儿童约束系统正碰台车试验对比研究

肖开艳 曹兆友 瞿喆文

（泛亚汽车技术中心有限公司）

1 前言

根据美国国家公路道路交通安全管理局（NHTSA）2006年的调查显示，正确使用儿童约束系统（Child Restraint System，CRS）能够有效减少交通事故中儿童伤亡。随着儿童乘车安全日益受到关注[1]，各种车用儿童座椅充斥市场，但其安全性能却各不相同，使得儿童乘车安全存在巨大隐患。针对上述情况，2011年12月30日，我国发布了首个有关儿童乘车安全的强制性国家标准GB27887—2011《机动车儿童乘员用约束系统》，并于2012年7月1日正式实施。本文根据我国强制国家标准，选用3款不同品牌、不同安装方式的儿童座椅进行正碰台车试验，对儿童座椅的性能进行对比评估，为儿童座椅的选择和使用提供试验依据。

2 儿童约束系统简介

儿童约束系统（CRS）定义为带有保护带扣的织带或相应柔软的部件、调整装置及辅助装置等，且能稳固地放置在机动车上，其设计是通过限制儿童身体的移动来减少在车辆碰撞事故或突然减速情况下对儿童的伤害，以确保儿童的乘车安全。

2.1 儿童约束系统分组

目前已经开发出多种不同的汽车儿童约束系统来保护不同年龄和不同身高体重的儿童乘员，主要有婴儿型、婴幼儿型、儿童增高坐垫和全能型儿童座椅。GB27887—2011《机动车儿童乘员用约束系统》中将儿童约束系统按儿童体重不同分为0组、0+组、I组、II组和III组等5个“质量组”；按儿童约束系统在车辆上的放置位置不同分为通用类、受限制类、半通用类和特殊车辆类；按儿童约束方式分为整体式和非整体式2类。

2.2 儿童约束系统的安装及使用

儿童约束系统的安装方式主要有用成人安全带固定、欧洲的 ISOFIX（International Standards Organization FIX）系统和美国的 LATCH（Lower Anchors and Tethers For Child）系统等3种。3种约束系统的主要区别为：由成人安全带将儿童座椅固定在汽车后排座椅上的方法较复杂，且误用情况多；ISOFIX是一种刚性固定装置，包括座椅下部2个刚性固定装置和座椅上部1个刚性上拉带固定点，儿童约束系统通过ISOFIX与车身刚性连接；LATCH系统是通过锁扣及织带与儿童约束系统柔性连接。除此之外，目前还有一种集成于汽车座椅上的增高坐垫[2]。

2.3 儿童约束系统的误用

儿童约束系统误用情况主要是指选择不当和安装使用不当。对于儿童约束系统选择不当这类误用情况常见于成长中的儿童。Isaksson－Hellman等人[3]研究表明，如果没有按照儿童的年龄和身高选择适合的儿童约束系统，将不能发挥其对于儿童的最大保护性能。选择和使用部件已老化的儿童约束系统也会产生很大的危害。

儿童约束系统的安装和使用不当主要包括以下几种情况：

a. 安装位置错误。儿童约束系统如果安装在汽车安全气囊的覆盖区域内，在车辆发生碰撞时，点爆的气囊将会对儿童产生严重的伤害。应尽量将儿童约束系统安装在汽车后座上，如果不得不安装在前排座椅上，应关闭副驾驶座的安全气囊，并将副驾驶座椅尽量向后移动。

b. 安装角度错误。若座椅角度不正确，将导致碰撞过程中儿童的头部、颈部和背部不能得到有效的支撑保护，从而使头部和颈部损伤风险增加。从安全和舒适的角度考虑，一般要求婴幼儿使用的儿童约束系统与水平线之间夹角不超过45°，随儿童年龄的增加角度逐渐减小，一般为 30°～45°[4]。

c.儿童约束系统在车辆上固定不稳。如果固定装置的零部件松弛或使用不当都会使儿童约束系统不能牢固地固定在车辆上，在发生事故时儿童约束系统会发生大幅度移动，从而增加儿童身体的移动量，使得儿童身体与车辆内部部件发生二次碰撞，造成严重伤害。

d. 儿童约束系统上安全带的选择和使用错误。若儿童约束系统上的安全带被错误使用，就不能为儿童躯干提供适当的约束，从而增加儿童受伤的风险。为满足不同身高儿童的使用要求，儿童座椅一般都设有2～3对约束带肩带调节孔，应该使用与儿童肩部同高或最接近肩高的较低肩带调节孔。

3 儿童座椅相关法规介绍

目前，国际上发达国家均规定了儿童保护装置测试标准及法规，如欧洲ECE R44/03、ECE R44/04，美国法规FMVSS213、FMVSS225，此外加拿大、澳大利亚、日本、德国、英国等40多个国家也已经通过了相关法规。我国发布的GB27887—2011《机动车儿童乘员用约束系统》强制国家标准，对机动车儿童乘员用约束系统相关的术语和定义、在车辆上的安装及固定要求、约束系统的结构以及对约束系统总成及其组成部件的性能要求和试验方法等进行了规定。

4 儿童约束系统台车试验

4.1 试验装置

按照GB27887—2011《机动车儿童乘员约束系统》要求进行儿童约束系统台车试验。

4.1.1 车用儿童座椅

选用较常见的适用于体重为15kg的3岁儿童的3款不同品牌、不同安装方式的前向式儿童座椅进行正面碰撞台车对比试验，试验方案见表1。同时针对使用儿童约束系统时儿童安全带选用错误的情况，将儿童座椅CRS 3的儿童安全带肩带调整到不同高度进行对比试验，见图1。其中试验3的肩带与儿童假人肩部同高，试验4的肩带被误用，高于儿童假人肩部。

表1 试验方案

4.1.2 试验假人

试验使用TNO P3假人，其质量为15±0.3 kg，已参照ECE R44法规中的假人标定流程进行标定。试验时在假人胸部和头部分别安装三向加速度传感器，试验前将假人调整为头部直立、两腿平行的姿态,用纸胶带将假人的手固定至大腿外侧。为监测假人是否与前排座椅接触碰撞，在试验前对假人的头部和腿部涂色，见图2。

4.1.3 台车装置

采用加速式台车进行试验，试验用座椅为别克汽车座椅，其中后排座椅骨架上有ISOFIX固定点，前、后排座椅安装的相对位置均根据别克新君越车型设置。同时，参照该汽车状态，根据汽车后排座椅安全带安装点与后排座椅设计参考点R的相对坐标设计制作固定支架，用以在台车上固定汽车安全带，见图3。根据GB27887—2011《机动车儿童乘员用约束系统》要求对座椅的滑轨、靠背和头枕位置进行调整，将前排汽车座椅调整到中间位置，高度调到最低，头枕调整到最高位置;用于安装儿童座椅的后排座椅调整到最后位置，并将高度调整到最低位置，头枕调到最低位置，见图4。为避免汽车座椅变形对儿童座椅的性能产生影响，每次试验后均更换后排汽车座椅。台车试验加速度波形采用GB27887—2011《机动车儿童乘员用约束系统》中规定的波形，碰撞速度为 50～52 km/h，见图 5。

4.2 试验结果对比

4次试验过程如图6所示。

由图6可看出，试验1中，儿童座椅安装稳固，对儿童约束较好；试验2中，靠背由top tether（上拉带）固定，儿童座椅坐垫固定较好，但由于受到拉带自身延展率及汽车座椅头枕和靠背泡沫被压缩的影响，儿童座椅靠背在试验过程中并未被固定好，而是发生了较大程度的翻转；在试验3和试验4中，由于汽车安全带不能很好地固定儿童座椅，致使儿童座椅整体均发生一定程度的翻转。根据试验后前排座椅靠背上沾染的颜料可知，试验2～试验4中儿童头部均与前排座椅靠背接触。

儿童头部加速度曲线、胸部合成加速度曲线和胸部Z向加速度曲线分别见图7、图8和图9。

由图6～图9可看出，在试验1中，儿童假人被很好地约束，头部加速度是由惯性造成；试验2中，由于儿童座椅靠背发生翻转，儿童躯干未能被约束好并随之向前倾倒，从而导致儿童假人头部与前排座椅发生二次碰撞，导致在90～100 ms时儿童假人头部加速度迅速增大，峰值为165 g；在试验3中，儿童假人头部加速度曲线在100 ms之前并未有明显突变，由此可知，儿童头部与前排座椅靠背并未发生强烈碰撞，而前排座椅靠背上的颜料是儿童头部与座椅靠背轻微刮擦造成。通过试验录像可知，在107～116 ms内儿童头部与其腿部发生碰撞，致使头部加速度曲线在113 ms时出现第2个峰值。

对比试验3和试验4可知，由于试验4中儿童安全带的肩带高于儿童肩部，对儿童的上躯干约束不足，头部加速度大于试验3，并在约103 ms时与前排座椅靠背发生碰撞，导致头部加速度突然增大到99 g；且其胸部加速度在87 ms时突然增大到65 g。

试验结果如表2所列，其中假人头部向前的位移量是利用TEMA软件通过高速摄像测得的。表2中 ，Chest－3ms 为 胸 部 3 ms 合 成 加 速 度 ；Chest－3ms_Z为胸部沿腹部朝向头部的3 ms垂直加速度；Head_X为假人头部向前位移量；HIC15为儿童损伤参考值（IARV），而非法规强制要求。

HIC15计算式为：

式中，t1和t2是碰撞加速度曲线中任意2个时间点，t2－t1≤15 ms；a 为头部合成加速度。

表2 试验结果

在台车试验后，目测4次试验中的儿童约束系统均无任何失效及损坏，且无任何约束装置的部件侵入到儿童假人腹部的粘土上。由试验结果可知，当使用方法正确时，3种儿童座椅都满足GBZ7887—2011《机动车儿童乘员用约束系统》的要求，但是在相同的碰撞强度下，试验1所使用的带ISOFIX和儿童座椅支撑的儿童座椅CRS1能较好地与汽车座椅保持安装连接状态，为儿童乘员提供了最好的约束；试验2中儿童座椅CRS2与汽车座椅的连接不稳，儿童头部与前排座椅发生二次碰撞，导致HIC15超过儿童损伤参考值（IARV）,致使儿童受伤几率大大增加；试验3中的儿童座椅CRS3也能较好地保护儿童乘员；试验4中，儿童头部HIC15超过损伤参考值。对比可知，误用儿童安全带肩带会导致儿童座椅保护性能降低。

5 结束语

正确合理地选用儿童安全座椅能够在碰撞过程中有效的保护儿童乘员。本文通过试验对比研究发现，由ISOFIX和儿童座椅支撑安装固定的儿童座椅能为儿童提供最好的约束，且在使用过程中应选择与儿童肩部同高或略低于儿童肩部的儿童安全带肩带调节孔。

1 Lawrence E D,Kathy H L,Alan W B.Misuse of Child Restraints:Results of A Workshop to Review Field Data Results.Washington,DC:NHTSA Research Note,March 2005.

2 李幸福，张君媛，陆善彬，等.一种整车集成式儿童增高座垫的设计.汽车技术,2012（6）:16～19.

3 Isaksson－Hellman I,Jakobsson L,Gustafsson C,et al.Trends and effects of child restraint systems based on Volvos’Swedish accident database.Society of Automotive Engineers International.Warrendale,PA,USA,1997:43～54.4 Kathleen Weber.Crash protection for child passengers.University of Michigan Transportation Research Institute Research Review.2000,31（3）:1～27.