汽车安全气囊的发展与应用
早期的安全气囊主要与其他安全装置一起使用，防止飞机着陆时与地面相撞。1960年，安全气囊技术开始在原有基础上发展，转为民用。
在20世纪60年代末，美国高速公路交通安全委员会(NHTSA)开始建议一项可选的安全气囊规则，以鼓励汽车制造商开发安全气囊。
20世纪70年代，美国通用、福特、德国奔驰、日本丰田等汽车公司，以及美国莫顿公司、TRW公司、德国TEMIC公司、ICT研究所、日本DAICEL公司、瑞典奥托立夫公司，开始投入大量的资金和人力进行安全气囊的研发。1971年5月，德国一支研究团队成功将火箭推进技术应用于汽车安全气囊。这些综合力量使得安全气囊的研发进入了一个新的发展阶段。
1984美国高速公路交通安全委员会(NHTSA)在著名的《联邦车辆安全标准》(简称FMVSS208)第208条款中增加了安装安全气囊的要求，为安全气囊的开发和使用提供了明确的规则和指导方向。FMVSS208条款是汽车安全气囊发展史上的一个重要里程碑。此后，欧洲也颁布了ECER94法规，随后日本丰田、本田、美国福特、克莱斯勒、德国宝马、瑞典沃尔沃等汽车公司都开始销售配备安全气囊的汽车。
上世纪90年代末，美国、欧洲、日本已经正式立法在汽车上安装安全气囊，双气囊已经成为大多数主流汽车的标配。
安全气囊是美国约翰？赫特里特(约翰？Hotrich)发明的。他是一名自学成才的宾夕法尼亚工程师。1952年，一次事故后，他萌生了设计碰撞安全装置的想法。在这次事故中，约翰为了避开障碍物猛踩方向盘刹车。他和妻子本能地用胳膊护着坐在前座中间的女儿。事故发生后，他意识到一定有保护乘客的好办法。两个星期后，他画了一张设计图交给代理商，确定了今天安全气囊的雏形。1953 18年8月获得“汽车缓冲安全装置”美国专利。
安全气囊从1952开始申请专利，但在应用推广上几经波折，走过了30多年的漫漫长路。直到1984年，汽车碰撞安全标准(FMVSS208)在被多次废止后，在美国被重新认可并实施，该标准规定1995和1之后制造的所有汽车都要在前排座椅前配备安全气囊，还要求1998之后的所有新车都要为驾乘人员配备安全气囊，这才得到确认。时至今日，这项创意发明已经转化成了上百万的产品，类型也发展到了前排气囊、侧气囊、安全气囊等等。各国生产的中高级车大部分都配备了安全气囊，部分车已经将安全气囊作为强制部件纳入其中。在国内，随着CMVDR294碰撞安全法规的实施，国内消费者对汽车的被动安全性能要求越来越高，但目前除了少数高级车配备了侧气囊外，大部分车型只配备了前气囊。
安全气囊这几年发展很快，价格大幅下降。配备安全气囊的汽车也从中高级车发展到中低档车。同时，部分车在前排配备了乘客安全气囊(即双气囊)。乘客使用的安全气囊与司机使用的安全气囊类似，但安全气囊的尺寸更大，需要更多的气体。自20世纪90年代以来，安全气囊的安全性能已被普遍接受，并被视为一种现代化的高级安全装置。了解安全气囊的工作原理和注意事项对于我们更好地保护自己非常重要，但是对于驾驶员来说，安全驾驶是第一位的，这是任何先进的安全装置都无法替代的。
1.2国内汽车安全气囊的发展
我国对汽车安全气囊的研究起步较晚。80年代末，我国一些汽车碰撞安全和军工领域的专家开始关注汽车安全气囊的研发。
随着世界汽车进军中国，中国汽车工业迎来了前所未有的发展机遇。1992年，我通过了自主研发的FS-01安全气囊的碰撞测试。中国的政策法规也为中国汽车工业的发展提供了良好的发展空间。
在我国“九五”和“十五”期间，国家经贸委和汽车工业将安全气囊列为我国汽车零部件三大重点发展项目(电子燃油喷射系统、防抱死制动系统和安全气囊系统)之一，特别是在1999，10年6月28日，国家机械工业局发布了《正面碰撞乘员保护设计规则》(CMVDR294)该设计规则明确提出了汽车发生碰撞时汽车乘员的安全标准表示安全要求。CMVDR294的发布间接对汽车安全气囊提出了新的要求，这无疑是我国安全气囊发展史上的一个进步，也为安全气囊的研发指明了正确的方向，注入了新的活力。
在十几年的研发过程中，国内很多高校和机构的研究和产品已经初具规模，有些已经接近国际水平。清华大学的黄士林等人在汽车碰撞实验研究中，系统地研究了各种国产汽车中安全气囊的匹配技术，在汽车安全气囊点火控制的仿真、汽车碰撞过程的仿真和实验验证、相关软件在汽车安全气囊系统设计中的应用等方面做了大量工作，对我国汽车安全气囊的研究具有重要的指导作用。
位于锦州经济技术开发区的金恒公司是中国唯一拥有自主知识产权的汽车安全气囊生产企业，产能和市场份额均为国内最大。金恒公司拥有国内一流的R&D中心，实验室通过了国家CNAL认证。具备正面碰撞、角度碰撞、立柱碰撞、侧面碰撞等实车碰撞试验能力和台车试验能力。公司主要碰撞、检测设备和装配生产线均从国外引进，技术装备水平国内领先。他们通过引进美国公司的气囊生产技术，开发出机械式气囊产品，填补了国内空白；与一汽汽车研究院共同承担了国家“九五”汽车电子产品攻关项目，开发出具有自主知识产权的电子安全气囊产品。目前* * *公司为国内20多家汽车厂商的30多个车型开发和配套安全气囊，已形成单班年产安全气囊总成20万套、安全气囊654.38+0.2万个、装饰罩654.38+0.5万个的生产能力。是国内同行业首家支持整车的企业。近年来，他们还与国际知名安全气囊供应商签订协议，加工安全气囊零部件，其产品将走向欧洲、北美等国家。
自2000年以来，中国安全气囊市场需求以平均每年200%以上的速度增长。到2004年，中国安全气囊市场的总支持量接近400万套。目前国内生产安全气囊的企业有近20家，2004年产量超过200万套，安全气囊国产化率超过50%。国内安全企业的生产和配套市场基本分为外资企业和国内企业两大阵营。外资企业主要以奥托立夫、Plast、Takawa、Mobis等为代表。他们生产中国80%以上的安全气囊，外资企业占据中国安全气囊的中高端配套市场。国内企业主要以金洲金恒、东方乐就、上海比亚迪等为代表。他们的国产安全气囊产量只占15%左右，主要匹配一些国产经济型乘用车。中国安全气囊进口高峰过后，进口安全气囊高速增长有所回落，2005年上半年出现了进口负增长。目前，进口安全气囊在国内配套市场中所占份额不足一半。从2004年底开始，跨国安全气囊企业陆续在中国投资生产安全气囊组件，加强了上游安全气囊组件的本地化供应能力。到2007年，中国80%以上的安全气囊组件将在当地生产。目前国内安全气囊组件ECU、气体发生器、气囊、布的国内采购率只有5%左右，安全气囊组件还有很大的发展空间。
1.3国产安全气囊评价
我国安全气囊的研发虽已初具规模，但与世界先进水平仍有较大差距。这些差距主要包括安全气囊法规、碰撞测试系统、安全气囊设计、制造和测试。实际上，中国的碰撞试验系统并不能完全满足美国FMVSS208条款的技术要求；其次，在安全气囊方面，我们还缺乏关键技术的自主知识产权；此外，传感器、气体发生器和安全气囊的技术规格和测试也尚未达到令人满意的状态。所以，我们业内的人都要努力！
1.4汽车安全气囊的发展趋势
汽车安全系统是汽车电子领域发展最快的部分。汽车安全设计在车辆设计中的比重也越来越大。汽车安全可分为主动安全和被动安全。主动安全系统旨在提高车辆的稳定性，防患于未然。被动安全系统在事故发生后发挥作用，减缓事故的严重程度。汽车安全气囊属于被动安全系统。我国在2000年实施了CMVDR294《正面碰撞乘员保护设计规则》，相当于欧洲ECER94法规。近期我国侧面碰撞法规开始实施，这将对我国车辆的碰撞安全性能和乘员保护系统提出更高的要求。汽车安全法规体系的不断完善将推动中国汽车电子市场的发展。据预测，2009年，前排乘客侧保护气囊的安装率将是2006年的2倍，侧气帘的安装率将是2006年的4倍。
随着科学技术的发展和人们对汽车安全重视程度的提高，汽车安全技术中的安全气囊技术近年来也发展迅速。智能化和多气囊是未来整体气囊系统发展的必然趋势。
新技术可以更好地识别乘客的类型，并采取不同的保护措施。该系统利用重量、红外、超声波等传感器，判断乘员与仪表盘的距离、体重、身高等因素，进而判断是否点燃安全气囊，是采用1级点火还是多级点火，点火力度有多强，与安全带形成整体控制。通过传感器，安全气囊系统还可以判断车辆当前是正面碰撞还是角度碰撞、侧面碰撞还是整车的侧倾运动，从而驱动车身不同位置的安全气囊，对乘客形成最好的保护。网络技术的应用也是安全气囊系统的发展方向。在汽车网络中，有一个狭窄但非常重要的网络，即线控安全网络。线控安全总线是一种专用于汽车安全气囊系统的总线。线控安全技术旨在综合利用多种传感器和控制器，实现对安全气囊系统的精细控制。
wire-By-plus总线标准是由飞利浦和德尔福等汽车电子供应商和零部件供应商提出的。与整车系统常用的CAN、FlexRay等总线相比，线控安全的优势在于它是一种专门针对安全气囊系统的汽车局域网接口标准。为了确保系统在发生汽车事故时不会受损，线控安全系统中嵌入了多种保护功能。例如，即使线路短路，安全气囊系统也不会因错误而启动。线控安全技术将广泛应用于汽车安全气囊系统。
汽车安全气囊作为一种理念，在今天已经成为一种必备的安全装备，半个世纪以来在汽车上的广泛应用。安全气囊有效地减少了汽车碰撞事故中乘员的伤亡，其保护作用在汽车安全研究领域得到了广泛的认可和高度的重视。随着汽车安全气囊的推广应用，安全气囊系统的关键技术环节已成为汽车安全研究领域的焦点。
目前，安全气囊新技术的开发和研究可以概括为向智能化、小型化、多样化和无污染方向发展。
智能安全气囊(1)
传统的正面碰撞安全气囊系统是根据前排座椅乘员的常规就座位置和安全气囊的理想点火时间来设计的。但是在实际的汽车碰撞事故中，影响安全气囊保护性能的因素有很多，比如乘员的身高体重、乘员相对于方向盘的位置、碰撞的严重程度等等。不同的碰撞条件和乘员与乘员位置的变化会导致乘员在最佳时刻不接触安全气囊，从而降低对乘员的保护作用。为了充分发挥安全气囊的保护作用，自适应或智能安全气囊的概念应运而生。近年来，智能安全气囊的研究致力于开发一种能最大程度保护乘客的安全气囊系统。这种安全气囊系统可以根据汽车碰撞瞬间的碰撞情况和乘员情况来调整安全气囊的工作性能。智能安全气囊的关键技术之一是先进的传感系统和电子计算系统，能够在事故发生的短时间内提供可靠的碰撞环境信息。这些信息包括汽车碰撞的严重程度、碰撞的方向、乘员的身材、体重和位置以及乘员是否系安全带。智能安全气囊系统根据原始检测信息判断如何调整和控制安全气囊的性能，使安全气囊充分发挥其保护作用。
(2)安全气囊的小型化
减小安全气囊总成的体积是当前的发展趋势之一。当新型发电机工作时，压缩气体从储气罐中喷出，充满气囊。这种发生器产气率高，所以体积小，安装布置方便。
(3)环保气囊
使用压缩气体的气体发生器对人体无害，易于回收和处理，没有环境污染问题。
(4)安全气囊的多样化
驾驶员和前排乘客的安全气囊已经成为汽车生产中的标准设备，作为正面碰撞事故中的安全措施。侧面碰撞安全气囊发展迅速。不同设计的侧面碰撞安全气囊可以安装在座椅靠背的外侧、车门的中间、车身的中间支柱以及车身顶部与车门的连接处。这些安装在不同部位的侧面碰撞安全气囊可以分别保护乘客的头部、胸部和臀部。
正在开发五种新型保护气囊:
①安装在方向盘下护膝处的安全气囊，可以在正面碰撞中保护下脚免受伤害。
(2)安装在制动踏板下的安全气囊，用于在正面碰撞中保护脚和脚踝免受伤害。
③安装在前座靠背上的安全气囊，用于保护后座乘客。
④安装在汽车引擎盖下的安全气囊保护行人。
⑤安装在前挡风玻璃框架上的安全气囊，减少汽车碰撞事故中行人的头部伤害。
2.1汽车安全气囊的组成
驾驶员的安全气囊存放在方向盘衬垫里，所以当你看到方向盘上有“SRS”或“Airbag”的字样时，你就知道这款车装有安全气囊。安全气囊系统主要由传感器、微处理器、气体发生器和安全气囊组成。传感器和微处理器用于判断碰撞程度和发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固体燃料并产生气体给气囊充气，使气囊迅速膨胀。安全气囊安装在方向盘轮毂中靠近坐垫的位置，其容量从大约50升到90升不等。用于气囊的布料抗拉强度高，多为尼龙材质，折叠面贴有干粉，防止气囊在爆发时粘在一起而破裂。为了防止气体泄漏，气囊内层涂有密封橡胶；同时，安全气囊装有安全阀，当充气过度或气囊内压力超过一定值时，会自动释放部分气体，避免挤压乘客，造成伤害；安全气囊中使用的气体主要是氮气。
Srs中电控系统的传感器按功能可分为碰撞强度传感器和保护碰撞传感器。碰撞强度传感器按安装位置可分为前碰撞传感器和中碰撞传感器两种，包括左前碰撞传感器、右前碰撞传感器和中碰撞传感器。
碰撞传感器和保护碰撞传感器串联，作用是检测车辆碰撞时的惯性力或减速度值，并将信号传输到srs的ecu。不同的是，碰撞强度传感器用于检测车辆发生碰撞时的碰撞严重程度，其信号供系统的控制单元判断是否引爆点火器，使气体发生剂给安全气囊充气；碰撞保护传感器用于防止安全气囊因碰撞强度传感器短路而误充气，其信号供控制单元判断是否发生碰撞。
ECU是一个独立安装的控制系统，不与其他系统的控制单元共享。它的作用是接收传感器发出的信号，判断是否引爆安全气囊使其膨胀。
2.2安全气囊系统的分类
1.按爆炸模式分类
根据引爆方式，安全气囊系统可分为机械控制和电子控制。机械控制是安全气囊系统的机械控制。安全气囊系统不需要电源、电子电路和电路布线，其所有部件都装配在方向盘装饰罩下。探测碰撞动作和引爆点火器是通过机械装置的动作来完成的。目前，这种类型的安全气囊很少使用。
(1)电子控制是一个安全气囊系统。电控安全气囊系统是目前广泛使用的安全气囊系统。这种类型的传感器使用碰撞传感器来检测碰撞信号，并将其发送到气囊系统的控制单元。根据碰撞传感器发出的信号，控制单元无法通过其中预设的程序连续进行数学计算和逻辑判断。当判断结果为有碰撞时，srs的ecu立即发出点火指令引爆点火器，点火器引爆时产生的大量热量分解叠氮化钠片气体发生剂，产生大量氮气使安全气囊膨胀。
(2)目前日本本田公司的雅阁、西铁城、丰田公司的雷克萨斯、皇冠、凯美瑞、日产公司的日产星球、瑞士沃尔沃公司的850、960、美国福特公司的林肯城市、通用汽车的凯迪拉克、国产车的红旗世纪星、奥迪a6、帕萨特b5、捷达王、高尔夫都采用了电控气囊系统。
2.根据安全气囊的数量。
根据安全气囊的数量可分为单气囊系统、双气囊系统和多气囊系统。
(1)单气囊系统单气囊系统，驾驶员侧方向盘内只安装一个气囊。
(2)双气囊系统近年来生产的汽车大多采用了双气囊系统，即驾驶侧和副驾驶侧各安装一个气囊，如本田雅阁、西铁城、丰田凯美瑞、马自达626、929、福特林肯城市、国产奥迪a 6等。因为汽车发生碰撞时，前座乘员比驾驶员更危险，所以前座乘员一侧的安全气囊尺寸通常更大，它与驾驶员一侧的安全气囊同时工作。
(3)多安全气囊系统多安全系统是指车内安装三个或三个以上的安全气囊。比如瑞典沃尔沃850，960，通用别克，上海大众帕萨特等等。
3.按保护类型分类。
安全气囊系统可分为驾驶员安全气囊、前排座椅安全气囊、侧面碰撞安全气囊和后排座椅安全气囊。
(1)驾驶员安全气囊驾驶员安全气囊是汽车中应用最广泛的安全气囊，在车辆发生碰撞时起到保护驾驶员的作用。这种气囊分美式和欧式，安装在方向盘里。美国气囊的设计原理是嘉定司机不系安全带时车辆发生碰撞。为了更好的保护驾驶员，气囊较大，约60升。欧洲安全气囊假设司机系安全带时车辆发生碰撞。这时候因为安全带已经起到了保护作用，所以它的体积很小，一般在40升左右。
(2)前排成员气囊前排成员气囊也分欧美式。由于车内前排座椅构件的位置并不固定，所以安全气囊采用大容积设计，以保证在发生碰撞时不会伤及构件。通常美国的前座安全气囊尺寸约为160升，欧洲的前座安全气囊设计约为75升。
(3)防侧撞安全气囊根据不同的使用要求，防侧撞安全气囊可安装在车门上横梁、车门内板或座椅侧面。安装在车门上横梁中的防侧撞安全气囊用于保护乘客的头部，安装在门板中的防侧撞安全气囊和安装在座椅侧面的防侧撞安全气囊用于保护乘客的胸部、心脏、肺部和其他重要器官。由于空间的限制，防侧撞安全气囊的体积通常较小。安装在门板内的气囊容积通常为35~40升，而安装在座椅侧面的气囊容积只有12升左右。
(4)后座成员的安全气囊
近年来，由于对后排座椅构件安全保护的重视，不仅在后排座椅上安装了安全带，而且在前排座椅后面安装了安全气囊来保护后排座椅构件。
后座气囊在结构上与其他气囊基本相同，容积通常可以达到100升。车辆发生碰撞爆炸后，安全气囊会在后座乘员和前座之间形成保护性气垫，从而保护后座成员。
2.3汽车安全气囊的工作原理
当车辆发生碰撞时，安全气囊的树形控制模块迅速处理信号，确认碰撞的严重程度已经超过安全带的保护能力，然后迅速释放安全气囊，使乘员的头部和胸部直接接触更柔软、更有弹性的安全气囊，通过安全气囊的缓冲作用，减少乘员的伤害。一般来说，轻微的碰撞是不会打开安全气囊的，只有在车辆前方一定角度范围内才是打开安全气囊的有效碰撞范围，追尾、侧面碰撞、翻车都不会导致安全气囊打开。需要强调的是，安全气囊只是辅助手段。在不系安全带的情况下，安全气囊不仅不能保护乘客，而且对乘客有严重的杀伤力。安全气囊的爆炸力惊人，足以震断驾驶员的颈椎。因此，系好安全带是安全气囊发挥保护作用的重要条件。
早期的安全气囊系统是机械式安全气囊系统，现在国内外的安全气囊厂家主要采用电子安全气囊系统。基本气囊系统包括驾驶员和乘客的正面保护气囊和安全带预紧装置。
电子安全气囊系统的特点是传感器感知车辆的运动，MCU监测并判断当前事件是否为严重碰撞事件。如果是严重碰撞事件，则驱动安全气囊展开，保护驾乘人员的安全。安全气囊的作用过程如下:碰撞后0 ~ 20ms内传感器将信号传递给中央电子控制器(ECU)，ECU确定是严重碰撞，触发气体发生器。在20 ~ 60ms内，高温高压气体(氮气)经过滤冷却后进入安全气囊，安全气囊膨胀形成气垫，将乘员与车内设备隔离。60 ~ 100ms后，安全气囊排气孔打开。气体的阻尼作用吸收了碰撞能量，减轻了安全气囊对乘员头部和面部的压力，乘员被陷在较软的安全气囊中，使乘员得到保护。最后气体全部从排气孔排出，安全气囊塌陷。它是安全气囊系统的基本加载形式。在图中，DAB是驾驶员安全气囊，PAB是乘客安全气囊，PSB是安全带预紧器。
由于安全气囊系统属于汽车安全部件，其所使用的电子器件具有较高的特殊性能要求，要求精度高、可靠性好、抗干扰能力强。
传统安全气囊的电子控制系统包括加速度传感器和单片机。目前国内外安全气囊生产厂家常用的安全气囊传感器是MEMS传感器。MEMS传感器的感应范围比较广，可以感应1G到100G的加速度。传感方向可以从单轴到三轴，可以感知汽车碰撞时前方、侧面、垂直方向的加速度变化，并输出模拟信号。
安全气囊控制要求MCU具有强大的计算能力和足够的I/O端口。从可靠性的角度来说，使用汽车级的MCU，配合一些特殊的功能模块是很有必要的。根据对系统性能的不同要求，有8位和16位单片机。对于更复杂的系统，许多安全气囊系统供应商已经采用了32位高性能。
现代安全气囊系统由碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器和控制块组成。气体发生器。安全气囊系统要求气体发生器能在短时间内(约30ms)产生大量气体填充安全气囊。产生的气体必须对人体无害，温度不能太高。同时，要求气体发生器具有高可靠性和稳定性。气体发生器主要有三种类型:压缩气体型、烟火型和混合型。混合气体发生器是压缩气体和火工品的结合体，也是目前应用广泛的气体发生器。控制装置。通常集成在微型计算机中。汽车发生碰撞时，电子控制装置从多个传感器接收车身不同位置的减速信号，经过反复分析、比较、计算，决定是否发出点火信号。要求控制装置能在复杂的碰撞条件下做出非常准确的判断，点火时间也必须精确控制。
虽然安全气囊在结构上会有所不同，但其工作原理基本相同。汽车行驶过程中，传感器系统不断向控制装置发送速度变化(或加速度)信息，由控制装置(中央控制器)进行分析判断。如果测得的加速度、速度变化或其他指标超过预定值(即发生真实碰撞)，控制装置向气体发生器发出点火命令或传感器直接控制点火。点火后发生爆炸反应，产生N2或释放储气罐中的压缩氢气，填充碰撞安全气囊。当乘员接触安全气囊时，碰撞能量被安全气囊上的排气孔阻尼吸收，从而保护乘员。
安全气囊主要分为:保护驾驶员的安全气囊，安装在方向盘内，防止驾驶员碰撞方向盘、仪表板和前挡风玻璃；保护前排乘客的安全气囊安装在仪表板内，防止乘客与仪表板和前挡风玻璃发生碰撞；用于保护后排乘客的安全气囊一般安装在前座靠背的后部或头枕内部，以防止乘客与前座发生碰撞。由于对后排乘客的轻微伤害，后座安全气囊一般只用于豪华轿车。
汽车的安全气囊里有叠氮化钠或硝酸铵等物质。当汽车在高速上受到猛烈撞击时，这些物质会迅速分解，产生大量气体，充满安全气囊。
新的安全气囊配备了一种可以分阶段充气或释放压力的装置，以防止突然爆炸产生的巨大压力伤害人的头部，特别是在乘客没有系安全带的情况下，可能会导致生命危险。具体形式有:
(1)分级点火装置，即气体发生器分两个阶段点火。第一阶段产生40%左右的气体体积，远低于最大压力，对人体头部运动有缓冲作用。第二阶段产生残余气体并达到最大压力。一般来说，两级点火的最大压力小于单级点火。在这种形式下，压力逐渐增加。
(2)分阶段泄压:袋子上设有泄压孔或压力可调的孔，可分为完全依靠气体压力开启的方式或电脑控制拉环系绳。这样首先压力达到设定的极限，然后瞬间释放压力，避免过度伤害。