基于人機(jī)工程學(xué)的電動車兒童安全座椅問題研究

周騰嬌　任鐘鳴

關(guān)鍵詞：電動車 電動車兒童安全座椅 汽車兒童安全座椅 人機(jī)工程學(xué) 兒童 碰撞

中圖分類號：JO-05 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：J

文章編號：1003-0069（2022）01-0132-04

引言

隨著我國城鎮(zhèn)居民出行需求和出行距離的增長，電動車因其便捷、低成本、綠色等特征逐漸成為城市交通系統(tǒng)中不可缺少的部分，據(jù)調(diào)查研究顯示，隨著我國電動車保有量的逐年增加，由于電動車事故造成的兒童傷亡率也展現(xiàn)出逐年增長的趨勢。事實(shí)上，上海市非機(jī)動車管理辦法第三十一條（載人規(guī)定）規(guī)定：駕駛自行車、電動車搭載6周歲以下未成年人使用固定座椅?？墒窃谥袊?，電動車配備安全座椅的比例低至10%上下，如圖1所示，多數(shù)電動車搭載兒童出行時并不配備兒童安全座椅，并且根據(jù)市場調(diào)研顯示，目前電動車兒童安全座椅設(shè)計(jì)較為簡陋，沒有為兒童營造一個安全的“人、機(jī)、環(huán)境”系統(tǒng)，尤其是缺乏對碰撞狀態(tài)下的研究。文章通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)問題后，對不同行駛狀態(tài)下的電動車兒童安全座椅進(jìn)行人機(jī)要素分析從而得到解決思路。

一、電動車

隨著中國城市的發(fā)展，電動車成為了城鎮(zhèn)居民出行的重要交通工具，如圖2所示，電動自行車根據(jù)造型分類可以簡單地分為電動自行車式和電摩式。電摩式和電動自行車式會對電動車兒童安全座椅的安裝位置產(chǎn)生決定性的影響，電摩式的電動車可以將安全座椅安裝在電動車前部車架處，電動自行車式更適合將兒童安全座椅安裝在電動車后座處。

電動自行車機(jī)械系統(tǒng)包括承重部分、人力驅(qū)動部分和制動部分。如圖3所示，電動自行車的承重部分主要包括車把、車架、車梯、鞍座和前叉，其中車把手用于操縱電動自行車的行駛方向;車架、車梯和鞍座用于支撐整個車體和騎行者的重量，并承載所有電動自行車的零部件，前叉可以隨車把手的轉(zhuǎn)動靈活動作，使前輪改變方向，除了用來固定前輪外，還具有減震的功能。

二、電動車兒童安全座椅

（一）電動車兒童安全座椅市場調(diào)研

市場上現(xiàn)有的比較專業(yè)的電動車兒童安全座椅生產(chǎn)品牌有雅迪、懶人得智、小航天等，多數(shù)是零售廠商參考專業(yè)品牌的造型、功能，并且結(jié)合了生活經(jīng)驗(yàn)仿制出的產(chǎn)品，目前存在許多問題。京東、淘寶等是電動車兒童安全座椅主要的銷售平臺，就淘寶上的銷量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最高的銷量是1萬+，存在著很大的市場需求，但缺乏專業(yè)、完善的制作標(biāo)準(zhǔn)。文章對市場上現(xiàn)有的幾款比較典型的電動車兒童安全座椅進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、兼容性、安裝方式、產(chǎn)品使用周期這五方面的分析，如表1：

電動車兒童安全座椅主要分為：前置式和后置式。前置式的兒童安全座椅在市場上占比大于后置式，主要原因?yàn)椋?/p>

1.前置式便于家長監(jiān)管

2.前置式的安裝方式更加穩(wěn)固

（二）電動車兒童安全座椅現(xiàn)存問題

從電動車兒童安全座椅市場調(diào)研結(jié)果可以看出電動車兒童安全座椅目前設(shè)計(jì)、制造都存在很多不足，下文將根據(jù)市場調(diào)研結(jié)果深入探討電動車兒童安全座椅現(xiàn)存問題：

1.脫離兒童用戶特征，不符合兒童損傷機(jī)理

2.干擾駕駛員行駛，忽略駕駛員的需求

①視線遮蔽：例如雅迪的一款兒童安全座椅，產(chǎn)品高度在530-600mm之間，據(jù)調(diào)查顯示，20-30歲的男性坐高取5百分?jǐn)?shù)為883.7mm，坐姿眼高為774.7mm，五歲兒童坐高取95百分?jǐn)?shù)為42.44mm，可以看出，身材較矮的成年男性在電動車安裝了兒童安全座椅后視線仍有可能被5歲的兒童遮蔽。

②腿部容納空間不足：電動車容納腿部空間放上兒童安全座椅后很容易造成駕駛員腿部容納空間不足，影響駕駛員的駕駛習(xí)慣，造成安全隱患，如圖4。

③側(cè)翻對駕駛員額外損傷：在電動車發(fā)生側(cè)翻的情況下，駕駛員會受到兒童安全座椅、兒童的撞擊，導(dǎo)致腿部造成額外的傷害。

3.缺乏對碰撞狀態(tài)下兒童安全座椅安全性能的測試

當(dāng)電動車發(fā)生碰撞時對兒童安全座椅有著重大影響，但目前電動車兒童安全座椅的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、固定裝置都不足以應(yīng)對汽車或者其他電動車的沖撞。

三、人機(jī)工程學(xué)

人機(jī)工程學(xué)是一門為人服務(wù)的綜合性學(xué)科，它是以人的特征為出發(fā)點(diǎn)，目的是創(chuàng)造一個健康、安全、高效的“人—機(jī)—環(huán)境”系統(tǒng)，使人與相對特定的環(huán)境相互作用。

電動車兒童安全座椅存在的問題主要分為以下主體：人、電動車兒童安全座椅和電動車、環(huán)境，這幾個主體與人機(jī)工程學(xué)中的“人”“機(jī)”“環(huán)境”不謀而合，所以文章用人機(jī)工程學(xué)的理論知識來解決電動車兒童安全座椅現(xiàn)存的問題。

兒童、駕駛員屬于“人”的部分，電動車、電動車兒童安全座椅屬于“機(jī)”的部分，“環(huán)境”是指電動車兒童安全座椅隨著電動車啟動到停止整個過程中不斷變化的外部因素，包含了行人、汽車、其他電動車、地面等環(huán)境要素。如表2：

四、不同行駛狀態(tài)下人機(jī)工程學(xué)要素在電動車兒童安全座椅中的應(yīng)用分析

電動車兒童安全座椅的行駛狀態(tài)影響著電動車兒童安全座椅“人—機(jī)—環(huán)境”要素的分析應(yīng)用，一般可以將電動車行駛狀態(tài)分為正常行駛狀態(tài)和碰撞狀態(tài)。正常行駛狀態(tài)是一個相對穩(wěn)定、安全的狀態(tài);碰撞狀態(tài)下不管是兒童還是駕駛員都會把安全性放在首位。文章分點(diǎn)論述電動車兒童安全座椅不同行駛狀態(tài)下的“人—機(jī)—環(huán)境”要素，并且以碰撞狀態(tài)作為文章論述的重點(diǎn)。

（一）正常行駛狀態(tài)下電動車兒童安全座椅人機(jī)工程學(xué)要素分析

1.兒童生理特征對電動車兒童安全座椅設(shè)計(jì)的影響

文章圍繞著兒童的生理特點(diǎn)進(jìn)行分析并發(fā)現(xiàn)了兒童尺寸隨著年齡增長不斷變化，如表3：（單位：mm）所示，2.5-6歲的兒童身體的各個尺寸都有明顯的變化，從而說明電動車兒童安全座椅尺寸應(yīng)該符合兒童的身體尺寸生長特點(diǎn)而具有可調(diào)節(jié)性。

2.兒童心理特征對電動車兒童安全座椅設(shè)計(jì)的影響

兒童的心理特征和成人有著很大的差異：

（1）四歲以下的兒童沒有危機(jī)管理意識。安全座椅除了設(shè)計(jì)必要的安全束縛裝之外，還應(yīng)該在行駛過程中考慮到家長與兒童的親子互動關(guān)系，以便家長隨時調(diào)節(jié)、管控兒童的情緒。

（2）有研究顯示，不同年齡階段、不同性別的兒童對顏色的需求不同。3歲以下的兒童常喜歡明亮鮮艷的顏色，例如黃色、紅色。4-11歲的孩子更加偏愛黃色。女孩喜歡粉紅色、白色、淺黃色、淺綠色等等，男孩則喜歡藍(lán)色、紅色、淺黃色、白色、黑色等。

3.駕駛員需求對電動車兒童安全座椅設(shè)計(jì)的影響

根據(jù)前文市場調(diào)研所述，現(xiàn)存的兒童安全座椅主要存在駕駛員坐姿眼高遮蔽和腿部空間不足的問題：

（1）需要試驗(yàn)電動車兒童安全座椅不同高度下不同年齡的兒童坐高對駕駛員視線的遮蔽情況，尋找合理的高度調(diào)節(jié)空間。

（2）電動車車架空間本為駕駛員的腿部收納空間，前置式的兒童安全座椅占據(jù)了駕駛員大量的容腿空間，在安全座椅上為駕駛員設(shè)置一個腳踏板能增加駕駛員的容腿空間。

綜上所述，正常行駛狀態(tài)下的電動車兒童安全座椅“人—機(jī)—環(huán)境”各要素之間較為穩(wěn)定安全，所以文章重點(diǎn)在此狀態(tài)下分析兒童和駕駛員的生理、心理需求對電動車兒童安全座椅設(shè)計(jì)的影響。

（二）碰撞狀態(tài)下電動車兒童安全座椅人機(jī)工程學(xué)要素分析碰撞狀態(tài)下的兒童安全座椅處于一個不穩(wěn)定的人機(jī)環(huán)境之中，安全性是第一要素。碰撞狀態(tài)下是文章分析的重點(diǎn)：

1.“環(huán)境”——碰撞情況分析

汽車和電動車碰撞事故形態(tài)中汽車正面和電動車碰撞占主要例比，其中汽車正面和電動車側(cè)面相撞的情況為多數(shù)。汽車正面和電動車側(cè)面發(fā)生碰撞時，如圖5所示，汽車前保險(xiǎn)杠撞擊到電動車側(cè)面機(jī)身，導(dǎo)致兒童和駕駛員受到來自側(cè)面的沖擊力。由此場景可見，兒童安全座椅的作用就是要減少不同方向的沖撞力從而起到保護(hù)的作用。

2.“人”——兒童和駕駛員

（1）兒童損傷機(jī)理

市場上現(xiàn)有的電動車兒童安全座椅在碰撞情況下對兒童的各個身體構(gòu)造不能起到合理的保護(hù)，所以本研究從兒童生理解剖學(xué)角度分析：

①頭部：對于3-6歲的兒童，頭部占據(jù)著身體很大的比例，在交通事故中，頭部的傷害也是造成傷亡的主要原因。在電動車行駛的過程中，頭部是電動車兒童安全座椅最需要保護(hù)的部位。

②頸部：兒童的頸部還處于生長階段，容易在交通事故中造成組織損傷，雖比成人柔軟，不會輕易折斷，但也需要得到電動車兒童安全座椅的有效保護(hù)。

③胸部和腹部：兒童胸部占據(jù)兒童身體的很大比重，許多重要的器官身處胸腹部，是不可忽略的重要部位。

④四肢：兒童的四肢發(fā)育得還不是很成熟，比較柔軟。市場上銷量優(yōu)的兒童安全座椅采用的半開放式結(jié)構(gòu)會造成兒童四肢裸露在外，得不到有效保護(hù)，是目前需要得到重視的問題。

就目前的市場產(chǎn)品來看：座椅大部分集中保護(hù)了胸腹部，頭部和頸部作為重要的、需要保護(hù)的部位卻沒有得到保護(hù);同時，四肢完全裸露在座椅之外，容易造成損傷，表4整理了兒童損傷機(jī)理在電動車兒童安全座椅中需要注意的點(diǎn)，如表4：

（2）碰撞下駕駛員需求對

電動車兒童安全座椅設(shè)計(jì)影響電動車碰撞后發(fā)生傾倒時，兒童安全座椅會對駕駛員產(chǎn)生壓力并且駕駛員本身的容納腿部的空間不足會對駕駛員產(chǎn)生二次損傷，座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮到這一點(diǎn)，不給駕駛員帶來額外的損傷。

3.“機(jī)”——電動車兒童安全座椅與汽車兒童安全座椅對比分析

目前電動車兒童安全座椅并不足以對抗碰撞狀態(tài)下外來的沖撞力，而汽車兒童安全座椅在應(yīng)對外部沖擊時已經(jīng)有了較為成熟的理論和實(shí)踐，所以文章選取了汽車兒童安全座椅從結(jié)構(gòu)、材料、安裝固定裝置三方面進(jìn)行對比分析：

（1）結(jié)構(gòu)

電動車兒童安全座椅的主要結(jié)構(gòu)有：靠背、坐墊、扶手、安全帶、腳踏板、支撐部件、外部支架等，現(xiàn)在少數(shù)電動車兒童安全座椅還有腿部護(hù)欄。如圖6所示，電動車兒童安全座椅屬于半開放式的結(jié)構(gòu)，兒童的四肢、頭部、頸部都沒有得到有效的保護(hù)。

汽車兒童安全座椅的結(jié)構(gòu)分為三大部分：乘臥空間、兒童束縛裝置及座椅固定裝置，如圖7所示：

①兒童乘臥空間：外部注塑一體外殼、頭枕、上靠背、靠背、坐墊、坐立部等。

②兒童束縛裝置：肩帶、安全卡扣、調(diào)節(jié)裝置，安全束縛裝置保障兒童在發(fā)生意外情況時不脫離安全座椅。

③座椅固定裝置：座椅固定裝置是為了將汽車兒童安全座椅牢固的固定在汽車坐墊上，為大眾認(rèn)可的固定方式有兩種類型：ISOFIX和LATCH。

通過對電動車兒童安全座椅和汽車兒童安全座椅結(jié)構(gòu)的分析，得出了以下結(jié)論，如表5所示：

（2）材質(zhì)

①骨架材質(zhì)

汽車兒童安全座椅的骨架部分一般采用了復(fù)合材質(zhì)聚丙烯（PP），該材料耐熱性能好，能長時間地承受高溫，受沖擊能力強(qiáng)，并且環(huán)保安全，對于兒童的安全形成了有效的保護(hù)。

電動車兒童安全座椅的材質(zhì)是鋼材，減震功能差不能有效地減少碰撞對兒童的沖擊。

②填充材料

座椅填充物主要是可發(fā)性聚乙烯（EPE）、可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）、可發(fā)性聚丙烯（EPP）這三種減震材料，減震材料大多數(shù)使用在安全座椅的頭部、側(cè)翼，當(dāng)發(fā)生碰撞或者意外撞擊時，這些材料之中的高密度氣泡就相當(dāng)于氣囊一樣起到緩沖作用，從而保護(hù)兒童減少傷害。

電動車兒童安全座椅的填充材料是海綿、珍珠棉，填充的部位也僅僅是在靠背處、坐墊和扶手處，由于填充材質(zhì)和骨架材質(zhì)的結(jié)合不當(dāng)，兒童的頭部、頸部、胸部、四肢得不到有效的保護(hù)。

綜上所述，表6從材質(zhì)方面進(jìn)行對比并為之提供改良方法：

（3）安全裝置

①電動車固定裝置

電動車兒童安全座椅的固定方式是通過底部的固定裝置，如圖8所示，雅迪的一款電動車兒童安全座椅采用了20×18cm高碳鋼大面積底盤，加大接觸面積，同時采用了反扣式繃帶固定法，能減少路面的顛簸對安全座椅的力。另外，市場上現(xiàn)存的電動車兒童安全座椅還有一些用繩子把座椅固定在電動車上的情況，這種固定方式明顯存在缺陷，繩子的強(qiáng)度不夠會導(dǎo)致車輛發(fā)生碰撞時兒童安全座椅脫離電動車，對兒童進(jìn)行二次傷害。

②汽車固定裝置

汽車兒童安全座椅的固定方式有明確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如圖9、10所示）：ISOFIX和LATCH兩種類型。ISOFIX是歐洲1990年研究開發(fā)的兒童座椅標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)歐洲品牌的車型都是使用ISOFIX作為兒童安全座椅的標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)包含了兩個連接點(diǎn)，分別是：車輛座椅坐墊處和靠背連接處。相對應(yīng)的，安全座椅上有兩個剛性連接件。最后整個固定裝置還配備了一個限制安全座椅向前翻轉(zhuǎn)的裝置。LATCH是通過編織帶與鎖扣將安全座椅和汽車坐墊相互連接。

碰撞狀態(tài)下兒童安全座椅需要減少汽車碰撞給兒童帶來的沖擊力，首先需要了解兒童自身的損傷機(jī)理;其次通過將電動車兒童安全座椅與汽車兒童安全座椅就結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、安全裝置三方面進(jìn)行對比得出電動車兒童安全座椅的改良方法。

總結(jié)

電動車兒童安全座椅是保障兒童安全出行的重要方式，然而現(xiàn)存的產(chǎn)品仍然存在很多問題，文章首先通過對現(xiàn)存產(chǎn)品進(jìn)行市場調(diào)研得出并分析問題;其次將電動車行駛狀態(tài)分為兩類：正常行駛狀態(tài)和碰撞狀態(tài)：1.正常行駛狀態(tài)下需要著重分析兒童和駕駛員的用戶特征2.碰撞狀態(tài)是文章分析的重點(diǎn)，明確了電動車兒童安全座椅的功能首先是減少汽車碰撞給兒童帶來的沖擊力后對兒童的損傷機(jī)理進(jìn)行分析得出現(xiàn)存電動車兒童安全座椅缺乏對頭部、頸部、四肢的保護(hù)，隨后借鑒汽車兒童安全座椅抗沖擊的理論就結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、安全裝置三方面為電動車兒童安全座椅提供改良方法。

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