汽车被动安全：现代车辆如何在碰撞中保护您

汽车安全通常分为两类——主动安全和被动安全。主动安全指的是首先帮助汽车避免碰撞的系统和装置。被动安全则是指在事故确实发生时，汽车保护车内乘员生命和健康的能力。每一辆现代车辆都依靠一系列关键的被动安全系统的组合，包括安全带、安全气囊和溃缩区，以在碰撞中最大限度地减少伤害。

碰撞过程中汽车及其乘员会发生什么？

在正面碰撞中，汽车会溃缩并骤然停止——但乘员会因惯性继续向前运动，猛地冲向方向盘、仪表盘和挡风玻璃。看上去车厢内似乎没有足够的空间来积聚危险的速度，但其中涉及的力却惊人地大。减速度可达数十个 g，使得这种冲击相当于从高层建筑顶部跳下。

要在严重事故中保住乘员的性命并使其免于受伤，必须尽可能平缓、顺滑地降低他们的速度——就像用多层垫子缓冲高处坠落一样。要在汽车内部实现这一点，要求车身结构同时做到两件看似矛盾的事：既要足够坚固以保护乘员，又要足够柔韧以吸收碰撞能量。

溃缩区与刚性安全舱

现代汽车车身通过一种由两部分构成的设计理念来解决这一难题：

刚性乘员舱：环绕驾驶员和乘客的结构框架被打造得尽可能坚固。它采用超高强度钢，并在车门内嵌入加固梁，以防止车门在碰撞时向内坍塌。
程序化变形区：汽车的前部（发动机舱）和后部（行李厢）经过工程设计，能够以可控的方式溃缩，在碰撞能量到达车厢之前将其吸收并耗散。

这种方法是相对较新的发展。老式车辆没有这样的工程设计——整个车身会均匀溃缩，这意味着车厢与保险杠一样容易坍塌。如今，常常可以看到一辆现代汽车的前部完全损毁，而乘员舱却基本保持完好。

在正面碰撞中，发动机也构成严重的风险。为防止发动机被挤入车厢——这可能是致命的——现代汽车采用特别设计的发动机悬置和防火墙结构，在发生严重碰撞时将发动机引导至下方并远离乘员。

后方碰撞与头枕

追尾碰撞也有其自身的严重风险——最值得注意的是因头部突然向后猛甩而造成的挥鞭伤和颈部损伤。为应对这一问题，已经开发出两代头枕技术：

标准头枕：限制头部向后移动，以防止颈部过度伸展。
主动式头枕：在检测到后方碰撞的那一刻自动向前移动，为头部提供即时支撑，几乎消除危险的运动。

安全带：最重要的被动安全装置

在事故中保护乘员方面，没有任何装置比安全带更为基础。安全带借鉴自航空领域，自引入汽车界以来已有显著发展。这一演变历程如下：

两点式安全带：最早的汽车安全带在单一受力点将乘员横向束缚在腹部或胸部。聊胜于无，但远非理想。
三点式安全带：如今普遍采用的设计，将碰撞力更均匀地分布到胸部、肩部和胯部，大幅降低脊柱和内脏器官受伤的风险。其有效性与易用性的结合使其成为全球民用车辆的标准配置。
多点式安全带（四点、五点和六点式）：用于赛车运动，在极端条件下将驾驶员牢牢固定在座椅上，但对日常驾驶而言过于束缚。

现代安全带远比一条简单的带子复杂得多。关键创新包括：

惯性卷收器：让安全带在正常情况下可以自由移动，自动适应任何体型，并让佩戴者舒适地变换姿势——但在检测到突然减速时会瞬间锁止。
烟火式预紧器：在碰撞中引爆的小型爆炸装药，在毫秒之间将安全带猛地拉紧，在冲击力发作之前将乘员牢牢拉回座椅。

作为被动安全要素的安全带

安全气囊：第二道防线

安全气囊可以说是继安全带之后第二重要的被动安全发明。这一概念——在碰撞瞬间于几分之一秒内充起一个折叠的气袋——最早于 1953 年获得专利，尽管使其可靠运作的技术在此后二十年里都尚不存在。

安全气囊是如何工作的？

使安全气囊有效的关键在于速度。工程师们测试了各种充气方法，最终选定了烟火式系统，该系统至今仍是标准。其工作原理如下：

碰撞传感器检测到碰撞，并在毫秒之间触发电流。
电流将一块紧实的叠氮化钠（NaN3）药片——一种晶体化合物——加热至超过 330°C。
叠氮化钠迅速分解为氮气和金属钠。
释放出的氮气仅在 0.025 至 0.05 秒（25 至 50 毫秒）内便将安全气囊充起。
气袋缓冲乘员，随后几乎立即放气，使其在碰撞后能够自由活动。

这种在封闭空间内快速充气的一个副作用是会产生急剧的压力骤升，可能导致鼓膜损伤或脑震荡。制造商通过限制安全气囊的展开速度并使用容积相对较小的气袋来管控这一风险，尽管根据个体差异和车辆尺寸的不同，仍存在一定风险。

安全气囊简史

与普遍看法相反，安全气囊并非起源于欧洲豪华品牌。在 20 世纪 70 年代中期，福特和通用汽车为超过 12,000 辆汽车配备了安全气囊系统——这是汽车史上首次大规模应用。然而，这些早期的美国安全气囊被设计用来替代安全带而非与之配合，结果证明是灾难性的。安全气囊以 270–300 公里/小时的速度朝着未系安全带的乘员展开，而由安全气囊本身造成颈椎骨折的记录在案的案例，促使制造商放弃了这种做法。

正是梅赛德斯-奔驰与博世合作，重新启用并完善了这一概念。1980 年，梅赛德斯成为首家在量产车——S 级轿车——上将安全气囊作为标准配置提供的制造商，并秉持一项关键的设计原则：安全气囊必须与安全带配合工作，而非取而代之。这一洞见将安全气囊技术转变为我们今天所熟知的救命系统。事实上，许多车辆至今仍被设计成除非乘员系好安全带，否则安全气囊根本不会展开。

现代安全气囊系统：超越方向盘

如今的安全气囊系统已远不止方向盘上的单个气囊。一套全面的现代配置通常包括：

正面安全气囊：用于驾驶员和前排乘客，在正面碰撞中防止头部和胸部受伤。
侧面安全气囊（座椅式）：内置于前排座椅两侧，在侧面碰撞时保护躯干。
帘式安全气囊：从车顶纵梁展开，保护前后排乘客的头部。与正面安全气囊不同，帘式安全气囊会保持数秒的压力，以在翻车过程中提供全程保护——并防止未系安全带的乘客被甩出车外。
膝部安全气囊：正变得越来越普遍，可保护膝盖和腿部免受仪表盘侵入的伤害。
后排乘客安全气囊：一些制造商如今也为后排乘员提供安全气囊保护。

安全气囊技术的未来同样大有可为。工程师们正在开发能够在检测到碰撞前的瞬间——而非碰撞过程中——展开安全气囊的系统，以减轻冲击的严重程度。安全系统也正被训练以识别每位乘员的个体数据（身高、体重、座椅位置），从而为碰撞发生时坐在座椅上的每一个具体人员优化安全气囊的展开。