基于人機工程學的電動車兒童安全座椅問題研究

周騰嬌　任鐘鳴

關鍵詞：電動車 電動車兒童安全座椅 汽車兒童安全座椅 人機工程學 兒童 碰撞

中圖分類號：JO-05 文獻標識碼：J

文章編號：1003-0069（2022）01-0132-04

引言

隨著我國城鎮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中不可缺少的部分，據調查研究顯示，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出逐年增長的趨勢。事實上，上海市非機動車管理辦法第三十一條（載人規定）規定：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，多數電動車搭載兒童出行時并不配備兒童安全座椅，并且根據市場調研顯示，目前電動車兒童安全座椅設計較為簡陋，沒有為兒童營造一個安全的“人、機、環境”系統，尤其是缺乏對碰撞狀態下的研究。文章通過市場調研發現問題后，對不同行駛狀態下的電動車兒童安全座椅進行人機要素分析從而得到解決思路。

一、電動車

隨著中國城市的發展，電動車成為了城鎮居民出行的重要交通工具，如圖2所示，電動自行車根據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。

電動自行車機械系統包括承重部分、人力驅動部分和制動部分。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研

市場上現有的比較專業的電動車兒童安全座椅生產品牌有雅迪、懶人得智、小航天等，多數是零售廠商參考專業品牌的造型、功能，并且結合了生活經驗仿制出的產品，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，就淘寶上的銷量進行統計，最高的銷量是1萬+，存在著很大的市場需求，但缺乏專業、完善的制作標準。文章對市場上現有的幾款比較典型的電動車兒童安全座椅進行了結構、兼容性、安裝方式、產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，主要原因為：

1.前置式便于家長監管

2.前置式的安裝方式更加穩固

（二）電動車兒童安全座椅現存問題

從電動車兒童安全座椅市場調研結果可以看出電動車兒童安全座椅目前設計、制造都存在很多不足，下文將根據市場調研結果深入探討電動車兒童安全座椅現存問題：

1.脫離兒童用戶特征，不符合兒童損傷機理

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，產品高度在530-600mm之間，據調查顯示，20-30歲的男性坐高取5百分數為883.7mm，坐姿眼高為774.7mm，五歲兒童坐高取95百分數為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慣，造成安全隱患，如圖4。

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

3.缺乏對碰撞狀態下兒童安全座椅安全性能的測試

當電動車發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構、材質、固定裝置都不足以應對汽車或者其他電動車的沖撞。

三、人機工程學

人機工程學是一門為人服務的綜合性學科，它是以人的特征為出發點，目的是創造一個健康、安全、高效的“人—機—環境”系統，使人與相對特定的環境相互作用。

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、環境，這幾個主體與人機工程學中的“人”“機”“環境”不謀而合，所以文章用人機工程學的理論知識來解決電動車兒童安全座椅現存的問題。

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”的部分，“環境”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、地面等環境要素。如表2：

四、不同行駛狀態下人機工程學要素在電動車兒童安全座椅中的應用分析

電動車兒童安全座椅的行駛狀態影響著電動車兒童安全座椅“人—機—環境”要素的分析應用，一般可以將電動車行駛狀態分為正常行駛狀態和碰撞狀態。正常行駛狀態是一個相對穩定、安全的狀態;碰撞狀態下不管是兒童還是駕駛員都會把安全性放在首位。文章分點論述電動車兒童安全座椅不同行駛狀態下的“人—機—環境”要素，并且以碰撞狀態作為文章論述的重點。

（一）正常行駛狀態下電動車兒童安全座椅人機工程學要素分析

1.兒童生理特征對電動車兒童安全座椅設計的影響

文章圍繞著兒童的生理特點進行分析并發現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該符合兒童的身體尺寸生長特點而具有可調節性。

2.兒童心理特征對電動車兒童安全座椅設計的影響

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管理意識。安全座椅除了設計必要的安全束縛裝之外，還應該在行駛過程中考慮到家長與兒童的親子互動關系，以便家長隨時調節、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計的影響

根據前文市場調研所述，現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，尋找合理的高度調節空間。

（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了駕駛員大量的容腿空間，在安全座椅上為駕駛員設置一個腳踏板能增加駕駛員的容腿空間。

綜上所述，正常行駛狀態下的電動車兒童安全座椅“人—機—環境”各要素之間較為穩定安全，所以文章重點在此狀態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計的影響。

（二）碰撞狀態下電動車兒童安全座椅人機工程學要素分析碰撞狀態下的兒童安全座椅處于一個不穩定的人機環境之中，安全性是第一要素。碰撞狀態下是文章分析的重點：

1.“環境”——碰撞情況分析

汽車和電動車碰撞事故形態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面相撞的情況為多數。汽車正面和電動車側面發生碰撞時，如圖5所示，汽車前保險杠撞擊到電動車側面機身，導致兒童和駕駛員受到來自側面的沖擊力。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的作用。

2.“人”——兒童和駕駛員

（1）兒童損傷機理

市場上現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造不能起到合理的保護，所以本研究從兒童生理解剖學角度分析：

①頭部：對于3-6歲的兒童，頭部占據著身體很大的比例，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。

③胸部和腹部：兒童胸部占據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：兒童的四肢發育得還不是很成熟，比較柔軟。市場上銷量優的兒童安全座椅采用的半開放式結構會造成兒童四肢裸露在外，得不到有效保護，是目前需要得到重視的問題。

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

（2）碰撞下駕駛員需求對

電動車兒童安全座椅設計影響電動車碰撞后發生傾倒時，兒童安全座椅會對駕駛員產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生二次損傷，座椅的結構設計應當考慮到這一點，不給駕駛員帶來額外的損傷。

3.“機”——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下外來的沖撞力，而汽車兒童安全座椅在應對外部沖擊時已經有了較為成熟的理論和實踐，所以文章選取了汽車兒童安全座椅從結構、材料、安裝固定裝置三方面進行對比分析：

（1）結構

電動車兒童安全座椅的主要結構有：靠背、坐墊、扶手、安全帶、腳踏板、支撐部件、外部支架等，現在少數電動車兒童安全座椅還有腿部護欄。如圖6所示，電動車兒童安全座椅屬于半開放式的結構，兒童的四肢、頭部、頸部都沒有得到有效的保護。

汽車兒童安全座椅的結構分為三大部分：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、調節裝置，安全束縛裝置保障兒童在發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構的分析，得出了以下結論，如表5所示：

（2）材質

①骨架材質

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

電動車兒童安全座椅的材質是鋼材，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性聚乙烯（EPE）、可發性聚苯乙烯（EPS）、可發性聚丙烯（EPP）這三種減震材料，減震材料大多數使用在安全座椅的頭部、側翼，當發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于氣囊一樣起到緩沖作用，從而保護兒童減少傷害。

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，由于填充材質和骨架材質的結合不當，兒童的頭部、頸部、胸部、四肢得不到有效的保護。

綜上所述，表6從材質方面進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，繩子的強度不夠會導致車輛發生碰撞時兒童安全座椅脫離電動車，對兒童進行二次傷害。

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標準（如圖9、10所示）：ISOFIX和LATCH兩種類型。ISOFIX是歐洲1990年研究開發的兒童座椅標準，大多數歐洲品牌的車型都是使用ISOFIX作為兒童安全座椅的標準。這一標準包含了兩個連接點，分別是：車輛座椅坐墊處和靠背連接處。相對應的，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構、材質、安全裝置三方面進行對比得出電動車兒童安全座椅的改良方法。

總結

電動車兒童安全座椅是保障兒童安全出行的重要方式，然而現存的產品仍然存在很多問題，文章首先通過對現存產品進行市場調研得出并分析問題;其次將電動車行駛狀態分為兩類：正常行駛狀態和碰撞狀態：1.正常行駛狀態下需要著重分析兒童和駕駛員的用戶特征2.碰撞狀態是文章分析的重點，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理進行分析得出現存電動車兒童安全座椅缺乏對頭部、頸部、四肢的保護，隨后借鑒汽車兒童安全座椅抗沖擊的理論就結構、材質、安全裝置三方面為電動車兒童安全座椅提供改良方法。

3728500589256