長(cháng)期以來(lái)，可靠的
安全帶一直是
汽車(chē)中唯一的被動(dòng)保護裝置。盡管當時(shí)人們對于安全帶的安全性存有爭議，尤其是對于在兒童使用時(shí)，但隨著(zhù)時(shí)光流轉，許多國家和地區最終頒布了強制使用安全帶的法規。 統計數據表明，安全帶的使用挽救了成千上萬(wàn)原本可能在撞車(chē)事故中罹難的生命。
安全氣囊的開(kāi)發(fā)由來(lái)已久。在緊急降落時(shí)使用軟枕墊進(jìn)行緩沖的想法一定很有吸引力——第一項用于
飛機的可充氣式緊急降落設備的
專(zhuān)利早在第二次世界大戰時(shí)就已經(jīng)提出申請！在20世紀80年代，汽車(chē)中首次出現了商用安全氣囊。
相關(guān)法規規定，從1998年款開(kāi)始，所有的新車(chē)都必須同時(shí)在駕駛員和乘客旁邊安裝安全氣囊（輕型卡車(chē)則從1999年款開(kāi)始執行此規定）。統計數據表明：迄今為止，安全氣囊將從正面直接相撞致死的風(fēng)險降低了大約30%。在方向盤(pán)或儀表板氣囊之后還出現了座椅和車(chē)門(mén)側氣囊，但其應用仍不如前者那么廣泛。有專(zhuān)家稱(chēng)在未來(lái)幾年內，汽車(chē)的配置將從雙氣囊變?yōu)榱鶜饽疑踔涟藲饽?。就像早期圍繞安全帶使用所產(chǎn)生的爭議一樣，安全氣囊也激起了一些類(lèi)似的爭論，成為政府和行業(yè)著(zhù)重研究和測試的對象。
在本文中，您將了解安全氣囊背后的科學(xué)奧秘及其工作原理、當前存在的問(wèn)題和未來(lái)技術(shù)的發(fā)展趨勢。
在具體探討安全氣囊這個(gè)話(huà)題之前，我們先回顧一下有關(guān)運動(dòng)定律的知識。首先，我們知道運動(dòng)的物體具有動(dòng)量（物體的質(zhì)量與速度的乘積）。除非有外力作用，否則物體將繼續按照當前的速度和方向運動(dòng)。汽車(chē)由若干物體組成，包括汽車(chē)本身、汽車(chē)內堆放的物品，當然還包括乘客。如果這些物體不受到限制，那么即使汽車(chē)由于撞擊而停止運動(dòng)，它們也將按照汽車(chē)的行駛速度繼續運動(dòng)。
要阻止物體的運動(dòng)慣性，就需要在一定時(shí)間內對物體施加作用力。汽車(chē)相撞時(shí)，汽車(chē)的動(dòng)量在瞬間急劇改變，而乘客的動(dòng)量卻保持不變（因為乘客沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)應對這種變化），因此需要很大的作用力才能阻止乘客的運動(dòng)。任何輔助保護系統的設計宗旨都是讓乘客停止運動(dòng)，同時(shí)盡量減少對他/她造成的傷害。
安全氣囊所要做的就是將乘客的速度降為零，同時(shí)確保乘客受到較少的損傷，甚至毫發(fā)無(wú)損。安全氣囊的使用非常嚴格。安全氣囊只能在乘客和
方向盤(pán)或儀表板之間的有限空間內發(fā)揮作用，并且必須在幾分之一秒的時(shí)間內完成使命。不過(guò)，如果安全氣囊系統能夠勻速降低乘客的速度，而不是讓他的運動(dòng)驟然而止，那么即便是如此有限的距離和時(shí)間也是很有價(jià)值的。
安全氣囊有三個(gè)部件可以助其完成這項本領(lǐng)：
氣囊自身由纖細的尼龍纖維制成，折疊后裝入方向盤(pán)或儀表盤(pán)。近來(lái)還出現了裝入座椅或車(chē)門(mén)的氣囊。
傳感器是通知氣囊充氣的設備。當撞擊力相當于以16-24公里/小時(shí)的速度撞擊磚墻時(shí)，氣囊便會(huì )開(kāi)始充氣。當質(zhì)量位移使電接觸斷開(kāi)時(shí)，某個(gè)機械開(kāi)關(guān)將會(huì )被觸動(dòng)，告知傳感器已發(fā)生撞擊。傳感器從內置于微芯片中的加速計接收信號。
安全氣囊充氣系統中的疊氮化鈉（NaN3）和硝酸鉀（KNO3）發(fā)生反應，生成氮氣。氮氣形成的熱流會(huì )讓氣囊迅速膨脹。
氣囊充氣系統與固體火箭助推器的原理相同（有關(guān)詳細信息，請參見(jiàn)
火箭發(fā)動(dòng)機工作原理）。安全氣囊系統點(diǎn)燃的是“固體推進(jìn)劑”，后者的燃燒極為迅速，可產(chǎn)生大量氣體為氣囊充氣。隨后，氣囊爆炸般地沖出原始安裝位置，時(shí)速高達322公里，比眨一下
眼睛還要快！1秒之后，氣體通過(guò)氣囊上的小孔迅速消散，氣囊收縮，因此乘客又可以自由移動(dòng)。
安裝在方向盤(pán)中的安全氣囊和充氣系統。
充氣系統使用固體推進(jìn)劑和點(diǎn)火器
盡管整個(gè)過(guò)程只經(jīng)歷短短的1/25秒，但多出的這點(diǎn)時(shí)間已足以防止人員遭受重創(chuàng )。順便介紹一下，氣囊中釋放出的粉狀物質(zhì)是普通的玉米淀粉或滑石粉，安全氣囊制造商用它們來(lái)確保氣囊在貯存時(shí)保持柔韌和潤滑。
據
Scientific American網(wǎng)站報道：
早在美國交通運輸部于20世紀80年代要求機動(dòng)車(chē)安裝快速充氣墊之前，就有人提出了使用快速充氣墊防止撞傷的構想。第一項用于飛機的可充氣式緊急降落設備的專(zhuān)利在第二次世界大戰時(shí)便已提出申請。 最初在汽車(chē)中應用安全氣囊時(shí)，主要解決的是價(jià)格昂貴問(wèn)題和技術(shù)上的難題（包括壓縮氣體的貯存和釋放）。研究人員考慮的問(wèn)題包括：
汽車(chē)中是否有足夠的空間放置氣罐
在汽車(chē)使用過(guò)程中，氣體是否要一直保持高壓狀態(tài)
如何設計才能保證氣囊在各種工作溫度下迅速而可靠地膨脹，同時(shí)不會(huì )發(fā)出震耳欲聾的巨響
他們需要找到一種方法來(lái)引發(fā)化學(xué)反應，從而產(chǎn)生氮氣來(lái)為氣囊充氣。20世紀70年代，小型固體推進(jìn)劑充氣系統的出現解決了這個(gè)難題。
在使用汽車(chē)安全氣囊之初，專(zhuān)家提醒這種新設備應與安全帶一起使用。由于安全氣囊只有在速度高于16公里/小時(shí)的正面撞擊中才能發(fā)揮作用，因此仍然需要使用安全帶。只有安全帶能夠在側面撞擊（盡管現在側氣囊日益普及）、追尾以及二度撞擊中起到一定的保護作用。雖然科學(xué)技術(shù)日新月異，但就目前來(lái)說(shuō)，安全氣囊仍需要結合膝式/肩式安全帶使用才能發(fā)揮作用！
然而，不久之后，人們就發(fā)現安全氣囊會(huì )對過(guò)于靠近它的人員會(huì )造成傷害。研究人員已經(jīng)確認，駕駛員安全氣囊的危險區域是在充氣系統前方5到8厘米的范圍內。因此，與駕駛員安全氣囊保持25厘米的距離可以讓自己處于絕對安全的區域。這個(gè)距離應按從方向盤(pán)中心到胸骨位置來(lái)測算。如果您目前的距離不足25厘米，請按以下方法調整駕駛位置：
在保證可以自如踩下踏板的前提下，盡可能向后移動(dòng)座椅。
使座椅靠背稍稍后仰。盡管汽車(chē)的設計各不相同，但只要使座椅靠背稍稍后仰一些，即使駕駛座椅位于最前面，大多數駕駛員還是能夠確保25厘米的距離。如果靠在椅背上難以看到路面，則可以使用汽車(chē)的座椅升降系統（并非所有的汽車(chē)都有這種系統）升高座椅，也可以在座位上放置牢固、不易滑動(dòng)的坐墊來(lái)達到同樣的目的。
向下傾斜方向盤(pán)（此操作僅在方向盤(pán)可以調節時(shí)才有效），讓安全氣囊朝向胸部，而不是朝向頭部和頸部。
對于兒童，則要采用不同的方法。對于沒(méi)有系安全帶的兒童，如果離安全氣囊太近或者在緊急
剎車(chē)時(shí)被甩向儀表板，那么安全氣囊可能會(huì )致其重傷乃至死亡。專(zhuān)家認為下列安全事項非常重要：
乘車(chē)時(shí)，12歲或以下的兒童應坐在汽車(chē)后排與其年齡相稱(chēng)的
安全座椅上，同時(shí)系好安全帶。
在配備乘客側安全氣囊的汽車(chē)中，嬰兒（1歲以下，體重不到9公斤）應該坐在后向式兒童座椅上，切勿坐在前排座位中。
如果1歲以上的兒童需要坐在帶有乘客側安全氣囊的前排座位上，那么他應該坐在前向式兒童安全座椅或增高座椅中，或者系好膝式/肩式安全帶，且座椅應盡可能向后靠。
未來(lái)的安全氣囊
旨在維護和改善安全氣囊救生功能的計劃正如火如荼地全面展開(kāi)。NHTSA發(fā)起了新一輪的測試活動(dòng)，根據相關(guān)領(lǐng)域的最新知識和研究成果，采用改進(jìn)型
假人的傷害標準來(lái)進(jìn)行試驗。
直到最近，汽車(chē)安全領(lǐng)域的大多數重大改進(jìn)都是針對汽車(chē)前部和后部撞擊來(lái)進(jìn)行的，但所有汽車(chē)事故中有30%是側面撞擊引起的，并且汽車(chē)事故導致的所有嚴重傷亡中有40%是來(lái)自側面撞擊。許多汽車(chē)制造商已經(jīng)針對這些統計數據（以及由此產(chǎn)生的新標準）做出回應，紛紛加固車(chē)門(mén)、車(chē)門(mén)框架、底板和車(chē)頂等部分。但當前，提供側氣囊的汽車(chē)則代表了乘員保護方面的新潮流。 工程人員表示，有效側氣囊的設計工作遠比前部氣囊的困難得多。 這是因為正面撞擊產(chǎn)生的一部分能量可以被保險杠、發(fā)動(dòng)機蓋和發(fā)動(dòng)機吸收，撞擊能量大約需要30-40毫秒才能傳遞到車(chē)內乘員身上。而在側面撞擊中，把乘員和另一輛車(chē)隔開(kāi)的只有相對較薄的車(chē)門(mén)和幾厘米的空隙。這意味著(zhù)車(chē)門(mén)氣囊必須能夠在短短的五六毫秒內做出反應！
沃爾沃的工程師對幾種不同安裝方式的側氣囊進(jìn)行了試驗，最終選擇了椅背安裝方式。這是因為無(wú)論座椅位置如何，這種安裝方式對各種身高的乘員皆有保護作用。這樣，他們可以在駕駛員和前排乘客的坐墊側面安放機械觸發(fā)傳感器，從而防止汽車(chē)未受損害的一側的安全氣囊發(fā)生充氣膨脹。在椅背上安裝整套安全氣囊系統還可防止由于與行人或自行車(chē)相撞而導致不必要的氣囊引爆行為。因為側氣囊在大約19公里/小時(shí)的撞擊條件下才會(huì )打開(kāi)。
寶馬的工程師則選擇了車(chē)門(mén)氣囊。因為車(chē)門(mén)的空間更大，可以容納更大的氣囊，從而提供更大的保護面。
寶馬所有的1999年款車(chē)型（
敞篷跑車(chē)除外）中都配備了頭部氣囊或管狀充氣結構頭部氣囊（ITS）。 與其他氣囊不同，頭部氣囊看上去有點(diǎn)像大香腸，可以保持膨脹狀態(tài)5秒鐘，以提供針對二度撞擊或三度撞擊的防護功能。ITS的設計宗旨是與側氣囊結合使用，以便在某些側面撞擊中提供更佳的保護作用。
所有這些無(wú)不清晰地昭示出安全氣囊技術(shù)仍處在日新月異的飛速發(fā)展之中。隨著(zhù)設計人員不斷從實(shí)際的撞擊資料中總結經(jīng)驗并積極推陳出新，此領(lǐng)域必將涌現出眾多的技術(shù)革新。
