安全气囊的工作原理及其失效原因

新年刚过 72 小时，本田就宣布又有一名乘客因安全气囊缺陷而丧生，美国因安全气囊缺陷而丧生的人数已增至 9 人。重伤人数已超过 100 人。

今年对驾车者来说是残酷的一年，对行业安全措施来说也是如此，而在此之前，安全措施一直被视为绝对的救命稻草。去年春天，几家汽车制造商开始召回车辆，原因是他们的安全气囊供应商高田公司 (Takata Corp.) 向客户发货的安全气囊充气装置存在问题。事实证明，充气装置会将弹片喷向车内，其威力之大让受害者留下了警方所说的看起来像枪伤和刀伤的痕迹。（在一个案例中，警方实际上展开了凶杀案调查。）本田、丰田、日产、福特、马自达、宝马、斯巴鲁和庞蒂亚克等全球巨头被迫在美国召回 1900 万辆汽车，这是汽车史上最大规模的召回。

到底哪里出了问题？安全气囊的展开和有效性背后的科学原理是什么？答案出奇地简单，尽管美国国家公路交通安全管理局估计，自 1975 年首次采用安全气囊到 2012 年，安全气囊已经挽救了约 37,000 人的生命，但汽车制造商和监管机构花了数年时间才相信其有效性。

安全气囊如何工作？

1969 年， 《大众科学》杂志对一种名为“气枕”的新奇发明大加赞赏，称其有望彻底改变汽车安全。但在接下来的二十年里，这些气枕引起了激烈的争论。原因不是气枕背后的科学原理，而是人类的心理：官员们担心这些气囊提供的被动保护会阻止人们系好安全带。直到 1984 年， 《大众科学》杂志还报道称，安全气囊在道路上仍然很少见：“大多数汽车制造商强烈反对安装安全气囊；目前只有梅赛德斯提供安全气囊。”如今，它们无处不在，在美国有 1.9 亿辆汽车配备安全气囊。

安全气囊的原理是利用碰撞的物理原理。在正面碰撞的情况下，汽车通常会迅速停下来。当然，驾驶员的身体不会停下来。它遵循牛顿第二定律：其动量持续，直到外力（通常是方向盘、仪表盘或挡风玻璃）使其停下来。安全气囊不只是减轻冲击力。它实际上通过延长冲击时间降低了冲击力。它还将冲击力分散到身体的更大区域。这样，就不会有单个区域（前额、下巴、颈部）承受冲击力。这就是安全气囊充气然后迅速放气的原因——逐渐将驾驶员的动量从 60 英里/小时降至零。

视频来源：公路安全保险协会

安全气囊的化学和力学

安全气囊系统由六个主要部分组成：加速度计、电路、加热元件、炸药和气囊本身。

加速度计会跟踪车辆速度的变化速度。当您的汽车撞到另一辆车（或撞到墙壁、电线杆或鹿）时，加速度计会触发电路。然后电路会通过加热元件发送电流，这有点像烤面包机里的加热元件，只不过加热速度要快得多。

edudev/LabTutorials/Airbags/airbags.html/”>点燃炸药，通常是叠氮化钠 (NaN3 _{) 的固体颗粒，然后爆炸。爆炸产生的氮气 (N} 2~) 以每小时约 200 英里的速度充满放气的尼龙气囊（装在转向柱、仪表板或车门内）。整个反应仅需 1/25 秒。

气囊本身有小孔，一旦充满气体就会开始释放。目的是让气囊在你的头撞到气囊时放气。这样它就能吸收冲击力，而不是你的头从完全充气的安全气囊上弹回来，造成可能折断脖子的鞭伤。

有时，袋子里会冒出一团白色粉末。那是玉米淀粉或滑石粉，用于在储存期间保持袋子柔软。（就像橡皮筋会随着时间变干并开裂一样，安全气囊也会发生同样的情况。）如今，大多数安全气囊都有硅胶涂层，因此没有必要这样做。

安全气囊是如何致人死亡的？

在高田安全气囊的案例中，充气装置（装有推进剂薄片的金属筒）点火力度过大。当外壳破裂时，金属碎片会沿着充气方向飞出，直冲司机或乘客的头部和颈部。尸检显示，在一次事故中，一名 35 岁的德克萨斯州男子驾驶 2002 年款本田雅阁与另一辆车迎面相撞（车速相对较慢，为每小时 30 英里），弹片割断了他的颈动脉和颈静脉，并打断了他的气管，导致他失血过多死亡。警方称，奥兰多的一名受害者看起来像是被枪击中脸部。

汽车制造商和联邦监管机构已经发现，导致气囊爆炸的致命原因有多种。其中包括：制造车间监管不力；汽车本身的设计；以及某些地区多年来暴露在高温和高湿度环境中（德克萨斯州和佛罗里达州发生了多起死亡事件）。这样的高温和高湿度会破坏推进剂晶片，导致硝酸铵推进剂（一种可用于制造炸弹的化学物质）燃烧过热过快，在金属外壳中产生过大压力，然后爆炸产生致命威力。

视频来源：NHTSA 和 Battelle

如何避免被弹片击中？查看此列表，确保您的汽车不属于因安全气囊充气装置存在缺陷而被召回的 1900 万辆汽车之列。