Ⅱ、Ⅲ組兒童座椅不同約束方式對兒童乘員保護效果的研究

張曉龍，杜志豪, 胥峰, 胡經國，魏聚周

(卡達克機動車質量檢驗中心(寧波)有限公司,浙江寧波 315336)

Ⅱ、Ⅲ組兒童座椅不同約束方式對兒童乘員保護效果的研究

張曉龍，杜志豪, 胥峰, 胡經國，魏聚周

(卡達克機動車質量檢驗中心(寧波)有限公司,浙江寧波 315336)

近年來，隨著國家政策的鼓勵與消費者保護意識的提高，國內家長越來越重視在乘車時使用兒童安全座椅保護孩童。其實，僅僅使用兒童安全座椅還不夠，還要正確地、合理地使用它們。基于上述背景，以國內產品試驗結果為依據，在其他條件相近的條件下對比了不同的約束方式對兒童的保護效果。通過對試驗數據的比對，認為Ⅱ、Ⅲ組只用安全帶約束座椅和兒童比同時使用安全帶和ISOFIX約束座椅和兒童能夠有效減少對兒童乘員的傷害。從而提出了對于Ⅱ、Ⅲ組別的兒童安全座椅，在固定時盡量只使用成人安全帶約束，不要再添加其他約束方式，以免帶來潛在的危險。

兒童安全座椅；ISOFIX約束；安全帶約束；兒童乘員傷害指標

0 引言

有調查表明，全球范圍內每天有超過500名兒童死于交通事故，這使得交通事故成為5歲以上兒童的一個重要死因，同時95%的兒童交通事故發生在中低收入國家[1]。據統計，平均每天有將近12名兒童死于交通事故[2]。以南京為例，從2009年3月至2010年3月，南京市發生12歲以下兒童交通事故70起，其中28人死亡，158人受傷，換言之，每兩天就有一名12歲以下兒童在交通事故中受傷或死亡[2]。世界衛生組織預計在2020年道路交通傷害將成為危害兒童安全的“第一殺手”[3]。針對這種現象，美國國家交通安全委員會主席Jim HALL曾說過：兒童安全座椅的出現，使交通事故對兒童的傷害得到最大程度的減少[3]。NHTSA(美國高速公路交通管理局，National Highway Traffic Safety Administration)2002 年的調查表明：在美國，1975—2001年間，兒童安全座椅共挽救5 085個嬰兒的生命。正確安裝和使用兒童安全座椅可以挽救交通事故中約71%的嬰兒和54%的兒童的生命[4]。

近年來，受到國家政策及消費者保護意識提高的影響，國內消費者也越來越重視對兒童安全座椅的使用。兒童安全座椅的熱銷使得越來越多的廠家開始參與進來，眾多新的品牌如雨后春筍般走入消費者的視線中，在為消費者提供更多選擇的同時也致使產品質量的良莠不齊[5]。雖然在產品質量方面有國家標準的強制要求與第三方檢測機構的檢測認證做保證，但是，消費者們對于什么樣的座椅更安全并沒有十分清楚的了解，許多家長認為，約束方式越多越安全，對兒童乘員的保護效果也就越好。作者最近發現，一些生產廠家在做兒童安全座椅認證試驗中，對于Ⅱ、Ⅲ組別的兒童座椅或增高墊(也就是適用于4—12歲兒童的安全座椅)，產品本身帶有ISOFIX裝置，于是他們既申請通用型的認證證書(即只用成人安全帶約束兒童成員及兒童安全座椅)，又申請半通用型的認證證書(即同時使用成人安全帶和ISOFIX固定裝置對兒童乘員和兒童安全座椅進行約束)。究其原因，主要是消費者認為這種同時使用兩種約束裝置的約束方式更加安全，更能有效地保護兒童乘員，從而迫使廠家不得不以市場為導向，加大此類產品的研發與生產，迎合消費者的需求。而且此類產品在市面上有著越來越多的趨勢。

但是安全與否，不能僅憑消費者的喜好，或者生產廠商的利益，要分析測試結果才能給出更合理的答案。文中依托幾家生產商的測試結果，對試驗結果進行了對比分析，探究哪一種方式能夠更有效地保護兒童乘員。

1 Ⅱ、Ⅲ組半通用型安全座椅的效果分析

1.1 兒童安全座椅分類介紹

根據ECER 44/03，兒童安全座椅依照兒童的體重分為以下5種類別：0 組(適用于體重小于10 kg的嬰幼兒)、0 + 組(適用于體重小于13 kg的嬰幼兒)、Ⅰ組(適用于體重9～18 kg的幼兒)、Ⅱ組(適用于體重15～25 kg的兒童)、Ⅲ組(適用于體重22～36 kg的兒童)[6]。如果按年齡算，并考慮到中國兒童的實際情況，可大致認為Ⅱ組適用于4—7歲的兒童，Ⅲ組適用于7—12歲的兒童。

按照其在車輛上放置的位置可分為：通用類；半通用類；受限制類；特殊車輛類[6]。市面上的大多數產品，通用型和半通用型占絕大多數，而通用型和半通用型的主要區別在于約束方式的不同。兒童座椅固定到車輛的約束方式有兩種：一種是用成人安全帶固定，另一種是用國際標準接口ISOFIX固定[7]。對于Ⅱ、Ⅲ組別的兒童安全座椅，只用成人安全帶約束兒童乘員和兒童安全座椅的約束方式才屬于通用型，其他例如用成人安全帶輔以ISOFIX固定裝置(或者再同時輔以上拉帶、支撐腿等抗翻轉裝置)約束兒童安全座椅或兒童的約束方式則為半通用型。

成人安全帶式即利用后排座椅現有的成人安全帶將兒童座椅固定，此種形式為我國目前兒童座椅市場最常見的形式[8]。ISOFIX 兒童約束系統固定裝置是歐洲從1990年開始設計實施的一種針對兒童安全座椅接口的系統[9]，已經被廣泛應用。ISOFIX 系統的優點：(1)給兒童座椅提供了一個規范而簡單的安裝方式，同一個兒童座椅可以安裝于不同的車上，安裝方式簡單且給使用者提供了便利，相比用車上安全帶固定更便于安裝和拆卸；(2)在兒童座椅與車身地板間建立了一個剛性的連接，減小了兒童座椅安裝后松脫的風險，提高了兒童座椅的動態性能[10]。

該約束方式在Ⅰ組和0+組是一種廣泛使用的約束方式(ISOFIX與上拉帶、支撐腿等抗翻轉裝置配合使用)。但是在Ⅱ、Ⅲ組別中，由于兒童全背帶式約束帶(Harness Belt，即通常所說的五點式安全帶)限于尺寸等原因已經不能使用，而ISOFIX固定裝置只能約束座椅而不能約束兒童，它不能脫離成人安全帶獨立使用，需要配合成人安全帶一起使用。

1.2 兩種約束方式效果的理論分析

GB 27887-2011《機動車兒童乘員用約束系統》中將安全帶獨立約束方式定義為通用型，而安全帶約束兒童成員和安全座椅、再用ISOFIX做為附加固定點約束安全座椅的方式實際上是一種半通用型。由于在安全座椅底部多加了兩個附加固定點，很多人會認為這種方式更加安全，其實不然。在只有安全帶約束的條件下，當遇到緊急剎車的時候，安全座椅會整體向前做一定的運動，由于成人安全帶通過3個固定點對兒童成員及座椅做整體的約束，安全座椅上下兩部分的位移沒有太大的差別。但是在有ISOFIX作為附加固定點約束的條件下，由于安全座椅的底部被ISOFIX約束無法移動，在緊急剎車時，這種單點約束的方式必然使得安全座椅有向前翻轉的趨勢，即安全座椅上部發生較大的位移，這種位移會加大兒童乘員的頭部位移，更容易發生危險。

2 兩種約束方式測試結果的比較

要探究這兩種約束方式哪種方式能更好地保護兒童乘員，光靠理論分析顯然是不夠的，真實的試驗數據顯然更具說服力。在碰撞事故中，兒童乘員人體損傷來自于外力沖擊，而人體也有相應的承受極限。與成人相比，兒童乘員損傷指標比較簡單，大多用負荷和位移來表征耐沖擊性。有兩個常用的評價指標：頭部損傷指數 HIC(Head Injury Criteria)是表征乘員頭部損傷的關鍵指標；合成胸部指數 TII(Thoracic Injury Index)則是對胸部損傷情況的量化指數[11]。GB 27887-2011《機動車兒童乘員用約束系統》中兒童座椅動態測試的考察中有兩個重要的參考數據：一個是假人的頭部位移，其中又以橫向位移較難通過；另一個是假人的胸部加速度，其中以合成加速度較難通過。其中，對于頭部位移，標準中作了如下要求：“前向兒童約束系統，假人的頭部不應超過如圖所規定的BA平面和DA平面。判斷的時間不超過300 ms或者到假人最終停止運動的時刻，以二者中先發生的時刻為準。當使用增高墊及10歲大的假人一起做試驗的情況下，圖5中從Cr線到達DA平面的距離應為840 mm。”其中，標準該條款涉及的附圖如圖1所示。

圖1 假人位移限值

同樣地，對于胸部加速度，標準中同樣有如下要求：“胸部合成加速度超過55g的累計時間不應超過3 ms”、“沿腹部朝向頭部的垂直加速度超過30g的累計時間不應超過3 ms”。

Ⅱ、Ⅲ組別的兒童約束系統主要分為兩種類型：一種是帶有靠背的兒童安全座椅，一種是不帶靠背的增高墊。可以分別對這兩種類型的兒童約束系統的測試結果進行實驗數據的比較(注：以下所有試驗數據均是在GB 27887-2011要求的試驗條件下，例如碰撞前的臺車速度為48～50 km/h、成人安全帶的腰部約束力和肩部約束力為45～55 N，在減速臺車得到的)。

2.1 兒童安全座椅試驗結果對比

首先以國內某廠家的A型號座椅(帶靠背的兒童安全座椅)的試驗數據(見表1)為參考做一下比較。

表1 國內某型號兒童安全座椅部分測試試驗數據

注：(1)約束方式一欄中，I+B表示成人安全帶與ISOFIX同時使用，B表示只用成人安全帶；(2)定義臺車前進方向為X向，并取g=9.81 m/s2。

此次認證試驗一共進行11次，其中A01-A06試驗為型式認證，A07-A11次為PQT試驗(國標對此沒有要求，但歐標對此有強制性要求)。

對比一下前6次試驗的測試結果。首先將前6次試驗分為3組，每2次為一組，即A01和A02為第一組，都使用P10假人；A03和A04為第二組，使用的是P6假人；A05和A06為第三組，均使用P3假人。A01是成人安全帶加ISOFIX固定座椅，A02為只用成人安全帶固定座椅，可以發現：兩次試驗的碰撞速度差別很小(第一次試驗速度超過第二次試驗速度不到0.2%)，但是頭部X向位移和胸部合成3 ms累計加速度峰值A01比A02分別高出4.3%和3.1%，也就是說在不考慮速度的微小差別以及其他因素的情況下，成人安全帶與ISOFIX的同時配合使用結果比只用安全帶要差；同樣地，A03(成人安全帶加ISOFIX固定座椅)和A04(只用成人安全帶固定座椅)兩次試驗速度差別仍然不大(A03比A04還要慢不到0.2%)，相比于A04、A03的頭部X向位移和胸部合成加速度要分別高出5.0%和18.5%，同時使用成人安全帶和ISOFIX的約束方式明顯不如只用成人安全帶一種約束方式對兒童乘員的保護效果好；類似地， A05比A06(A05的碰撞速度要比A06低0.4%)在頭部X向最大位移和胸部合成加速度兩項指標上，仍然高出了2.5%和2.4%，多種約束方式的效果仍然比只用一種有差距。

綜合以上3組試驗的對比結果不難發現：在試驗速度相近以及其他條件也相近的情況下，只用成人安全帶固定座椅的約束方式，其效果明顯優于同時使用ISOFIX和成人安全帶固定座椅。

現在再將A7-A11試驗的結果和A1、A2做一下對比。A7-A11試驗稱為PQT(Production Qualification Test)測試，該測試是歐標R44中要求的，即在型式認證試驗中選取測試結果最差的一次，相同條件下連續做5次。比較A1-A6試驗可以發現A1的結果是最差的，因此PQT測試將A1的試驗連續做了5次。

將A7-A11試驗結果與A1試驗結果比較發現：無論是頭部X向位移還是胸部合成3 ms加速度，均在一個合理的范圍內波動，沒有太多的變化，因此可以認為測得的數據是有效的、可信的。

現在再將A7-A11的數據與A2的數據做對比，可以發現：在頭部X向最大位移與胸部合成加速度兩項指標上，A7-A11的試驗數據明顯高于A2的數據，進一步證明了多種座椅固定方式的約束方法不能更好地保護兒童成員。

總結來說：在帶有靠背的兒童座椅上，相比于只用成人安全帶約束兒童乘員與兒童安全座椅，同時使用成人安全帶與ISOFIX裝置來約束兒童乘員與兒童座椅并不能更好地保護兒童乘員，相反，該約束方式會使兒童乘員有受到更大傷害的可能。這顯然違背了人們使用額外約束方式的初衷。

2.2 增高墊試驗結果對比

接下來比較一下國內某廠家的B型號的兒童安全座椅(增高墊)的試驗測試數據。

分析方法類似，同樣先看一下表2給出的B01-B06的型式認證試驗數據。B01、B03、B05與對應的B02、B04、B06在碰撞速度相近的情況下(前者分別比后者慢0.35%、慢0.37%、快0.68%)，頭部X向位移分別多了13.9%、22.0%、16.1%，胸部合成3 ms累計加速度峰值分別提高了21.7%、18.0%、32.0%。通過對比明顯看出使用成人安全帶和ISOFIX同時固定增高墊的約束方式對兒童乘員的保護遠不如只用成人安全帶約束增高墊。

表2 國內某型號兒童安全座椅(增高墊)部分測試試驗數據

注：(1)約束方式一欄中，I+B表示成人安全帶與ISOFIX同時使用，B表示只用成人安全帶；(2)定義臺車前進方向為X向，并取g=9.81 m/s2。

分析方法類似，同樣先看一下B01-B06的型式認證試驗。B01、B03、B05與對應的B02、B04、B06在碰撞速度相近的情況下(前者分別比后者慢0.35%、慢0.37%、快0.68%)，頭部X向位移分別多了13.9%、22.0%、16.1%，胸部合成3 ms累計加速度峰值分別提高了21.7%、18.0%、32.0%。通過對比明顯看出使用成人安全帶和ISOFIX同時固定增高墊的約束方式對兒童乘員的保護遠不如只用成人安全帶約束增高墊。

同樣地，在PQT測試中，幾次的頭部X向位移與胸部合成加速度均在合理的范圍內波動；同樣地，與B02的結果比較起來，B07-B11的兩項主要指標仍然高于B02，同樣說明了ISOFIX和成人安全帶同時使用的保護效果并不如只用成人安全帶的保護效果好。

2.3 其他試驗的結果對比

實際上，不僅僅限于該廠家的座椅，其他廠家的產品同樣存在這樣的問題，圖2、圖3中給出了其他一些廠家的產品測試結果的柱狀圖。從這些結果中也可以明顯看出這種差別，即ISOFIX固定點的增加并不能在緊急剎車時有效地保護兒童乘員，相反，這樣做會加大兒童受傷害的風險。

圖2 X廠家型式認證測試結果數據對比

圖3 Y廠家型式認證測試結果數據對比

3 結論

通過之前多組試驗測試數據的對比分析很容易得知：對于帶有ISOFIX的Ⅱ、Ⅲ組別的兒童安全座椅(包括增高墊)，在使用成人安全帶約束兒童乘員與兒童安全座椅的條件下，僅僅通過額外使用ISOFIX不能更加有效地保護兒童乘員，相反，這樣還會帶來相反的效果，加大兒童乘員受傷害的可能。雖然說這一相反的效果并不十分明顯，并且也符合國家標準的要求，但是這樣終究是加大了兒童乘員受到傷害的風險，這與努力減少兒童乘員受傷害的可能性的初衷是不符的。所以，對于已經符合國家標準的Ⅱ、Ⅲ組別的兒童安全座椅，只用成人安全帶已經可以有效地保護兒童成員，不必額外用ISOFIX固定裝置固定座椅。消費者對此應有足夠的認識與重視，而生產廠家也應盡量引導消費者不要盲目地增加輔助固定裝置，以防發生不必要的傷害。

【1】鄧曉,金葉,段蕾蕾，等.中國3城市9 484例兒童安全座椅使用及認知狀況[J].中國婦幼健康研究,2016,27(5):551-555. DENG X，JIN Y，DUAN L L，et al.Survey on the Awareness and Use of Child Safety Seat among 9 484 Cases in Three Chinese Cities[J].Chinese Journal of Woman and Child Health Research,2016,27(5):551-555.

【2】蔣惠梁.基于用戶需求的兒童安全座椅設計研究[D].杭州:浙江工業大學,2015.

【3】尚婷,唐伯明,劉唐志.我國兒童安全座椅使用現狀及對策研究[J].交通信息與安全,2010,28(5):69-72. SHANG T,TANG B M,LIU T Z.Status Quo of Child Safety Seat and Countermeasures in China[J].Journal of Transport Information and Safety,2010,28(5):69-72.

【4】National Highway Traffic Safety Administration.Revised Estimates of Child Restraint Effectiveness(Research Note)[M].WashingtonDC.,1996.

【5】包胡斯勒.多功能兒童安全座椅設計與碰撞仿真研究[D].錦州:遼寧工業大學,2016.

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【8】楊帆.基于新法規R129的兒童座椅側面碰撞保護的研究[D].北京:清華大學,2015.

【9】管國朋.多功能兒童安全座椅的仿真分析及試驗研究[D].長沙:湖南大學,2013.

【10】高新華,盧禮華,劉昌權,等.兒童座椅固定點布置[J].汽車科技,2008(5):22-25. GAO X H,LU L H,LIU C Q,et al.The Research on Fixed-point Layout and Design for Child Seat[J].Auto Sci-tech,2008(5):22-25.

【11】李海風.汽車兒童安全座椅碰撞性能仿真分析[D].廣州:華南理工大學,2013.

Study on Protection Effect to Children Occupant of Child Safety Seat Applied to Ⅱ、Ⅲ Group in Different Constraint Ways

ZHANG Xiaolong,DU Zhihao,XU Feng,HU Jingguo,WEI Juzhou

(CATARC Automotive Quality Inspection Center(Ningbo) Co.,Ltd.,Ningbo Zhejiang 315336,China)

In recent years, with the encourage of national policy and the enhancement of consumer protection consciousness, domestic parents pay more and more attention to the use of child safety seat to protect child when driving. In fact, it is not enough to use the child safety seats only, they should be used correctly and reasonably. In view of these, based on domestic product test results, a comparison of the protection to children in the different ways of constraints was made under the similar other conditions.The conclusion is that it can reduce harm to children more effectively to restraint seat and the child by using the seat belt only to than by using seat belt and ISOFIX in Ⅱ and Ⅲ group. Thus the suggestion is drawn that the child safety seat should be fixed by adult seat belt only as far as possible when used for Ⅱ,Ⅲ category.Don’t add additional constraints, in case that there is a potentially dangerous.

Child safety seats；ISOFIX constraints；Seat belts constraints；Child occupant injury index

2017-01-20

張曉龍(1978—)，男，工學碩士，高級工程師，研究方向為汽車被動安全。E-mail：zhangxiaolong@catarc.ac.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.05.015

U467.3

B

1674-1986(2017)05-066-05