儿童座椅安全带固定点对儿童损伤的影响*

胡勇 廖颖慧

（1.中国质量认证中心武汉分中心；2.中国汽车技术研究中心汉阳专用汽车研究所）

近年来，儿童乘员的安全成为碰撞安全领域的重要课题之一。美国和欧盟已经将可适应乘员约束系统作为乘员碰撞安全防护的主要发展方向。国内，文献[1]也提出了一种新型自适应汽车儿童安全座椅，能对3～10岁的儿童乘员提供有效的保护，但由于儿童与成人在身材上的巨大差异，尽管可通过调节集成式儿童座椅的高度改善座椅安全带在儿童身上的定位，但座椅安全带上下固定点之间的距离与儿童乘员身材相比过大，在发生碰撞事故时，儿童身体容易翻过肩带向前倾，从而失去应有的保护作用。为此，文章提出将座椅安全带下固定点和锁扣的固定位置从汽车座椅移到自适应儿童座椅上，通过减小安全带上下固定点的距离、增大安全带与儿童乘员躯干之间的夹角来加强对儿童乘员的有效约束，从而减轻对儿童乘员的伤害。

1 仿真分析模型的建立及验证

为分析安全带固定点位置的改变对儿童乘员保护的影响，采用多刚体软件建立了集成于汽车后排座椅的儿童座椅正面碰撞仿真模型，主要包括汽车后排座椅、自适应儿童座椅、后排中间位置三点式成人安全带及儿童假人模型。后排中间三点式成人安全带模型采用多刚体与有限元相结合的混合型安全带模型；儿童假人模型选取HybridⅢ6岁多刚体儿童假人进行研究，座椅实物及仿真模型，如图1所示。

图1 儿童安全座椅实物及仿真模型

该仿真模型是以经过验证的模型[2-3]修改而来，与验证模型的主要差别在于使用了生物逼真度更高的HybridⅢ6岁多刚体儿童假人模型以及汽车座椅的外观形式，其余所有参数一致，因此，可认为该模型同样是有效的。

2 安全带固定点改变前后的儿童乘员约束效果分析

利用建立的自适应儿童座椅正面碰撞仿真模型，基于该自适应儿童座椅高度可调，分高中低3个位置将安全带下固定点和锁扣从汽车座椅移到儿童座椅后，对6岁儿童乘员约束效果进行了对比分析，儿童乘员运动姿态，如图2～图7所示。

图2 安全带固定点改变前约束效果对比图（较高位置）

图3 安全带固定点改变后约束效果对比图（较高位置）

图4 安全带固定点改变前约束效果对比图（中间位置）

图5 安全带固定点改变后约束效果对比图（中间位置）

图6 安全带固定点改变前约束效果对比图（较低位置）

图7 安全带固定点改变后约束效果对比图（较低位置）

从图2～图7可以看出：安全带下固定点和锁扣固定于汽车座椅上时，当儿童座椅处于较高位置时，安全带在30 ms左右就出现了滑落，当儿童座椅处于较中间位置时，安全带在60 ms左右出现滑落，当儿童座椅处于较低位置时，安全带没有滑落，但儿童乘员身体前倾过于严重；而当安全带下固定点和锁扣移到儿童座椅上时，不管儿童座椅处于何种高度，都没有出现安全带从儿童乘员肩上滑落的现象，其对儿童乘员的约束效果得到明显的改善。

分析其原因是因为当安全带下固定点和锁扣位置移到儿童座椅上后，安全带上固定点和下固定点之间的距离更短，其约束空间变得更小从而更适合儿童的约束，同时安全带上固定点不变使得安全带与儿童乘员躯干的夹角更大，从而让儿童躯干位于肩带以上的部分更少，使得碰撞事故发生时儿童身体不容易翻过肩带往前倾，如图8所示。

图8 安全带下固定点改变前后肩带在儿童乘员身上的约束效果图

3 安全带固定点改变前后的儿童乘员损伤对比分析

现对儿童座椅保护6岁儿童高度处于合适位置时，安全带下固定点和锁扣位置改变前后对儿童乘员的损伤情况进行对比分析。图9示出儿童乘员头部、颈部、胸部及腹部的损伤对比图。

图9 安全带固定点改变前后儿童乘员损伤对比图

从图9可知，改进前后头部合成加速度峰值从72 g降到48 g，降低幅度为33.33%；颈部伤害值峰值从0.94降到0.75，降低幅度为20.2%；胸部合成加速度从36 g降到33 g，降低幅度为8.33%；腹部力均值有明显下降，峰值由1 000 N增大到1 470 N，增加幅度为47%，但峰值持续时间较短。安全带下固定点和锁扣位置从汽车座椅移到儿童座椅上后，不但增加了对儿童乘员的约束作用，同时也由于约束作用的增强使得儿童乘员得到更好的保护。儿童乘员腹部力增幅较大，这主要是因为当安全带下固定点和锁扣位置改变后，儿童乘员大腿与腰带之间的夹角变小，当发生碰撞事故时，腰带更容易侵入儿童的腹部，如图10所示。

图10 安全带下固定点改变前后腰带在儿童乘员身上的约束效果图

4 结论

基于自适应儿童座椅的结构，通过将安全带下固定点和锁扣从汽车座椅移到儿童座椅上，在自适应儿童座椅高度调节范围内的上中下3个位置，均可以对儿童乘员起到很好的保护作用；当自适应儿童座椅处于合理高度时，将安全带下固定点和锁扣从汽车座椅移动到儿童座椅上，使得儿童乘员得到了更好的保护。该研究结果对国内儿童乘车安全的相关研究工作和碰撞损伤防护技术的发展具有一定的参考价值。