主動安全配備是汽車安全的第一道防線,但是當撞擊意外無法避免時,汽車安全的第二道防線 (也是最後一道) 就落到被動安全系統身上。
雖然主動安全科技是當前汽車發展的顯學,但是隨著全球對於新車安全法規的要求日益嚴謹,汽車的被動安全科技也必須不斷提升,方能不被淘汰。
車體安全設計觀念大轉折
談到汽車的被動安全,最直接浮上心頭的字眼,應不脫:安全車體、安全帶、氣囊這三種,它們都是在碰撞意外發生時才會開始發揮作用的安全配備。
在車體設計領域,「安全」這個詞的定義,在大約 20 年前開始有了一個大轉折。傳統的「安全」車體,訴求「硬碰硬」,用上剛硬的車架與鈑件來維持車輛安全強度,當時認為只要能在與其他車輛的碰撞中佔有贏面,那就是「安全」;但是從大約 20 年前開始,車體潰縮區的概念開始被導入車體設計,車體結構被分成前後可潰縮區,以及不容許變形的座艙空間二部分。與傳統車體設計相較,可潰縮式車體藉由吸收撞擊力道、導引衝擊力的方式,反而能讓座艙內乘客受到的衝擊力降至最低。
有點年紀的車迷們應該還記得,大約 20 餘年前 Volvo 汽車在台灣曾以一張「汽車疊羅漢」的圖片大打廣告,用以宣傳 Volvo 汽車的安全。最底下的是一部 Volvo 740 Estate 旅行車,上面疊放著 6 部重達 1,359 公斤的 Volvo 740 轎車,用以凸顯當時 Volvo 汽車相當自豪的安全車體結構、強力鋼材支柱、強力鋼管拱形結構車頂、4300 個密集大銲接點與 100%機器人自動焊接等產品特點。這個廣告,讓我們很容易理解,傳統是如何定義車體的安全。
車體安全的觀念開始轉變,始於距今 20 年前的 90 年代。當時美國與歐洲開始建立以汽車碰撞測試為基礎的安全評鑑機制,包括我們現在所熟知的歐洲 Euro NCAP、美國 NHTSA 美國國家公路交通安全局的 US NCAP,以及 IIHS 美國高速公路安全保險協會成立的 VRC 碰撞實驗等。
這些新車碰撞測試有個共同點,就是測試車內都乘坐了配置各種偵測儀器的假人們,以儀器記錄撞擊時所受到的衝擊力量,再以假人乘客受到的損傷程度作為評鑑車輛安全性的依據。就是這個措施,讓汽車工程師開始改變思考的角度,車體設計改從過去絞盡腦汁要控制車體外型的變形量,轉變成須設法減少車內乘客所受到的衝擊傷害,同時又要保有一個不容侵犯的安全車室空間。可潰縮式車體,就是因應此要求的解答。
安全車體的資深教授與模範生
如果您想了解安全車體的發展歷程,那麼只要看看 Volvo 汽車在這領域所走過的路,就能窺見全貌。
「籠型結構設計」這個在今日常見的名詞,其實首次出現是在 1944 年 Volvo 推出 PV444 車型時,該車型強調籠型安全結構能完全將駕駛人與乘客包覆其中。
而在現代的安全車體技術上,Volvo 汽車依舊是一直維持車壇的領先地位。以新一代 S60 的車體結構設計為例,Volvo 工程師以格狀結構的橋梁為靈感,按照不同區塊所需強度來運用包括:高強度鋼材、特高強度鋼材、超高強度鋼材與極高強度鋼材與鋁合金等共 5 種材質,並在其中設計多個潰縮防護區來分散撞擊能量。利用複合材質的車體結構,能獲得極佳的剛性並兼具輕量化優點。
Volvo 的安全車體設計有多厲害?我們看看 2012 年 8 月,Volvo S60 在美國高速公路安全保險協會 (Insurance Institute for Highway Safety,IIHS) 公佈的碰撞測試結果中,獲得「頂級安全」的最高評價;而接著在 2013 年 3 月的最新一期測試中,Volvo XC60 又以最優異成績在中型豪華 SUV 級距,獲頒「頂級安全」最優評價。這也使得 Volvo 汽車成為在 IISH 評鑑中,搶先取得同時擁有兩款「頂級安全」評價的車廠。
事故發生時,您會希望自己是坐在 Volvo 裡
萬一撞擊意外還是發生了,除了上述的籠型安全結構車體可以保護您,Volvo 汽車還有一套車壇防護最齊全的被動安全配備陣容來保護您,接下來我們將一一詳細介紹:
- SIPS 側撞防護系統 (Side Impact Protection System)
包含了整合在前座椅中的 SIPS 側撞防護氣囊,不但能確實保護乘客從胸部至臀部的身體側面,且能在發生側面撞擊事故時,有效吸收撞擊力道,確保車室乘客空間的完整。搭配 IC 側撞防護氣簾,則可於撞擊時避免乘客頭部受傷,在充氣後,會由前到後、遮蓋整個車室側面,發揮屏障保護效果
- ROPS 車體翻覆人身保護系統 (Roll-Over Protection System)
為了在發生翻覆事故時保障乘客安全,負責監控車體傾斜角度的陀螺儀會在必要時啟動 ROPS 車體翻覆人身保護系統,每個座位上的安全帶自動緊縮裝置也都會啟動,以確保乘客妥善被固定在座位上;同時, IC 側撞防護氣簾也會充氣、並保持膨脹數秒鐘,以延長保護乘客的時間。
- WHIPS 頸椎撞擊防護系統 (Whiplash Protection System)
配置於前座兩側的 WHIPS 系統,是 Volvo 於 1998 年推出的發明,能避免駕駛與乘客在後車追撞意外發生時,頸部與頭枕的大力碰撞而釀成更大的傷害,整套系統包括吸震椅背與經過特別設計的頭枕,根據統計,約可減少 50%後車追撞時導致乘員的頸椎受傷機率。
- IC 側撞防護氣簾 (Inflatable Curtain)
與 ROPS 車體翻覆人身保護系統共同連動,當車輛發生翻覆或側撞等意外時,IC 側撞防護氣簾啟動,以覆蓋範圍從 A 柱到 C 柱的側面氣簾來強化車室成員的安全防護機能。
- 預縮式安全帶與安全氣囊設計
因車型不同,安全帶的配置與氣囊數量皆有所差異。但 Volvo 最完整的輔助氣囊設計包括雙前座兩段式安全防護氣囊、雙前座側面防護安全氣囊等、側撞防護氣簾等。而安全帶設計則包括前排座椅與後排座椅外側的自動緊縮安全帶,能夠在意外發生時,提早一步將乘客固定在座椅上,讓其它安全防護配備發揮其最大功效。
將行人安全也納入安全設計
Volvo 的安全科技思維,不僅考慮到車室內的乘客,也同時將車外行人或二輪騎士的保護都涵蓋在內,打造真正安全的行車環境。在「主動安全科技篇」,我們已經介紹過 Volvo 的 PDFAB 行人偵測暨完全主動剎車系統這項行人防護的主動安全科技,透過雷達感測裝置及位於擋風玻璃後方的攝影機進行偵測,在可能發生撞擊意外時主動煞車、降低撞擊車速。
如果人與車的碰撞還是難以避免,那麼領先車壇首度於 Volvo V40 車型上發表的 PA 行人防護輔助氣囊 ( Pedestrian Airbag ),則能充分發揮保護行人的功效。此系統具備有七具感應器,當碰撞意外發生時,配置於引擎室內的氣囊會自動充氣膨脹,除了使引擎蓋上緣向上提升,增加緩衝空間之外,氣囊防護範圍還涵蓋 A 柱、前擋兩側與下緣,大約 2/3 的前擋玻璃都在安全氣囊的防護下,讓行人遭撞擊時的傷害降至最低。試想,行人如果在碰撞意外中受到 PA 行人安全輔助氣囊保護,降低衝擊力,可避免形成嚴重傷害,在日後處理意外後續流程也會大幅減輕車主之責任與負擔。
每輛汽車都有 Volvo 的影子,數十年投入安全研發成就斐然
有人說,在今天的每一輛汽車上都看得到 Volvo 的影子;其實這句話並沒有說錯。請您看看 Volvo 在安全科技的貢獻 (附表) ,您就會知道有許多我們視為現代汽車理所當然必備的安全性配備,如多層膠合玻璃、三點式安全帶、車體潰縮緩衝區、潰縮式方向機柱、氣囊、ABS、兒童安全座椅……等等,這些保障駕乘者寶貴生命的發明,其實都來自於 Volvo。由於在汽車安全開發的領域有這麼輝煌的成就,這也難怪「安全」會成為這個品牌的代名詞。
由 Volvo 工程師 Nils Bohlin 於 1959 年所發明的三點式安全帶,被視為汽車史上最偉大的發明,也被認為是對人類福祉最有貢獻的發明物之一,但以保護生命為車廠哲學的 Volvo 並不藏私,而將此設計無償提供其它車廠,使得這項安全性發明在日後成為車輛的基本配備,這也就是「所有的汽車上都有著 Volvo 的影子」這句話的由來。
當然,以「安全」作為訴求的車廠不是只有 Volvo,德國的 Mercedes-Benz、法國的雷諾都是很強的競爭對手。為了維持在汽車安全科技領域的領先,Volvo 於 2000 年在車廠總部所在的瑞典哥登堡 Hisingen 島上成立「安全測試研究中心」,造價據說高達 8600 萬美元,約合台幣 28.5 億元,這裡頭最重要的設施就是設備與規格號稱全球第一的車輛撞擊測試實驗室。
撞擊測試規格全球第一,一年至少進行 450 次撞擊測試
Volvo 的車輛撞擊測試實驗室以圓形為格局,是可以進行多重角度撞擊測試的先進設計,與 U-CAR 曾參觀過的本田櫪木撞擊測試中心相同 (一般的撞擊測試場多為單向式、單一角度的撞擊測試場) 。此測試場的中央就像是兩條隧道交會的地方;其中第一條隧道是固定的,第二條則可以左右旋轉共 90 度,以模擬出各種不同的對撞角度。如是進行對撞測試的車輛,會沿著兩條隧道往中央奔馳,最後在中央點相撞。由於測試車輛均使用雷射儀器定位,所以撞擊點的誤差僅在幾公分之內。除了對撞測試之外,也可以進行車輛撞擊固定物的測試 (Euro NCAP 即是採行這種車輛撞擊測試模式) 及翻車測試等,可模擬更多種類的行車意外狀況。
敢號稱全球第一,因為此撞擊測試場有以下特色:
- 1.可進行重型車輛測試:為了對應 Volvo 旗下重型車輛的撞擊測試測,固定障礙物即重達 800 公噸,因此能承受 12 噸重的卡車以 80 公里時速迎面衝撞而毫髮無傷。
- 2.利用氣墊技術移動軌道隧道:讓測試車輛加速的軌道是一條長達 108 公尺的隧道,當需要改變撞擊路線、角度時,是使用氣墊技術,讓整組重達 600 噸的加速軌道隧道進行移動。而在移動 800 噸重的固定障礙物時,使用的也是相同的技術。
- 3.更精密的測試假人:Volvo 原廠表示,它們所用的測試假人,每個單價約 1,400 萬元,比 Euro NCAP 每個單價約 660 萬的測試假人還貴,當然,這也表示裡頭所配置的偵測儀器要更精密得多。
- 4.30 部高速攝影機:在預定的撞擊點上,安裝了每秒能拍攝 3000 個畫面的 Stalax 特殊高速攝影機;而且整個測試過程同時最多可以使用 30 部攝影機來拍攝,以確保每一個角度的鏡頭都能記錄下來,作為日後分析之強力佐證。而最特別的是,撞擊點下方就是一大塊透明強化玻璃,配置於此的高速攝影機能獲得前所未見的車底撞擊實況記錄。這 30 部高速攝影機值多少錢?答案是 1.2 億台幣。
- 5.配合電腦模擬撞擊測試: Volvo 所使用的超級電腦速度非常快,可以在 24 小時中完成 45 次完整的撞擊測試。所以,在每一次進行實車撞擊測試之前,Volvo 都會先進行多次的電腦模擬撞擊測試。
Thomas BrobergVolvo 安全測試研究中心資深安全顧問 Thomas Broberg 表示,每次車輛撞擊測試最基本花費超過 150 萬元新台幣,而這個測試場每年至少要進行 450 次撞擊測試,整個測試中心一年約耗費超過 36 億台幣。
真實世界的交通事故調查,用以協助生產更安全的汽車
Volvo 是全球第一家成立自有交通事故研究小組的車廠。此小組從 1970 年成立以來,已經研究過 33,000 件道路意外事故。從來自研究真實交通事故案例獲取的經驗,可為工程師提供了更多關於減輕事故傷害的知識。例如專家在交通事故研究中發現,後側追撞是經常發生的事故類型,而脊椎傷害往往是這類事故的後遺症,因此投入開發相對應的安全性配備- WHIPS (Whiplash Protection System) 脊椎撞擊防護系統也就因應而生。
當然,交通事故的成因很多,Volvo 為了擴大交通事故研究的涵蓋範圍,2003 年與 2006 年還在分別泰國與中國成立了交通事故研究中心。因為根據泰國官方資料顯示,當地每年有多達 1.4 萬人死於交通意外,如加上無記錄的死亡人數可能多達 3 萬人,這兩個地區都是交通事故頻繁的國家,有助於提供豐富的研究資料。
Volvo 歷年重要安全成就
- 1944 籠型安全車體結構
- 1944 多層膠合安全玻璃
- 1959 前座三點式安全帶
- 1960 防撞擊包覆式儀錶板
- 1964 第一款後向兒童安全座椅 1966 潰縮緩衝區
- 1966 分散潰縮吸震防護結構
- 1967 後座安全帶
- 1968 前座安全防護頭枕
- 1969 前座慣性捲收三點式安全帶
- 1970 成立 Volvo 交通事故研究小組
- 1972 後座慣性捲收三點式安全帶
- 1972 後座後向兒童座椅和兒童安全門鎖
- 1973 可潰縮方向機柱
- 1974 可吸收撞擊能量的保險桿設計
- 1974 油箱配置於後軸前方的安全區域
- 1978 收覆式兒童兒童座墊
- 1982 防潛座椅保護裝置
- 1982 廣角車門後視鏡
- 1984 ABS 防鎖死煞車系統
- 1986 高位置 煞車燈煞
- 1986 後排中央座位三點式安全帶
- 1987 駕駛座輔助氣囊
- 1990 整合收覆式兒童座墊
- 1991 SIPS 側撞防護系統
- 1991 前座安全帶自動高度調整功能
- 1993 所有座位將慣性式捲收三點式安全帶列為標準配備
- 1994 SIPS 側撞防護氣囊
- 1997 敞篷車款專用 ROPS 翻滾防護系統
- 1998 WHIPS 頸椎撞擊防護系統
- 1998 IC 側撞防護氣簾
- 2000 於瑞典哥登堡創立 Volvo 安全研究中心
- 2000 所有兒童座椅均採用 ISOFIX 系統
- 2000 兩段式膨脹防護氣囊
- 2001 Volvo 安全概念車(SCC)
- 2002 改良 ROPS 車體翻滾防護系統
- 2002 開發模擬撞擊測試用孕婦假人
- 2002 RSC 車體翻滾防護系統
- 2003 IDIS 智慧型駕駛資訊系統
- 2003 後座安全帶提醒功能
- 2003 提升撞擊防護能力的全新專利車頭結構
- 2003 在泰國曼谷成立 Volvo 交通事故研究小組
- 2004 WRG 自動撥水玻璃
- 2004 BLIS 駕駛視覺盲點資訊系統
- 2005 隨 C70 推出內建車門 IC 防護氣簾
- 2012 在 V40 上發表 PA 行人防護輔助氣囊、CDFAB 單車客偵測暨完全主動煞車系統