不系安全带,安全气囊就是个“炸弹”

2018-01-17 来源:科普中国-科学原理一点通

  在很长一段时期里,我们不管是开车还是坐车都没有系安全带的习惯。但是在买车时候,却会对于有没有安全气囊以及有几个安全气囊耿耿于怀。这表明我们对汽车的理解比较片面。

  为什么要系上安全带安全气囊才会起作用?

  座椅安全带和安全气囊都是约束系统的一部分。当汽车急刹车的时候,乘客的身体会在惯性的作用下继续前倾,这个时候,如果没有约束系统,乘客很可能会飞出座位,撞到方向盘、仪表板或者风挡玻璃等这些车内比较坚硬的结构。显然,这种碰撞的后果显然会很严重。而如果使用了安全带和安全气囊,乘客身体在碰撞中直接接触的首先将是安全气囊和座椅安全带这些比较柔软的部件,这样就会大大降低乘客受伤的风险。所以,使用安全带和安全气囊对于保护乘员安全具有重要的作用。

  座椅安全带主要是通过控制乘客身体上相对强壮的肩部和髋部来控制乘客身体的运动的。但是,仅仅通过安全带来保护乘客的安全还是远远不够的。首先,安全带没办法直接保护头部,当乘客上身的运动减慢后,乘客的头部可能产生剧烈的转动并且由此造成颈部大幅度的拉伸。其次,在碰撞比较严重、安全带对乘客身体的约束力比较大的时候,它有可能滑动到并勒到乘员的胸部和腹部里边去,这样就会造成比较严重的伤害。而安全气囊和安全带相配合就可以部分解决这些问题,使得乘客不会被安全带的控制力伤到。

  和安全带比起来,安全气囊最大的优点就是能均匀地的约束乘客的头部、颈部、肩部和胸部,从而避免身体某一部分因受力过于集中而造成伤害。另外,安全气囊还会限制头部和其他部位的运动,这样就能避免因减速快慢不同而导致的伤害。

  在约束乘员运动的时候,安全气囊只能起到辅助性的作用,只有乘客佩戴了座椅安全带的情况下,安全气囊才能起到应有的保护作用。为了说明这一点,我们来简单介绍一下安全气囊的工作原理。

  

  安全气囊弹出模拟图

  安全气囊的工作原理

  汽车正常行驶的时候,车内的安全气囊是被折叠收起来的,发生碰撞之后,它才会因为触发而打开。这就为设计安全气囊提出了较高的要求。一个典型的正面碰撞全过程一般只有100毫秒左右的时间,安全气囊必须在碰撞进行了大约一半的时间内充分展开,才能有效提供保护作用。而汽车需要在确认打开安全气囊之前收集足够的信息,来判断是不是已经发生了比较严重的碰撞。按照目前的碰撞感应技术,汽车对此做出判断并且发出触发信号的过程大概需要20毫秒的时间,所以安全气囊只能在30~50毫秒的时间里充分展开。在如此短的时间内,只有化学爆炸的方式才能保证安全气囊完全展开并且到达指定的位置。我们知道,化学爆炸在起爆阶段所能产生的气体膨胀速度很快、压力很高,因此气囊初始的展开速度可能会达到200千米/小时以上。

  

  安全气囊安装位置图

  安全气囊什么时候才会打开?

  为了保证安全气囊在适当的时候打开,生产厂家汽车都给安全气囊的设置了起爆条件,只有满足了这些条件,安全气囊才能够弹出。虽然在一些交通事故中,车内乘客已经碰得头破血流,但是如果达不到安全气囊爆炸的条件,安全气囊也是不会打开的。

  安全气囊打开需要合适的速度和角度。理论上讲,只有速度高于30千米/小时,并且车辆的正前方左右大约60°之间位置撞击在固定的物体上,安全气囊才会打开。这里所说的速度也不是我们所理解的车速,而是在实验室中的速度,汽车在实际碰撞中的速度高于实验速度,安全气囊才能打开。

  

  安全气囊瞬间弹出

  不系安全带,安全气囊就是个“炸弹”

  技术人员设计气囊的初衷是希望气囊充分展开到位之后再来保护乘客,这个时候气囊已经完全展开,内部压力变得平衡。但是,乘客如果不系安全带,在碰撞刚一发生的时候过早的向前倾,或者在车内飞起,这样就会过早和还没有充分展开的气囊接触。这样,由于气囊的展开速度过快,气囊内部的压力还没有达到平衡,没有完全打开的安全气囊还在爆破状态就遇到了乘客的身体,这样必然会对乘客造成伤害。实际上,由气囊引发的伤害经常会发生,这就是使用安全气囊容易产生的副作用。

  这个时候,如果记上了座椅安全带,就能够在碰撞刚刚发生的时候控制住乘客的身体避免乘客过早的向前倾,从而能够让乘客安全气囊充分打开,气囊内部的压力达到平衡的时候接触到安全气囊,这样才能最大限度地降低安全气囊产生的副作用。

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本文由山西省消防协会科普教育工作委员会主任赵胜进行科学性把关

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