[테크월드=김지윤 기자] 급작스런 교통사고 상황에 닥치면 탑승자들을 구하기 위한 에어백이 펑! 하고 터지게 된다. 안전벨트와 더불어 안전상 가장 중요한 역할을 하는 에어백. 어떻게 작동하는 것일까?
최초의 에어백
1953년에 미국인 토목 기사 존 헤트릭이 최초로 자동차 에어백 특허를 따냈다. 당시 제품은 자동차 후드 밑에 압축 공기를 두고 차량 여러 곳에 공기 주머니를 설치해서 충돌로 관성 질량이 가해지면 주머니 안에 공기가 주입되는 방식이었다. 그 후 1968년 탤리 디펜스 시스템즈에서 일하던 미국인 화학자 존 파에츠가 아지드화 나트륨과 금속 산화물을 이용한 고체 추진체를 개발했다. 이 최초의 질소 생성 고체 추진제는 성능이 뛰어나 널리 보급됐다.
에어백 시스템 구성요소
에어백 시스템은 검지 시스템과 에어백 모듈로 이루어져 있는데, 검지 시스템은 센서·배터리·진단장치 등으로 이루어지며, 에어백 모듈은 에어백과 충격감지시스템, 작동기체팽창장치로 이루어져 있다. 에어백에 사용되는 가스는 고체의 급격한 연소로 발생되는 고압가스나 고압가스 용기에 저장된 기체를 사용한다.
에어백을 순간적으로 부풀리는 데 사용하는 물질은 나트륨과 질소로 이루어진 아지드화나트륨(NaN3, sodium azide)이라는 물질이다. 이 물질은 350℃ 정도의 높은 온도에서도 불이 붙지 않으며, 충돌이 일어날 때 폭발하지 않는 안정성을 가지고 있어 차내에 저장해두기에 매우 안전한 물질이다. 이러한 물질에 산화철이라는 화합물을 섞어 놓으면, 격렬히 반응하며 질소를 생성하게된다.
에어백 작동 방식
에어백의 작동조건은 에어백의 종류와 차종에 따라 조금씩 차이가 있는데, 정면충돌 에어백은 대체로 정면에서 좌우 30도 이내의 각도에서 유효충돌속도가 약 20~30km/h이상일 때 작동한다.
에어백의 충격감지시스템은 충돌센서와 전자센서 두 부분으로 되어 있는데, 차가 일정속도 이상으로 충돌하는 순간 충돌센서의 롤러는 관성의 법칙에 따라 앞쪽으로 구르면서 스위치를 누르게 된다. 이때 회로에 전류가 흘러 가스 발생장치에 폭발이 일어나게 한다. 점화가 되면 질소 가스가 발생하여 에어백 안으로 순식간에 들어간다. 가스 발생장치의 작동과 함께 에어백을 잘 접어 넣어둔 용기가 부푼다. 에어백에 담기는 질소가스의 양은 약 60L로 많은 기체가 공기자루에 들어가 충격을 완화시켜줌으로써 1차적 충돌에서 오는 치명적 부상을 피할 수 있게 해준다. 사람이 에어백에 부딪히고 나면 질소가스는 뒤쪽 구멍으로 빠져나간다. 에어백이 부풀어 오르는 시간은 0.080초 정도밖에 되지 않으며 0.1초 만에 쭈그러들기 시작해 0.33초경에는 공기가 완전히 빠져 버린다.
에어백의 발전
최근 승객의 안전을 위하여 개발된 에어백이 오히려 이에 의해 목숨이나 상해를 입는 경우가 많이 생겼다. 이는 에어백이 승객의 상태와 관계없이 일정한 충돌 상황에서 무조건 작동하는 데에 있다. 즉, 승객의 탑승여부, 성인과 소아의 구별, 착석 위치, 충돌 상황 등에 관계없이 충돌로 인한 일정한 기준 이상의 차체 감속이 일어나면 작동하기 때문이다.
이런 문제점을 해결하고자 최근 승객의 다양한 착석 상황(안전벨트 착용 유무, 탑승자의 무게, 소아 유무, 측면·정면충돌 구분 등)을 감지하는 센서들과 그에 따른 에어백의 적절한 양의 가스를 적절한 시간에 발생시키도록 하는 장치가 달린 ‘스마트 에어백’이 개발되고 있다.
얼마 전 현대·기아 자동차는 국내·외 교통사고 사례에 대한 정밀 분석을 토대로 복합충돌 상황에서의 탑승자 안전도를 높인 새로운 에어백 시스템을 개발했다. 이번에 개발된 에어백 시스템은 복합충돌이 일어나는 사고에서도 1차 충돌로 인식하던 기존 부분을 보완한 것이다. 탑승자의 불안정한 자세와 속도 등 여러 가지 조건을 정밀하게 계산해 복합충돌 상황에서도 에어백이 더 쉽고 빠르게 작동된다.
앞으로의 에어백들은 사고가 나더라도 소중한 목숨을 안전하게 지킬 수 있도록 완벽한 수준까지 구현되길 바란다.
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