安全气囊 (Aair Bags)


安全气囊,又称作「辅助保护系统」(Supplementary Restraint System, SRS)或是「充气保护辅助器」(Supplemental Inflatable Restraints),是安装于汽车上一个安全保护装置,当汽车受到较强烈的撞击而急遽减速时,此时由于惯性定律,驾驶与前座乘客会往前倾而撞上前方玻璃;此时安全气囊即会瞬间充气弹出,透过气囊 缓冲保护驾驶与乘客的安全。现今安全气囊已经成为汽车必要的被动安全设备。


在1952年,由美国工程师John W. Hetrick设计出了第一个安全气囊,并于1953年取得专利。在1970年代时,开始有些汽车业者在汽车上安装安全气囊,然而当时安全观念尚未普及,他的发明没有受到重视。直到1984年,美国的「联邦汽车安全标準」(Federal Motor Vehicle Safety Standard, FMVSS)制定安装气囊的要点,而1988年克莱斯勒公司开始在所有车款上安装安全气囊,安全气囊的时代才正式来临。

一个安全气囊由一个中央控制系统(airbag control unit, ACU)监控汽车内一系列的感应器,包含了加速度感应器(accelerometers)、碰撞感应器(impact sensors)、侧面压力感应器(side pressure sensors)、轮速感应器(wheel speed sensors)、陀螺仪(gyroscopes)、制动压力感应器(brake pressure sensors)、座位占用传感器(seat occupancy sensors)等诸多精密的元件。当汽车受到强烈碰撞时,中央控制系统接受到撞击讯号,判断出车子是否遭受到撞击。若得知车子遭受到撞击,则在2毫秒内即可传递约1至3安培的电流脉冲讯息,藉以触发点火装置,使得安全气囊内的叠氮化钠(sodium azide, NaN3)被点燃而产生爆炸,在约20至30毫秒内迅速产生大量的氮气。反应式如下:

2 NaN3(s) → 2 Na(s) + 3 N2(g)

一莫耳的叠氮化钠可产生一点五莫耳的氮气;而气体的比重相当低,因此佔有的体积也相当大。透过计算,每100 g的叠氮化钠,在25℃、1大气压下,可以产生约56 L的氮气,显示仅须级少量的叠氮化钠(司机前方的安全气囊约50 g),即可产生足够的氮气将安全气囊完全充气。也因为产生气体的速度极快,一般而言气体不会直接令其溢出,而会令其通过透气孔的方式传入气囊中。此外一般受到撞击后,乘客接触到安全气囊时间约60至80毫秒,而叠氮化钠的分解时间约20-30毫秒,所以有足够的时间完成安全气囊的充气,达到气囊缓冲撞击的目的。

安全气囊 (Aair Bags)

图一、驾驶安全气囊的原理 http://www.lanl.gov/quarterly/q_sum03/airbags.shtml

安全气囊根据放置的位置可以细分为前方驾驶气囊(Driver Front Airbag)、前方乘客气囊(Passsenger Front Airbag)、前座侧边气囊(Front Side Airbag)、后座侧边气囊(Front Side Airbag)等等。安全气囊也必须要防止高温时点燃,以避免汽车着火时爆炸造成更进一步的伤亡。除此之外,由于叠氮化钠具有相当的爆炸性与毒性,因此也有各式各样的化合物作为替代品。

最后必须要提醒,虽然安全气囊在使用得当下,确实可以有效降低车祸死亡率,然而「单纯」使用安全气囊,并「不能」保护驾驶与乘客,必须配合「繫上安全带」,才能有效保护自己的生命安全。

参考资料:
1. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 5th edition; Houghton Mifflin Company: Boston, 2003; p. 151.
2. Wikipedia–Airbag  http://en.wikipedia.org/wiki/Airbag
3. 林聪颖主治医师,〈有了「它」,真的安全吗?认识安全气囊〉,高医医讯第十七卷第一期,民国86年6月1日。  http://www.kmu.edu.tw/~kmcj/data/8606/3368.htm

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