過程溫度控制對摩托車乘員頭盔吸收碰撞能量性能的影響

吳濛濤 朱應陳 周 航 丁 岑

（無錫市檢驗檢測認證研究院，江蘇 無錫 214000）

0 引言

作為中短途的交通工具，電動摩托車和電動自行車為人們的出行提供了很大的便利。 但受限于其特殊的車身結(jié)構(gòu)， 兩輪車的騎行也增加了交通安全風險。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年全年我國的交通事故死亡人數(shù)為62 763 人，其中摩托車和非機動車（包含自行車）交通事故死亡人數(shù)占比約為23.7%。有學者通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對于死亡的摩托車車手而言，頭部損傷的致死率占所有部位損傷致死率的75%。 依據(jù)相關(guān)資料顯示，使用者在佩戴合格的頭盔的情況下，能夠?qū)⑹鹿手兴馐艿降念^部損傷風險降低69%，相應的事故死亡率也能夠降低近42%。 因此，頭盔吸收碰撞的性能越好，越能夠更好地降低使用者頭部損傷的程度。 研究過程溫度控制對頭盔吸收碰撞性能的影響，總結(jié)經(jīng)驗，科學引導企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量，顯得極為重要。

1 產(chǎn)品概況

近年，隨著電動兩輪車的普及和“一盔一帶”政策的實施，道路上呈現(xiàn)騎乘摩托車卻穿戴電動自行車頭盔的情況。 由于電動自行車頭盔目前暫無現(xiàn)行國家標準，往往低價劣質(zhì)銷售，極大增加了騎乘安全隱患。 同時，摩托車乘員頭盔的產(chǎn)品質(zhì)量狀況不容樂觀。 根據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局公布文件可知，2020年摩托車乘員頭盔國家監(jiān)督抽查共抽查了22 批次產(chǎn)品，有1 批次產(chǎn)品吸收碰撞能量性能不合格；2020年摩托車乘員頭盔山東省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查共抽查了11 批次產(chǎn)品， 有6 批次產(chǎn)品吸收碰撞能量性能不合格；2018年摩托車乘員頭盔上海市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查共抽查了11 批次產(chǎn)品， 有1 批次產(chǎn)品吸收碰撞能量性能不合格。 頭盔吸收碰撞性能的好壞嚴峻考驗著數(shù)億用戶的騎行安全。

2 現(xiàn)行標準解讀

2.1 標準概況

目前國內(nèi)摩托車乘員頭盔現(xiàn)行標準為GB 811—2010《摩托車乘員頭盔》，該標準中規(guī)定的A 類頭盔吸收碰撞能量性能指標參照了歐盟ECE 22—2002 《摩托車防護頭盔》，B 類頭盔的吸收碰撞能量性能指標參照了日本標準JIS T8133—1994《摩托車和機動自行車的駕駛員和乘客用防護帽》 和中國臺灣標準CNS 3902—92《騎乘機車用安全帽》。標準規(guī)定A 類頭盔吸收碰撞能量性能指標為：加速度峰值不超過300 g；加速度超過150 g 的作用時間應小于4 ms；B 類頭盔吸收碰撞能量性能指標為：加速度峰值不超過400 g；加速度超過200 g 的作用時間應小于2 ms（加速度峰值均不超過300 g 時，此項不作要求）；加速度超過150 g的作用時間應小于4 ms。

2.2 碰撞方法存在的問題

進行高/低溫碰撞試驗時， 按照標準5.9.2 條款規(guī)定的“應在5 min 內(nèi)完成一處試驗”的試驗條件，碰撞前容易出現(xiàn)頭盔在室溫下停留過久而致熱擴散的情況，對檢驗結(jié)果帶來不利影響。 試驗情況如下：

2.2.1 樣品準備

試驗時的環(huán)境溫度為21℃，采用室溫狀態(tài)碰撞加速度值為93.2 g 的某品牌B 類頭盔，分別進行高溫處理、低溫處理，檢查不同室溫暴露時間下（即從溫箱轉(zhuǎn)移開始直至發(fā)生碰撞的時間）的碰撞情況。試驗用樣品均為該品牌同型號同批次頭盔，沖擊點均為同一部位。

2.2.2 試驗方案一（室溫暴露時間＜5 min）

分別對樣品1/高溫處理、 樣品2 進/低溫處理，在近4 min30 s 的測試時間下進行碰撞試驗，結(jié)果見表1中“試驗方案一”。

2.2.3 試驗方案二（室溫暴露時間＜1 min）

分別對樣品3/高溫處理、 樣品4 進/低溫處理，在近30 s 的測試時間下進行碰撞試驗， 結(jié)果見表1 中“試驗方案二”。

表1 高低溫試驗方案

2.3 不同方案結(jié)果分析

從試驗方案一可看出：盡管室溫暴露時間4 min30 s符合GB 811—2010《摩托車乘員頭盔》中5.9.2 條款規(guī)定， 但高溫處理后的樣品1 表面溫度下降約19℃，低溫處理后的樣品2 表面溫度上升約15℃，極大偏離了所模擬的試驗環(huán)境溫度。

從試驗方案二可看出： 在30 s 的測試時間下，樣品3 和樣品4 的表面溫度僅有5℃變化， 與所模擬的環(huán)境溫度偏離不大，同時碰撞加速度值要比4 min30 s測試時間的樣品1 和樣品2 高17～25 g。

以上情況說明， 標準規(guī)定的5 min 測試時間較為寬泛，實際試驗時頭盔會發(fā)生熱擴散，難以保證試驗數(shù)據(jù)的準確性。

3 問題分析及建議措施

3.1 問題分析

分析試驗過程后發(fā)現(xiàn)，主要有以下三點原因?qū)е骂^盔實際試驗溫度的偏離：

（1）標準規(guī)定不具體。GB 811—2010《摩托車乘員頭盔》 碰撞試驗條款規(guī)定的一處試驗的完成時間較長，缺少對樣品溫度監(jiān)控要求及溫度偏離允差關(guān)鍵指標。

（2）保溫與碰撞設備空間距離遠。 由于目前尚未有保溫和碰撞一體的頭盔試驗設備，實驗室往往采用溫箱保溫與常溫碰撞機相結(jié)合的方式進行試驗，空間距離較大、樣品轉(zhuǎn)移和安裝時間過長，從而影響試驗結(jié)果。

（3）試驗人員操作不當。 在頭盔從溫箱轉(zhuǎn)移、安裝到碰撞設備的過程中，試驗人員手動操作時往往未輔以隔熱裝置（如保溫箱、隔熱手套等），人體或空氣與樣品接觸過久引發(fā)熱擴散。

3.2 建議措施

針對上述問題，筆者建議采取如下的措施：

（1）優(yōu)化樣品轉(zhuǎn)移和安裝方法。 一是保溫與碰撞設備就近安裝。 二是增加保溫箱轉(zhuǎn)移樣品。 三是裝夾頭盔時采用隔熱工具，避免人體直接碰觸。 四是試驗準備充分，在盡短時間內(nèi)裝夾。

（2）實驗室自行制定操作規(guī)程。 一是重點關(guān)注頭盔碰撞的室溫暴露情況，每處試驗的室溫暴露時間應當盡量縮短（建議不超過半分鐘）；二是重點關(guān)注頭盔表面溫度變化情況，在頭盔前處理時和發(fā)生碰撞時均要監(jiān)測頭盔表面的溫度。 三是加強試驗過程關(guān)鍵參數(shù)的記錄，確保室溫暴露時間和碰撞時表面溫度控制在特定限值范圍內(nèi)。

（3）對標準碰撞試驗條款進行修訂，增加碰撞時的樣品溫度監(jiān)測規(guī)定。 建議試驗前處理后直至發(fā)生碰撞前，樣品在室溫中的暴露時間不應超過半分鐘。 碰撞時，樣品表面溫度不超過限值要求（如高溫不低于45℃，或低溫不高于-15℃）。

（4）研發(fā)保溫/碰撞一體試驗設備。 通過一體化的設備縮短樣品轉(zhuǎn)移和裝夾過程， 減少熱擴散風險，提高試驗數(shù)據(jù)準確性。

3.3 改進后的試驗驗證

采取上述前兩項措施， 筆者驗證了該品牌同型號同批次頭盔碰撞方法改進后的試驗情況，如表2 所示。

表2 方法改進后的試驗結(jié)果

由表2 可以發(fā)現(xiàn)，通過制定試驗規(guī)程和優(yōu)化方法后， 碰撞時樣品表面溫度與預處理溫度無明顯偏離，碰撞加速度值遠遠高于前述“試驗方法一”，最大程度模擬了預設的高低溫環(huán)境，保證了試驗數(shù)據(jù)的可靠性和準確性。

4 結(jié)語

高低溫前處理條件下的吸收碰撞能量性能，對于保證我國高熱高寒地區(qū)人群的電動車騎行安全有著極其重要的意義。 國家強制標準GB 811—2010《摩托車乘員頭盔》正式實施已逾十年，目前正值換版修訂。新標準修訂之際，建議標準內(nèi)容上納入碰撞過程溫度監(jiān)控要求， 標準實施上強化試驗方法的培訓和宣貫，提高碰撞試驗數(shù)據(jù)的準確性， 切實減少產(chǎn)品安全隱患，保障消費者利益。