借用
安全气囊最早用于正面碰撞的防护，安装于驾驶席的方向盘内，之后逐渐推广至安装于副驾驶席的仪表板内，用于侧面碰撞防护安装于座椅内（侧安全气囊），以及安装于车顶内（安全气帘）。为了防止侧翻时乘员被甩出，有的安全气帘也会增加上下长度。还有用于保护下肢、安装于仪表板下端的腿部气囊，以及以保护行人为目的的行人安全气囊。
具有代表性的安全气囊的照片▲
驾驶席、副驾驶席的安全气囊模块的构造▲
驾驶席的安全气囊安装于转向柱内，副驾驶席的安全气囊安装于仪表板内。安全气囊的主要部件为产生气体的气体发生器和气囊，气囊为折叠状态，气体注入后开始膨胀，冲破表皮后展开。
目前，绝大多数车都安装了安全气囊，然而安全气囊刚开始的普及过程却很艰难。现在得以普及，最关键的转折点是美国于1987年将其法制化，为了顺应当时盛行的消费者运动潮流，施行了FMVSS208法规。在日本、欧洲，同样义务要求配备安全带，只是尚未形成法制化。但是，正是由于受到美国将其法制化的积极影响，同时在人们安全意识逐步提高的背景下，所以很快得到普及。
加速安全气囊普及的另一个条件是新车碰撞测试，也就是评价新车的安全性能并形成分数后发布的一系列措施。具有代表性的就是64km/h ODB（Offset Deformable Barrier，偏置变形壁障），以64km/h车速条件与模拟碰撞对象的固定壁障（由铝蜂窝板金属块组装而成）碰撞。在相对速度128km/h的车对车正面碰撞条件下评价乘员保护性能，是非常苛刻的测试（下图）。64km/h ODB是国际上基本统一的试验，欧洲采用Euro NCAP，澳洲采用ANCAP，日本采用JNCAP。
64km/h ODB试验的示例（Euro NCAP）▲
下表为Euro NCAP的评价结果的示例。NCAP的评价称作五星评价，通过星的数量表示车的安全性能。如表中所示，同一整车厂商的同一款车型，升级款比旧款的安全性能提升，星的数量相应增加。
EuroNCAP的评价结果的示例（大型家用轿车）▲
01安全气囊的工作原理
下图为安全气囊的工作原理。碰撞后，车辆前方设置的冲击传感器和ECU内设置的加速度传感器感应到冲击，并判断需要打开安全气囊，则点火装置通电点火，将点火剂的火焰导入气体发生器，由其产生大量气体。接着，产生的气体充满气囊，压力上升使方向盘的外皮被撑开，最后安全气囊完全展开。气囊带有开孔，即排气孔，乘员接触安全气囊后气囊的内压上升，气体通过此孔排出，防止压力过度上升。
安全气囊的工作原理▲
下图为乘员动态和气囊展开的状态，图中是以50km/h的速度碰撞固定壁障的状态，相当于速度均为50km/h条件下车对车的正面碰撞。
乘员动态和安全气囊展开的状态▲
碰撞开始后约10ms时ECU判断需要打开安全气囊，点火装置点火，气囊先猛烈冲破外皮后弹出至最大行程（一次膨胀），接着向侧面膨胀（二次膨胀）。整个过程需要30ms，碰撞后40ms时已完成二次碰撞，做好了保护乘员的准备。碰撞后60ms时乘员的头部开始接触气囊，排气孔开始缓慢排气，同时安全气囊束缚住乘员，大致100ms时结束乘员束缚。
二次碰撞完成之前需要30ms，是因为碰撞30ms之后的加速度难以预测。虽说冲击检测越快越好，但是难以在10ms以内的加速度条件下预测100ms以内的加速度。不同车体构造或碰撞形态等，产生的加速度有所差异。所以，应当在各种车速、碰撞形态条件下对实车进行碰撞试验，并以碰撞试验获得的数据为基础，对加速度传感器进行调节。
02 碰撞试验
碰撞试验装备中，固定壁障的背后安装有电机，通过缆绳牵引实车。随着车辆靠近壁障，缆绳和车的弹簧锁松开，之后凭借惯性完成碰撞。车辆中摆放着模拟乘员的假人，假人身上装有评价碰撞伤害的各种传感器。车辆中还装有许多加速度传感器，进行共计100通道以上的测试。
下图为碰撞试验中采用的碰撞形态的示例。碰撞试验的速度分为三种：要求安全气囊工作的下限速度；安全气囊不工作的上限速度；确认安全气囊的乘员保护性能所需的上限速度。对应各种碰撞形态，按照相应速度进行测试。此外，除了碰撞试验以外，坏路行驶试验、极坏路行驶试验、故意破坏试验等安全气囊不工作模式（刻意破坏模式）的试验也需要调节安全气囊。
碰撞试验中使用的假人按体格差异分类：AM95是假人中最大的，是指超过95%的美国男性的体格，即代表5%的最大体格；AM50为法规及碰撞评价中使用的美国男性的标准体格；AF05是模拟美国体型较小的女性；还有6岁幼童及3岁幼童等模拟儿童的假人。
假人体型的照片▲
03安全气囊系统的构成
安全气囊系统包括前碰撞冲击传感器、侧碰撞冲击传感器、ECU、各安全气囊模块、预紧装置等主要部件。
安全气囊系统的构成▲
为了在碰撞时能够提前响应，冲击传感器布置于缓冲区，将碰撞时的加速度发送至ECU。ECU布置于中央扶手下的地板面，内部装有2个加速度传感器（检测轴不同，分别用于前碰撞和侧碰撞），结合冲击传感器检测的加速度，ECU进行碰撞判断。判断需要打开安全气囊时，系统具有以下功能：向安全气囊模块、预紧装置提供点火电流的点火功能；进行系统故障诊断的功能；碰撞时，即使蓄电池脱落也能确保点火电流的电容器继续供电的功能。
安全气囊ECU的构成▲
响应快速的冲击传感器对局部冲击也会有所反应，所以应结合ECU内的加速度传感器的信息来综合判断碰撞情况。并且，为了防止电气故障导致气囊点火，在ECU中设计了气囊传感器作为串联冗余系统。
点火系统的构成▲
故障模式大致分为不需要时点火的误爆故障和需要时不点火的不爆故障。针对误爆故障，应通过以下设计思路确保系统整体的可靠性。① 提升部件的可靠性。② 设计串联冗余架构，避免单一故障导致误爆。③ 可检测出导致误爆的故障。④ 发现故障后通过提示灯等告知驾驶者，提醒其维修。⑤ 为了避免下一个故障导致误爆，同时进行处理。
针对不爆故障，应通过以下设计思路确保系统整体的可靠性。① 提升部件的可靠性。② 可检测出导致不爆的故障。③ 发现故障后通过提示灯等告知驾驶者，提醒其维修。④ 设计串联冗余架构，解决无法检测出的模式。
近年，新的前碰撞用安全气囊带有两个传爆管，在发生激烈碰撞的条件下同时点火或错时点火，控制压力上升。其次，加上侧碰撞安全气囊、安全气帘、预紧装置等，传爆管超过14个通道的情况也不少见。
因此，将这些电路集成化，实装大规模ASIC（Application Specific Integrated Circuit，为专门目的而设计的集成电路）。例如日本电装公司的ASIC已成为关键部件，具有点火功能、与冲击传感器通信的功能、与CPU相互进行故障诊断的功能，实现了成本降低。
安全气囊是极其复杂的系统，其故障可能直接关乎人命。所以，ECU中装有故障存储器，可读取故障记录。美国高速公路安全管理局（NHTSA）已经开始推动EDR（Event Data Recorder）的标准化。
此外，为了能够重现事故时的碰撞情况，也要记录碰撞时的加速度波形及速度变化量。
04安全气囊的传感器
安全气囊在工作过程中，如果碰撞形态相同，碰撞速度越高则产生的加速度越大。所以，传感器只需对比加速度的大小即可，原理非常简单。但是，如果碰撞形态不同，则车辆的变形特性有所变化。对比100%的全面碰撞和40%的单侧碰撞，由于车辆缓冲区的刚性有所差异，有时低速的全面碰撞甚至比高速的单侧碰撞能达到的加速度更大，导致难以检测。此处说明的是检测原理的发展，即如何解决此课题的历史过程，更多详细内容见《图解汽车电子技术（关键技术篇）》（即将出版）。
安全气囊的传感器的发展▲
上图（d）为最新的传感器系统，通过CPU一起计算处理冲击传感器输出的加速度波形和ECU内两个加速度传感器的信号并判断碰撞状态，所以其可调节的自由度达到质的飞跃。
电子式冲击传感器的实物照片▲
05 加速度传感器
下图为目前使用的静电容量式加速度传感器。在6.2mm×5mm的封装内，安装着探头和处理电路。探头为边长约2mm的方形，由固定电极和可动电极构成，在有加速度时可动电极移动，电极之间的间隙产生变化，并以此作为静电容量的变化，转换为电压。相反，如施加电压则电极移动，可进行故障诊断。
静电容量式加速度传感器▲
下图所示为日本电装公司至今为止的加速度传感器的发展。静电容量式之前为压阻式，原理是单侧支撑杆承受加速度时产生弯曲，并通过桥接电路检测位移。最初的压阻式传感器感应度不高，探头较大，且采用封入阻尼油的大型真空密封封装。之后，随着MEMS技术及电路技术的进步，逐渐朝着小型化发展，在7年内将投影面积缩小至之前的1/25。现在使用的传感器体积更小，且精度高。
加速度传感器的发展（压阻式）▲
06侧倾角度传感器
现行的侧倾角度传感器为振动陀螺仪方式，车辆发生侧倾时，将声响型振子产生的科里奥利力转换为电压之后输出。如对振子施加交流电压，则振子以2kHz的频率振动。如对此传感器施加车体侧倾产生的角速度，则产生表观上的科里奥利力，导致振子产生应变。最后，将此应变进行电压转换。
判别实际侧倾时，结合横向产生的加速度，推测车辆动作，即可应对各种侧倾模式。
07乘员感应传感器
乘员感应系统设置于副驾驶席，如果判断打开安全气囊可能导致儿童等体格较小的乘员受害程度增加，则禁止打开安全气囊。依据法规，美国要求此传感器系统为标准配置。
乘员感应系统▲
传感器分为重量检测方式和压力检测方式。下图为重量检测方式的传感器，是在座椅导轨的支脚部分设置应变片式传感器，并依据体重进行判断。
