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1.1 国外汽车安全气囊的发展
安全气囊的雏形是美国人 Jhon.W.Hetrick 发明的安全气垫。1952 年 Hetrick 发明了他自己之称为“汽车安全气垫”的装置，用来减轻急刹车或正面碰撞带来的严重伤害。这是一种纯机械装置。用于使气囊膨胀的压缩空气贮存在一个压力容器中，连接着弹簧的质量块用来感应汽车的减速度。当质量块产生位移时，能打开一个阀使压力空气从压力容器中冲出来，以使气囊膨胀。气囊可装在方向盘中、手套箱门上、仪表板上部以及前排座椅的靠背。
早期的空气囊主要用于与其它安全装置一起防止飞机着陆时与地面的碰撞。1960 年，安全气囊技术开始在原有的基础上研制并转为民用。
60 年代末, 美国高速公路交通安全委员会(NHTSA)开始建议制定一个可选择的安全气囊法则, 鼓励汽车厂商去发展安全气囊。
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 MORTON 公司、TRW 公司、德国 TEMIC 公司、ICT 研究院、日本 DAICEL 公司、瑞典 AUTOLIV 公司等均开始投入大量资金和人力研究与发展安全气囊, 其中 1971 年 5 月德国的一个研究小组成功地将火箭推进技术应用于汽车安全气囊。这些综合力量使安全气囊的研究与发展进入了一个全新的发展阶段。
1984 年, 美国高速公路交通安全委员会(NHTSA) 在著名的“联邦汽车安全标准”中的 208 条款《乘员碰撞保护》(Federal MotorVehicl Safety Standard208, 简称 FMVSS208) 中增加了安装气囊的要求, 这为安全气囊的发展和使用提供了一个明确的法则及指导方向。FMVSS208 条款是汽车安全气囊发展史上的一个重要的里程碑。此后, 欧洲也颁布了 ECER94 法规, 紧接着日本丰田、本田, 美国福特、克莱斯勒, 德国宝马, 瑞典富豪等汽车公司纷纷开始销售配有安全气囊的汽车。
20 世纪 90 年代后期, 美国、欧共体、日本已正式立法在汽车上配置安全气囊, 双气囊已成为绝大多数主流轿车的标准件。
安全气囊由美国人约翰•赫特里特（John•Hotrich ）发明。他是一位自学成才的阿宾夕法尼亚州工程师。1952 年，在遭遇一次事故后，他萌发了设计撞车安全装置的想法。在这次事故中，约翰为躲避一个障碍物而猛打方向盘进行制动，他和妻子都用手臂本能地保护坐在前座中间位置上的女儿。这次事故后他意识到必须要有一个良好的方法来保护乘员，两周之后他绘好了设计图纸交给了代理人，这份图纸确定了今天安全气囊的雏型。1953 年 8 月 18 日，他获得了" 汽车缓冲安全装置" 的美国专利。
安全气囊从 1952 年就取得了专利，但在应用推广中经历了几上几下的波折，足足走过了 30 多年的漫长路途。直至 1984 年，汽车碰撞安全标准(FMVSS208) 在美国经多次被废除后又重新被认可并开始实施，其中规定从 1995 年 9 月 1 日以后制造的轿车前排座前均应装备安全气囊，同时还要求 1998 年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊，自此才确认了安全气囊的作用。如今，这个在当年颇具创意性的发明已转为千百万个产品，种类也发展为正面气囊、侧面气囊、安全气帘等等。各国生产的中高级轿车，大多数都装有安全气囊，有些轿车已将安全气囊列入必装件。在国内，随着 CMVDR294 碰撞安全法规的开始实施，国内消费者对汽车被动安全性能的要求也越来越高，但目前除了极少数高级车装备了侧面气囊之外，大部分车型还只是安装了正面气囊。
安全气囊在近几年得到了飞速的发展，价格大幅度下降，装备了安全气囊的轿车也从过去的中高级轿车向中低级轿车发展。同时，有些轿车前排安装了乘客用的安全气囊（即双安全气囊规格），乘客用的安全气囊与驾车者用的安全气囊相似，只是气囊的体积要大些，所需的气体也多一些而已。进入 90 年代以来，安全气囊的安全性能已被人们普遍接受，并被视为一种现代化和高档次的安全装置。了解安全气囊的工作原理及注意事宜对我们更好的保护自己有很重要的作用，但对于驾驶员来说，安全驾驶才是第一位的，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。上个世纪 80 年代末我国的一些汽车碰撞安全和军工专家才开始关注汽车安全气囊的研究和发展。
随着世界汽车进军我国，我国的汽车工业迎来了前所未有的发展契机。1992 年，我过自行研制的 FS-01 安全气囊通过撞车试验。我国的政策法规也对我国汽车工业的发展提供了良好的发展空间。
在我国“九五”规划期间和“十五”规划中, 国家经贸委和汽车行业将安全气囊列为我国汽车零配件三大重点发展项目( 电子喷油系统、防抱死制动系统和安全气囊系统) 之一, 尤其是在 1999 年 1 0 月 28 日, 国家机械工业局发布《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》( CMVDR294) 。这个设计规则明确提出对汽车乘员在发生汽车碰撞时的安全标准。所述的安全要求。CMVDR294 的发布间接地对汽车配置安全气囊提出了新的要求, 这无疑是中国安全气囊发展史上的一个进步, 同时也对安全气囊的研究与发展指明了正确的方向和注入了新的活力。
在十多年的研究与发展过程中, 国内许多大学与事业公司的研究与产品已初具基础, 其中部分研究与技术已接近国际水平。清华大学的黄世霖等人在汽车碰撞实验研究中, 系统地研究了多种国产汽车中安全气囊的匹配技术对汽车安全气囊的点火控制模拟、汽车碰撞的过程模拟和实验验证以及有关软件在汽车安全气囊系统设计中的应用等方面作了大量工作, 对国内的汽车安全气囊研究具有重要的指导作用。
坐落在锦州经济技术开发区的锦恒公司是国内唯一一家具有自主知识产权的汽车安全气囊生产企业，其生产能力和所占市场份额在国内最大。锦恒公司建有国内一流的研发中心，实验室通过了国家 CNAL 认证，具有正面碰撞、角度碰撞、柱撞、侧面撞等实车碰撞试验能力和台车试验能力。公司的主要碰撞、检测设备和组装生产线均由国外引进，技术装备水平国内领先。他们通过引进美国公司的安全气囊生产技术，开发出填补国内空白的机械式安全气囊产品；与一汽汽研所共同承担了国家 “九五”汽车电子产品攻关计划，开发出具有独立知 识产权的电子式安全气囊产品。目前，该公司共为国内 20 多个汽车生产厂家的 30 多个车型研发、配套安全气囊，已形成单班年产 20 万套安全气囊总成、120 万只气囊、15 万只饰盖的生产能力，是国内同行业中首家实现为整车配套的企业。近年，他们还与国际著名的安全气囊供应商签订加工安全气囊零部件的协议，产品将走向欧洲、北美等国家。
2000 年以来，我国安全气囊市场需求平均每年都有超过 200% 的速度在增长，到 2004 年我国安全气囊市场总配套量接近 400 万套。目前，国内生产安全气囊企业有近 20 家，2004 年产量超过 200 万套，安全气囊的国产化率超过 50% 。国内安全企业的生产和配套市场基本上分外资企业和国产企业两大阵营。外资企业主要以 Autoliv 、Plast、T akawa、Mobis 等为代表，国内 80% 以上的安全气囊由他们生产，外资企业占据着我国安全气囊的中高端配套市场。国产企业主要是以锦州锦恒、东方久乐、上海比亚迪等为代表，他们国内安全气囊的产量只占 15% 左右，主要在一些国产化的经济型乘用车有所配套。我国安全气囊在经历安全气囊的进口高峰后，进口安全气囊的高速增长是势头已经跌落，2005 年上半年已经出现进口负增长。目前，进口安全气囊在国内配套市场所占比重不到一半。2004 年底开始，跨国安全气囊企业相继在中国投资气囊组件的生产，加强了安全气囊上游零部件本地化供应配套的能力。到 2 007 年，我国 80% 以上的安全气囊组件将实现本地化生产。目前，我国安全气囊零部件 ECU 、气体发生器、气袋、布料的国内采购率只有 5% 左右，气囊组件配套还有很大的发展空间。
1.3国内安全气囊的评价
尽管我国安全气囊的研究与发展已初具基础和规模, 但是离世界先进水平还相距甚远, 这些差距主要包含安全气囊法规、撞车实验系统、安全气囊的设计、制造和测试等方面。事实上, 我国的撞车实验系统还不能完全满足美国 FMVSS208 条款的技术要求; 其次在安全气囊方面, 我们还缺少关键技术的自主知识产权; 此外, 传感器、气体发生器和气囊的技术规范及检测还未达到一个令人满意的状态。因此，我们业内人士还要付出艰辛的努力！
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增长最快的一部分。汽车的安全设计在整车设计中所占的比例也越来越大。汽车安全性分为主动安全和被动安全两种，主动安全系统旨在提高车辆行驶的稳定性，防范事故于未然。被动安全系统是事故发生后开始起作用，以减缓事故严重程度。汽车安全气囊属于被动安全系统。我国 2000 年实施了 CMVDR 294 《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》，该法规等效于欧洲 ECER94 法规。最近，我国的侧面碰撞法规已经开始实施，这将对我国车辆的碰撞安全性能和驾乘人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，将带动中国汽车电子市场的发展。据预测，2009 年前排乘客侧面保护气囊的安装率将会是 2006 年的 2 倍，侧气帘的安装率将是 2006 年的 4 倍。
随着科技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得很快，智能化、多安全气囊是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。
新的技术可以更好地识别乘客类型，采取不同的保护措施。系统采用重量、红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，进而在碰撞时判断是否点爆气囊、采用 1 级点火还是多级点火、点爆力有多大，并与安全带形成总体控制。通过传感器，气囊系统还可以判断出车辆当前经历的碰撞形式，是正面碰撞还是角度碰撞，侧面碰撞还是整车的翻滚运动，以便驱动车身不同位置的气囊，形成对乘客的最佳保护。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，有一种应用面比较窄，但是非常重要的网络即 Safe-By-Wire 。 Safe-By-Wire 是专门用于汽车安全气囊系统的总线，Safe-By-Wire 技术旨在通过综合运用多个传感器和控制器来实现安全气囊系统的细微控制。
Safe-By-Wire Plus 总线标准是由汽车电子供应商和部件供应商如飞利浦、德尔福等公司提出。与整车系统常用的 CAN 、FlexRay 等总线相比，Safe-By-Wire 的优势在于它是专门面向安全气囊系统的汽车 LAN 接口标准。为了保证系统在汽车出事故时也不受破坏，Safe-By-Wire 中嵌入有多重保护功能。比如说，即使线路发生短路，安全气囊系统也不会因出错而起动。Safe-By-Wire 技术将会在汽车安全气囊系统中获得广泛的应用。
汽车安全气囊作为一种设想提出来后到今天成为必需的安全装备在汽车上广泛应用已经过了整整半个世纪的历程。安全气囊有效地减小了在汽车碰撞事故中乘员的伤亡，它的保护效果在汽车安全研究领域得到广泛的认识和高度重视。随着汽车安全气囊的普遍推广应用，安全气囊系统的各关键技术环节均成为汽车安全研究领域的重点。
当前安全气囊新技术的开发研究可以概括为向着气囊的智能化、小型化、多样化、无污染的方向发展。
（1）安全气囊的智能化
传统的正面碰撞安全气囊系统是根据前座乘员的常规乘座位置和气囊的理想点火时刻为原则设计的。但是在实际的汽车碰撞事故中，影响气囊保护性能的因素很多，例如乘员的身高和体重、乘员相对于方向盘河南机电高等专科学校毕业论文 7 或仪表板的位置、碰撞的剧烈程度等等。不同的碰撞条件及乘员和乘员的位置的变化会导致乘员不是在最佳时刻与气囊接触，从而降低对乘员的保护效果。为了充分发挥安全气囊的保护效果，自适应式或称为智能型安全气囊的概念也就应运而生。 近年来，智能型安全气囊的研究致力于开发一种能够最大限度地保护乘员的安全气囊系统。 这 种气囊系统能够在汽车碰撞的一瞬间根据碰撞条件和乘员状况来调节气囊的工作性能。智能型气囊的关键技术之一是先进的传感系统和电子运算系统，它们在事故发生的短暂时刻内能够提供可靠的碰撞环境的信息。这些信息包括汽车碰撞的剧烈程度，碰撞的方位，乘员的身材、体重、位置，乘员是否系有安全带。智能气囊系统根据原有探测的信息作出判决怎样调节和控制气囊的工作性能，使气囊能充分发挥其保护效果。
(2)安全气囊的小型化
缩小安全气囊总成的体积是当前发展的趋势 之一。 新型发生器工作时，压缩气体从气罐中喷出充满气袋。这种发生器气体产生率高，因而尺寸小，便于安装布置。
(3)环境保护型安全气囊
采用压缩气体的气体发生器对人体无毒害 ，且易于回收处理，没有环境污染的问题。
(4)安全气囊的多样化
驾驶员和前座乘员安全气囊已成为轿车生产 中的标 准设备，作为正碰撞事故中的安全措施。侧面碰撞气囊正在迅速发展。不同设计形式的侧碰 撞气囊可分别安装在坐椅靠背外侧、车门中部、车身中立柱、车身顶部与车门交界部位。这些安装在不同部位的侧碰撞气囊可分别起到保护乘员头部、胸部和臀部的作用。
正在研制的新型保护气囊还有以下 5 种：
①安装在转向盘下方膝垫部位的安全气囊可保护下脚正碰撞中免受伤害。
②安装在制动踏板下的安全气囊以保护脚和踝关节在正碰撞中免受伤害。
③安装在前座椅靠背上的安全气囊以保护后座乘员。
④安装在汽车发动机罩下的安全气囊，保护行人。
⑤安装在前挡风玻璃边框的安全气囊以减少行人在汽车碰撞事故中头部的损伤。
2.1 汽车安全气囊的组成
驾驶员处的安全气囊是存放在方向盘衬垫内，因此，当您看见方向盘上标有"SRS" 或"Airbag"字样，就可知此车装有安全气囊。安全气囊系统主要由传感器、微处理器、气体发生器和气囊等主要部件组成。传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀。气囊装在方向盘毂内紧靠缓冲垫处，其容量约 5 0 至 90 升不等，做气囊的布料具有很高的抗拉强度，多以尼龙材质制成，折叠起来的表面附有干粉，以防安全气囊粘着在一起在爆发时被冲破；为了防止气体泄漏，气囊内层涂有密封橡胶；同时气囊设有安全阀，当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体，避免将乘客挤压受伤；气囊中所用的气体多是氮气。
Srs 中电控系统中的传感器，按其功能可分为碰撞强度传感器和防护碰撞传感器；而碰撞强度传感器按其安置位置又可分为包括左前碰撞传感器，右前碰撞传感器和中央碰撞传感器的前碰撞传感器和中心碰撞传感器两种。
碰撞传感器和防护碰撞传感器串连在一起，其功能都是检测车辆发生碰撞时的惯性力或减速度值，并把信号传输给 srs 的 e cu。所不同的是，碰撞强度传感器是用来检测车辆发生碰撞时所受碰撞的激烈程度，其信号是供系统的控制单元判断是否引爆点火剂 而使气体发生剂给气囊充气；而防护碰撞传感器则是防治碰撞强度传感器短路而导致安全气囊误膨开，其信号是供控制单元判断是否发生碰撞。
ECU为一独立安装的控制系统，它不与其他系统的控制单元合用，其功能是接受个传感器发来的信号并判断是否引爆使气囊膨开。
2.2 安全气囊系统的分类
1.按引爆方式分类
按引爆方式分类，安全气囊系统可分为机械控制式和电子控制式两类。机械控制是安全气囊系统 机械控制是安全气囊系统不需要电源，电子电路和电路配线，其全部零件都组装在转向盘装饰盖板的下面，检测碰撞动作和引爆点火剂都是利用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）电子控制是安全气囊系统 电子控制式安全气囊系统是目前普遍采用的一种安全气囊系统。这种类型的传感器是利用碰撞传感器来检测碰撞信号并把信号发送到安全气囊系统的控制单元，控制单元根据碰撞传感器发送来的信号由在其内部预先设置的程序不断不得进行数学计算和逻辑判断，当判断结果是发生碰撞时，srs 的 ecu 便立即发出点火指令引爆点火剂，点火剂引爆时所产生的大量热量使叠氮化钠药片的气体发生剂分解，产生大量的氮气使气囊膨开。
(2)目前日本的本田公司的雅阁，市民，丰田公司的凌志，皇冠，佳美，日产公司的尼桑星球，瑞士沃尔沃公司的 850,960，美国福特公司的林肯城市，通用公司的凯迪拉克，国产轿车的红旗世纪星，奥迪 a6 ，帕萨特 b5，捷达王以及高尔夫等轿车采用的都是电子控制式安全气囊系统 。
2.按安全气囊数量分类
按安全气囊数量分类可分为单安全系统，双安全气囊系统和多安全气囊系统。
（1）单安全气囊系统 单安全气囊系统，只是在驾驶员侧的转向盘中安装拉一个安全气囊。
（2）双安全气囊系统近几年生产的轿车大多都采用拉双安全气囊系统，即在驾驶员侧和前座乘员侧各安装了一个安全气囊，如本田雅阁，市民，丰田佳美，马自达 626,929，福特林肯城市及国产的奥迪 a6 等轿车均采用的是双安全气囊系统。由于前座乘员在汽车发生碰撞时的危险性比驾驶员的要大，所以前座乘员侧的安全气囊的尺寸通常比较大，并与驾驶员侧的安全气囊同时起作用。
（3）多安全气囊系统多安全系统是指在车上安装了 3 个或 3 个以上的安全气囊。例如，瑞典沃尔沃 850,960，通用的别克，上海大众帕萨特轿车等。
3.按保护类型分类按保护类型分类
安全气囊系统可分为驾驶员用安全气囊，前排成员安全气囊，防侧撞安全气囊和后座成员用安全气囊。
（1）驾驶员用安全气囊 驾驶员用安全气囊是汽车最广泛采用的安全气囊，他在车辆发生碰撞时对驾驶员起保护作用。这种气囊分为美式和欧式两种，并安装在转向盘中。 美式安全气囊的设计原则是嘉定驾驶员未系座椅安全带时车辆发生碰撞，为了更好的保护驾驶员，所以气囊体积较大，约 6 0 升。欧式安全气囊则是假定驾驶员系上安全带时车辆发生碰撞，这时由于安全带已起保护作用，所以其体积较小，通常约为 40 升。
（2）前排成员用安全气囊 前排成员用安全气囊也分为欧式，美式两种。由于前排成员在车内的位置不固定，所以设计的安全气囊的体积也较大，以保证在发生撞车时成员免受伤害。通常美式前排成员用安全气囊体积约为 160 升，欧式前排成员安全气囊设计约为 75 升。
（3）防侧撞安全气囊 根据使用要求的不同，防侧撞安全气囊可以安装在车门上横梁中，车门内板中或座椅侧面。安装在车门上横梁中的防侧撞安全气囊，用以保护乘员的头部，安装在车门板内的防侧撞安全气囊和安装在座椅侧面的防侧撞安全气囊，用以保护乘员的胸部和心，肺脏等重要器官。由于空间的限制，通常防侧撞安全气囊的体积都较小，安装在车门板内的 安全气囊体积通常为 35~40 升，而安装在座椅侧面的安全气囊体积仅为 12 升左右。
（4）后排座成员用安全气囊
近年来，由于对后排座成员的安全防护的重视，所以在后排座椅上不仅安装了安全带，而且还在前排座椅的后面安装了保护后排座成员的安全气囊。
后排座成员安全气囊在结构上同其他安全气囊基本相同，其体积通常可达 100 升。在车辆发生碰撞并引爆后，安全气囊 便在后排座乘员与前排座椅间形成一个防护气垫，从而达到对后排座成员的保护作用。
2.3汽车安全气囊的工作原理
当车辆发生碰撞时，安全气囊控树模块快速对信号做出处理，确认发生碰撞的严重程度已超出安全带的保护能力，便迅速释放气囊，使乘员的头、胸部直接与较为柔软有弹性的气囊接触，从而通过气囊的缓：中作用减轻乘员的伤害。一般说来，轻微的碰撞不会打开安全气囊，只有在车辆正面一定角度范围内才是打开安全气囊的有效碰撞范围，后碰、侧碰、翻转都不会引发安全气囊打开。 需要强调的是，安全气囊只是辅助，在不系安全带的状况下，安全气囊不但不能对乘员起到防护作用，还会对乘员有严重的杀伤力。安全气囊的爆发力是惊人的，足以击断驾驶者的颈椎。因此，系好安全带是安全气囊发挥保护作用的一个重要条件。
早期的安全气囊为机械式安全气囊系统，现在国内外气囊厂家主要采用的是电子式安全气囊系统。基本型安全气囊系统包含了驾驶员、乘员正面保护安全气囊及安全带预紧装置。
电子式安全气囊系统特点是由传感器感知车辆运动情况，由 MCU 监控并作出判断，判断当前的事件是否是严重碰撞事件，如果是严重碰撞事件则驱动气囊展开，保护驾乘人员的安全。安全气囊作用过程为：碰撞发生后 0 ～20ms 内传感器将信号输送到中央电子控制器（ECU ），ECU 判断后确认是严重碰撞则引发气体发生器，在 20 ～60ms 内高温、高压气体（氮气）经过滤冷却进入气袋，气袋张开形成气垫，将乘员与车内装备隔开，60 ～100ms 后气袋排气孔打开，气囊泄气并收缩。气体的阻尼作用吸收了碰撞的能量，缓解了气囊对乘员头部和脸部的压力，乘员陷入较柔软的气囊中，使得乘员得到保护。最后气体全部从排气孔排出，气囊瘪下。为安全气囊系统基本装车形式，图中 DAB 是驾驶员气囊，PAB 是乘员气囊，PSB 是安全带预紧装置。
由于安全气囊系统属于汽车安全部件，它所采用的电子器件均有较高的特殊性能要求，需要精度高、可靠性好、抗干扰能力强等特点。
常规安全气囊的电子控制系统包括加速度传感器和 MCU 等。当前国内外气囊厂家常用的安全气囊传感器为微机电系统（MEMS）传感器，MEMS 传感器的感应范围比较宽，可以感应 1G 到 100G 值的加速度，感应方向可从单轴向到三轴向，在正面、侧面、垂直三个方向感应汽车碰撞过程中的加速度变化，并输出模拟信号。
安全气囊控制要求 MCU 运算能力强、I/O 口充足等，从可靠性角度考虑，需要使用汽车级的具有一些特殊功能模块的 MCU 。根据系统性能的不同要求使用的 MCU 有 8 位、16 位，对于更复杂的系统，许多气囊系统供应商已经采用了 32 位的高性能。
现代安全气囊系统由碰撞传感器，缓冲气囊，气体发生器及控制块等组成。气体发生器。安全气囊系统要求气体发生器能够在较短的时间内（30 ms 左右）产生大量的气体充满气囊，产生的气体必须对人体无害，且不能温度太高，同时要求气体发生器有很高的可靠性和稳定性。气体发生器主要有：压缩气体式、烟火式和混合式三种型式。混合式气体发生器是压缩气体式和烟火式相结合的发生器，也是目前广泛应用一种 气体发生器。控制装置。一般集成 在 微 计 算 机 中 。 当 汽 车 发 生 碰 撞 事 故时 ， 电 控 装 置 接 收 多 个 传 感 器 传 来 的 车 身 不 同 位 置 的 减 速 信 号 ， 经 过反 复 不 断 的 分 析 、 比 较 、 计 算 ， 决 定 是 否 发 出 点 火 信 号 。 要 求 控 制 装置 能 够 在 复 杂 的 碰 撞 情 况 下 作 出 非 常 准 确 的 判 断 ， 点 火 时 刻 也 必 须 精确 控 制 。
虽然安全气囊在结构上会有所不同，但其工作原理基本一致。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）对这些信息加以分析判断，如果所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值（即真正发生了碰撞），则控制装置向气体发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 或将储气罐中压缩氢气释放出来充满碰撞气袋。乘员与气袋接触时，通过气袋上排气孔的阻尼吸收碰撞能量，达到保护乘员的目的。
安全气囊根据安装的位置及保护对象不同，主要分为：对驾驶员进行保护的气囊，装在方向盘内，防止驾驶员与转向盘、仪表板及前挡风玻璃发生碰撞；对前排乘员进行保护的气囊，装在仪表板内，防止乘员与仪表板、前挡风玻璃发生碰撞；对后 排乘员进行保护的气囊，一般安装在前排座椅的靠背上后部或头枕内部，防止乘员与前排座椅发生碰撞。由于后排乘员受到的伤害程度较轻，后座椅安全气囊一般只在高级轿车上使用。
汽车的安全气囊内有叠氮化钠、或硝酸铵等物质。当汽车在高速行驶中受到猛烈撞击时，这些物质会迅速发生分解反应，产生大量气体，充满气囊。
新型安全气囊加入了可分级充气或释放压力的装置，以防止一次突然点爆产生的巨大压力对人头部产生的伤害，特别在乘客未佩戴安全带的时候，可导致生命危险。具体形式有：
①分级点爆装置，即气体发生器分两级点爆，第一级产生约 40%的气体容积，远低于最大压力，对人头部移动产生缓冲作用，第二级点爆产生剩余气体，并且达到最大压力。总的来说，两级点爆的最大压力小于单级点爆。这种形式，压力逐步增加。
②分级释放压力方式，囊袋上开有泄压孔或可调节压力的孔，分为完全凭借气体压力顶开的方式或电脑控制的拉片 Tether。这种方式，一开始压力达到设定极限，然后瞬时释放压力，以避免过大伤害。
第三章 汽车安全气囊的应用及展望
压空属于物理储能方式的一种，它与抽水蓄能齐名，无论是存储时间、放电功率、还是运行寿命，都有着卓越的表现，但它同样有着自身的缺点，比如系统复杂，比如受地域影响等。
一 压缩空气原理
压缩空气的基本原理很简单，在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式，原理如下图所示。若需要更近一步解释，你只需锁定储气罐内的空气即可，两个动作，充气时储存能量，膨胀时释放能量。
然而，如果你在此处宣布已经掌握了压空技术，为时过早。要知道，原理不能解决任何问题，需要在原理的基础上舔砖加瓦，优化利用，才能达到合理的应用标准。于是，压空的各种变异横空出世，为了便于理解，我温度、压力、容积等方面着手，一步步深入介绍。
1.1 温度
我先强调一点：温度是一种能量。对于压缩机而言，压缩过程温度越低，耗费电能越少；与之相反，对于膨胀机而言，膨胀起始点温度越高，膨胀过程中得到的有用功越多。所以，降低压缩温度，或者提高膨胀进气温度，是提高系统效率的一种重要而有效的手段。请看下图变异1，在压缩机的出口增加了冷却器，以回收压缩热，在膨胀机（或涡轮机）的入口增加回热器，以提高进气温度。回热器的热量可由冷却器供给，如果必要，涡轮机的出口废弃也可以进一步回收，这取决于废弃的温度品味。该系统叫称为回热式系统。
相较于原理型系统，回热系统储电效率有所增加，然而它的不足在于，冷却器和回热器分开设置，在热量回收过程中存在较大热损失。为解决这一问题，有人提出绝热压缩空气系统，变异2，参照下图。将压缩过程中产生的热量存储起来，然后在发电过程中用这部分热量预热压缩空气，冷却器和回热器合为一体，对外进行绝热处理，业内称作先进绝热压缩空气储能系统（AA-CAES），该系统面临的最大挑战是如何经济、有效地设计和制造出压力工作范围大的压缩机、涡轮机和除热器。
一切比较完美，但还忽略一点，即使100%回收利用，压缩过程中产生的热量不足以使涡轮机持续长时间稳定运行，换句话说，只靠自身的热回收很难保持系统抵抗外部负荷波动。热量不够怎么办？引进额外热源，天然气，将天然气与来自储气罐的高压空气混合燃烧，推进涡轮机旋转发电。请看下图，变异3。对比以上系统，它的可靠性最高，稳定性最强，灵活性最优，所以在德国1978年建造首套压空储能电站时，果断采用这种方案。然而，变异3的引发的问题在于：消耗化石能源，增加温室气体排放。于是在国内做压空系统的高校研究所想方设法消除对外在热源的利用，比如清华大学的卢强院士，推非补燃压空系统。此处必须加句评论，难度都很大，不用补燃，系统复杂程度会提高，可靠性也会有波动，平衡各个功能单元，是一件技术含量很高的工作。
2 压力
谈到这里，如果你站起来宣布掌握了压空技术，我会告诉你又早了。除了温度之外，还有一个参数没有讲，压力！与温度相比，压力的影响更加多元。压缩阶段，压力越高，同等温度下空气密度越大，同等体积的储罐储存的空气量更多，储能密度更高；膨胀阶段，初始入口压力越高，出口压力越低，有用功输出越高。
现在的问题来了，能不能只使用一台压缩机，比如从1个大气压直接压缩到100个atm？膨胀过程从40个atm膨胀到1atm？我可以负责任的告诉你，理论上可以，但如果你真敢这么做，保证系统电-电转换效率会低的让你下不来台！如何解决这一问题？热力学给出的指引是多级压缩，中间冷却，可显著降低压缩过程中的电力消耗；多级膨胀，中间加热，可显著增加膨胀过程中的发电量，综合起来，储电效率必然显著提高。
下图为非补燃多级压缩系统图，可以看出，在每台压缩机后加装热回收器，通过回热系统将热量传递到各级膨胀机的入口处。
当系统采用绝热压缩时，综合多级压缩和多级膨胀，组成的系统如下图所示。
采用燃气补热的系统，多级压缩阶段与非补燃一致，不同的是在各级膨胀机入口加装燃烧室，详见下图。
1.3 容积
压空系统的技术痛点在于气体的密度太低，常压下空气密度为1.25kg/m3，即使在10Mpa高压下密度也只有100kg/m3左右，相比水的1000kg/m3，差了足足十倍，这意味在相同储存质量下，空气的罐子要比水大十倍。要解决大规模空气存储的方法至少有3个，方法一，就地取材，寻找废弃的矿井，进行密封承压方面的改造，然后将空气压入其中，这种方法既经济又可靠，而且储量惊人，比如德国的Huntorf压空电站可储存30万立方的空气，但是，这种方式受制于地形限制，灵活性差，比如我想在南京建一座压空电站，即使金坛的溶洞再优越，我也用不上。方法二，高压储气罐，该方式操作灵活，完全不受地域地形限制，比如中科院在廊坊的示范项目，采用2个直径2.4m，长10m的储罐，每个储存45m3的高压空气，储罐压力10Mpa，储罐设备属于特种设备范畴，无论从制造，安装还是运行，都要经过严格的检查，成本相对较高。方法三，空气液化。为了进一步减小储罐体积，有专家想到了变态，将气体液化，密度将增加上百倍，于是体积减少上百倍，通过设计，使膨胀机出口的空气温度低于78.6K（-196.5℃）时，空气被液化，系统流程见下图，这种系统的特点是体积小，管路复杂，效率低。我在一次讲座上跟东大热能所的肖睿教授聊天时得知，他测算过液化压空储能的理论效率60%，实际效率能打七折就已经很不错了。
1.4 冷热电三联供
在储能领域，压空算是个另类，不能用传统的评价标准衡量它，比如只追求电-电存储效率，压空肯定毫无优势，非补燃机组能达到40%已算很不错了。但它在发电的同时，还能兼顾供冷和供热，俗称冷热电三联供，其实原理没有任何改变，只是将压缩过程产生的热量用于供热，膨胀机出口的低温空气用于制冷，膨胀产生的有用功用于发电，详见下图。冷热电三联供的特点是能源利用效率高，若以热能利用为基础测算，系统效率可达70-85%。
二 系统特点
在储能家族中，压空和抽水蓄能属于一个阵营，即是一种可以大功率，长时运行的物理储能技术，各种技术对比见下图（CAES），技术特点如下：
（1）输出功率大（MW级），持续时间长（数小时）；
（2）单位建设成本低于抽水蓄能，具有较好的经济性；
（3）运行寿命长，可循环上万次，寿命可达40年；
（4）环境友好，零排放。
三 系统结构
一套完整的压空系统五大关键设备组成：由压缩机、储气罐、回热器、膨胀机以及发电机，结构详图如下。
3.1 压缩机
压缩机是一种提升气体压力的设备，见下图。压缩机的种类和压缩方式各不相同，但设计者会更关心它的进出口压力参数，表征为四个参数，一是工作压力区间，二是压缩比，即进出口压力比值，三是进出口温度或绝热效率，四是压缩功率与流量。清华大学卢强院士的500kw压空系统中所用其中一台压缩机参数为：进气压力1atm，25℃，排气压力3.5atm，143℃，压缩比3.5，轴功率76.7kw。
3.2 储气罐
储气罐是高压空气的出厂场所，说白了就是一个岩洞或者一个罐子。这里还是要强调，温度是一种能量，60℃和20℃条件下，空气的能量大不一样，所以有必要对储罐进行保温处理，尽量维持罐内温度一致，减小对流损失。尺寸与耐压等级等制造问题，交给工厂。
3.3 回热器
回热器是热交换器的统称，包括预热器，冷却器，换热器等等，回热器的功能是通过温差传热回收热量，达到节能效果。
3.4 膨胀机
膨胀机的英文名字叫“turbine”，又叫透平，也有叫涡轮机的，它的功能是通过膨胀，将空气的内能转化为动能，推动与之相连的发电机，又将动能转化为电能，见下图。标定膨胀机的参数有进出口压力与温度，膨胀系数等。
3.5 发电机
发电机是一种发电设备，将各种形式的能量转化成电能，此处略过。
四 压空系统应用领域
（1）调峰与调频。大规模压空系统最重要的应用就是调峰和调频，调峰的压空电站分为两类，独立电站以及与电站匹配的压空系统。
（2）可再生能源消纳。压空系统可将间断的可再生能源储存起来，在用电高峰期释放，可显著提高可再生能源的利用率。
（3）分布式能源。大电网和分布式能源系统结合是未来高效、低碳、安全利用能源的必然趋势。由于压空具备冷热电联供的优点，在分布式系统中将会有很好的应用。
五 性能评价指标
为了更清楚表达工作过程的能量传递，我借用了哈佛大学Azziz教授论文中的一张图，见上图。其中W为电功，Q为热量，箭头向内代表进入系统，向外表示系统输出，流程箭头代表空气流向。一目了然，比如压缩机工作消耗的电能来自于电网，膨胀时向电网输出电能，都能直观看到，并且判断：系统用电越小越好，回收的热量越多越好，向外输出的电能越大越好。
在我看来，表征系统性能的参数主要有两个，一个是电能存储效率，另一个是系统能量效率。电能存储效率是电能输出与输入的比值，这对电网运营至关重要；系统能量效率是输出的电能+热能与输入之比，表征整个系统的总效率，这对压空系统至关重要。
六 国内外压空项目
6.1 德国Huntorf
Huntorf是德国1978年投入商业运行的电站，目前仍在运行中，是世界上最大容量的压缩空气储能电站。机组的压缩机功率60MW，释能输出功率为290MW。系统将压缩空气存储在地下600m的废弃矿洞中，矿洞总容积达3.1×105m，压缩空气的压力最高可达10MPa。机组可连续充气8h，连续发电2h。该电站在1979年至1991年期间共启动并网5000多次，平均启动可靠性97.6%。电站采用天然气补燃方案，实际运行效率约为42%，扣除补燃后的实际效率为19%。
6.2 美国McIntosh
美国Alabama州的McIntosh压缩空气储能电站1991年投入商业运行。储能电站压缩机组功率为50MW，发电功率为110MW。储气洞穴在地下450m，总容积为5.6×105m，压缩空气储气压力为7.5MPa。可以实现连续41h空气压缩和26h发电，机组从启动到满负荷约需9min。该电站由Alabama州电力公司的能源控制中心进行远距离自动控制。与Huntorf类似的是，仍然采用天然气补燃，实际运行效率约为54%，扣除补燃后的实际效率20%。
6.3 日本上砂川盯
日本于2001年投入运行的上砂川盯压缩空气储能示范项目，位于北海道空知郡，输出功率为2MW，是日本开发400MW机组的工业试验用中间机组。它利用废弃的煤矿坑（约在地下450m处）作为储气洞穴，最大压力为8MPa。
6.4 中国
我国对压缩空气储能系统的研究开发开始比较晚，大多集中在理论和小型实验层面，目前还没有投入商业运行的压缩空气储能电站。中科院工程热物理研究所正在建设1.5MW先进压缩空气储能示范系统，该系统为非补燃方案，理论效率41%，实际运行效率33%。
在建的项目有江苏金坛压缩空气储能电站，利用盐穴储气，占地60.5平方公里，最大容腔体积32万㎡。
七 国内企业和机构
7.1 中科院热物理所
中科院工程热物理所在10MW先进压缩空气储能系统研发与示范方面，已完成10MW先进压缩空气储能系统和关键部件的设计，基本完成宽负荷压缩机、高负荷透平膨胀机、蓄热（冷）换热器等关键部件的委托加工，正在开展关键部件的集成与性能测试；全面展开示范系统的集成建设，于2016年6月完成。
7.2 清华大学电机系
清华大学电极控制理论与数字化研究室，由卢强，梅生伟等带头，该团队主要研究智能微电网，压缩空气储能等，压空方面的主要路线为非补燃型压缩空气储能技术。
7.3 澳能（毕节）
澳能集团有限公司简称澳能工业，成立于2011年，是在与中国科学院工程热物理所合作开发超临界压缩空气储能技术，利用电网负荷低谷期的余电或可再生资源发电不能并网的废电将空气压缩到超临界状态并存储压缩热，利用系统过程存储的冷能将超临界空气冷却液化存储（储能）；在发电过程中，液态空气加压吸热至超临界状态（同时液态空气中的冷能被回收存储），并进一步吸收压缩热后通过涡轮膨胀机驱动发电机发电（释能）。通过系统热能和冷能的存储、回收，实现系统效率的提高。超临界压缩空气储能利用空气的超临界特性，同时解决了传统压缩空气储能依赖大型储气室和化石燃料的两个技术瓶颈。
关于微控新能源
深圳微控新能源技术有限公司（简称微控或微控新能源）是全球物理储能技术领航者。公司全球总部位于深圳，业务覆盖北美、欧洲、亚洲、拉美等地区，凭借“安全、可靠、高效”的全球领先的磁悬浮能源技术，产品与服务广泛受到华为、GE、ABB、西门子、爱默生等众多世界500强企业的信赖。
面向未来能源“更清洁、高密度、数字化”的三大趋势，公司持续致力于为战略性新兴产业提供能源运输、储存、回收、数据化管理提供系统解决方案。
空压机说明书
一、工作原理
皮带传动式单级压缩机是由电机（马达）经三角带，驱动压缩机主机皮带轮带动曲轴，作旋转运动，空气进入空气滤清器通过进气阀进入气缸，通过连杆使活塞在气缸内作往复运动压缩空气，引起气缸容积变化，在压缩行程中，由于气缸容积的缩小，气缸内的空气压缩到额定排气压力后，通过排气阀的作业，经过排气管、单向阀进入储气罐。
皮带传动式两级压缩机简言之：是由一级压缩空气通过连接管再进入另一只气缸，将气缸内空气压缩到额定排气压力后，通过排气阀的作用，经过排气管、单向阀进入储气罐，压缩机装有自动压力开关控制电机，当储气罐的空气压力达到所调整的排气压力时（出厂前已调整好，请勿自行调整），空压机自动停机，当储气罐的空气压力降低0.4MPa－0.5MPa（低压）或0.6MPa－0.8MPa（高压）时，压缩机会重新启动，从而使储气罐里的压缩空气的压力保持在一定的范围内，达到自动控制的目的。
二、安装及准备
1、使用本机前务必检查机头，皮带轮螺丝及各部件螺丝是否松动，并锁紧之。
2、使用本机前，务必详细阅读本机使用说明书。
3、空压机必须放置于清洁、干燥、通风的地方。皮带轮传动方向的一侧靠墙或其它物品时，最小距离应大于30cm以上，[wiki]环境[/wiki]温度-20℃－40℃为宜。
4、启动前必须检查空压机油量是否足够，标准油位应在油镜中红圈（或红线）的中线位置，油位不得过高或过低。
5、外接电源时请参照本说明书中（空压机外接电源配线标准）配电源线。在接线前，务必按空压机出厂时的引出线连接，禁止的空压机所配电机接线盒，内外接电源。
6、确认电源电压及频率是否符合本机产品合格证所规定的电压及频率，安装空压机时，必须安装塑料外壳式断路器（空气开关），禁止使用闸刀控制空压机。
7、确认所购空压机是否符合您所需要的额定排气量和额定排气压力。
三、使用、维护和保养
1、使用前应检查压缩机皮带轮转动方向，是否符合压缩机防护罩所粘贴的箭头方向。
2、启动或停止空压机必须用压力开关控制，拔起压力开关的圆钮，空压机即启动；反之，空压机即停止。
3、在使用过程中，若发现空压机有异常情况，应立即切断总电源，待事故排除后，方可重新启动。
4、当本机储气罐有相对压力时，务必拉起安全阀的拉环，检查安全阀是否排气。如有故障，须检修合格方可使用本机。
5、在使用过程中，如遇突然停电，首先应立即按下压力开关的圆钮，再切断总电源。÷
6、新机运转50小时后，应检查所有紧固件是否松动，并更换润滑油，勿将不同型号润滑油混用，冬季使用HS－13＃压缩机油，夏季使用HS－19＃压缩机油。换机油时，必须切断总电源，拧开空压机主机油箱下方放油孔螺丝，放毕应拧紧螺丝，方可加油。
7、每日检查油面高度，缺油时添加，但不要超出或低于油镜中线位置。
8、每日泄水，因为空气中本身含有水份，首先关闭空压机，然后切断总电源，打开放气阀，将储气罐内的压缩空气放掉，待压力表指针为0时，方可打开储气罐底部的放水阀排放，放毕并紧固。
9、每月清洗空压机之空气滤清器（工作环境恶劣的要缩短清洗周期），拆下空气滤清器，视滤芯油污或阻塞情况，决定清洗或更换。
10、定期或不定期检查三角带的松紧度或损坏情况，在切断电源确认安全后，方可调整适度，于两皮带轮之中点将三角带压下，使其低下10－15mm为宜
若因①三角带过紧则负荷增加，马达容易发热耗电，皮带张力过甚容易断裂。
②三角带过松，则容易滑动而产生高热，容易损坏皮带，且使空气压缩机回转数不能稳定。
11、每月对空压机[wiki]设备[/wiki]的油垢进行彻底清理，确保空压机之美观。
12、工作结束，必须关闭空压机之压力开关圆钮，切断总电源并将空压机卸载。
13、空压机的使用方法图示：
四、常见故障及排除
空气压缩机可以转动时
1、回转方向不对 马达接线错误－改变接线
2、压缩机零件过热 使用压力过高－降低使用压力
进气管太小太长－更换较大较长之管
空气滤清器或[wiki]阀门[/wiki]积碳堵塞－拆下清理
阀组破损或未定位－送专门工厂修理
衬垫漏气－更换新品
活塞环或气缸磨损－送专门工厂修理
转速太快－减低转速
润滑不适当－参阅说明书适当润滑
周围温度太高或通风不良－移置通风良好处
3、回传缓慢 电压降低－请电力公司检修
接用电线过细或过长－改用较粗较短的电线
皮带过松－调整皮带
马达故障－送电机厂修理
4、振动激烈 排气压力过高－降低排气压力
转速太高－降低转速
V型皮带不正或飞轮松动－重新调整
曲轴变形－送专门工厂修理
5、压力无法升高或达到额定压力 阀片作用不良－打磨或更换阀片
阀片漏气－打磨或更换阀片
阀座弹簧失灵－更换新品
阀片附碳或油漆等异物－拆除清洗
安全阀漏气－拆开清洗修理或更换新品
排气阀、单向阀、管接头等漏气－整修拧紧或更换新品
活塞环磨损－更换活塞环
6、转动时有“咳－咳”异声 阀座松动－锁紧阀座
活塞冲击气缸盖－加厚衬垫
连杆轴瓦合金磨损－轴瓦合金修理换新
皮带轮或轮键松脱－紧固
7、压力表指示不准 压力表故障－更换新压力表
8、皮带滑溜 皮带伸长过松－调整皮带
使用压力过高－降低使用压力
皮带陈旧－更换新皮带
空气压缩机可以转动时
9、润滑油消耗量过多 加油过多－调整油位
活塞环磨损－更换新品
活塞气缸磨损－更换新品
10、电机过热 压力调整过高致超负荷运转－降低使用压力
电压过低或接用电线过长－请电力公司检修或换配较粗电线
排气阀故障－换装新品
轴承烧毁－换装新品
活塞烧毁－换修
皮带太紧中心线未对准－重新调整
11、输出风量减少 需求风量大于额定量－更换较大马力之空气压缩机
输出压力高于额定压力－降低使用压力
进气管太小、太长－更换较大较短管
空气滤清器堵塞－拆下清理
阀组破损或未密合定位－送专门工厂修理
衬垫被破损－更换新品
三角皮带松动－重新调整
安全阀、单向阀漏气－调整之
排气管漏气－更换新品
12、释荷动作失效 释荷阀压杆头端磨耗或其他零件损伤－换修
释荷管路堵塞或泄漏－拆开清洗或换新
释荷活塞卡死－拆开检修或换新
13、储气罐压力过高或安全阀叫响 输出压力高于额定压力调低使用压力
释荷系统损坏、失灵－换修
释荷压力设定过高－降低设定压力
压力表损坏－换新
释荷空气管路漏气－检修并换新
安全阀设定压力过低或损坏－调高安全阀压力换换新
14、阀组磨耗或破裂 阀组污垢－拆下清洗
压力过高－降低使用压力
阀座过热－检视排气管路是否顺畅并清除之
阀座松脱－重新锁紧
污物、杂质进入阀座－拆下清除
阀片断裂－换新
五、空气压缩机不可以转动时
1、无声音 停电－联络电力公司检修
配线或保险丝断掉－换新修理
马达故障－送电机厂修理或换新
2、马达嗡嗡响但不起动 电压降低－电力公司检修
排气阀漏气－拆修排气阀
配线错误－更换配线
马达故障－送电机厂修理
曲轴过紧－拆修
三相电机缺相－检修电路、开关及熔断器
六、空压机外接电源配线标准
1、若空压机外接电源为220V、5Hz时，务必使用额定电流大于电机额定电流的专用插座，不得在插座上插其它电器。
2、空压机必须有良好接地。
3、您购置了空压机设备，请安装专用线路，并更换原来的保险装置。
七、安全注意事项
1、不能在粉尘污染、易燃易爆物品的场所使用空压机。
2、为确保安全，必须在启动空压机之前检查电路、[wiki]机械[/wiki]传动部分，特别是安全阀的灵敏性能，是否正常。
3、禁止将压缩空气对人，畜身上排放。
4、每日必须检查压缩机油位。
5、空压机在运转过程中（停机时在一段时间内主机仍有高温），禁止用手触碰机头或转动部分，以防烫伤或发生事故。
6、使用者必须清楚空压机的操作规程。
7、工作结束，必须切断总电源，并将空压机卸载。
