交通事故中汽车安全气囊与伤害的深度调查和研究

摘 要：在汽车的各类安全设施中，安全气囊起到了减轻乘员伤害程度和拯救生命的保护作用。然而，在一些已经发生的交通事故中，安全气囊没有产生既定的功能，甚至造成人员伤害，引起较大的争议。本文通过对国内外文献资料的分析和实际交通事故案例深度调查与研究，分析了汽车安全气囊的作用效果和对乘员产生伤害的原因，提出应强制配合安全带使用，提高安全气囊起爆的阈值和起爆控制系统可靠性，以及改善安全气囊系统结构和设计可靠性，避免除囊体以外的另部件起爆时损坏弹出对乘员产生的严重伤害。对改进汽车安全气囊的配置、设计、安装、修理和维护具有一定的参考作用。

关键词：安全气囊 伤害 深度调查

The in-depth Investigation and Study on the Automobile Airbag and Hurt in the traffic accidents

Wang Wenjie1，2 Fan Shaojun2 Yang Hongjin1 Lv Qingzhi1 Zhang Yongjie1 Ye Shengqiang1

（1.Yunnan Jiaotong College， Kunming Yunnan 650500 2. Yunnan Yuntong Judicial Expertise Centre， Kunming Yunnan 650224）

Abstract： Of all safety devices in the car， airbag plays a protective role and reduces the severity of injuries and saves lives. However， in some of actual traffic crashes， the airbag did not produce its function， or even caused passengers injury， that led to great controversy. Through investigating deeply and studying to the actual crash cases based on domestic analysis and foreign literatures， studying on the effect of airbag and harm brought to passengers， it should be reconstructed using the seat belt compulsively， enhancing airbag threshold and fire control system reliability， and improving the airbag system structure and the reliability of design to avoid serious injury to the passengers while deploying the other parts except that the bag burst out. It is significantly helpful on improving configuration， design， installation， repairing and maintain of automobile airbag.

Key words： Airbag；Hurt；In-depth Investigation

一、概述

汽车交通事故是造成各类意外伤害的主要原因，许多安全标准和改善措施在持续不断的实施。安全气囊是一种前排乘员配合三点式安全带使用的辅助约束系统，当汽车受到超过规定限度的碰撞力以后，气囊系统就会引发某种类似微量炸药爆炸的化学反应，使隐藏在车内的安全气囊在乘员身体与车内部件碰撞之前能够及时地充气展开，当人体接触到气囊后，气囊通过表面的气孔开始排气，从而起到缓冲乘员碰撞冲击，减轻伤害程度的效果。在许多碰撞事故当中，安全气囊起到了减轻乘员伤害程度和拯救生命的保护作用，成为汽车上非常重要的被动安全装置，是绝大多数乘用车辆的标准配置和衡量汽车安全性能的参照之一。

然而，在汽车的各类安全设施中，安全气囊仍然是一个引起公众争议的问题，如果汽车安全气囊的产品质量、安装程序和使用方法等出现问题，则可能会出现相反的效果，在已经发生的一些交通事故中，安全气囊没有产生既定的功能，甚至造成人员伤害，如火药爆炸燃烧，视网膜脱离、儿童窒息死亡和冲击死亡等问题，应当引起足够的重视。

二、安全气囊的工作原理

安全气囊系统主要由传感器、控制器、气体发生器和气袋等组成。根据气囊摆放位置的不同，一般分为前排驾驶员气囊，前排乘客气囊；前排侧气囊，后排侧气囊；侧气帘和前排膝部气囊等。通常情况下，大多数车辆安全气囊与安全带配合使用，安全带的设计用来约束车辆中的乘员和防止乘员与车辆内部凸出物体表面严重接触。而安全气囊设计的基本思想是[1]：在发生一次碰撞后、二次碰撞前，迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子， 让乘员扑在气囊上。通过气囊的排气节流阻尼吸收乘员的动能，使猛烈的二次碰撞得以缓冲，以达到保护乘员的目的。经过数十年的发展，安全气囊的工作原理并没有发生变化，当汽车发生碰撞事故时，一旦气囊控制系统检测到冲击力超过设定的阈值时，安全气囊电脑立即接通充气元件中的电爆管电路，点燃电爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，在0.03秒钟的时间内完成充气，使气囊急剧膨胀，并冲破装饰盖板，鼓向驾驶员和乘员，使驾驶员和乘员头部和胸部压在充满气体的气囊上，缓冲对驾驶员和乘员的冲击，随后又将气囊中的气体放出。气囊膨胀后具有正的内部压力，能够使头部和脸部受到分散的约束力，起到缓冲车内结构冲击的作用。此外，气囊可以在更大的身体面积上包括头部和胸部产生作用，从而能够最大限度地减少造成身体关节的损伤，是在汽车发生碰撞时对车内乘员加以保护的装置。

安全气囊展开需要合适的速度和碰撞角度，正面安全气囊只有车辆的正前方左右大约60°之间位置撞击在固定的物体上，速度高于30km/h，这时安全气囊才可能展开[2]。这里指的速度是在试验室中车辆相对刚性固定障壁的碰撞速度，实际碰撞中汽车的速度要等效于这个试验速度值气囊才能展开。为了保证安全气囊在适当的时候展开，汽车生产厂家都规定了气囊的起爆条件，只有满足了这些条件，气囊才会起爆展开。

汽车发生碰撞时的主要受力部位是乘员舱骨架和车身纵梁，为了缓冲碰撞时候的冲击力，车身前部大都设计有碰撞缓冲区，而且车身的刚度分布也是不均匀的。在一些事故中，如轿车与后部没有防护装置的卡车发生钻入性追尾碰撞，或轿车碰撞护栏后发生翻车，或发生车身侧面碰撞等，这样的事故往往没有车身前部的直接撞击，主要是车身上部和侧面发生碰撞，碰撞车身部位的刚度很小，虽然车舱发生了很大的变形，造成了车内乘员受伤或死亡，但是由于碰撞部位不对，有时候气囊并不能展开。

根据要求，安全气囊点爆后，与正常坐姿的乘员相接触的气囊表面不能破裂或燃烧，其他部分允许有3毫米的破裂小洞，气囊撕裂缝处应保持完好。气体发生器模块应该保持完整性，不能有任何气囊模块碎片打到乘员身上。

三、安全气囊伤害特点分析

交通事故的发生对乘员造成的严重伤害是无法挽回的，车内乘员损伤主要是在碰撞发生时，如驾驶员的头部与方向盘、挡风玻璃的直接碰撞或是与车前仪表板、转向柱的挤压作用造成，通常有多次碰撞。

1.交通事故伤害的分级标准

人体的损伤是指外界因素作用于机体，致使人体器官及身体组织的形态、结构和功能的破坏。外界因素一般可分为物理性、化学性和生物性因素三类，其中交通事故多数为物理因素，包括各种机械性暴力、高低温、电流和放射性等。依据外界因素种类、作用方式和强度不同，损伤的表现和形式有多种多样。

在交通事故受伤人员的伤害程度评价中，为了使得受伤程度规范化，世界各国经过多年的事故研究，提出AIS（Abbreviated Injury Scale，简明伤害分级）指数评价交通事故伤害。AIS-90版也扩大到可对各种损伤进行评分，是目前国际上通用的最严密且实用性高的分级标准。AIS分级从1到6级，1级为轻微，2级为轻度.3级为中度，4级为重度，5级为严重，6级为致死性。

表 1 AIS分级标准与我国轻重伤标准对照

我国损伤程度评定标准依据最高人民法院、最高人民检察院、公安部、司法部联合签发的《人体轻伤鉴定标准》和《人体重伤鉴定标准》。损伤程度分为轻微伤、轻伤和重伤。

我国部分研究人员经过标准对比研究表明，AIS分级中的4、5、6与现行《人体重伤鉴定标准》相对应，2、3级与现行《人体轻伤鉴定标准》相对应，1级损伤与轻微伤相对应。

2.安全气囊对人体产生的伤害分析

安全气囊可将撞击力均匀地分布在头部和胸部，防止脆弱的乘客肉体与车身产生直接碰撞，大大减少受伤的可能性。对于在遭受正面撞击时，的确能有效保护乘客，即使未系上安全带，防撞安全气囊仍足以有效减低伤害。据统计，配备安全气囊的车发生正面碰撞时，可降低乘客受伤的程度高达64%，甚至在其中有80%的乘客未系上安全带。但安全气囊作为汽车的内部构件，同样有它不安全的一面，据计算，若汽车以60km的时速行驶，突然的撞击会令车辆在0.2秒之内停下，而气囊则会以大约300km/h的速度弹出，而由此所产生的撞击力约有180公斤，这对于头部、颈部等人体较脆弱的部位就很难承，容易受伤；产生的灼热气体也会灼伤乘员和驾驶员。安全气囊在严重程度高的正面碰撞中对乘员的保护是众所周知的，已被证明在汽车交通事故的事件中能够有效防止严重的头部和胸部损伤[3]，大大减少了交通事故发生造成的受伤率和死亡率，但随着安全气囊使用的增加，在低到中等程度的事故中，安全气囊的展开往往会造成不成比例的伤害，归因于这种装置的伤亡人数也相应增加，引起了人们很大的关注，尤其是当受伤的乘员可以由安全带充分地保护时[4]。

国内外很多研究人员对汽车安全气囊造成的伤害进行过大量研究，澳大利亚Monash大学事故研究中心Barnes J.S.、Morris A.P等系统分析了安全气囊在真实交通事故中的有效性[5]，主要研究成果可分为：

2.1计算机模拟分析

澳大利亚基于汽车设计规则（ADR）69规定的Hybrid III拟人化的假人，见表1。采用计算机模拟的方法研究发现，优化约束系统并相具有匹配的气囊，伤害的结果可以减少9%；优化安全气囊后，造成伤害的结果可降低17%，如果同时优化约束系统和安全气囊，伤害的减少值可达到33%。

表 2澳大利亚设计规则69规定的正面测试准则

2.2现场调查研究

在欧洲和澳大利亚，进行了大量安全气囊使用情况的调查和研究，尤其是在现场调查中仔细研究了安全气囊的性能。在德国，Otte发现发生气囊事故受伤的多数是轻微伤，尽管有一些乘员受到更严重的伤害（如AIS级），主要的伤害是胸部血肿、鼻流血和手臂烧伤。

Langwieder、Hummel和Muller等对249起配备安全气囊的汽车事故进行了分析，观察到系安全带的驾驶员和安全气囊的保护，严重的和致命的伤害显著减少。另外还发现，驾驶员使用安全气囊受到的AIS2+级损伤的主要类型是四肢尤其是足部的损伤。

Morris、Thomas、Brett、Bruno-Foret、Thomas、Otte和Ono等核查了欧洲和日本车辆安全气囊展开的伤害模式。在所核查的186个正面碰撞事故中，大多数驾驶员受到AIS1级的伤害，最常见的受伤部位是头部或脸部。也有一些AIS2 +级的伤害发生，最常见的部位是下肢，虽然也观察到几个AIS2 +级的上肢伤害。

Morris、Fildes、Digges、Dalmotas和Langwieder等研究了四个国家汽车事故中安全气囊展开时受伤的结果，在美国，加拿大和澳大利亚，安全气囊导致AIS2 +级的伤害总体上减少。德国的数据仅适用于头部、胸部、腹部和下肢，有助于发现头部和腹部，而不利于胸部和下肢的发现。美国有助于头部和胸部的数据相对较少，这可能是由于美国的安全气囊在低阈值展开，而不像在欧洲和澳大利亚，安全气囊在更高的阈值展开，而增大汽车安全气囊展开的阈值可以阻碍较低严重性碰撞时增加受伤和严重程度的可能性。相比较只有安全带保护驾驶员的情况，研究人员还发现在安全带和安全气囊同时产生保护时，驾驶员下肢损伤的情况增加。

2.3安全气囊对儿童的伤害

驾驶员一侧的气囊模块位于方向盘中心。而乘客一侧模块（如果装备）位于仪表盘杂物箱的上方。这些类型的安全气囊是专为成人身高和体重的人员设计的。

（1）.划伤和碰伤：一旦发生车祸后，安全气囊充气，儿童可能会受到轻微的划伤、碰伤或是擦伤。但如果是安全气囊和安全带联合使用，降低严重的头部损伤的风险超过50%。

（2）.被物体撞击：安全气囊膨胀时具有很大的力，儿童可能会遭受骨折，如被安全气囊撞击时，会使手臂骨折。

在美国和加拿大，在极端的情况下，已有当坐得太靠近气囊及气囊膨胀时或同时不系安全带时，儿童被安全气囊撞击头部或胸部死亡的报告。

根据美国国家公路交通安全管理局242人由于驾驶员或乘客气囊展开导致的死亡的报告，所有这些案例中，141个确定的案例是儿童，其中119名儿童没有面向后方的儿童安全带和22名婴儿使用了面向后方的儿童安全带。因此可见归咎于安全气囊的伤害在美国比较严重，导致的许多死亡是发生在儿童约束不恰当地放置在前排乘客座椅。原因之一是美国安全气囊点火后，产生的冲击力较大。

四、案例分析

案例1

事故过程：2013年12月16日7时15分许，天气雪，某高速公路K17+875米处，平直路段，冰雪沥青路面，一辆中型自卸货车所驾车车头右前部与道路右侧隔离墩发生碰撞导致车辆侧滑横停于道路中央，其后帕萨特轿车途径此路段时制动避让不及，致帕萨特轿车车头前部与中型自卸货车右后轮及水箱部发生碰撞，造成驾驶员受伤经送医院抢救无效死亡的道路交通事故。

图 1 帕萨特轿车与东风牌货车相撞

车辆损坏情况：帕萨特轿车型号为SVW7203EPI，整备质量1426kg，该车曾于2010年8月发生交通事故，致车上5人受伤，车辆前部严重受损，主气囊弹出，车主把该车送到修理厂进行了修理，且更换了主安全气囊。发生此次事故时，车内有5名乘员（含驾驶员），与中型货车撞击后，右前部变形，横向宽约120cm，右侧纵向损坏深约37cm。发动机盖碰撞向后移位，前保险杠右端碰撞脱落，前挡风玻璃右下角30×25cm2呈网状碎裂。

图 2 帕萨特轿车右前部损坏、主安全气囊点爆

分析说明：采用PC-Crash模拟分析方法分析帕萨特轿车撞击中型货车的过程，该车碰撞角度为正前方右侧约20°，撞击车速约为20km/h，等效碰撞能量速度12.0km/h。

图 3帕萨特轿车与中型货车碰撞模拟分析

根据上述分析，帕萨特轿车以正前方约20°的方向碰撞货车时的速度仅为20km/h左右，等效碰撞能量速度为12.0km/h，不足以达到点爆安全气囊的碰撞条件，加上事故时驾驶员安全带为使用状态，主安全气囊点爆的阈值更高，从车辆撞击部位为右前，副驾驶座乘员未系安全带和副驾驶安全气囊未点爆也可以说明车辆撞击的程度不足以点爆主安全气囊，因此，主安全气囊的点爆属于控制系统存在修理后的技术缺陷，导致低速碰撞时主安全气囊误点爆。

图 4帕萨特轿车碰撞时速度及等效碰撞能量速度分析

该车主安全气囊点爆后，气体发生器上盖爆出，撕碎气袋击中车辆驾驶员胸部后又飞嵌入其喉咙，导致驾驶员伤重抢救无效死亡。

图 5主安全气囊破损及驾驶员伤害分析

从气体发生器上盖爆出，气袋撕碎导致人员死亡分析，该更换后的主安全气囊存在可能的产品缺陷：

1.主安全气囊点爆的阈值过低，导致主安全气囊在低速碰撞时不必要的点爆，造成人员伤亡；

2.上盖与气体发生器座连接不可靠，导致气体发生器点爆时飞出；

3.点爆过程中，气体发生器中推进剂爆发强度异常过大，致使上盖爆出撕碎具有很高的抗拉强度和抗撕裂强度的气袋。

图 6 帕萨特轿车气囊破损原因分析

案例2

2013年06月26日04时20分许，小型轿车行至某高速公路K70+600m处，所驾车前部与重型仓栅式货车尾部发生碰撞，造成小型轿车副驾驶座乘车人现场死亡，驾驶员及后排乘车人无名氏受伤，两辆车损坏的死亡道路交通事故。

图 7 小型轿车追尾重型货车事故

图 8小型轿车外部损坏情况

图 9驾驶员及乘员未系安全带

分析说明：采用模拟分析方法分析车辆追尾碰撞重型货车过程，该车追尾撞击前车时的车速99km/h，等效碰撞能量速度37.09km/h，安全气囊应展开。

图 10 驾驶员及前排乘员安全气囊未展开

轿车外部前保险杠与引擎盖、翼子板、车顶、窗框、散热器框等损坏；左前门、前挡风玻璃、A柱、车身顶部损坏；内部仪表台损坏，并轻微向后位移，方向盘移位，前排空间变小。方向盘安全气囊、副气囊均未点爆，副驾驶员座椅上部头枕脱落、前排座椅背部均见撕裂破口。

事故中小型轿车副驾驶位置乘员死亡，驾驶员及后排座乘员受伤。经检测，驾驶员及前排乘员均未系安全带。

对副驾驶位置乘员的死亡，经尸体检验，头颈部：面部、枕部血染，额部及右面部擦挫伤，其中额部不规则挫裂创、深达颅骨外板。下颏至颈胸部擦挫伤，其中下颏横形裂创、下颌骨开放性骨折。躯干部：左肩至左腋纵行裂创深达肌层，腹部片状擦挫伤，右肩胛区擦挫伤。四肢部：左小腿中上段胫擦挫伤，右膝部擦挫伤。交通事故外伤明确，符合机械性外力作用致颅脑死亡的损伤特征。属于在此次交通事故中驾驶室、A柱及车顶发生严重变形，导致车内人员受挤压受伤，从而导致车内人员死亡。符合机械性外力作用致颅脑死亡的损伤特征。

根据小型轿车驾驶员的伤情鉴定结果：驾驶员的左眼外伤；鼻骨骨折；口外伤。左上睑见3.6cm缝合创，上唇见4cm穿透缝合创，构成轻伤。属于在此次交通事故中驾驶室、A柱及车顶发生严重变形，导致车内人员受挤压受伤。

根据小型轿车后排座椅乘客伤情鉴定结果：双侧上颌骨骨折；鼻骨鼻中隔骨折；口腔颌面部多发软组织挫裂伤；鼻腔、副鼻窦腔积血；左肺挫裂伤；右侧髋臼骨折；右下肢皮肤擦伤；左手外伤，构成轻伤。

图 11小型轿车碰撞时速度分析

图 12 小型轿车碰撞时等效碰撞能量速度分析

五、结论

汽车安全气囊作为一项汽车被动安全设备，在现代汽车特别是乘用车上广泛应用，在一些实际的碰撞事故中证明确实具有降低驾乘员伤亡的功效，但安全气囊的防护效果与很多的因素有关，如碰撞强度，碰撞类型，乘坐位置，车辆的类型和大小，以及是否使用了安全带和安全气囊的尺寸、容量等，国外一些文献报导了大量安全气囊相关的作用、效果的调查和研究，并发现了存在的一些问题。国内也有部分安全气囊使用情况、效果以及安全气囊引爆或是未引爆引起人员伤害的一些争议的相关文献资料。

1.由于气囊弹开时发生急剧地充气膨胀，其冲击力极大，还产生灼热的气体，决定了它在完成防护过程的同时也存在引发新的损伤的潜在因素。此时，如果没有正确佩戴安全带，或是坐得离气囊太近，气囊膨胀时的冲击力及灼热气体同样会对乘员和驾驶员造成伤害。

2.安全气囊只是辅助安全系统，要与安全带配合使用。当发生正面碰撞时，容易发生没有佩戴安全带而被安全气囊所伤的情况。

3.汽车在低速行驶而发生碰撞事故时，乘员和驾驶员系上安全带即可，完全不需要安全气囊展开起保护作用。如果这时气囊展开反而加重碰撞伤害。

4.当轿车与大货车发生追尾碰撞或是车身侧面碰撞时，往往没有车身前部的直接撞击，主要是车身上部和侧面发生碰撞，碰撞车身部位的刚度很小，虽然车舱发生了很大的变形，造成了车内乘员受伤或死亡，但是由于碰撞部位不对，有时候气囊并不能打开。

（5）正常的安全气囊在碰撞时只有囊体弹出，其他零部件的弹出会危及驾乘人员的生命安全，任何的缺陷或者质量问题都必须引起重视。

（6）安全气囊是按照成人身高、体重进行设计的，前排乘员安全气囊较大，其爆发力是儿童所承受不了的。爆发会对儿童造成一定程度上的伤害，当汽车装有前排乘员安全气囊时，切不可让儿童坐在前排或在此位置安置儿童座椅。

总之，安全气囊系统本身在产生对乘员保护作用的同时存在一定危险性，应强制配合安全带使用，并提高安全气囊起爆的阈值和起爆传感器的可靠性，避免低速时的起爆或是误爆。同时，安全气囊的结构设计和安装的可靠性应进一步改善，避免除囊体以外的另部件起爆时损坏弹出对乘员产生的严重伤害。

参考文献

[1].黄世霖 张金换 王晓冬等编著.汽车碰撞与安全.清华大学出版社，2000年12月第一版

[2].汽车之家. 防护和伤害并存 汽车安全气囊技术详解.

[3].Australian Academy of Science （2009）. Death-defying designs for car safety. http：//.au/nova/057/057print.htm

[4].Georgy， Alexandra et al. To Deploy or Not To Deploy： Frontal Impact Case Study. http：//ontariocrash.ca/papers/027-George-5a.pdf&sa

[5].Barnes J.S.， Morris A.P， Fildes B N and Newstead， S V. Airbag Effectiveness in Real World Crashes. /