에어백의 0.03초 과학이~~

 

 

0.03초의 과학… 에어백, 이젠 보행자까지 지켜준다

입력 : 2011.10.18 03:03

개발 40년, 진화하는 에어백
차내 곳곳에 장착 - GM, 운전석과 조수석 사이 설치… 렉서스, 안전벨트에 내장하기도
차 외부에도 장착 - 모비스, 보닛·앞유리 사이에 달아 충돌시 보행자 머리까지 보호해

1971년 미국 포드는 자동차산업에 한 획을 긋는 자동차 주행시험을 했다. 사상 처음으로 에어백을 장착한 자동차였다. 자동차 부품업체 SRS에어백이 개발한 이 에어백은 요즘 에어백과는 사뭇 달랐다. 자동차가 충돌하면 막대 모양의 격침이 움직여 점화장치를 발화(發火)시켜 가스를 팽창시키는 완전 기계식이었다. 에어백의 아이디어는 하늘을 나는 기구(氣球)에서 얻었다.

에어백이 등장한 지 40년. 미국도로교통안전국에 따르면 에어백은 지금까지 미국 내에서만 3만명에 가까운 인명을 구했다. 40년 동안 에어백도 진화를 거듭해왔다. 첨단 전자센서기술을 동원해 에어백을 부풀리며, 차에 탄 사람에 따라 팽창 압력도 달리한다. 안전벨트 자체가 에어백으로 변신했으며, 보행자를 보호하는 차량 외부의 에어백도 등장했다. 오늘날 에어백에는 0.03초 찰나의 순간에 폭발과 팽창을 하는 과학이 담겨 있다.

▲ ‘기능 향상 에어백(advanced airbag)’충돌 실험 장면. 기능 향상 에어백은 질식 등의 사고를 막기 위해 2단계 팽창으로 충격량을 줄이거나, 탑승자의 안전벨트 착용 여부와 몸무게, 좌석 위치 등을 파악해 에어백 팽창 상태를 조절할 수 있다. /현대모비스 제공

 

◇운전석은 조수석보다 0.01초 빨리 팽창

모든 물체는 외부에서 힘이 가해지지 않으면 운동 상태를 유지한다. 바로 '관성의 법칙'이다. 자동차가 다른 물체와 부딪히면 자동차는 서지만 그 안의 사람은 관성의 법칙에 따라 그대로 앞으로 튀어나가 차체에 부딪힌다.

에어백은 자동차가 시속 16~24㎞로 벽면과 부딪히는 정도의 충격부터 작동한다. 자동차가 충돌하는 순간 컴퓨터 칩에 내장된 가속도 센서가 내부 장치의 미세한 떨림을 전기신호로 바꿔 차량 컴퓨터에 전달한다. 이후 점화 회로에 전류가 흘러 점화기에 불꽃이 일어난다. 1차로 점화기에 있는 화약이 터지면 그 열에 주변의 다른 화약이 2차로 폭발해 가스가 시속 300㎞ 이상의 속도로 퍼진다. 에어백은 이 가스의 힘으로 부풀어오른다.

2차 화약으로는 질소가스를 발생시키는 아자이드화 나트륨(NaN₃·sodium azide)을 주로 썼다. 하지만 김건우 현대모비스 안전시스템설계팀 차장은 "아자이드화 나트륨은 독성물질이라 폐차 때 환경오염의 우려가 있어 요즘은 다른 질소 함유 물질을 쓰고 있다"고 말했다. 현대차는 다른 질소 함유 물질을 폭발시키는 것과 함께 압력탱크에 든 아르곤이나 수소가스를 이용하는 하이브리드 에어백을 쓰고 있다.

충돌에서 에어백이 완전히 부풀어오르기까지 시간은 차종에 따라 다르다. 조재순 현대차 책임연구원은 "운전석은 차체와 사람 사이 공간이 좁아 0.03초가 되면 에어백이 완전히 팽창하고 조수석은 공간 여유가 더 있어 0.04~0.05초 사이가 된다"고 말했다.

▲ 이미지를 클릭하시면 스냅샷으로 크게 볼 수 있습니다. / 조선닷컴

◇사람 보호하는 외부 에어백도 등장

최근 이전에 없던 곳에도 에어백이 장착되고 있다. GM은 지난달 말 일본 다카타(Takata)와 함께 운전석과 조수석 사이에서 작동하는 '중앙 에어백'을 개발해 2013년부터 뷰익과 쉐보레 등에 장착할 계획이라고 밝혔다. 중앙 에어백은 측면 충돌에 대비하기 위해서다. 미국도로교통안전국에 따르면 2004~2009년 사이 자동차 사고 사망자의 11%가 측면 충돌 때문이었다. 중앙 에어백은 측면 충돌 때 운전자나 동반자의 몸이 완전히 꺾이는 것을 막는 동시에 운전자와 동반자 간의 충돌도 막아준다.

안전벨트도 에어백으로 변신했다. 다카타는 세계 최초로 에어백 안전벨트를 개발해 지난해 말 도요타의 고급 스포츠카 렉서스 LFA에 장착했다. 사고가 나면 안전벨트 중 몸과 닿은 부분이 부풀어올라 몸에 오는 충격을 줄여준다. 도요타는 다른 차가 뒤에서 충돌했을 때를 대비해 뒤창에 펼쳐지는 에어백을 개발, 2008년 소형차 IQ(미국 판매명 사이언)에 장착했다.

차량 외부에서 펼쳐지는 에어백도 나왔다. 현대모비스 기술연구소는 사람이 자동차와 충돌했을 때 차량 외부 앞유리창과 보닛 사이의 공간에서 부풀어올라 보행자의 머리가 보닛이나 앞창에 부딪히는 것을 방지해주는 에어백을 개발했다. 이때 보닛은 평소와 달리 앞 유리창 부분이 위로 10~12㎝ 들려져 머리가 보닛 아래 엔진과 같은 단단한 부품으로부터 바로 충격을 받는 것을 막는다. 현대모비스는 보행자가 보닛에 부딪히는 시간이 0.05~0.06초임을 감안해 충돌 감지에서 에어백 작동과 보닛을 들어 올리기까지를 0.045초에 마치도록 했다.

◇승객 골라 작동하는 똑똑한 에어백

에어백 시스템의 지능화도 진행 중이다. 에어백은 수많은 인명을 구하기도 했지만 에어백에 눌려 질식하거나 타박상을 입는 사고도 일어났다. 미 당국은 2003년부터 어린이나 몸집이 작은 여성이 타면 에어백이 작동하지 않거나 2단계에 걸쳐 나눠 팽창시키는 '기능 향상 에어백(advanced airbag)'을 도입하도록 규정하고 있다. 현재 미국 시판 자동차에는 100% 이런 에어백이 장착되고 있다. 조재순 현대차 책임연구원은 "동반석 아래에 있는 무게 감지센서나 동반석 시트의 위치로 어린이와 여성 여부를 판단하는 기술이 적용되고 있다"고 밝혔다.

 

(2011.10.19 인터넷에서,,,,,,,,,,,,)