머리부터 발끝까지 승객을 구하는 공기주머니 - 에어백(AIRBAG)
2010-04-19  |   34,406 읽음

농구공만 한 공기주머니가 사람 목숨을 구하고 있다. 교통사고 때 탑승자 목숨을 구하는 대표적인 자동차 안전장치 중 하나가 에어백이다. 1890년대 말에 자동차가 발명되어 우리생활을 편하게 변화시켰지만 지금도 전세계에서 수많은 사람들이 교통사고로  다치거나 목숨을 잃고 있다. 

 에어백에 대한 이론과 컨셉트는 1950년대부터 꾸준히 제시되어 왔다. 하지만 구체적으로 개발이 시작된 것은 불과 39년 전이다. 1971년에 미국에서 GM과 포드의 협조 아래 한 자동차 부품업체가 에어백 연구개발을 시작해 1974년 GM 올즈모빌 토로나도가 처음으로 양산차 에어백을 달고 나왔다.

당시에는 허리부분만 묶는 2점식 안전벨트를 사용했기 때문에 충돌시 운전자의 머리와 상체가 스티어링휠에 부딪혀 부상을 당하는 일이 많았다. 이것을 막기 위해 등장한 에어백은 안전벨트의 보조적인 안전장치라는 의미로 SRS 에어백(Supplemental Restraint System Airbag)이라는 이름을 가졌다. 에어백을 개발한 부품업체는 SRS 에어백 회사로 이름을 바꾼 뒤 몇 년 후 그 특허권을 자동차 메이커들에게 넘겨주었다. 에어백이 있는 차의 스티어링휠이나 조수석 대시보드에 ‘SRS AIRBAG’이라는 글자가 새겨져 있는 것은 바로 여기에서 유래한다.

초기 에어백은 완전하지 않아 가끔 오작동을 일으켜 사고를 유발해 미국에서는 1977년 이후 잠시 사라지는 듯 보였다. 하지만 에어백이 탑승자를 보호하는 안전장치로 효과가 크다는 것이 객관적으로 증명되면서 1981년 독일의 메르세데스 벤츠가 S클래스에 에어백을 기본으로 달기 시작했다. 이후 BMW, 볼보, 사브, 아우디 등이 앞다 투어 에어백을 장착하면서 점차 중형 및 소형차에도 에어백을 장착하기 시작했다.

미국정부는 1989년부터 자국에서 판매되는 모든 승용차에 운전석 에어백 장착을 의무화했고 1998년에는 2세대 디파워드(de-powered) 에어백에 동승자석까지 그 범위를 넓혔다. 나아가 미국정부는 올해 스마트 에어백에 사이드 에어백까지 의무화할 예정이다. 한편 최근 한 TV 프로그램에서 현대자동차가 미주 수출용 쏘나타(YF)에는 3세대 어드밴스드 에어백을 넣는 데 비해 국내에는 2세대 디파워드 에어백을 넣고 있다고 보도해 논란을 일으키기도 했다.

에어백이 등장하면서 자동차 충돌사고에서 수많은 목숨을 구했지만 때때로 강하게 터진 에어백에 어린이가 맞아 부상을 입거나 사망하는 사고가 나기도 했다. 팽창력을 줄인 디파워드 에어백은 그래서 등장했다. 아울러 최근에는 운전자와 동승자의 무게를 파악해 성인과 아이를 구별하고 이들의 안전벨트 착용 유무와 충돌 상황에 맞게 단계별로 터지는 스마트(어드밴스드) 에어백이 등장하고 있다.

자동차가 충돌하고 운전자가 에어백에 부딪히기까지는 눈 깜짝할 순간이다. 따라서 에어백을 순식간에 부풀리기 위해서 폭탄이 터지듯 가스가 한꺼번에 생기는 원리를 이용한다. 안전을 위해 불에 잘 타지 않고 사람이 마실 수 있는 질소에 나트륨을 섞어 만든 화합물을 점화, 폭발시켜 에어백을 팽창시킨다. 에어백에서 또 다른 핵심기술은 자동차의 충돌을 감지하는 센서다. 에어백이 처음 등장했을 때는 기계식 장치를 사용했지만 요즘에는 전자센서를 이용해 1/100초 정도로 빠르게 감지해 반응한다.

자동차 센서가 충돌을 감지해 에어백으로 신호를 보내면 에어백에 있는 점화장치가 전류를 받아 불꽃을 만들고 질소화합물을 폭발시킨다. 그러면 에어백 안에 질소가스가 순간적으로 가득 차오르면서 스티어링 휠이나 대시보드 안쪽의 레이저 커팅된 부분으로 뚫고 나와 에어백이 작동하는 것이다. 순간적으로 빠르게 부풀어 올라 탑승자를 충격에서 보호한 후에는 재빠르게 에어백의 미세한 구멍을 통해 질소가 빠져나가며 부피가 작아져 시야를 확보하거나 실내를 탈출할 수 있도록 돕는다.

많을수록 안전한 에어백
정면충돌에서는 앞범퍼, 엔진, 차체골격 등으로 충격이 분산되어 실내로 들어오지만 측면충돌은 얇은 도어와 유리창밖에 없어 충격을 충분히 흡수하기 힘들다.

그래서 등장한 사이드 에어백과 커튼 에어백은 측면충돌시 A필러와 B필러 그리고 시트 옆에서 에어백이 나와 탑승자의 머리와 상체를 보호하고 유리 파편이 실내로 들어오는 것을 막는 역할을 한다. 특히 BMW 7시리즈나 메르세데스 벤츠 S클래스 같은 고급 대형차들은 뒷좌석에도 사이드 에어백을 넣고 있다.

정면충돌에서 에어백이 얼굴과 상체를 보호하지만 무릎과 허벅지는 대시보드에 부딪혀 부상을 입는 경우가 많다. 최근에는 이것을 막아주는 무릎 에어백을 새롭게 선보이고 있다. 지난해 선보인 토요타의 초소형차 iQ는 트렁크가 없는 짧은 해치백이지만 후방추돌시에 뒷좌석 탑승자 보호를 위해 헤드레스트 부분을 감싸 머리를 보호하고 뒷유리 파편을 막아주는 후방 에어백을 선보이기도 했다.

포드와 메르세데스 벤츠는 충돌시 갑작스런 충격으로 안전벨트가 탑승자 상체의 쇄골과 갈비뼈를 부상시키는 것을 막기 위해 안전벨트에 에어백을 넣은 벨트백(beltbag) 컨셉트를 발표하기도 했다. 또한 메르세데스 벤츠는 충돌시 실내에서 탑승자끼리 서로 부딪혀 일어나는 사고를 막기 위해 운전석과 조수석 사이에서 터져 나오는 좌석간 에어백을 소개했다.
흔히 에어백 하면 스티어링휠에서 터져 나오는 둥근 에어백을 떠올리지만 최근에는 실내 곳곳에 에어백을 집어넣어 탑승자의 머리부터 발끝까지 보호하는 안전장비로 발전하고 있다.

차 바닥에서 철판 에어백이?
지난해 메르세데스 벤츠에서 선보인 첨단 안전 자동차 ESF(Experimental Safety Vehicle)에는 새로운 개념의 에어백이 선보였다. 브레이킹백(Braking Bag)이 바로 그것으로, 탑승자를 충돌로부터 보호하는 것이 아니라 충돌사고를 예방하고 피해를 최소화하는 능동적인 안전장치다. 엔진 아래 언더보디 패널에 숨어 있는 브레이킹백은 센서가 앞차와 충돌한다고 판단하면 에어백처럼 순간적으로 바닥 아래로 부푼다.

부풀려진 브레이킹백이 얇은 금속 마찰판을 밀어내리면 도로와 마찰하면서 제동거리를 줄여 충돌을 피하거나 피해를 줄인다. 그리고 급브레이킹시에 차체 앞부분이 쏠리는 노즈다이브(nose-dive) 현상을 막아 트럭 같은 높은 차고 밑으로 들어가는 사고를 막아준다. 또 도어 안에 내장된 금속제 팽창 구조물은 측면추돌 때 고압 가스(10~20바)로 부풀려지면서 마치 에어백처럼 충격을 흡수한다. 이 구조는 사용하면 측면 충격흡수력을 높이면서 무게를 덜 수 있다.

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