安全帶的歷史、原理是什麼?為什麼火車不使用安全帶?汽車三點式安全帶發明、無償使用的安全帶專利

2021.04.14 04:55PM

隨著法規限制、道路安全的意識提升,現代汽車駕駛與乘客都需要繫上安全帶才可以上路。汽車所使用的三點式安全帶可以說是車上最重要的被動式安全裝置之一,然而在最剛開始發明時,安全帶並不那麼受到重視,甚至因為安全帶配戴不舒服,導致難以推廣。如今三點式安全帶已經成為了汽車必備配件,另外還有飛機上的二點式安全帶、兒童安全座椅常用的五點式安全帶等等,適用於不同的狀況。在此介紹汽車三點式安全帶的發明歷史、運作原理等相關知識,至於最近有許多討論的「火車上該不該使用安全帶」問題,本篇也將提出解答。

三點式安全帶的發明:Nils Bohlin與Volvo汽車

汽車的三點式安全帶發明可以追溯至1958年,時任Volvo安全工程師的Nils Bohlin在經過多次改良之後,終於發明了現在汽車常見到的三點式安全帶。在早期,汽車僅配有腰帶、二點式安全帶等基本防護,然而這些配備無法讓乘客在撞擊中保持軀幹穩定,且將力道集中在身體的特定部位,反而更容易造成身體組織的損傷。

早在1950年代,Volvo就開始致力於減少乘客在汽車碰撞時造成的傷害,而Nils Bohlin在經過研究後,歸納出「V」型安全帶的設計。汽車的安全帶必須要妥善固定乘客的上下半身,也就是跨過肋骨、骨盆的部位,而其中最重要的考量點,就是要讓安全帶足夠方便,乘客單手就能使用,配戴方法不能太過複雜。

1959年,Volvo率先在車款Volvo Amazon(120)、PV 544上配備現代常見的三點式安全帶,這同時也讓Volvo成為全世界首個將三點式安全帶列為汽車標準配備的品牌。而面對當時人們認為「被安全帶勒住反而更危險」、「被拋飛或許生還機率比較高」、「繫安全帶太過麻煩」等各種想法,Volvo選擇進行一連串的安全帶撞擊測試,Nils Bohlin亦研究了瑞典1年中的28000起交通事故,發表論文,證明三點式安全帶能夠減少車禍時50%至60%的乘客受傷或死亡。這項研究也影響了美國運輸部,要求此後的美國汽車都需要配備三點式安全帶。

照片中提到了OA 20574,包含了沃爾沃亞馬遜、沃爾沃亞馬遜、中型車、汽車、雪鐵龍DS

▲Volvo Amazon P120。於1959年8月13日,Volvo向客戶出售了第一輛配有三點式安全帶的汽車。圖片來源:Volvo

▲Volvo安全帶60周年的回顧影片。

三點式安全帶成為了近年汽車歷史中最重要的單項安全發明,發明人Nils Bohlin後續也入選了汽車名人堂(Automotive Hall of Fame)、美國國家發明家名人堂(NIHF)等,且根據美國的國家公路交通安全管理局,在美國,汽車的三點式安全帶每年拯救了約15000條性命。至於Volvo,雖然Volvo取得了此種安全帶的專利設計權,不過卻選擇將此專利無償公開,所有汽車品牌都可以使用,無須支付任何專利費,讓此項發明可以保護更多人的生命。

在Volvo推出汽車的三點式安全帶之後,向全球車廠推廣此種安全帶的必要性,並且同時將安全帶的使用範圍拓展,從駕駛、副駕,到後座的乘客、5人座或7人座的車款也都必須要全數配備安全帶。直至今日,三點式安全帶已經成為了汽車的必要配備之一,且多數國家也將安全帶列入法規中,規定乘客乘車時一定要繫上安全帶。

▲雖然部分國家法規只限制前座的安全帶,但後座亦有繫安全帶的必要,不僅是保護自己,也是避免在衝擊中撞上前方的駕駛。

安全帶原理:慣性甩出卡榫、卡住轉軸

是否曾經疑惑過,為什麼安全帶慢速可以順利拉動,但是快速拉扯則會鎖死呢?主要是因為安全帶內部裝置有轉軸、卡榫,當轉軸的轉速太快時,慣性就會將卡榫甩出,使得轉軸被卡榫卡住,織帶也就無法繼續拉出。而當撞擊的尖峰過去後,安全帶織帶放鬆,卡榫被彈簧拉回,轉軸也會因此被釋放,讓安全帶回到正常的狀態。不過若是經過了衝擊,仍然建議更換安全帶,或是請專業技師協助安全帶的修復。

如今不只汽車本身,安全帶也需要經過多項檢測,例如織帶的抗拉強度、耐磨耗,還有捲收器的鎖定角度、耐久度等等。另外,除了傳統安全帶以外,亦有車廠強化安全帶功能,設計出「預緊式安全帶」,將基礎安全帶與其他安全設備連動,當檢測到事故發生,就會在衝擊前事先收緊織帶,加強對乘客的控制力。

▲安全帶運作原理。

▲安全帶內部構造詳細解說。

▲安全帶檢測項目介紹。

為什麼火車、飛機上不使用三點式安全帶?

既然汽車的三點式安全帶可以有效降低傷害,那麼為什麼飛機使用的是兩點式的安全帶、而火車則不使用安全帶呢?相較於車禍以劇烈衝擊作為傷害人體的最大主因,飛機甚少發生強烈的衝撞,因此安全帶僅用來防止亂流時的碰撞傷害,用意在於將乘客固定在適當的位置,而非減少衝擊。相對的,飛機上的空服員因為位置空間較大,且需要保持良好的狀態引導乘客,因此他們使用的安全帶較為複雜,也更為保險。

至於火車,過去曾有非常多的研究在討論火車上設置安全帶的必要性,不過多數專家認為,二點式安全帶比不繫安全帶還要更危險,因為二點式安全帶會束縛住乘客的腹部,導致衝擊發生時,頸部會以無法承受的力道撞上前方的座椅。至於三點式安全帶,三點式安全帶的設置需要較寬廣的座椅空間、更堅固的座椅結構,且最重要的原因是難以要求所有乘客繫上安全帶,因此當衝擊發生時,自由活動的乘客會被拋飛,而繫上安全帶的乘客就會因此被束縛在原處,無法避免乘客之間的碰撞,後續也會阻礙逃生。

綜上所述,三點式安全帶雖然能夠可以帶給乘客較多的保護,但建置成本高、座位不夠穩固,尤其難以讓乘客全程配戴,這讓繫上安全帶比不繫還要更危險。因此,飛機、火車多轉向選擇「防撞座椅」,讓座椅能夠吸收一定的衝擊力,並且加強窗戶的堅固程度,避免乘客被甩出車外,受到更大的衝擊。

火車不使用安全帶的原因:

  • 行徑平穩,乘客難以遵照指示繫上安全帶。
  • 二點式安全帶會造成頸部損傷。
  • 三點式安全帶需要更堅固的座椅結構。
  • 不繫安全帶者可能會與有繫安全帶者相撞。
  • 安全帶可能會造成車廂逃脫困難。
  • 亦有說法認為,火車事故起因以人為居多,與其思考是否要配置安全帶,不如轉而加強列車的行駛安全。
  • Why don't Amtrak trains have seat belts?

▲飛機上因為會有可預期的亂流,因此乘客願意在短時間內繫上安全帶。二點式的安全帶僅是避免乘客在遇到亂流時被拋向其他地方。

照片中提到了5A . 5B 5C、6A 6B 6C、7A 78 0,包含了椅子、椅子、台灣高鐵、汽車、汽車座椅

▲台灣高鐵座位。因為火車、高鐵行駛平穩,因此乘客傾向於在車上自由活動,難以在車程中繫上安全帶。圖片來源:台灣高鐵

繫上安全帶保護行車安全

除了安全帶之外,汽車還有其他安全配備,例如被動式安全系統安全氣囊、二次碰撞預煞系統(MCB),以及主動式安全系統如防鎖死剎車系統(ABS)、煞車優先系統(BOS)等等,部分已經有法規明確規定裝置數量與檢測標準,但仍然有完善的空間。

只需要2秒鐘,繫上安全帶很有可能在緊急狀況下救人一命。根據世界衛生組織的報告表示,繫好安全帶可以將司機與前排乘客的死亡風險降低45%至50%,且這一發明至今也已拯救了全世界超過百萬人的性命。在台灣,駕駛與乘客繫上安全帶亦已列入法規之中,汽車行駛於高速公路或快速道路上,駕駛或乘客未繫安全帶者,可處3000元至6000元的罰鍰。

照片中包含了碰撞測試假人、汽車、碰撞測試假人、碰撞測試、混合動力三

▲碰撞測試假人「Hybrid III」一家,用來研究正面撞擊的影響。隨著汽車安全興起,碰撞測試假人技術也越來越先進,早期則有應用屍體、動物(如熊、黑猩猩)、活體志願者等等。如今的Hybrid III家庭有男性(擔任駕駛)、女性(男性身材縮小)、以及10歲、6歲、3歲的兒童假人等等。圖片來源:維基百科

▲美國公路安全保險協會(IIHS)對於碰撞測試假人的介紹。每個測試假人的價格約300萬台幣起跳,內含有20至40個不同的感應器。

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