우리의 안전을 책임지는 에어백의 모든 것

 빠른 속력으로 달리는 자동차는 인류에게 이동의 편리함을 주었지만 편리함에 따른 사고도 증가하게 되었다. 이러한 사고를 막기 위해서 자동차 회사들을 수년간 안전장치에 대해 연구해왔고 그 결과 현재 탑승객을 보호하기 위한 여러 가지 장비가 차량에 장착되어 출시되고 있다.
최근 자율 주행 자동차의 개발과 함께 차량에 장착되고 있는 전방 충돌 방지 시스템을 비롯한 여러 가지 첨단 장비들이 장착되고 있는 가운데 구식이지만 실질적으로 가장 중요한 역할을 하고 있는 에어 백에 대해 알아보자!

 

에어백, 안전을 책임지다.

에어백이 사용되기 이전에는 안전벨트에만 의존하여 자동차 사고에 대비할 수밖에 없었다. 물론 안전벨트가 탑승객을 보호하는데 큰 기여를 한다. 하지만 예전에는 2점식 벨트가 주를 이루며 상체를 보호해주지 못하였고 3점식 벨트도 탑승객을 완벽히 지켜주기는 어려웠다. 이렇기에 사고가 발생하면 상체에 큰 충격이 가해지면서 얼굴이 스티어링 휠이나 대시보드에 부딪히며 뭉개지는 사고가 많았다고 한다. 이러한 부분을 보완하기 위해서 에어 백을 고안하였고 메르세데스 벤츠에서 1960년대부터 개발을 시작하여 1980년대 벤츠의 기함급 세단 S 클래스에 최초로 장착되어 출시되었다. 처음엔 안전벨트의 보조적인 역할이 가장 컸다고 한다.

 

에어백은 어떻게 작동되나요?

우선 에어백이 작동하기 위해선 충격을 감지해야 한다. 충격을 감지하는 센서는 회사나 차종마다 다른 기준을 가지고 있으며 보통 정면을 기준으로 30도 각도 이내에서 20km/h~30km/h 이상인 유효 충돌 속도에서 작동하게 된다.
센서 작동의 원리는 바로 관성이다. 위 사진과 같이 센서 내부에 있는 롤러가 갑작스러운 충돌로 앞으로 날아가게 되고 순간적으로 전극에 연결되면서 전류가 흐르게 된다. 순간 흐른 전극은 팽창기에 전달되게 된다.

 

팽창기에서는 전달된 전류를 가지고 화학반응이 일어나며 에어 백을 팽창시키게 된다. 간단하게 원리를 설명하자면 아지드화나트륨이라는 성분이 팽창기 내부의 기폭장치로 인해 순간적으로 고온을 받아 아지드화나트륨을 모아논 캡슐이 터지면서 질소가 발생하게 된다. 이때 안전을 위해서 산화철과 만나 화재나 폭발의 위험성을 줄여준다.  결론적으로는 빠른 화학반응으로 질소를 만들어내고 그 질소를 이용하여 에어 백을 부풀린다는 것이다.

2NaN₃ (s) → 2Na (s)+3N₂ (g)
6Na (s) + Fe₂O₃ (s) → 3Na₂O (s) + 2Fe (s)

다음 반응식을 보고 현기증이 난다면 넘어가도 좋다. 아지드화나트륨(NaN₃)은 성분상 350℃ 정도의 높은 온도에서도 발화되지 않으며 성분끼리의 충돌이 발생하여도 폭발하지 않는 특징을 가지고 있다. 한마디로 차량 내부에 계속 지니고 다녀도 안전하다는 것이다. 하지만 부풀려야 할 때는 말이 다르다. 팽창기 내부의 기폭장치에서 순간적으로 불꽃을 가해 아지드화나트륨 캡슐을 분해시키게 되는데 아지드화나트륨은 약 65% 정도가 질소이기에 분해되며 발생하는 질소를 이용해 에어 백을 부풀리게 되는 것이다. 아지드화나트륨은 화합물이기에 질소와 나트륨을 가지고 있다. 나트륨 금속은 물에 넣거나 혹은 칼로 절단하면 마찰력으로 바로 불이 붙을 정도로 매우 위험하다. 이러한 위험성을 방지하기 위해서 아지드화나트륨과 산화철을 같이 넣게 되는 것이다. 아지드화나트륨이 분해되면서 질소는 에어 백을 부풀리고 나트륨은 산화철과 만나 산화나트륨과 철로 분해가 된다. 산화나트륨은 금속 나트륨보다 훨씬 안전한 물질로 폭발에 대한 걱정은 사라지게 된다.

위에서 설명한 원리는 모두 0.05초 만에 작동한다. 이렇게 빠르게 반응하는 에어 백의 충격은 생각보다 강력하다. 에어 백의 위력을 쉽게 설명하자면 에어 백을 바닥에 설치하고 건장한 남성이 그 위에 앉은채로 폭발한다면 남성은 3m정도 공중으로 날아가게 된다. 이 정도로 강력한 위력을 가지고 있기 때문에 필히 주의해야한다. 특히 조수석에서 대시보드 위에 발을 올리는 행위는 앞으로 영원히 다리를 못 볼 수도 있는 위험천만한 행동이다.

 

에어백, 항상 터지지는 않는다.

에어 백의 강력한 폭발로 인해서 실제로 에어 백의 강력함으로 인해 여성들이나 어린아이들이 사망하는 사례도 있었다.
이로 인해 충돌 정도와 각도에 따라 에어백이 터질지 그렇지 않을지 세팅을 하게 된다. 그 이유는 에어 백으로 인한 2차 피해를 막기 위해서이다. 회사마다 혹은 차량마다 에어백 터짐의 조건이 다르니 반드시 설명서를 통해 알아보기 바란다.
에어백이 터지지 않는 다른 경우로는 장치의 결함이다. 에어백이 터지지 않거나 잘못 작동하는 경우도 있으며 최근 18명의 사망자가 발생한 타카타 에어백처럼 다른 파편과 함께 터지며 탑승자에게 해를 입히는 사건도 생겨났다. 이러한 문제들은 회사의 신뢰도 하락은 물론 안전에 대한 문제이기에 반드시 중요하게 짚고 넘아가야만 한다.

에어백도 진화 중!

     1세대 SRS 에어백

1990년대에 생산된 차량 중 에어백이 장착된 차량이라면 흔하게 볼 수 있는 로고이다. SRS는 Supplemental Restraint System의 줄임말이며 한 번에 가스가 방출되어버리기 때문에 여성이나 아이에게 큰 피해를 입히기도 하였다. 

2세대 디파워드 에어백 (Depowered Air bag)

디파워드 에어백은 SRS의 단점을 보완하기 위해 만들어진 에어 백으로 SRS 에어 백보다 조금 덜 부풀어 오르는 것이 특징이다. 저렴한 가격을 가지고 있었지만 탑승객을 보호하는 능력이 현저히 떨어진다는 것이 큰 단점이었다.

 

3세대 스마트 에어백 (Smart Air bag) / SRP 에어백

스마트 에어백은 충격의 강도에 따라서 부푸는 정도를 다르게 한 에어 백이다. 강한 충격에는 크게 부풀지만 약한 충격에는 적게 부풀게 된다. 이를 통해 SRS 에어 백과 디파워드 에어 백의 단점을 극복하였다. 

SRP (Supolimental Restraint and Protect) 에어백은 사람의 체형에 따라서 에어 백으로 인해 부상을 입을 수 있으므로 사람의 체형을 판단하여 에어백의 전개 여부를 결정하고 안전벨트와 연동되어 탑승자의 부상자를 최소화하는 시스템이다. 르노에서 개발한 이 에어 백은 국내에서 르노삼성자동차에서 주로 볼 수 있다.

 

4세대 어드밴스트 에어백 (Advanced Air bag)

어드밴스트 에어백은 충돌 정도와 탑승자의 체격과 위치를 인지하여 에어 백의 전개 여부를 결정하거나 혹은 에어백은 2중으로 전개하는 방법을 사용하여 에어 백으로 인한 탑승객의 피해를 최소한으로 줄였다.

 

아직도 남은 에어백의 해결책

에어 백은 현재 탑승자의 안전을 지키는 역할을 잘 수행해내고 있다. 하지만 아직 아쉬운 점도 있다. 앞으로 이를 보완하고 새로운 형태의 자동차에 적용할 수 있는 에어 백을 만드는 것이 앞으로 에어백이 나아가야할 방향이라고 생각한다. 사람의 안전과 생명을 지키는 장치인 만큼 긍정적인 발전이 이루어졌으면 하는 바램이다.

 

-editor GB-

 

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