汽車的安全設計

李忠東

氣囊式安全帶更舒適更貼心

目前，汽車最常用的安全設備有安全帶和安全氣囊。

發生交通事故時，傳統的安全帶能對撞擊起到緩沖的作用，防止人員遭受二次傷害。安全帶里面有一個卡輪，如果快速拉動安全帶，里面的卡子就會由于安全帶滾輪的快速轉動而被離心力帶出，迅速將安全帶鎖死，把人員固定在椅子上。待沖擊峰值過去，或者人已經受到安全氣囊的保護時，安全帶就會放松以免壓傷人體。

在現代轎車里，安全氣囊是引人注目的新技術裝置。為了減小正面碰撞時造成的傷害，汽車方向盤中央普遍裝有安全氣囊系統，有些汽車在副駕駛員座前的工具箱上端也裝有這種系統。安全氣囊可以在極短的時間內彈出，保護駕乘人員。

美國汽車制造商福特汽車公司技高一籌，將傳統的安全帶和安全氣囊合二為一，成功開發出世界第一款氣囊式安全帶（圖1）。它的圓柱形氣囊從搭扣伸出固定住肩膀，內裝一個縫入安全帶的氣袋。根據美國交通安全部門調查，61%的人認為，安全帶的舒適感是影響乘客使用的關鍵，因此福特汽車公司開發的氣囊式安全帶力求質地柔軟，以便提升乘客的配戴意愿。

福特設計團隊調查發現，車身被撞擊時，傳統三點式安全帶壓力集中，會使乘客的頭部、胸部、肩頸遭受壓傷。特別是后排座位沒有安裝安全氣囊，更容易造成兒童和老年人肋骨斷裂和肩頸挫傷等。他們決定將氣囊式安全帶安裝在后排座位上，為乘客提供額外的碰撞安全保護。

一旦發生車禍，氣囊式安全帶會在40毫秒內計算出相撞的嚴重程度，用座椅下面的壓縮氣體給安全帶自動充氣（圖2）。充氣膨脹后的安全帶能增大和人體的接觸面，縮小與乘客身體的間隙，在車身遭受到側面或者正面撞擊的時候，能夠把乘客緊密地包覆和固定起來，達到最佳的安全保護效果。毫秒為一秒的千分之一。按照汽車在高速公路上的速度，40毫秒內它可行駛約0.9米。

福特汽車公司安全工程技術人員表示，氣囊式安全帶可以減少胸部受到的壓力，緩和劇烈的頭部“甩鞭效應”，有效地控制頭部和頸部失控狀態下的穩定性，有助于乘客一直保持最安全的坐姿（圖3）。“甩鞭效應”是指當車輛遭受后方猛烈撞擊時，駕車者和乘客的頸部往往無法獲得有效支撐，頭部會突然后仰撞擊頭枕，然后向前甩出，像是甩動鞭子一樣，如此來回幾次高速甩動將嚴重傷害頸椎。

調查顯示，大部分人愿意使用這種最新的氣囊式安全帶（圖4）。有90%以上的被調查對象表示，氣囊式安全帶感覺更舒適、更貼心（圖5）。

汽車座椅可監測心律

除了酒后駕車和操作失誤導致外，還有一部分交通事故是因為駕車者生理出現問題，如突發疾病等造成。駕駛汽車需要精神高度集中，時間長了會使人疲憊不堪，特別在遇到復雜路況時，難免會突然感到緊張。除了大腦外，心臟也是其中備受影響的部位。

據美國疾病防控中心統計，每年大約有71.5萬美國人在駕車時發作心臟病，避免事故的機會微乎其微。另外一些研究報告表明，多數車禍源于駕車者的心臟疾患，其中52%由心絞痛引起。為此，福特汽車公司正在開發一種可以隨時監測駕車者心律的新型汽車座椅（圖6）。

心律指心跳的節奏，節奏快慢影響體內血液循環速度，而循環速度決定著包括大腦在內的身體各個部位供氧量的多少。來自竇房結信號引起的心臟跳動稱為正常的“竇性心律”，頻率每分鐘為60～100次。健康的心律是十分均勻的，心臟病或心臟神經調節功能不正常時，會出現心律不齊或心律失常。

新型汽車座椅的關鍵區域載有6個特制的電極傳感器，它們直接透過駕車者的衣服就能夠讀取心臟的電脈沖波，監測心律狀態（圖7）。傳感器串聯一個照相機，用來長期監測駕駛者是否有心臟病的癥狀。當照相機監測到駕車者以一個不同的角度下滑時，該傳感器就會檢測到其不規則的心跳。通過LED屏幕將信息顯示出來，使駕車者在第一時間了解和預防一些可能發生的緊急事故。研發人員指出，該系統有助于發現一個人是否有心血管方面的疾病，還能夠檢測高血壓或電解質不平衡等其他病癥（圖8）。

新型汽車座椅的工作原理和24小時動態心電圖一樣，只不過電極傳感器放置在座椅的背部而不是直接連接到司機身體上。描記心電圖是臨床上常用的確診心律失常的方法，但在不發作時捕捉不到有效的信息。而如果做24小時動態心電圖檢查，帶上一個記錄心電圖的盒子時刻描記心電圖，就可連續記錄10萬次左右的心電信號，有助于隨時了解患者心臟的情況，對心律失常、心肌缺血和心絞痛做出準確的診斷。新型汽車座椅一旦發現駕車者心律異常，監測系統會顯示一條消息告訴他靠邊停車。與此同時，反應小組也會收到一份關于駕車者心臟情況的報告，通過相關系統告知必要部門提供救助。

一旦因駕車者發病汽車失控，福特汽車現有的車道偏離報警系統、車道保持輔助系統、低速行車安全系統、駕駛員警示系統和限速裝置系統也會立即啟動，將車停到安全的地方（圖9）。

福特汽車公司表示，新型汽車座椅主要用來應對社會老齡化現象。人類壽命的延長意味著駕駛中司機遇到突發心臟病的狀況增多，在駕駛過程中對心臟狀況進行監測可以保證用戶和公眾的道路安全和健康利益。

無獨有偶，英國諾丁漢大學研發的一款裝置通過采集心律變異性信號，也能夠起到監測駕車者心律、呼吸和其他健康指數的作用。當監測到心律出現較大幅度的波動時，系統會給這位駕車者發送警報，提醒他把車開到路邊。如果警報被忽略，汽車上的主動巡航控制系統和車道偏離系統就會啟動，安全引導車輛。它甚至能發送這些信息到控制中心，實施進一步的行動。作為諾丁漢大學在該項目上的合作伙伴，英國普萊塞半導體公司已經成功地把電容式傳感器安到了汽車座椅上。為了讓整個系統外觀平整并且不引人注目，研究人員考慮用一款根據傳感器功能而設的紡織物，而不是直接就把設備綁到車座上（圖10）。endprint