汽车的安全设计

李忠东

气囊式安全带更舒适更贴心

目前，汽车最常用的安全设备有安全带和安全气囊。

发生交通事故时，传统的安全带能对撞击起到缓冲的作用，防止人员遭受二次伤害。安全帶里面有一个卡轮，如果快速拉动安全带，里面的卡子就会由于安全带滚轮的快速转动而被离心力带出，迅速将安全带锁死，把人员固定在椅子上。待冲击峰值过去，或者人已经受到安全气囊的保护时，安全带就会放松以免压伤人体。

在现代轿车里，安全气囊是引人注目的新技术装置。为了减小正面碰撞时造成的伤害，汽车方向盘中央普遍装有安全气囊系统，有些汽车在副驾驶员座前的工具箱上端也装有这种系统。安全气囊可以在极短的时间内弹出，保护驾乘人员。

美国汽车制造商福特汽车公司技高一筹，将传统的安全带和安全气囊合二为一，成功开发出世界第一款气囊式安全带（图1）。它的圆柱形气囊从搭扣伸出固定住肩膀，内装一个缝入安全带的气袋。根据美国交通安全部门调查，61%的人认为，安全带的舒适感是影响乘客使用的关键，因此福特汽车公司开发的气囊式安全带力求质地柔软，以便提升乘客的配戴意愿。

福特设计团队调查发现，车身被撞击时，传统三点式安全带压力集中，会使乘客的头部、胸部、肩颈遭受压伤。特别是后排座位没有安装安全气囊，更容易造成儿童和老年人肋骨断裂和肩颈挫伤等。他们决定将气囊式安全带安装在后排座位上，为乘客提供额外的碰撞安全保护。

一旦发生车祸，气囊式安全带会在40毫秒内计算出相撞的严重程度，用座椅下面的压缩气体给安全带自动充气（图2）。充气膨胀后的安全带能增大和人体的接触面，缩小与乘客身体的间隙，在车身遭受到侧面或者正面撞击的时候，能够把乘客紧密地包覆和固定起来，达到最佳的安全保护效果。毫秒为一秒的千分之一。按照汽车在高速公路上的速度，40毫秒内它可行驶约0.9米。

福特汽车公司安全工程技术人员表示，气囊式安全带可以减少胸部受到的压力，缓和剧烈的头部“甩鞭效应”，有效地控制头部和颈部失控状态下的稳定性，有助于乘客一直保持最安全的坐姿（图3）。“甩鞭效应”是指当车辆遭受后方猛烈撞击时，驾车者和乘客的颈部往往无法获得有效支撑，头部会突然后仰撞击头枕，然后向前甩出，像是甩动鞭子一样，如此来回几次高速甩动将严重伤害颈椎。

调查显示，大部分人愿意使用这种最新的气囊式安全带（图4）。有90%以上的被调查对象表示，气囊式安全带感觉更舒适、更贴心（图5）。

汽车座椅可监测心律

除了酒后驾车和操作失误导致外，还有一部分交通事故是因为驾车者生理出现问题，如突发疾病等造成。驾驶汽车需要精神高度集中，时间长了会使人疲惫不堪，特别在遇到复杂路况时，难免会突然感到紧张。除了大脑外，心脏也是其中备受影响的部位。

据美国疾病防控中心统计，每年大约有71.5万美国人在驾车时发作心脏病，避免事故的机会微乎其微。另外一些研究报告表明，多数车祸源于驾车者的心脏疾患，其中52%由心绞痛引起。为此，福特汽车公司正在开发一种可以随时监测驾车者心律的新型汽车座椅（图6）。

心律指心跳的节奏，节奏快慢影响体内血液循环速度，而循环速度决定着包括大脑在内的身体各个部位供氧量的多少。来自窦房结信号引起的心脏跳动称为正常的“窦性心律”，频率每分钟为60～100次。健康的心律是十分均匀的，心脏病或心脏神经调节功能不正常时，会出现心律不齐或心律失常。

新型汽车座椅的关键区域载有6个特制的电极传感器，它们直接透过驾车者的衣服就能够读取心脏的电脉冲波，监测心律状态（图7）。传感器串联一个照相机，用来长期监测驾驶者是否有心脏病的症状。当照相机监测到驾车者以一个不同的角度下滑时，该传感器就会检测到其不规则的心跳。通过LED屏幕将信息显示出来，使驾车者在第一时间了解和预防一些可能发生的紧急事故。研发人员指出，该系统有助于发现一个人是否有心血管方面的疾病，还能够检测高血压或电解质不平衡等其他病症（图8）。

新型汽车座椅的工作原理和24小时动态心电图一样，只不过电极传感器放置在座椅的背部而不是直接连接到司机身体上。描记心电图是临床上常用的确诊心律失常的方法，但在不发作时捕捉不到有效的信息。而如果做24小时动态心电图检查，带上一个记录心电图的盒子时刻描记心电图，就可连续记录10万次左右的心电信号，有助于随时了解患者心脏的情况，对心律失常、心肌缺血和心绞痛做出准确的诊断。新型汽车座椅一旦发现驾车者心律异常，监测系统会显示一条消息告诉他靠边停车。与此同时，反应小组也会收到一份关于驾车者心脏情况的报告，通过相关系统告知必要部门提供救助。

一旦因驾车者发病汽车失控，福特汽车现有的车道偏离报警系统、车道保持辅助系统、低速行车安全系统、驾驶员警示系统和限速装置系统也会立即启动，将车停到安全的地方（图9）。

福特汽车公司表示，新型汽车座椅主要用来应对社会老龄化现象。人类寿命的延长意味着驾驶中司机遇到突发心脏病的状况增多，在驾驶过程中对心脏状况进行监测可以保证用户和公众的道路安全和健康利益。

无独有偶，英国诺丁汉大学研发的一款装置通过采集心律变异性信号，也能够起到监测驾车者心律、呼吸和其他健康指数的作用。当监测到心律出现较大幅度的波动时，系统会给这位驾车者发送警报，提醒他把车开到路边。如果警报被忽略，汽车上的主动巡航控制系统和车道偏离系统就会启动，安全引导车辆。它甚至能发送这些信息到控制中心，实施进一步的行动。作为诺丁汉大学在该项目上的合作伙伴，英国普莱塞半导体公司已经成功地把电容式传感器安到了汽车座椅上。为了让整个系统外观平整并且不引人注目，研究人员考虑用一款根据传感器功能而设的纺织物，而不是直接就把设备绑到车座上（图10）。endprint