安全气囊如何工作以及它们如何失效

新的一年刚过去72个小时，本田就宣布又有两人因安全气囊缺陷而死亡，这使得美国死亡总人数达到九人。严重受伤的人数超过100人。

这对驾车者和一个曾经被视为绝对的救命恩人的行业安全保障来说，是艰难的一年。去年春天，几家汽车制造商开始召回车辆，因为它们的安全气囊供应商高田公司（Takata Corp.）交付的安全气囊充气器存在缺陷。事实证明，这些充气器会以如此大的力量将碎片喷射到车厢内，以至于警方称受害者看起来像遭受了枪击和刺伤（在一例案件中，警方甚至启动了凶杀案调查）。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，这是汽车史上规模最大的召回。

到底哪里出了问题？安全气囊的部署和有效性背后的科学原理是什么？这其实非常简单，尽管美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）估计，从1975年首次采用安全气囊到2012年，安全气囊已挽救了约37,000条生命，但汽车制造商和监管机构花了多年时间才相信其有效性。

安全气囊是如何工作的？

1969年，《大众科学》杂志曾对一种名为“空气枕头”的新奇发明大加赞赏，该发明声称将彻底改变汽车安全。但在随后的二十年里，这些“枕头”引发了激烈的争议。争议并非源于其科学原理，而是源于人类心理：官员们担心，安全气囊提供的被动保护会促使人们不系安全带。早在1984年，《大众科学》杂志就报道说，安全气囊在道路上仍然是罕见的：“大多数汽车制造商强烈反对安装安全气囊；只有梅赛德斯目前提供一款。”如今，它们已无处不在，在美国的1.9亿辆汽车中都能见到。

安全气囊背后的原理是利用碰撞的物理学原理。在正面碰撞的情况下，汽车通常会快速停止。而驾驶员的身体当然不会。它遵循牛顿第二定律：它的动量会持续下去，直到外力（通常是方向盘、仪表板或挡风玻璃）将其停止。安全气囊不仅仅是减轻撞击。它实际上是通过将撞击时间拉长来降低撞击力度。它还将撞击力分散到身体更大的区域。这样，任何一个区域（额头、下巴、颈部）都不会承受主要的冲击。这就是为什么安全气囊会充气然后迅速放气——为了将驾驶员的速度从每小时60英里逐渐降低到零。

视频来源：美国公路安全保险协会

安全气囊的化学和机械原理

安全气囊系统有六个主要部件：加速度计；电路；加热元件；炸药；以及气囊本身。

加速度计会记录您的车速变化的速度。当您的汽车撞上另一辆车——或墙壁、电线杆或鹿——时，加速度计会触发电路。电路随后将电流输送到加热元件，这有点像您烤面包机里的加热元件，只不过它加热得快得多。

这会点燃炸药，通常是氰化钠（NaN3_{）的固体颗粒，然后发生爆炸。爆炸产生的氮气（N}2~）以大约每小时200英里的速度充满（装在您的方向盘、仪表板或车门内的）未充气的尼龙气囊中。整个反应仅需1/25秒。

气囊本身有微小的孔，充气后会立即开始释放气体。目的是当您的头部撞击气囊时，气囊正在放气。这样，它就能吸收撞击力，而不是让您的头部从完全充气的安全气囊上弹回，导致您脖子受伤，甚至可能折断您的脖子。

有时，气囊会喷出白色粉末。那是玉米淀粉或滑石粉，用于在气囊储存期间保持其柔软性。（就像橡皮筋会随着时间老化变干而开裂一样，安全气囊也可能发生同样的情况。）如今，大多数安全气囊都采用硅胶涂层，因此不再需要这种处理。

安全气囊为何致命？

对于高田公司的安全气囊，充气器——装有推进剂晶片的金属筒——以过大的力量点燃。当外壳破裂时，它会将金属碎片沿着充气方向向外喷射——即直接射向驾驶员或乘客的头部和颈部。在一场事故中，一名35岁的德克萨斯州男子，他2002年的本田雅阁以相对缓慢的每小时30英里的速度与另一辆车相撞，根据尸检报告，碎片割断了他的颈动脉和颈静脉，并导致他的气管骨折，最终失血过多死亡。警方称，奥兰多的一名受害者看起来像是脸部中枪。

汽车制造商和联邦监管机构已发现充气器致命的多种原因。其中包括：制造车间的监督不力；汽车本身的设计；以及在某些地区（包括德克萨斯州和佛罗里达州）多年暴露于高温和高湿环境（有几起死亡事件发生在这些地区）。这种高温和高湿会分解推进剂晶片，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，在金属外壳内产生过大压力，然后爆炸，造成致命的伤害。