汽車的安全設(shè)計

李忠東

氣囊式安全帶更舒適更貼心

目前，汽車最常用的安全設(shè)備有安全帶和安全氣囊。

發(fā)生交通事故時，傳統(tǒng)的安全帶能對撞擊起到緩沖的作用，防止人員遭受二次傷害。安全帶里面有一個卡輪，如果快速拉動安全帶，里面的卡子就會由于安全帶滾輪的快速轉(zhuǎn)動而被離心力帶出，迅速將安全帶鎖死，把人員固定在椅子上。待沖擊峰值過去，或者人已經(jīng)受到安全氣囊的保護時，安全帶就會放松以免壓傷人體。

在現(xiàn)代轎車里，安全氣囊是引人注目的新技術(shù)裝置。為了減小正面碰撞時造成的傷害，汽車方向盤中央普遍裝有安全氣囊系統(tǒng)，有些汽車在副駕駛員座前的工具箱上端也裝有這種系統(tǒng)。安全氣囊可以在極短的時間內(nèi)彈出，保護駕乘人員。

美國汽車制造商福特汽車公司技高一籌，將傳統(tǒng)的安全帶和安全氣囊合二為一，成功開發(fā)出世界第一款氣囊式安全帶（圖1）。它的圓柱形氣囊從搭扣伸出固定住肩膀，內(nèi)裝一個縫入安全帶的氣袋。根據(jù)美國交通安全部門調(diào)查，61%的人認為，安全帶的舒適感是影響乘客使用的關(guān)鍵，因此福特汽車公司開發(fā)的氣囊式安全帶力求質(zhì)地柔軟，以便提升乘客的配戴意愿。

福特設(shè)計團隊調(diào)查發(fā)現(xiàn)，車身被撞擊時，傳統(tǒng)三點式安全帶壓力集中，會使乘客的頭部、胸部、肩頸遭受壓傷。特別是后排座位沒有安裝安全氣囊，更容易造成兒童和老年人肋骨斷裂和肩頸挫傷等。他們決定將氣囊式安全帶安裝在后排座位上，為乘客提供額外的碰撞安全保護。

一旦發(fā)生車禍，氣囊式安全帶會在40毫秒內(nèi)計算出相撞的嚴重程度，用座椅下面的壓縮氣體給安全帶自動充氣（圖2）。充氣膨脹后的安全帶能增大和人體的接觸面，縮小與乘客身體的間隙，在車身遭受到側(cè)面或者正面撞擊的時候，能夠把乘客緊密地包覆和固定起來，達到最佳的安全保護效果。毫秒為一秒的千分之一。按照汽車在高速公路上的速度，40毫秒內(nèi)它可行駛約0.9米。

福特汽車公司安全工程技術(shù)人員表示，氣囊式安全帶可以減少胸部受到的壓力，緩和劇烈的頭部“甩鞭效應(yīng)”，有效地控制頭部和頸部失控狀態(tài)下的穩(wěn)定性，有助于乘客一直保持最安全的坐姿（圖3）?！八Ρ扌?yīng)”是指當車輛遭受后方猛烈撞擊時，駕車者和乘客的頸部往往無法獲得有效支撐，頭部會突然后仰撞擊頭枕，然后向前甩出，像是甩動鞭子一樣，如此來回幾次高速甩動將嚴重傷害頸椎。

調(diào)查顯示，大部分人愿意使用這種最新的氣囊式安全帶（圖4）。有90%以上的被調(diào)查對象表示，氣囊式安全帶感覺更舒適、更貼心（圖5）。

汽車座椅可監(jiān)測心律

除了酒后駕車和操作失誤導致外，還有一部分交通事故是因為駕車者生理出現(xiàn)問題，如突發(fā)疾病等造成。駕駛汽車需要精神高度集中，時間長了會使人疲憊不堪，特別在遇到復(fù)雜路況時，難免會突然感到緊張。除了大腦外，心臟也是其中備受影響的部位。

據(jù)美國疾病防控中心統(tǒng)計，每年大約有71.5萬美國人在駕車時發(fā)作心臟病，避免事故的機會微乎其微。另外一些研究報告表明，多數(shù)車禍源于駕車者的心臟疾患，其中52%由心絞痛引起。為此，福特汽車公司正在開發(fā)一種可以隨時監(jiān)測駕車者心律的新型汽車座椅（圖6）。

心律指心跳的節(jié)奏，節(jié)奏快慢影響體內(nèi)血液循環(huán)速度，而循環(huán)速度決定著包括大腦在內(nèi)的身體各個部位供氧量的多少。來自竇房結(jié)信號引起的心臟跳動稱為正常的“竇性心律”，頻率每分鐘為60～100次。健康的心律是十分均勻的，心臟病或心臟神經(jīng)調(diào)節(jié)功能不正常時，會出現(xiàn)心律不齊或心律失常。

新型汽車座椅的關(guān)鍵區(qū)域載有6個特制的電極傳感器，它們直接透過駕車者的衣服就能夠讀取心臟的電脈沖波，監(jiān)測心律狀態(tài)（圖7）。傳感器串聯(lián)一個照相機，用來長期監(jiān)測駕駛者是否有心臟病的癥狀。當照相機監(jiān)測到駕車者以一個不同的角度下滑時，該傳感器就會檢測到其不規(guī)則的心跳。通過LED屏幕將信息顯示出來，使駕車者在第一時間了解和預(yù)防一些可能發(fā)生的緊急事故。研發(fā)人員指出，該系統(tǒng)有助于發(fā)現(xiàn)一個人是否有心血管方面的疾病，還能夠檢測高血壓或電解質(zhì)不平衡等其他病癥（圖8）。

新型汽車座椅的工作原理和24小時動態(tài)心電圖一樣，只不過電極傳感器放置在座椅的背部而不是直接連接到司機身體上。描記心電圖是臨床上常用的確診心律失常的方法，但在不發(fā)作時捕捉不到有效的信息。而如果做24小時動態(tài)心電圖檢查，帶上一個記錄心電圖的盒子時刻描記心電圖，就可連續(xù)記錄10萬次左右的心電信號，有助于隨時了解患者心臟的情況，對心律失常、心肌缺血和心絞痛做出準確的診斷。新型汽車座椅一旦發(fā)現(xiàn)駕車者心律異常，監(jiān)測系統(tǒng)會顯示一條消息告訴他靠邊停車。與此同時，反應(yīng)小組也會收到一份關(guān)于駕車者心臟情況的報告，通過相關(guān)系統(tǒng)告知必要部門提供救助。

一旦因駕車者發(fā)病汽車失控，福特汽車現(xiàn)有的車道偏離報警系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)、低速行車安全系統(tǒng)、駕駛員警示系統(tǒng)和限速裝置系統(tǒng)也會立即啟動，將車停到安全的地方（圖9）。

福特汽車公司表示，新型汽車座椅主要用來應(yīng)對社會老齡化現(xiàn)象。人類壽命的延長意味著駕駛中司機遇到突發(fā)心臟病的狀況增多，在駕駛過程中對心臟狀況進行監(jiān)測可以保證用戶和公眾的道路安全和健康利益。

無獨有偶，英國諾丁漢大學研發(fā)的一款裝置通過采集心律變異性信號，也能夠起到監(jiān)測駕車者心律、呼吸和其他健康指數(shù)的作用。當監(jiān)測到心律出現(xiàn)較大幅度的波動時，系統(tǒng)會給這位駕車者發(fā)送警報，提醒他把車開到路邊。如果警報被忽略，汽車上的主動巡航控制系統(tǒng)和車道偏離系統(tǒng)就會啟動，安全引導車輛。它甚至能發(fā)送這些信息到控制中心，實施進一步的行動。作為諾丁漢大學在該項目上的合作伙伴，英國普萊塞半導體公司已經(jīng)成功地把電容式傳感器安到了汽車座椅上。為了讓整個系統(tǒng)外觀平整并且不引人注目，研究人員考慮用一款根據(jù)傳感器功能而設(shè)的紡織物，而不是直接就把設(shè)備綁到車座上（圖10）。endprint