ECE R129(階段1)標準分析及其對兒童約束系統(tǒng)設計的影響

崔東輝，張氫

（1.寧波環(huán)球娃娃嬰童用品有限公司，浙江 寧波 315100；2.同濟大學機械工程學院，上海 200092）

ECE R129(階段1)標準分析及其對兒童約束系統(tǒng)設計的影響

崔東輝1，張氫2

（1.寧波環(huán)球娃娃嬰童用品有限公司，浙江 寧波 315100；2.同濟大學機械工程學院，上海 200092）

文章根據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(UNECE)針對汽車兒童約束系統(tǒng)制定的ECE R129最新標準，分析了該兒童約束系統(tǒng)的定義，包括質量劃分，安裝方式，尺寸定義，測試假人，測試方式等方面。通過研究ECE R129標準，以實際研發(fā)的產品為例，著重討論了標準所規(guī)定的新的要求以及其對兒童約束系統(tǒng)設計的影響；研究表明，其中新的質量劃分方式，安裝方式以及新啟用Q系列假人對兒童約束系統(tǒng)的設計影響有限，而新增的尺寸要求以及側碰要求對兒童約束系統(tǒng)的設計影響較大，尤其是新增的支撐腿的尺寸要求以及側面碰撞傷害指標的要求對兒童約束系統(tǒng)結構強度，頭部吸能等方面的設計提出了更高的要求。

ECE R129；兒童約束系統(tǒng)；設計開發(fā)

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-80-07

1、背景

兒童安全座椅起源于歐美，率先在歐美地區(qū)發(fā)展并普及。從1968年英國制定了世界上第一個關于兒童乘員保護的法規(guī)BS 3254開始，至今已經(jīng)有40多年，有效降低了兒童乘員在交通事故中的死亡率及受嚴重傷害的幾率，特別是在防止兒童乘員在交通事故中發(fā)生頭部撞擊和胸部重要器官受到壓迫損傷方面的幾率明顯降低。

然而通過各類交通事故兒童乘員損傷的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)車輛發(fā)生正面碰撞工況時發(fā)生的兒童乘員的頸椎、頭部非接觸損傷、四肢損傷、腹部侵害以及在側碰碰撞工況下兒童假人頭部接觸和非接觸損傷成為主要的傷害。另一方面隨著生物技術、測量技術、汽車工業(yè)的發(fā)展，使得ECE R44法規(guī)在技術和測量手段上有了一定的提升和改善空間。

因此在2013年7月9日，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(UNECE)正式發(fā)布了針對機動車用兒童約束系統(tǒng)的新法規(guī)，第129號法規(guī)(ECE R129)第一階段，主要針對增強型兒童約束系統(tǒng)(ECRS)，俗稱I-SIZE。ECE R129標準的頒布和實施勢必對兒童約束系統(tǒng)的設計開發(fā)產生重大影響，本文將 著重介紹ECE R129第一階段標框架求下的I-SIZE兒童約束系統(tǒng)設計開發(fā)的關鍵技術要求。

2、ECE R129標準

ECE R129標準全名為《關于批準機動車上使用的增強型兒童約束系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)定》，總共分為三個階段：第一階段針對整體式并僅采用ISOFIX接口及抗翻轉裝置固定的兒童約束系統(tǒng)；第二階段針對非整體式，采用車用安全帶結合ISOFIX接口固定的兒童約束系統(tǒng)；第三階段針對所有僅采用三點式車用安全帶固定的兒童約束系統(tǒng)；三個階段的劃分及大致時間表見圖表1。

表1 ECE R129 三階段實施時間表

ECE R129的三個階段分別對應三類不同的兒童約束系統(tǒng)，不再允許任何單一型號的一款兒童約束系統(tǒng)集成其中的兩種或者三種類型。

本文主要研究已經(jīng)實施的ECE R129第一階段標準，對還未正式實施的第二階段和第三階段的標準內容不做討論。

ECE R129第一階段的標準是在ECE R44基礎上，將原先定義的ISOFIX類兒童約束系統(tǒng)進行補充升級所形成的一套新的標準，其主要在組別定義，尺寸類型，設計要求，測試方式等方面做了新的規(guī)定。ECE R129第一階段標準所規(guī)定的兒童約束系統(tǒng)全稱為整體式通用型兒童約束系統(tǒng)，簡稱I-SIZE兒童約束系統(tǒng)。下面針對新增或者影響較大的改變內容進行簡述。

1）規(guī)定了I-SIZE兒童約束系統(tǒng)與車輛的安裝固定方式只能是ISOFIX接口加抗翻轉裝置(上拉帶或者支撐腿)，并且該類兒童約束系統(tǒng)的結構形式為整體式；

2）重新定義的人兒童約束系統(tǒng)質量組的劃分，采用兒童身高結合最大允許使用體重的定義方式替代單一的質量組的定義方式；

3）新增了乘坐兒童在15個月前必須背向車輛行駛方向乘坐的要求；

4）整合了ISOFIX外形尺寸類別，僅保留了正向座椅的ISO/F2X類別和反向座椅的ISO/R2類別，進一步統(tǒng)一了產品的尺寸設計標準；

5）增加座椅內尺寸測量要求，坐高，坐寬，肩寬和肩高尺寸均需滿足設計所對應兒童身高95%人群的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，即增加了乘坐兒童的匹配性要求；

6）增加支撐腿高度方向調節(jié)范圍和深度方向調節(jié)范圍要求，為I-SIZE歸入通用性提供技術支持，解決ISOFIX兒童約束系統(tǒng)與車輛的適配性問題；

7）引入側面碰撞臺車模擬測試要求，增強了兒童約束系統(tǒng)側面碰撞的保護性能；

8）增加頭部傷害值指標要求，測量頭部傷害指數(shù)（15ms）和頭部合成加速度值（3ms）。同時監(jiān)控頸部傷害指標；

9）啟用生物仿真度更高的Q系列假人。

新標準在產品的標識，說明書，包裝、認證方式、生產一致性控制、證書的批準與撤銷、E-MARK認證標識的規(guī)范，動態(tài)測試正碰和反碰測試項目、靜態(tài)測試項目等方面的要求與ECE R44并無太大差別。

3、ECE R129標準新增要求對兒童約束系統(tǒng)設計開發(fā)的影響

3.1 安裝方式與兒童約束系統(tǒng)結構形式

申請ECE R129第一階段標準所適用的兒童約束系統(tǒng)的安裝方式必須采用ISOFIX接口加抗翻轉裝置的方式，另外此類兒童約束系統(tǒng)必須是整體式，轉化為產品設計要求如下：

1）兒童約束系統(tǒng)安裝方式的設計上只需要考慮ISOFIX接口加翻轉裝置的形式，抗翻轉裝置可以是支撐腿或者上拉帶，不需要考慮兒童約束系統(tǒng)的安全帶穿帶路徑，穿帶限位裝置以及相應的鎖緊裝置的設計。也就是說此類兒童約束系統(tǒng)上不再允許出現(xiàn)任何跟車用安全帶安裝相關的部件、結構或標識；

2）此類兒童約束系統(tǒng)必須是整體式，兒童約束系統(tǒng)對乘坐兒童的約束只能采用兒童約束系統(tǒng)自身的部件，不允許借助車輛的任何部件對兒童進行約束。一般的我們認為此類兒童約束系統(tǒng)的設計上只能考慮自身安全帶系統(tǒng)或者整體式前置護體結構。通常的當前可認證的2，3組帶ISOFIX接口兒童約束系統(tǒng)以及常規(guī)的借助三點式車用安全帶固定的前置護體類兒童約束系統(tǒng)將不被標準ECE R129第一階段所接受。

表2 表述了符合ECE R129的兒童約束系統(tǒng)圖例以及常見的不符合標準的座椅結構及圖例。

表2 I-SIZE兒童約束系統(tǒng)圖例說明

3.2 質量組劃分

I-SIZE兒童約束系統(tǒng)不再采用單一的質量組劃分兒童約束系統(tǒng)的組別，而是采用兒童身高結合體重的方式來定義I-SIZE兒童約束系統(tǒng)的適用兒童范圍；

對產品質量組的重新定義主要影響兒童約束系統(tǒng)的內部尺寸的設計和頭枕機構調節(jié)范圍的設計。

I-SIZE兒童約束系統(tǒng)適用兒童的范圍主要根據(jù)兒童身高確定，同時規(guī)定兒童約束系統(tǒng)加上乘坐兒童的體重不得超過33kg。因此在I-SIZE兒童約束系統(tǒng)設計時首先需要確定適用兒童的身高，根據(jù)試用兒童身高對應的95%的兒童的體重確定兒童約束系統(tǒng)的最大設計重量，兒童約束系統(tǒng)的內部 尺寸也需要依據(jù)最大適用兒童的坐高、坐寬、肩寬以及肩高范圍進行設計，具體的設計尺寸依據(jù)見章節(jié)3.4描述；另外由于標準規(guī)定乘坐兒童在15月之前必須采用背向前的乘坐方式，因而嬰兒提籃或者可換向式兒童約束系統(tǒng)的內部設計尺寸必須滿足身高87cm的兒童(15個月兒童對應的95%身高)的所有尺寸要求，否則該嬰兒提籃或者兒童約束系統(tǒng)將不被接受。

I-SIZE兒童約束系統(tǒng)設計身高范圍的確定同時還需要考慮動態(tài)測試對應的假人大小，ECE R129定義了Q0、Q1、Q1.5、Q3、Q6、Q10共六個人偶，根據(jù)不同的兒童約束系統(tǒng)所設計的適用身高對應的測試人偶大小對應表見表3.2。如果設計身高尺寸超出對應人偶的身高尺寸則選用較大一級假人進行碰撞測試，一般的根據(jù)I-SIZE兒童約束系統(tǒng)的定義及安裝要求前向使用的兒童約束系統(tǒng)多將兒童身高設計至105cm。

表3 兒童身高與測試假人身高對應表

3.3 外部尺寸要求

為了解決I-SIZE兒童約束系統(tǒng)與車輛匹配性問題，標準嚴格定義了I-SIZE兒童約束系統(tǒng)總成的最大輪廓尺寸，其主要通過外部總成尺寸檢查治具VSF(Vehicle Seat Fixture)來定義：

1）反向安裝兒童約束系統(tǒng)總成尺寸類別定義為ISOFIX SIZE CLASS D，必須滿足總成尺寸檢查治具ISO/R2 匹配要求（圖1）；

2）正向安裝兒童約束系統(tǒng)總成尺寸類別定義為ISOFIX SIZE CLASS B1，必須滿足總成尺寸檢查治具ISO/F2X 匹配要求（圖2）；

實施到具體的兒童約束系統(tǒng)的設計，可以在設計之初生成虛擬尺寸檢查治具數(shù)據(jù)模型，在虛擬尺寸檢查治具框架內完成產品的外輪廓設計和造型，考慮到設計數(shù)據(jù)上不進行體現(xiàn)的紡織覆蓋物以及實際產品不可控的收縮變形，因此在設計時建議做大外輪廓尺寸與檢查治具尺寸之間保留一定的設計余量。圖1-圖5為虛擬尺寸檢查治具框架外輪廓設計示例以及實際兒童約束系統(tǒng)外部尺寸檢查實例。

圖1 總成檢查治具VSF（ISO/R2）

圖2 總成檢查治具VSF（ISO/F2X）

圖3 虛擬尺寸檢查治具框架外輪廓設計示例

圖4 兒童約束系統(tǒng)外部 尺寸檢查實例

3.4 內部尺寸要求

ECE R129標準規(guī)定兒童約束系統(tǒng)的座高，肩寬，臀寬尺寸和肩高調節(jié)尺寸必須滿足對應身高兒童的相應尺寸數(shù)據(jù)，該尺寸數(shù)據(jù)分別對應最大身高兒童和最小身高兒童的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的95%尺寸和5%尺寸。

根據(jù)上述要求，兒童約束系統(tǒng)設計上需要關注的內部尺寸分別為本體乘坐空間對應的臀寬尺寸、肩寬尺寸，坐高尺寸、肩寬尺寸和肩高調節(jié)范圍，其中臀寬尺寸、肩寬尺寸需大于最大適用身高兒童對應的95%人群的相應尺寸，考慮到乘坐舒適性以及兒童約束系統(tǒng)面套和乘坐兒童衣服厚度，改尺寸應至少大于理論要求尺寸20mm以上，坐高尺寸一般是指可調節(jié)頭枕調節(jié)至最高位置的尺寸，改尺寸應大于最大適用身高兒童對應的95%人群的相應尺寸，肩高調節(jié)尺寸是指頭靠多肩帶位置相對本體底部的高度尺寸，理論上該尺寸當頭枕調節(jié)至最低位置時不應大于最小適用身高兒童對應的5%人群的肩高尺寸，實際上兒童約束系統(tǒng)處于嬰兒使用模式時，底部往往會加墊較厚的內襯緩沖墊，此時該肩高調節(jié)的最小尺寸可以是最小適用身高兒童對應的5%人群的肩高尺寸加上內襯緩沖墊的厚度尺寸，內襯緩沖墊的厚度尺寸可以自行設定。

以下依據(jù)通常可以接受的可轉向使用的I-SIZE兒童約束系統(tǒng)對應的最小適用身高和最大適用身高分別取45cm和105cm進行具體設計對應尺寸實例說明圖5兒童相應部位尺寸示意圖，表4為45cm身高兒童和105cm身高兒童5%和95%人群的尺寸統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

圖5 內部尺寸測量部位示意圖

表4 兒童身高統(tǒng)計表

根據(jù)上述要求，在產品設計時需要依據(jù)上表紅色加粗顯示的尺寸進行兒童約束系統(tǒng)本體乘坐空間的相應尺寸設計，兒童約束系統(tǒng)內部尺寸設計及測量檢查表見表5。尺寸測量設備見圖6：

圖6 內部尺寸測量裝置

表5 內部尺寸設計及測量檢查表

3.5 支撐腿尺寸要求

在標準ECE R44中安裝方式為ISOFIX加支撐腿類型的兒童約束系統(tǒng)只能被定義為半通用型，主要是由于支撐腿的尺寸與車輛之間無法完全匹配。而在標準ECE R129中，ISOFIX加支撐腿類型的兒童約束系統(tǒng)被定義為通用型，為此標準ECE R129對支撐腿的尺寸做出了全新的定義以提高同車輛的匹配性。圖7為支撐腿尺寸要求示意圖，具體尺寸要求如下：

支撐腿寬度方向尺寸不得超過200mm；長度方向距離ISOFIX錨點距離調節(jié)尺寸范圍為 585mm-695mm；深度方向尺寸要求：支撐腿最上端距離兒童約束系統(tǒng)底平面不得超過80mm，支撐下端必須高度方向可調節(jié)，且調節(jié)范圍為支撐腿腳部底平面與兒童約束系統(tǒng)底平面之間的距離至少為275mm-525mm。

圖7 支撐腿尺寸要求示意圖

ECE R129標準對支撐腿尺寸要求的變動對兒童約束系統(tǒng)的設計無論在結構強度設計上還是在調節(jié)機構設計上增加了較大難度：

1）支撐腿長度方向距離ISOFIX錨點距離調節(jié)尺寸范圍要求為585mm-695mm，當兒童約束系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時，支撐腿外側距離ISOIFX錨點的距離最大為695mm。根據(jù)當前標準所設計的ISOFIX兒童約束系統(tǒng)該尺寸一般都不超過600mm。當兒童約束系統(tǒng)處于正碰工況時，根據(jù)結構受力圖(圖8)可以明顯發(fā)現(xiàn)，支撐腿長度方向尺寸加大后對結構整體設計剛度要求更高，因此設計時需要考慮支撐腿與ISOFIX鋼架組成的ISOFIX系統(tǒng)剛度能否滿足動態(tài)碰撞載荷的要求。目前校驗兒童約束系統(tǒng)結構強度最有效的方式為模擬碰撞試驗，模擬碰撞試驗的驗證方式雖然最為直接，驗證效果最好，但是改方式同樣存在驗證周期長，驗證費用高，一旦驗證效果不佳，修改成本高，修改困難甚至造成前期的模具投入報廢等缺陷。因此引入計算機仿真分析技術進行前期結構設計強度驗證可以取得較好效果，圖7的實例結構可以分析校驗其在Q3假人正面碰撞工況下結構強度，采用動態(tài)載荷的靜態(tài)等效方式進行結構靜態(tài)強度分析，靜態(tài)載荷加載強度可以依據(jù)Q3假人所能承受的額最大載荷55g或模擬碰撞臺車最大加載加速度28g進行計算所得，具體的加載分析不在本文討論。

圖8 ISOFIX 鋼架系統(tǒng)受載分析圖

2）支撐腿下段調節(jié)尺寸要求為70mm-525mm。將當前標準下常規(guī)的支撐腿結構轉化到產品設計的示意圖如圖9，可以明顯得出，此類結構支撐腿上段和支撐腿下段之間的配合尺寸過小，無法滿足結構的承載要求，因此ECE R129標準下的支撐腿結構需要尋求新的解決方案，一般的可以考慮以下兩種解決方案，如圖10所示。

圖9 支撐腿調節(jié)尺寸示意圖

圖10 支撐腿結構解決方案

解決方案1通過將支撐腿的2段式設計改為3段式設計，在達成支撐腿下段調節(jié)范圍要求的同時，保證了各段之間的配合強度。該解決方案的優(yōu)點是：結構剛性較好，調節(jié)范圍可以設計的更大；其缺點是：結構設計較為復雜，成本較高。

解決方案2是通過盡可能的利用底座底平面以上支撐腿設計限制尺寸所允許的85mm高度的空間。理論上可以將支撐腿伸長后上下段之間的配合長度由原來的20mm增加至105mm，從而滿足支撐腿結構承載的要求。為了盡可能多的利用底座底平面以上部分的空間，支撐腿結構往往需要設計成外管套內管的結構，即支撐腿上段固定段采用截面面積較大的套管，下段可調節(jié)段采用截面較小的套管。由于支撐腿上段需要與兒童約束系統(tǒng)的底座或者ISOFIX鋼架需要采用連接機構進行連接，因而如果采用截面較小的套管作為支撐腿上段的固定管，則需要去除連接機構的尺寸，因而無法很好的利用底座平面以上85mm的空間尺寸。

另外針對使用支撐腿作為抗翻轉裝置的兒童約束系統(tǒng)，標準還對正面碰撞時支撐腿的使用做出了規(guī)定。ECE R129標準規(guī)定，除非兒童約束系統(tǒng)上所適用的支撐腿為固定不可調節(jié)并且不可拆卸的，否則本標準所定義的所有兒童約束系統(tǒng)都應該進行誤使用測試，即僅使用兩個ISOFIX下固定點與測試設備進行連接的狀態(tài)下進行正面碰撞測試。在改測試條件下，如果兒童約束系統(tǒng)的支撐腿為可拆卸的，那么該測試進行前應該將支撐腿整體拆除；如果支撐腿部件不可拆卸，但可折疊收納，且折疊后支撐腿的任何部件都可藏于底座內部，不高出底座底平面，則該測試進行前應先將支撐腿調節(jié)至收納位置；其它情況則將支撐腿調節(jié)至距離測試臺面最遠位置。

3.6 側面碰撞要求

當前ECE R44標準并未對側面碰撞做成規(guī)定，因而在兒童約束系統(tǒng)設計上并不會過多的考慮側面碰撞的保護性能。由于考慮道路交通事故統(tǒng)計中側面碰撞工況所占比例較高，因而ECE R129標準在動態(tài)碰撞試驗中引入側面碰撞測試的要求。

側面碰撞通過固定門板模擬汽車車門，在碰撞過程中從90度方向將固定門板直接侵入撞擊兒童座椅的側面。典型的側面碰撞測試臺見圖11，該撞擊方式模擬將兒童安全座椅放置在靠近碰撞側車門時發(fā)生的碰撞事故。側面碰撞臺車設備與兒童約束系統(tǒng)ISOFIX接口配合的錨固鋼軸被加長，在兒童約束系統(tǒng)受到撞擊時，可以整體延著碰撞方向滑動。側面碰撞的侵入速度范圍要求如圖12，時間和速度控制上下軌閾值見表6。

圖11 側面碰撞測試設備

圖12 側碰侵入速度控制圖

表6 時間和速度控制上下軌閾值

考慮側面撞擊時，ISOFIX連接處可自由滑動，同時側面撞擊的侵入速度最大為7.25m/s約26km/h，因此和正面碰撞相比較，側面碰撞對兒童約束系統(tǒng)和ISOFIX鋼架系統(tǒng)的強度要求不如正面碰撞苛刻，通過多款I-SIZE兒童約束系統(tǒng)產品的實際測試也得到了驗證。實際測試結果表明：側面碰撞試驗對兒童損傷最嚴重的為頭部區(qū)域的傷害，而且越小兒童，傷害值越高，以下以I-SIZE兒童約束系統(tǒng)在側面碰撞實驗中試驗結果為例說明側面碰撞試驗對兒童安全座椅設計的影響；圖13所示為其中一款I-SIZE兒童約束系統(tǒng)在側面碰撞實驗中Q0兒童假人的測試數(shù)據(jù)，試驗結果表明改款兒童約束系統(tǒng)在受到側面撞擊過程中兒童約束系統(tǒng)對乘坐兒童假人的頭部保護性能不佳，頭部傷害指數(shù)接近限制要求，頭部加速3ms合成值超出限值要求。我們再來觀察改款兒童約束系統(tǒng)撞擊前兒童正常乘坐姿態(tài)時Q0兒童假人頭部狀態(tài)(圖14)以及撞擊過程中兒童頭部最大加速度值發(fā)生時刻Q0兒童假人頭部狀態(tài)(圖15)可以發(fā)現(xiàn)，Q0兒童假人頭部加速度值最大發(fā)生時刻為兒童約束系統(tǒng)保護測試受到側面臺車撞擊后快速擊打至兒童假人頭部的時刻。通過進一步分析可以發(fā)現(xiàn)撞擊前兒童約束系統(tǒng)對Q0假人頭部的包裹區(qū)域兩側間隙過大，造成測試臺車侵入瞬間造成的撞擊力直接作用在兒童約束系統(tǒng)側面并快速擊打至兒童假人頭部。因此我們在兒童約束系統(tǒng)設計時可以考慮采用以下方案改善側面撞擊性能。

圖13 側碰試驗Q0假人傷害

圖14 撞擊前Q0兒童假人頭部狀態(tài)

圖15 Q0兒童假人頭部受到擊打狀態(tài)

I-SIZE兒童約束系統(tǒng)在產品設計時一般可以考慮采用以下幾種解決方案：

1）兒童假人頭部接觸區(qū)域采用吸能性能較好的材料，如PU、EPP、EPS、高密度慢回彈海綿等；

2）增加兒童假人頭部的包裹性，減小兒童約束系統(tǒng)頭部接觸區(qū)域側面與兒童假人頭部之間的間隙，防止兒童假人頭部甩出包裹區(qū)域與汽車內飾發(fā)生接觸以及減小兒童約束系統(tǒng)側面內側對兒童假人頭部的沖擊載荷；

3）兒童約束系統(tǒng)與測試臺車侵入門板接觸區(qū)域設置吸能裝置，吸收部分侵入門板帶來的沖擊力。

上述兒童約束系統(tǒng)側面碰撞Q0假人頭部傷害值過大問題通過增加兒童約束系統(tǒng)兩側對兒童假人頭部的包裹性，并且將頭部側翼材料更換為吸能性能較好的PU材料后解決，更改后的Q0假人頭部狀態(tài)見圖16。改進后的側面碰撞頭部傷害指數(shù)測值明顯得到改善，具體見圖17：

圖16 改進后Q0兒童假人頭部狀態(tài)

圖17 改進后Q0兒童假人側碰頭部傷害值

3.7 傷害指數(shù)

ECE R129標準取消了胸部加速度Z向3ms合成值得要求，而增加了監(jiān)控頸部傷害指標頸部張力和頸部扭矩。主要是因為之前技術手段無法直接測量兒童假人頸部傷害值，因而采用胸部Z向加速度值來替代胸部傷害。隨著新一代Q系列假人的問世，對假人頸部傷害值的測量不再成為技術難題，同時研究也表明胸部Z向加速度并不能有效反應頸部傷害值。雖然對頸部傷害的測量技術手段得以解決，然而對頸部傷害限制的定義由于缺乏經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫和理論依據(jù)，因而ECE R129標準實施的前3年對頸部傷害值只作為監(jiān)控指標，標準正式實施3年后納入測試指標值。

除了頸部傷害指數(shù)，還增加了頭部傷害指標，分別取頭部3ms合成加速度、頭部傷害指數(shù)HPC15作為頭部傷害指標。

通過測試研究表明，頸部傷害指標在正面碰撞和反向反碰的測試條件下傷害值較大；頭部傷害指標在正碰和側碰條件下傷害值較大。

從產品結構設計上，有效降低頭部傷害值和頸部傷害值的方法一般有增加限力裝置、緩沖部件或者預緊裝置等方法。典型的限力裝置有齒片式金屬卡槽限力器，崩塌式安全帶系統(tǒng)等，圖18為一種典型的齒片式金屬卡槽限力器。緩沖裝置一般通過在兒童乘坐空間增加緩沖坐墊，支撐腿系統(tǒng)增加吸能裝置等方式在碰撞過程中吸收一部分的沖擊動能，以減小乘坐兒童所受沖擊動能。另外還可以通過在自身harness系統(tǒng)上增加預加載裝置的方式消除兒童假人同harness系統(tǒng)之間的間隙，從而消除碰撞過程中因自身安全帶系統(tǒng)未完全束縛兒童引起的瞬間沖擊載荷。

圖18 齒片式金屬卡槽限力器

3.8 Q系列假人

P系列假人是上世紀79年代末80年代初主要由TNO公司研制，覆蓋0歲到12歲兒童的假人模型，一直沿用至今。目前的ECE R44標準和我國的GB27887標準仍然采用P系列假人進行碰撞測試，在長達30年的使用過程中P系列假人也暴露出了生物仿真度不高，測量通道不足，使用耐久性不夠，拆裝維修不便等缺陷。因而Q系列假人應運而生。

Q系列假人相比P系列假人主要具備了以下優(yōu)點：

1）Q系類假人具有更高的仿真度，設計尺寸數(shù)據(jù)基于CANDAT數(shù)據(jù)庫所提供的近年兒童尺寸測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計；

2）Q系列假人可以裝備更多的如加速度計，角加速度計，測力傳感器，位移傳感器等各種測量儀器，有助于獲得更多更精確的數(shù)據(jù)；

3）Q系類假人的設計使拆裝更加方便，可重復性更好；

4）設計上能更好的固定和保護測量設備和線纜，并且將傳感器本身的影響降至最低。

Q系列假人所能測定的各項數(shù)據(jù)見表7：

表7 Q系列假人檢測數(shù)據(jù)表

Q系列假人在假人尺寸，質量上與P系列假人差異并不大，因而對兒童約束系統(tǒng)的結構尺寸設計影響不大 。

4、結束語

我國的兒童約束系統(tǒng)發(fā)展較晚，我國國家標準目前任然沿用的是ECE R44標準內容，并未引入ECE R129的要求。本文初步分析了ECE R129標準相對ECE R44以及我國當前國家標準GB27887所提出的一些新的要求以及其對兒童約束系統(tǒng)設計開發(fā)的影響，希望對我國兒童約束系統(tǒng)生產廠家在新一代I-SIZE兒童約束系統(tǒng)的開發(fā)過程有所幫助。

本文研究表明當前實施的歐洲最新標準ECE R129第一階段在多個方面做出了全新規(guī)定，其目的是加強兒童約束系統(tǒng)對兒童乘員的乘車保護性能，其中較為重要的加強項目如只接受ISOFIX加抗翻轉裝置對兒童約束系統(tǒng)進行安裝、15個月以下兒童乘車必須乘坐被向前的兒童約束系統(tǒng)、新啟用的Q系列假人并且更加全面的監(jiān)控傷害指標以及增加側面碰撞試驗工況等

另外，本文研究還表明ECE R129第一階段標準新增規(guī)定一定程度上對兒童約束系統(tǒng)的設計提出了更高的要求，特別是對支撐腿在X方向上位置尺寸的規(guī)定對系統(tǒng)的結構強度提出更高要求；支撐腿自身高度的大范圍調節(jié)要求使支撐腿的設計結構產生較大影響，之前較為常用的支撐腿結構設計方案將不再適用；而側面碰撞測試工況的引入對兒童約束系統(tǒng)側裝保護性能提出了更高的結構設計要求。因此，依據(jù)ECE R129第一階段標準設計的兒童約束系統(tǒng)具有以下特征：

1）安裝方式簡便單一，錯誤安裝率低；

2）車輛適配性高，支撐腿調節(jié)范圍大；

3）整體式harness系統(tǒng)或者整體式前置護體，具備頭枕及肩帶隨動調節(jié)功能；

4）如果是嬰兒提籃，則內部乘坐空間大，能容納15月以下兒童乘坐；

5）兒童約束系統(tǒng)頭部側翼包裹性好，兩側緩沖材料吸能性能好；

6）一般為可換向使用，適用于105cm以下兒童乘坐。

[1] Regulation No.129 《Uniform provisions concerning the approval of enhanced Child Restraint Systems used on board of motor vehicles (ECRS) 》[S]. 9 Jul 2013-07-09.

[2] 張金煥, 楊帆等. 基于ECER129法規(guī)的兒童座椅側面碰撞臺車試驗系統(tǒng)[J]. 汽車安全與節(jié)能學報 2015年：第6卷 第3期.

[3] i-Size:全球最權威的兒童安全座椅標準. http://bj.xcar.com . cn/ 201407/news_1626479_1.html 2014-07-11.

[4] Regulation No.16《UNIFORM PROVISIONS CONCERNING THE APPROVAL OF: I SAFETY-BELTS, RESTRAINT SYSTEMS, CHILD RESTRAINT SYSTEMS AND ISOFIXCHILD REST -RAINT SYSTEMS FOR OCCUPANTS OF POWER-DRIVEN VEHICLES .

[5] 楊斌, 趙淑華. 歐洲最新兒童安全座椅標準ECE R 129解讀[J].標準科學 2014年09期.

[6] 聯(lián)合國i-Size或將取代歐洲標準[J]. 中外玩具制造2015年04期.

[7] 于峰. 機動車兒童乘員用約束系統(tǒng)發(fā)展趨勢研究[J]. 質量與標準化 2015.03.

Study on ECE R129 (phase 1) and it’s influence for CRS design

Cui Donghui1, Zhang Qing2
（1. Ningbo Global KidsBaby Product Co., Ltd, Zhejiang Ningbo 315100; 2. School of Mechanical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092）

This paper discusses the definition of CRS, as well as its weight grouping, installation, dimension, dummy and testing according to new regulation of ECE R129 made by UNECE(United Nations Economic Commission for Europe). Along with our new CRS product design, this paper pays more attention on new requirement and influence of design of New I-SIZE CRS.

CRS; Design; ECE R129

U462.1

A

1671-7988 (2017)10-80-07

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.028

崔東輝，工程碩士，中級職稱，就職于寧波環(huán)球娃娃嬰童用品有限公司。研究方向：汽車兒童安全座椅的研發(fā)。

張氫，教授，博士生導師，就職于上海同濟大學機械與能源工程學院。研究領域：產品快速與智能優(yōu)化設計、機械控制與信息處理的理論和方法及其關鍵技術，以及工程結構與設備研究開發(fā)。在機械動態(tài)設計與動力修改、大型機械抗震、機械產品三維設計與數(shù)字樣機及仿真、智能優(yōu)化設計、大型建筑的機械結構、大型施工工程裝備及新工藝等方面取得了一定成果。