Ⅱ、Ⅲ组儿童座椅不同约束方式对儿童乘员保护效果的研究

张晓龙，杜志豪, 胥峰, 胡经国，魏聚周

(卡达克机动车质量检验中心(宁波)有限公司,浙江宁波 315336)

Ⅱ、Ⅲ组儿童座椅不同约束方式对儿童乘员保护效果的研究

张晓龙，杜志豪, 胥峰, 胡经国，魏聚周

(卡达克机动车质量检验中心(宁波)有限公司,浙江宁波 315336)

近年来，随着国家政策的鼓励与消费者保护意识的提高，国内家长越来越重视在乘车时使用儿童安全座椅保护孩童。其实，仅仅使用儿童安全座椅还不够，还要正确地、合理地使用它们。基于上述背景，以国内产品试验结果为依据，在其他条件相近的条件下对比了不同的约束方式对儿童的保护效果。通过对试验数据的比对，认为Ⅱ、Ⅲ组只用安全带约束座椅和儿童比同时使用安全带和ISOFIX约束座椅和儿童能够有效减少对儿童乘员的伤害。从而提出了对于Ⅱ、Ⅲ组别的儿童安全座椅，在固定时尽量只使用成人安全带约束，不要再添加其他约束方式，以免带来潜在的危险。

儿童安全座椅；ISOFIX约束；安全带约束；儿童乘员伤害指标

0 引言

有调查表明，全球范围内每天有超过500名儿童死于交通事故，这使得交通事故成为5岁以上儿童的一个重要死因，同时95%的儿童交通事故发生在中低收入国家[1]。据统计，平均每天有将近12名儿童死于交通事故[2]。以南京为例，从2009年3月至2010年3月，南京市发生12岁以下儿童交通事故70起，其中28人死亡，158人受伤，换言之，每两天就有一名12岁以下儿童在交通事故中受伤或死亡[2]。世界卫生组织预计在2020年道路交通伤害将成为危害儿童安全的“第一杀手”[3]。针对这种现象，美国国家交通安全委员会主席Jim HALL曾说过：儿童安全座椅的出现，使交通事故对儿童的伤害得到最大程度的减少[3]。NHTSA(美国高速公路交通管理局，National Highway Traffic Safety Administration)2002 年的调查表明：在美国，1975—2001年间，儿童安全座椅共挽救5 085个婴儿的生命。正确安装和使用儿童安全座椅可以挽救交通事故中约71%的婴儿和54%的儿童的生命[4]。

近年来，受到国家政策及消费者保护意识提高的影响，国内消费者也越来越重视对儿童安全座椅的使用。儿童安全座椅的热销使得越来越多的厂家开始参与进来，众多新的品牌如雨后春笋般走入消费者的视线中，在为消费者提供更多选择的同时也致使产品质量的良莠不齐[5]。虽然在产品质量方面有国家标准的强制要求与第三方检测机构的检测认证做保证，但是，消费者们对于什么样的座椅更安全并没有十分清楚的了解，许多家长认为，约束方式越多越安全，对儿童乘员的保护效果也就越好。作者最近发现，一些生产厂家在做儿童安全座椅认证试验中，对于Ⅱ、Ⅲ组别的儿童座椅或增高垫(也就是适用于4—12岁儿童的安全座椅)，产品本身带有ISOFIX装置，于是他们既申请通用型的认证证书(即只用成人安全带约束儿童成员及儿童安全座椅)，又申请半通用型的认证证书(即同时使用成人安全带和ISOFIX固定装置对儿童乘员和儿童安全座椅进行约束)。究其原因，主要是消费者认为这种同时使用两种约束装置的约束方式更加安全，更能有效地保护儿童乘员，从而迫使厂家不得不以市场为导向，加大此类产品的研发与生产，迎合消费者的需求。而且此类产品在市面上有着越来越多的趋势。

但是安全与否，不能仅凭消费者的喜好，或者生产厂商的利益，要分析测试结果才能给出更合理的答案。文中依托几家生产商的测试结果，对试验结果进行了对比分析，探究哪一种方式能够更有效地保护儿童乘员。

1 Ⅱ、Ⅲ组半通用型安全座椅的效果分析

1.1 儿童安全座椅分类介绍

根据ECER 44/03，儿童安全座椅依照儿童的体重分为以下5种类别：0 组(适用于体重小于10 kg的婴幼儿)、0 + 组(适用于体重小于13 kg的婴幼儿)、Ⅰ组(适用于体重9～18 kg的幼儿)、Ⅱ组(适用于体重15～25 kg的儿童)、Ⅲ组(适用于体重22～36 kg的儿童)[6]。如果按年龄算，并考虑到中国儿童的实际情况，可大致认为Ⅱ组适用于4—7岁的儿童，Ⅲ组适用于7—12岁的儿童。

按照其在车辆上放置的位置可分为：通用类；半通用类；受限制类；特殊车辆类[6]。市面上的大多数产品，通用型和半通用型占绝大多数，而通用型和半通用型的主要区别在于约束方式的不同。儿童座椅固定到车辆的约束方式有两种：一种是用成人安全带固定，另一种是用国际标准接口ISOFIX固定[7]。对于Ⅱ、Ⅲ组别的儿童安全座椅，只用成人安全带约束儿童乘员和儿童安全座椅的约束方式才属于通用型，其他例如用成人安全带辅以ISOFIX固定装置(或者再同时辅以上拉带、支撑腿等抗翻转装置)约束儿童安全座椅或儿童的约束方式则为半通用型。

成人安全带式即利用后排座椅现有的成人安全带将儿童座椅固定，此种形式为我国目前儿童座椅市场最常见的形式[8]。ISOFIX 儿童约束系统固定装置是欧洲从1990年开始设计实施的一种针对儿童安全座椅接口的系统[9]，已经被广泛应用。ISOFIX 系统的优点：(1)给儿童座椅提供了一个规范而简单的安装方式，同一个儿童座椅可以安装于不同的车上，安装方式简单且给使用者提供了便利，相比用车上安全带固定更便于安装和拆卸；(2)在儿童座椅与车身地板间建立了一个刚性的连接，减小了儿童座椅安装后松脱的风险，提高了儿童座椅的动态性能[10]。

该约束方式在Ⅰ组和0+组是一种广泛使用的约束方式(ISOFIX与上拉带、支撑腿等抗翻转装置配合使用)。但是在Ⅱ、Ⅲ组别中，由于儿童全背带式约束带(Harness Belt，即通常所说的五点式安全带)限于尺寸等原因已经不能使用，而ISOFIX固定装置只能约束座椅而不能约束儿童，它不能脱离成人安全带独立使用，需要配合成人安全带一起使用。

1.2 两种约束方式效果的理论分析

GB 27887-2011《机动车儿童乘员用约束系统》中将安全带独立约束方式定义为通用型，而安全带约束儿童成员和安全座椅、再用ISOFIX做为附加固定点约束安全座椅的方式实际上是一种半通用型。由于在安全座椅底部多加了两个附加固定点，很多人会认为这种方式更加安全，其实不然。在只有安全带约束的条件下，当遇到紧急刹车的时候，安全座椅会整体向前做一定的运动，由于成人安全带通过3个固定点对儿童成员及座椅做整体的约束，安全座椅上下两部分的位移没有太大的差别。但是在有ISOFIX作为附加固定点约束的条件下，由于安全座椅的底部被ISOFIX约束无法移动，在紧急刹车时，这种单点约束的方式必然使得安全座椅有向前翻转的趋势，即安全座椅上部发生较大的位移，这种位移会加大儿童乘员的头部位移，更容易发生危险。

2 两种约束方式测试结果的比较

要探究这两种约束方式哪种方式能更好地保护儿童乘员，光靠理论分析显然是不够的，真实的试验数据显然更具说服力。在碰撞事故中，儿童乘员人体损伤来自于外力冲击，而人体也有相应的承受极限。与成人相比，儿童乘员损伤指标比较简单，大多用负荷和位移来表征耐冲击性。有两个常用的评价指标：头部损伤指数 HIC(Head Injury Criteria)是表征乘员头部损伤的关键指标；合成胸部指数 TII(Thoracic Injury Index)则是对胸部损伤情况的量化指数[11]。GB 27887-2011《机动车儿童乘员用约束系统》中儿童座椅动态测试的考察中有两个重要的参考数据：一个是假人的头部位移，其中又以横向位移较难通过；另一个是假人的胸部加速度，其中以合成加速度较难通过。其中，对于头部位移，标准中作了如下要求：“前向儿童约束系统，假人的头部不应超过如图所规定的BA平面和DA平面。判断的时间不超过300 ms或者到假人最终停止运动的时刻，以二者中先发生的时刻为准。当使用增高垫及10岁大的假人一起做试验的情况下，图5中从Cr线到达DA平面的距离应为840 mm。”其中，标准该条款涉及的附图如图1所示。

图1 假人位移限值

同样地，对于胸部加速度，标准中同样有如下要求：“胸部合成加速度超过55g的累计时间不应超过3 ms”、“沿腹部朝向头部的垂直加速度超过30g的累计时间不应超过3 ms”。

Ⅱ、Ⅲ组别的儿童约束系统主要分为两种类型：一种是带有靠背的儿童安全座椅，一种是不带靠背的增高垫。可以分别对这两种类型的儿童约束系统的测试结果进行实验数据的比较(注：以下所有试验数据均是在GB 27887-2011要求的试验条件下，例如碰撞前的台车速度为48～50 km/h、成人安全带的腰部约束力和肩部约束力为45～55 N，在减速台车得到的)。

2.1 儿童安全座椅试验结果对比

首先以国内某厂家的A型号座椅(带靠背的儿童安全座椅)的试验数据(见表1)为参考做一下比较。

表1 国内某型号儿童安全座椅部分测试试验数据

注：(1)约束方式一栏中，I+B表示成人安全带与ISOFIX同时使用，B表示只用成人安全带；(2)定义台车前进方向为X向，并取g=9.81 m/s2。

此次认证试验一共进行11次，其中A01-A06试验为型式认证，A07-A11次为PQT试验(国标对此没有要求，但欧标对此有强制性要求)。

对比一下前6次试验的测试结果。首先将前6次试验分为3组，每2次为一组，即A01和A02为第一组，都使用P10假人；A03和A04为第二组，使用的是P6假人；A05和A06为第三组，均使用P3假人。A01是成人安全带加ISOFIX固定座椅，A02为只用成人安全带固定座椅，可以发现：两次试验的碰撞速度差别很小(第一次试验速度超过第二次试验速度不到0.2%)，但是头部X向位移和胸部合成3 ms累计加速度峰值A01比A02分别高出4.3%和3.1%，也就是说在不考虑速度的微小差别以及其他因素的情况下，成人安全带与ISOFIX的同时配合使用结果比只用安全带要差；同样地，A03(成人安全带加ISOFIX固定座椅)和A04(只用成人安全带固定座椅)两次试验速度差别仍然不大(A03比A04还要慢不到0.2%)，相比于A04、A03的头部X向位移和胸部合成加速度要分别高出5.0%和18.5%，同时使用成人安全带和ISOFIX的约束方式明显不如只用成人安全带一种约束方式对儿童乘员的保护效果好；类似地， A05比A06(A05的碰撞速度要比A06低0.4%)在头部X向最大位移和胸部合成加速度两项指标上，仍然高出了2.5%和2.4%，多种约束方式的效果仍然比只用一种有差距。

综合以上3组试验的对比结果不难发现：在试验速度相近以及其他条件也相近的情况下，只用成人安全带固定座椅的约束方式，其效果明显优于同时使用ISOFIX和成人安全带固定座椅。

现在再将A7-A11试验的结果和A1、A2做一下对比。A7-A11试验称为PQT(Production Qualification Test)测试，该测试是欧标R44中要求的，即在型式认证试验中选取测试结果最差的一次，相同条件下连续做5次。比较A1-A6试验可以发现A1的结果是最差的，因此PQT测试将A1的试验连续做了5次。

将A7-A11试验结果与A1试验结果比较发现：无论是头部X向位移还是胸部合成3 ms加速度，均在一个合理的范围内波动，没有太多的变化，因此可以认为测得的数据是有效的、可信的。

现在再将A7-A11的数据与A2的数据做对比，可以发现：在头部X向最大位移与胸部合成加速度两项指标上，A7-A11的试验数据明显高于A2的数据，进一步证明了多种座椅固定方式的约束方法不能更好地保护儿童成员。

总结来说：在带有靠背的儿童座椅上，相比于只用成人安全带约束儿童乘员与儿童安全座椅，同时使用成人安全带与ISOFIX装置来约束儿童乘员与儿童座椅并不能更好地保护儿童乘员，相反，该约束方式会使儿童乘员有受到更大伤害的可能。这显然违背了人们使用额外约束方式的初衷。

2.2 增高垫试验结果对比

接下来比较一下国内某厂家的B型号的儿童安全座椅(增高垫)的试验测试数据。

分析方法类似，同样先看一下表2给出的B01-B06的型式认证试验数据。B01、B03、B05与对应的B02、B04、B06在碰撞速度相近的情况下(前者分别比后者慢0.35%、慢0.37%、快0.68%)，头部X向位移分别多了13.9%、22.0%、16.1%，胸部合成3 ms累计加速度峰值分别提高了21.7%、18.0%、32.0%。通过对比明显看出使用成人安全带和ISOFIX同时固定增高垫的约束方式对儿童乘员的保护远不如只用成人安全带约束增高垫。

表2 国内某型号儿童安全座椅(增高垫)部分测试试验数据

注：(1)约束方式一栏中，I+B表示成人安全带与ISOFIX同时使用，B表示只用成人安全带；(2)定义台车前进方向为X向，并取g=9.81 m/s2。

分析方法类似，同样先看一下B01-B06的型式认证试验。B01、B03、B05与对应的B02、B04、B06在碰撞速度相近的情况下(前者分别比后者慢0.35%、慢0.37%、快0.68%)，头部X向位移分别多了13.9%、22.0%、16.1%，胸部合成3 ms累计加速度峰值分别提高了21.7%、18.0%、32.0%。通过对比明显看出使用成人安全带和ISOFIX同时固定增高垫的约束方式对儿童乘员的保护远不如只用成人安全带约束增高垫。

同样地，在PQT测试中，几次的头部X向位移与胸部合成加速度均在合理的范围内波动；同样地，与B02的结果比较起来，B07-B11的两项主要指标仍然高于B02，同样说明了ISOFIX和成人安全带同时使用的保护效果并不如只用成人安全带的保护效果好。

2.3 其他试验的结果对比

实际上，不仅仅限于该厂家的座椅，其他厂家的产品同样存在这样的问题，图2、图3中给出了其他一些厂家的产品测试结果的柱状图。从这些结果中也可以明显看出这种差别，即ISOFIX固定点的增加并不能在紧急刹车时有效地保护儿童乘员，相反，这样做会加大儿童受伤害的风险。

图2 X厂家型式认证测试结果数据对比

图3 Y厂家型式认证测试结果数据对比

3 结论

通过之前多组试验测试数据的对比分析很容易得知：对于带有ISOFIX的Ⅱ、Ⅲ组别的儿童安全座椅(包括增高垫)，在使用成人安全带约束儿童乘员与儿童安全座椅的条件下，仅仅通过额外使用ISOFIX不能更加有效地保护儿童乘员，相反，这样还会带来相反的效果，加大儿童乘员受伤害的可能。虽然说这一相反的效果并不十分明显，并且也符合国家标准的要求，但是这样终究是加大了儿童乘员受到伤害的风险，这与努力减少儿童乘员受伤害的可能性的初衷是不符的。所以，对于已经符合国家标准的Ⅱ、Ⅲ组别的儿童安全座椅，只用成人安全带已经可以有效地保护儿童成员，不必额外用ISOFIX固定装置固定座椅。消费者对此应有足够的认识与重视，而生产厂家也应尽量引导消费者不要盲目地增加辅助固定装置，以防发生不必要的伤害。

【1】邓晓,金叶,段蕾蕾，等.中国3城市9 484例儿童安全座椅使用及认知状况[J].中国妇幼健康研究,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】蒋惠梁.基于用户需求的儿童安全座椅设计研究[D].杭州:浙江工业大学,2015.

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【5】包胡斯勒.多功能儿童安全座椅设计与碰撞仿真研究[D].锦州:辽宁工业大学,2016.

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【8】杨帆.基于新法规R129的儿童座椅侧面碰撞保护的研究[D].北京:清华大学,2015.

【9】管国朋.多功能儿童安全座椅的仿真分析及试验研究[D].长沙:湖南大学,2013.

【10】高新华,卢礼华,刘昌权,等.儿童座椅固定点布置[J].汽车科技,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】李海风.汽车儿童安全座椅碰撞性能仿真分析[D].广州:华南理工大学,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

张晓龙(1978—)，男，工学硕士，高级工程师，研究方向为汽车被动安全。E-mail：zhangxiaolong@catarc.ac.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.05.015

U467.3

B

1674-1986(2017)05-066-05