7.3 撞击后控制损失的被动安全技术

当汽车发生撞击事故时,必须尽量保护乘车人免受冲击,这就需要用到吸能车身结构三点式安全带SRS安全气囊以及主动式头枕技术,接下来我将一一进行讲解。

为了使乘车人免受事故的冲击,需要车身发挥两个作用。第一个是尽量减小撞击带来的冲击力,第二个是利用其坚固性保护乘车人的安全。

即使汽车是以时速20~30km的低速行驶,发生撞击事故时也会产生很大的冲击力。如果没系安全带,乘车人的身体就会强烈撞击到驾驶室的某个地方。因此为了尽量减小冲击力,需要使车身容易变形。但如果车身太过容易变形的话,就会引起驾驶室的变形,无法保护乘车人的安全。

为减小撞击的冲击力使车身容易变形的要求和为保护乘车人安全使车身比较坚固的要求恰恰相反,而吸能车身结构却能够同时满足这两项悖论式的要求。

首先,在吸能车身结构中,为了缓和冲击力,车身前后设计成了易变形的区域。具体来说,就是像手风琴中装配了风箱一样,车身框架有强有弱(图7.4)。如果不仔细看,就很难分辨出哪里强哪里弱,但总体效果很明显,就像把类似于风箱的物体嵌入纸箱中时纸箱也很容易变形一样。

图7.4 吸能车身结构
※具有坚固的框架和类似于风箱的车身结构。风箱部分吸收冲击力,使乘车人免受强烈的冲击。

实际上在汽车中,车身前端的发动机室和后端的后备箱都采用了类似于风箱的吸能车身结构。最常见的撞击事故是正面撞击,其次是侧面撞击和后方追尾。在占据很大比例的正面撞击和后方追尾中,汽车利用吸能车身结构的收缩变形,能够在一定程度上吸收撞击的冲击力。

那么,发生侧面冲突时该怎么办呢?车门与座椅平行,车门与人之间几乎没有空间,因此无法加入风箱结构。即便如此也需要尽量增大空间。并且,为了将撞击车门的冲击力分散到整个车身,就需要在车门内侧安装坚固的钢管。而且还要利用车门的支柱将冲击力分散到车顶和底盘。因此,汽车生产商们通过增加驾驶室框架的坚固性,使驾驶室不易变形。

如上所述,吸能车身结构就是在使车身前后容易变形的同时加固驾驶室周围的框架。

三点式安全带满足了两个要求:①不给上下车带来不便;②撞击时能牢固约束乘车人的身体。它是在1959年由瑞典的沃尔沃公司开发出来的,但由于没有获得专利,因而能为全世界的汽车生产商使用。

使用一根十字交叉的安全带,就几乎能将身体完全约束在座椅上,但仅用十字交叉的安全带会让乘车人感到不适。例如当驾驶员在开车时想要挪动身体去调节音响的音量或者空调的温度时,就会觉得很不方便。因此需要根据体型的差异调节安全带的长度。

这就促进了ELR(Emergency Locking Retractor)的出现。通常,乘车人是利用弹簧的力轻拉安全带使其紧贴身体。由于安全带可以轻易拉出,因此乘车人就可以自由移动身体。一旦发生撞击,安全带会因汽车的突然减速而固定,将乘车人的身体固定在座椅上。

撞击时为了固定安全带,需要用到振动子。在撞击等情况下急减速时,人的身体会前倾,此时安全带也会被拉出。为了防止这一现象,汽车生产商们在安全带的收卷器内安装了振动子。当汽车急减速时振动子也会倾斜、锁住收卷器,从而防止安全带被拉出(图7.5)。

三点式安全带的结构

图7.5 三点式安全带的结构
※汽车急减速时安全带收卷器内的振动子会倾斜上锁

振动子的一侧是像锯齿一样的卡口,另一侧是凸出部分倾斜的收卷安全带的滚子。平时卡口部分不上锁,只有在急减速时,被卡口压着的杆才会因振动子而嵌入锯齿中,使收卷滚子停止转动。

继沃尔沃公司开发出了三点式安全带之后,安全带技术不断发展,相继出现了预紧式安全带限力式安全带(也叫负载限制器安全带)等新式安全带。预紧式安全带是在发生撞击时引燃火药,借助其趋势强力收紧安全带,将乘车人的身体固定在座椅上。限力式安全带是在撞击之后稍稍松开安全带,以防止身体被安全带约束得过紧。

这样一来,安全带就能在尽量减小乘车人身体负担的同时,保证发生事故时仍能牢固地将乘车人的身体固定在座椅上。一旦发生撞击事故,汽车就会受到严重损伤,而安全带的这一功能,就是防止损伤波及到乘车人。

安全气囊利用气体使气囊膨胀,在汽车发生撞击时保护因撞击而大幅移动的上半身。即使安装了三点式安全带,受到强烈冲击后上半身也会大幅移动,因此就需要用到安全气囊。由于安全气囊是在三点式安全带的基础上发挥作用的辅助装置,因此它还有SRS(Supplemental Restraint System,辅助可充气约束系统)这一别称。1980年,梅赛德斯·奔驰首次使用了安全气囊。

SRS安全气囊的气囊由尼龙制成,叠放在方向盘的中央(通常是在喇叭按钮处)、仪表盘、座椅旁边以及车顶两侧等处。当发生正面撞击或侧面撞击时,安全气囊会在撞击发生的一侧打开。

感知撞击的传感器安装在保险杠附近和车内。当这些传感器感知到撞击时,安全气囊内的火药就会爆裂,使氮气瞬间充满尼龙气囊。之所以使用氮气,是因为氮气是惰性气体,即使在发生火灾时也不会燃烧。在保护了乘车人上半身不受冲击之后,安全气囊就会迅速收缩。

这一系列的动作都是瞬间执行的,因为如果不迅速展开安全气囊,就无法阻止冲击。

主动式头枕是座椅上支撑头部的部分,发生撞击时能够保护乘车人的头颈部。当汽车发生追尾时,乘车人的身体前倾而头部后仰,因而可能造成鞭抽式损伤(颈椎的过度屈伸损伤)。即使配备了三点式安全带和SRS安全气囊,仍有可能造成这一损伤,因此就需要头枕具有防止头部过分后仰的功能。

说到头枕您可能会想到我们平时睡觉用到的枕头,但头枕的词源是头部保护装置,意味着它具有保护功能。因此,头枕并不是靠垫。

主动式头枕是在追尾时使头枕向前移动的装置,这样一来,就能利用头枕的前凸保护后仰的头部。

追尾时身体之所以会前倾,是因为倚靠在座椅椅背上的身体被前推。从座椅方向看,就会发现乘车人的身体是被紧紧固定在座椅椅背上的。如果用杠杆原理来解释,就是利用身体因倚靠座椅椅背而被前推的力,将椅背中头枕的支柱随着这股力量向前移动。这样一来,头枕就能接触并支撑住乘车人的头颈部,从而防止鞭抽式损伤。


专栏 汽车辟谣

编辑:如今的汽车已经相当安全了呢。

记者:是啊,导致死亡的事故也大幅减少了。

编辑:本来就是嘛,日本的汽车技术可是不容小觑呢。我的那辆高级车为了不撞到前面的车,还加装了摄像。还有ABS和ESC。怎么样?很厉害吧?羡慕吧?

记者:是是是。但安全技术的进步虽然减少了导致死亡的事故,但遗憾的是事故数量本身并没有减少,相反还增加了。

编辑:什么?!这到底是怎么回事?

记者:大概是因为技术的进步,人们越来越傲慢的缘故吧。觉得一定不会有事的。

编辑:不是一直都这样吗?别绕弯子了,快给我详细讲讲。

记者:您老是这么容易生气……我明白我明白。就是说虽然现在汽车装满了安全技术,但人们的态度越来越不积极,就很容易发生事故。

编辑:再说得具体一点呢?

记者:比如说,即使汽车搭载了ABS和ESC,轮胎上的花纹沟磨损后也无法躲过事故。下雨时磨损后的轮胎容易打滑,即使启动了ABS和ESC也可能发生事故。

编辑:ABS和ESC有那么不靠谱吗?要是那样的话可不行。我家的车很贵呢。

记者:不不,不是那样。汽车在雨天越过水洼时,轮胎会浮在水洼上。这样一来即使有ABS和ESC,轮胎也会打滑。它们不是万能的。

编辑:是这样啊,那该怎么办呢?难道好不容易入手的高级车就没法安心开了吗?

记者:汽车上配备的安全装置是在假设轮胎是全新的情况下开发出来的。驾驶员们都要养成驾驶前检查的习惯,留心轮胎上花纹沟的磨损程度和轮胎的空气压。并不是说有了ABS和ESC后,驾驶员就可以高枕无忧了。

编辑:原来是这样啊,也就是说汽车也是需要维护的啊。

记者:是啊,并且也不能因为有了安全气囊就完全放心了。

编辑:为什么没法放心啊?有了安全气囊,即使发生事故,不是也能幸免于难吗?

记者:您说得对,发生事故时安全气囊的确能够提高存活率。但如果撞击的冲击力过大,即便有再多的安全气囊,也不能保证完全不受伤。

编辑:是啊,受伤是很疼的呢。

记者:还说疼,您又不是小孩子……不仅是疼啊,还有可能跑门诊或者住院呢。所以驾驶员的安全驾驶至关重要。

编辑:人们的安全意识也会在很大程度上影响行车的安全。驾驶技术虽然也很重要,但提高每个人的安全意识也是不可忽视的。

记者:是啊!

编辑:我开车也是很安全的哟。

记者:是是。

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