浅谈车辆儿童约束安全系统

摘 要：随着我国汽车工业的发展和汽车保有量的增加，儿童乘车安全问题日益凸显。儿童虽然不是交通事故的主体，但他们是道路交通安全中的弱势群体。我国即将颁布儿童约束系统强制测试法规，国内工业界也广泛开展了儿童约束系统的安全性研究。儿童乘坐在汽车后座并使用合适的儿童约束系统可以有效降低致命和损伤风险。

关键词：儿童乘员伤害；法规；儿童约束系统；儿童乘员保护

中图分类号：C91 文献标识码：A

一、道路交通事故的现状和问题

近期媒体报道的几起严重校车安全事故，引起了社会的广泛关注，可是我们在日常的儿童乘员安全保障系统方面却常常被忽略。随着全球汽车保有量的增长和普及使用，汽车碰撞事故中儿童的伤亡也大量增加。根据世界卫生组织2002年的调查数据，有49736名0~4岁的婴幼儿在交通事故中伤亡，同时有130835名5~14岁的儿童在交通事故当中伤亡。交通事故对5~14岁儿童的伤害已经排在儿童各种伤害中的第二位，仅次于传播性疾病对儿童造成的伤害。根据世界卫生组织的数据，2002年在10起交通事故当中就有1起涉及儿童。而在我国，根据公安部交通管理局提供的数据，2006年12岁以下儿童在交通事故中的死亡人数为4167人，占交通事故死亡总人数的4.67%。其中，车内死亡为683人，占儿童交通事故死亡人数的16.4%。据悉，我国儿童因交通事故的死亡率是欧洲的2.5倍，美国的2.6倍。

二、儿童乘员安全保护研究现状

面对日益严峻的儿童在汽车事故中的伤亡情况，世界汽车大国相继开发出汽车儿童安全约束系统，并以法规的形式，在它的碰撞安全性能试验检测方法等方面做了相关规定，使儿童乘员在车辆碰撞事故发生中能得到有效的保护。特别是对于儿童乘员正面碰撞安全方面的研究，欧美等国家和地区从七十年代就已经开始，而我国的该项研究还处于起步阶段。数据表明，使用儿童汽车安全约束系统（child restraint system，简称CRS），能够有效地降低儿童在汽车碰撞中的损伤。今年我国将出台首部《机动车儿童乘员约束系统》强制性国家标准，这也说明我国已经意识到开展儿童乘员约束系统的研究不仅是形式所趋，也是汽车行业开拓国际市场的必经之路，但现状表明我国距离汽车安全发展的要求还任重道远。

在儿童乘员的碰撞安全性研究中，以前一直依赖试验和研发人员的经验来进行设计和开发，需要大量的资金和时间，近年来，国外的一些研究者开始逐渐将计算机仿真技术应用到儿童约束系统的研发中去，2005年，Kapoor等人曾在MADYMO和DYNA环境中分别进行了儿童约束系统的模拟，并对比了TNO P3假人和Hybrid III3岁假人的头额部响应，2006年wang等人还研究了使用刚性和可变形儿童座椅进行模拟计算的差异。在国内，清华大学汽车碰撞实验室周青教授项目组基于对一款国产儿童座椅的研究，在MADYMO环境下建立了有限元与多刚体结合的儿童座椅碰撞仿真模型，并模拟了正面、追尾等多种工况下儿童乘员的响应，通过与试验的对比实验了模型的有效性，并用模型进行了一定的儿童约束系统参数分析。

三、儿童乘员的特殊性

对于好的车身结构和布置，正面碰撞过程中，汽车前部会被压碎变形从而吸收大量的能量来保证车内的乘员有更长的时间（距离）来减速。通过有效舒适的约束系统将乘员牢牢的固定在乘客舱内，乘员将和车身一起减速，减速时间越长，所受冲击就越小。对于成人来说，乘员通过安全带和车辆联系在一起。对于儿童成员通常会有安全带或者其他固定装置（比如ISOFIX装置）将儿童约束装置和车辆固定在一起，再由儿童约束装置将儿童固定。安全带本身不会吸收很多能量，但当安全带将乘员固定的越紧，身体相对与安全带的初始间隙就越小，约束系统等效刚度越大，车体缓冲效率越高，身体受到伤害越少，而碰撞的能量则将由填料和安全气囊所吸收。控制身体的减速度不但可以减小身体与外界的碰撞，而且减小身体内部器官以及骨骼之间的碰撞。然而松弛的约束系统或者坚硬的内饰表面都会在最终接触受力的瞬间给身体更大的冲击。所以基本上所有的儿童约束系统的设计原则都是尽可能紧的将儿童的身体和车辆固定在一起。不过还需要考虑一个问题，那就是人体各部分对冲击的忍耐程度是不同的，所以约束的部位显得非常重要，剩下的能量我们希望尽可能的消耗在人体最强硬的部位上，对于成人来讲，比如肩膀，盆骨，其次是胸部。

儿童虽然不是交通事故的主体，但他们是道路交通安全中的弱势群体。这是因为儿童并不是成人缩小的模型，其身体结构与成人不同，损伤机理也有所不同，比如儿童的头部占比例较大，骨骼发育也未成熟，肌肉组织不发达，内部组织器官比较柔软，所能忍受的冲击大小也不同，都决定了在汽车碰撞过程中对于儿童乘员的保护有着更高的要求。

四、成人约束系统对儿童乘员的可能伤害

现在车上普遍装配的安全带和安全气囊都是为成人设计的安全设施，对于儿童乘员并不能提供安全保障。由于儿童体型较小，三点式安全带的肩带和腰带都不能正确的佩戴，碰撞发生时不但无法有效的约束儿童的身体，更可能引发其他危险，比如肩带卡主儿童颈部，容易发生下潜现象，腰带在盆骨以上将对儿童腹部器官造成伤害。相比之下，安全气囊对儿童的伤害更大，在没有更好的儿童约束系统的情况下，佩戴安全带，最少比不佩戴安全。安全带系统不但能对包括翻滚在内的各种交通事故提供安全帮助，更重要的是乘员受到的约束力与乘员的质量成正比，也就是说相同碰撞程度下儿童受到安全带的约束力会比很多。但是安全气囊打开时的冲击力却与车辆碰撞程度和乘员质量无关，这种冲击力对于儿童来说是致命的，所以即使是在良好的儿童约束系统的约束下，儿童乘员的的位置也应该远离安全气囊。

总之，儿童乘员约束系统的设计思路原则上和普通的成人约束一样，由于儿童的特殊性，对安全保障措施提出了更多更高的要求。比如我们希望载荷更分散，约束的接触面积更大，约束身体更多部分，而多点式安全带、可变形的护盾、后向式儿童座椅等设计将帮助我们来满足这一要求。但对于所有种类的约束系统，首要任务都应该是保护中央神经系统不受损伤，骨骼伤害能够修复，软组织损伤能够痊愈，但对大脑和脊椎神经的创伤在现在看来还是不可恢复的。对这些部位的保护将是儿童约束系统重中之重的考虑因素，其次才考虑四肢，肋骨，甚至是腹部。

五、儿童约束系统法规

目前，世界上各先进国家关于儿童安全座椅的实验方法都有各自相关的法规体系和要求，还没有形成统一。但必须看到，世界各国经济的相互渗透，要求儿童座椅标准必须统一。现在国际上被广泛采用的标准主要有美国的FMVSS213标准和欧洲的ECER44标准。下面对两种法规进行介绍，重点关注研究人员比较关心的动载荷试验的相关规定，以及两者的对比。

1.美国法规

美国是最早开始机动车被动安全性研究的国家，经过几十年的发展，美国汽车安全法规已经形成了完整的体系，其内容包括了被动安全性的各个方面。由于儿童约束系统与成人约束之间有差异，美国联邦机动车安全标准组织制度了FMVSS 213法规。此法规是一套关于50磅（2002年修订时，将此标准改为65磅）以下儿童在高速汽车以及飞机中的安全保护装置的设计标准。这些标准包括碰撞性能，几何关系，说明书和标签，持久性能，易燃性，以及产品注册的情况。标准对于动态载荷试验也有详细的要求，比如碰撞采用正面与正面碰撞，实验配置可以按台车速度的不同分为两组，48km/h和32km/h，每组配置都要求在规定的加速度曲线内部，如图1和图2所示。

图1 速度为48km/h的台车波形要求

图2 速度为32km/h的台车波形要求

2.欧洲法规

欧洲也制定了与美国的法规相应的ECE R44法规。法规在腐蚀性、能量吸收、翻转、动载荷试验。带扣、调节装置、织带、解锁装置等作了详细的规定。

我国现行的汽车标准体系与欧洲接近，为与各标准法规相协调，我国在2010年6月推出的首部《机动车儿童乘员用约束系统》强制性国家标准，最终选定了欧洲ECE R44号法规做为主要参照，详细规定了儿童假人标定与儿童约束系统动态测试的流程。根据标准要求，正面碰撞试验台车速度为48km/h～50km/h，追尾碰撞为30km/h～32km/h。台车的加速度波形需满足如图3所示的边界要求。试验使用9个月、3岁、6岁和10岁假人来测试相应规格的儿童约束系统。标准要求假人胸部3ms合成加速度不超过55g，胸部3ms垂向加速度不超过30g，头部水平和垂直位移不超过指定标志线。该标准有利于规范国内儿童座椅市场，提高儿童座椅的质量和安全性。目前我国还没有与机动车儿童乘员有关的相关标准，也没有儿童安全座椅的相关行业认证标准，导致这一行业发展的严重滞后。

（a）正面碰撞台车加速度波形要求

（b）追尾碰撞台车加速度波形要求

图3 台车加速度波形要求

六、儿童约束系统的基本现状

儿童约束系统（CRS）是防止交通事故中儿童乘员伤亡的乘车保护装置，自上个世纪六十年代问世至今已有半个世纪。目前，CRS已经广泛应用于欧洲、北美、澳大利亚、日韩等国家和地区，相关法规和标准已趋于完善，但在不同地区不同法规下分类方法有所不同，从表1中可以看到欧美法规对于儿童约束系统的分类详情。除表中所示之外欧洲还将儿童约束系统按适用的车辆的不同分为四种型式：通用型、专用型、半通用型、限制型，按儿童乘员约束系统结构的不同分为整体式和非整体式。具体情况可参考ECER44法规，在此不做详细介绍。这里将参考北美市场儿童约束系统的分类方法，对适用于不同年龄段的约束装置其进行较全面的介绍，重点介绍他们的使用范围、要求和基本原理。图4给出了市场上常见的儿童约束系统的图片。

1.车用婴儿床

这种儿童约束系统最初出现在欧洲和澳大利亚，后来被引入美国，经常适用于那些柔弱的、体重过轻，需要仰面躺着（为了防止窒息等原因）的婴儿，如图4b）所示。车辆安全带用于将汽车床固定在与车辆行使方向垂直的方向。婴儿头部朝向于车辆中心平面而不是车窗方向。汽车床内部的约束带将儿童约束在床内，在正面撞击的过程中，作用力被均匀的分散到婴儿身体的整个一侧，能很好的起到保护作用。

图 4不同类型的儿童安全产品（网页图片）

2. 儿童安全座椅

儿童安全座椅是儿童约束系统的主要组成部分，由座椅安全带、支持机械部分、柔软坐垫、调整机构组成。

儿童座椅的安全带是儿童骨盆和上身的约束系统，由皮带或织状物等柔软的材料组成。儿童用安全带有几种不同的类型，根据其外形的不同有三种形式：5点式、似盾式、T形式，具体如图5所示。

（A）5点式，（B）似盾式，（C）T形式.

图5三种安全带形式[8]：

3.儿童约束系统的保护效果

儿童座椅的保护效果目前来讲，最能有效防止交通事故造成乘车儿童意外伤害的方法是在车上安装儿童安全座椅。根据相关数据显示，不使用任何约束系统时儿童的损伤风险最高，儿童坐在增高座椅上，安全程度可以提高80%，如果只是使用成人座椅安全带，安全程度可以提高60%。瑞典有名的佛克萨姆（Folksam）保险公司的研究表明，比较大的儿童除了选择儿童座椅外，也可以选择儿童增高座垫（适用于3～10岁，体重15～36公斤的儿童）。儿童增高座垫可以减少碰撞中对儿童腹部的伤害。当儿童被垫高后，就可以使用成人安全带，便可保护儿童的胸部和头颈部。调查研究证明，使用增高座垫可将损伤风险降低60%。

Th.HummeI等人（1997）在对德国涉及 593名0到12岁约束儿童乘员的448起交通事故材料分析研究后发现，6～11岁仅被三点式成人座椅带约束的儿童受到损伤的风险非常高，而且经常是较严重的损伤，其中受到AIS2＋损伤的几率大约是使用儿童增高座椅和三点式成人座椅带的儿童乘员的3倍。

Khaewpong等人（1995）在对103起涉及约束儿童乘员的汽车碰撞案例进行分析后发现，儿童乘员使用成人座椅腰肩带过早，头部和颈部易受到损伤，若使用增高座椅，则可以减轻损伤。推荐 6～12 岁的儿童仍继续使用增高座椅。

Isaksson-Hellman等人对Volvo数据库进行研究发现，与没有使用约束的儿童乘员相比，对于MAIS2+损伤，增高座椅的缩减率为 77％，成人座椅带的缩减率为 59％。他们还发现儿童使用后向约束系统的损伤风险最低，其次为增高座椅，成人座椅带，不使用任何约束系统的损伤风险最高。

Kate de Jager等人指出对于增高约束和成人座椅带约束，头部仍是首要保护的部位，腹部保护的重要性逐渐增加，胸部的保护也相当重要。

由保险公司进行的调查显示：对于0岁至4岁的幼儿来说，前向式座椅比后向式座椅发生伤亡或者严重受伤的概率要高5倍。因此，应采用后向式儿童安全座椅。因为当两辆汽车迎面相撞时，坐在前向式座椅上的儿童头部先是被甩向前方，并被迫向下朝胸骨方向急速弯曲，接着又向后朝上急速弯曲。这样的张力，幼儿怎能够承受得起。

当年龄较大的儿童无法坐下儿童座椅时，可选择儿童安全座垫，它主要针对3岁至10岁儿童。儿童安全座垫能减少碰撞对儿童腹部的伤害。儿童被垫高后，就能使用安全带以保护儿童的胸部和头颈部，看似简单的措施，却能将安全系数提高80％，真正做到简单高效。

目前大多数父母对儿童座椅这个“玩意儿”反应淡漠，觉得它可有可无。从国内主流车型配置来看，配有儿童安全座椅锁扣的也仅仅是408和速腾而已。情况已经很明显，儿童安全不仅没有引起消费者的重视，同样也没有引起所有厂商的重视。

参考文献

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