腰帶是安全帶的最基本形式，如圖3(a)所示。飛機(jī)乘員一般使用的就是這種安全帶，織帶從乘員兩側(cè)掛到腹部，其具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，該腰帶的特點(diǎn)是使用十分方便，并容易讓乘員在事故發(fā)生后逃離到車外，其缺點(diǎn)是腹部承受全部碰撞負(fù)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(fēng)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(jīng)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)式安全帶和全背式安全帶。

②三點(diǎn)式安全帶

三點(diǎn)式安全帶兼有兩點(diǎn)式腰帶和肩帶的長處，同時也消除了一些缺點(diǎn)，對乘員保護(hù)效果更好，實(shí)用性高，是現(xiàn)在汽車上最通用的一種安全帶，三點(diǎn)式安全帶結(jié)構(gòu)如圖5所示。

③全背式安全帶

全背式安全帶是在兩點(diǎn)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(hù)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(cè)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(jù)此介紹安全氣囊的組成、原理和主要構(gòu)造。

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

1.組成

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

如圖6所示，汽車受到碰撞時，汽車安全氣囊系統(tǒng)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(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故時，傳感器感受到汽車的碰撞強(qiáng)度，電子系統(tǒng)接收并處理傳感器信號。當(dāng)經(jīng)電子控制系統(tǒng)計算分析后，判斷有必要打開氣囊時，立即由觸發(fā)裝置發(fā)出點(diǎn)火信號，觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器收到信號后迅速產(chǎn)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(nèi)飾物件猛烈碰撞。在座椅側(cè)面也有安全氣囊保護(hù)裝置，如圖8所示。

汽車正面碰撞系統(tǒng)的設(shè)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(dá)到此車型設(shè)定的碰撞沖擊數(shù)值時，就會啟動汽車氣囊安全系統(tǒng)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(hù)作用，必須對氣囊安全系統(tǒng)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(huán)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(huán)境性能進(jìn)行測試。對氣囊的環(huán)境測試主要有高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、粉塵試驗(yàn)、光照試驗(yàn)、真空試驗(yàn)、振動試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)、防靜電試驗(yàn)、噪聲試驗(yàn)等。二是汽車安全氣囊系統(tǒng)應(yīng)與汽車有匹配性要求，這就是說汽車安全性能應(yīng)與汽車整體車身結(jié)構(gòu)、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(fēng)窗部位，汽車安全氣囊安全系統(tǒng)可能并不能啟動，所以，駕駛員如何正確應(yīng)對突發(fā)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(fā)明到現(xiàn)在的幾十年里得到了迅速地發(fā)展，這是因?yàn)樗谄嚺鲎彩鹿手袑Τ藛T具有非常明顯的保護(hù)作用。伴隨安全氣囊在汽車上的普及與應(yīng)用，也出現(xiàn)了一些氣囊傷害乘員的負(fù)面效應(yīng)。

相關(guān)資料表明，由汽車安全氣囊造成的乘員死亡事故也有發(fā)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(xù)展開產(chǎn)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(yán)重。以下兩種情況如果乘員處于離位狀態(tài)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(qū)域內(nèi)，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(qū)域內(nèi)，如在碰撞發(fā)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(fā)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(tǒng)是一個系統(tǒng)工程，在這個系統(tǒng)工程中，乘員可以掌握的是正確調(diào)節(jié)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(fù)雜道路上要謹(jǐn)慎駕駛，車速合理，以便能提前處理突發(fā)事件，遇突發(fā)事故不慌亂就可以最大程度保證駕乘人員的行車安全。