周腾娇　任钟鸣

关键词：电动车 电动车儿童安全座椅 汽车儿童安全座椅 人机工程学 儿童 碰撞

中图分类号：JO-05 文献标识码：J

文章编号：1003-0069（2022）01-0132-04

引言

随着我国城镇居民出行需求和出行距离的增长，电动车因其便捷、低成本、绿色等特征逐渐成为城市交通系统中不可缺少的部分，据调查研究显示，随着我国电动车保有量的逐年增加，由于电动车事故造成的儿童伤亡率也展现出逐年增长的趋势。事实上，上海市非机动车管理办法第三十一条（载人规定）规定：驾驶自行车、电动车搭载6周岁以下未成年人使用固定座椅。可是在中国，电动车配备安全座椅的比例低至10%上下，如图1所示，多数电动车搭载儿童出行时并不配备儿童安全座椅，并且根据市场调研显示，目前电动车儿童安全座椅设计较为简陋，没有为儿童营造一个安全的“人、机、环境”系统，尤其是缺乏对碰撞状态下的研究。文章通过市场调研发现问题后，对不同行驶状态下的电动车儿童安全座椅进行人机要素分析从而得到解决思路。

一、电动车

随着中国城市的发展，电动车成为了城镇居民出行的重要交通工具，如图2所示，电动自行车根据造型分类可以简单地分为电动自行车式和电摩式。电摩式和电动自行车式会对电动车儿童安全座椅的安装位置产生决定性的影响，电摩式的电动车可以将安全座椅安装在电动车前部车架处，电动自行车式更适合将儿童安全座椅安装在电动车后座处。

电动自行车机械系统包括承重部分、人力驱动部分和制动部分。如图3所示，电动自行车的承重部分主要包括车把、车架、车梯、鞍座和前叉，其中车把手用于操纵电动自行车的行驶方向;车架、车梯和鞍座用于支撑整个车体和骑行者的重量，并承载所有电动自行车的零部件，前叉可以随车把手的转动灵活动作，使前轮改变方向，除了用来固定前轮外，还具有减震的功能。

二、电动车儿童安全座椅

（一）电动车儿童安全座椅市场调研

市场上现有的比较专业的电动车儿童安全座椅生产品牌有雅迪、懒人得智、小航天等，多数是零售厂商参考专业品牌的造型、功能，并且结合了生活经验仿制出的产品，目前存在许多问题。京东、淘宝等是电动车儿童安全座椅主要的销售平台，就淘宝上的销量进行统计，最高的销量是1万+，存在著很大的市场需求，但缺乏专业、完善的制作标准。文章对市场上现有的几款比较典型的电动车儿童安全座椅进行了结构、兼容性、安装方式、产品使用周期这五方面的分析，如表1：

电动车儿童安全座椅主要分为：前置式和后置式。前置式的儿童安全座椅在市场上占比大于后置式，主要原因为：

1.前置式便于家长监管

2.前置式的安装方式更加稳固

（二）电动车儿童安全座椅现存问题

从电动车儿童安全座椅市场调研结果可以看出电动车儿童安全座椅目前设计、制造都存在很多不足，下文将根据市场调研结果深入探讨电动车儿童安全座椅现存问题：

1.脱离儿童用户特征，不符合儿童损伤机理

2.干扰驾驶员行驶，忽略驾驶员的需求

①视线遮蔽：例如雅迪的一款儿童安全座椅，产品高度在530-600mm之间，据调查显示，20-30岁的男性坐高取5百分数为883.7mm，坐姿眼高为774.7mm，五岁儿童坐高取95百分数为42.44mm，可以看出，身材较矮的成年男性在电动车安装了儿童安全座椅后视线仍有可能被5岁的儿童遮蔽。

②腿部容纳空间不足：电动车容纳腿部空间放上儿童安全座椅后很容易造成驾驶员腿部容纳空间不足，影响驾驶员的驾驶习惯，造成安全隐患，如图4。

③侧翻对驾驶员额外损伤：在电动车发生侧翻的情况下，驾驶员会受到儿童安全座椅、儿童的撞击，导致腿部造成额外的伤害。

3.缺乏对碰撞状态下儿童安全座椅安全性能的测试

当电动车发生碰撞时对儿童安全座椅有着重大影响，但目前电动车儿童安全座椅的结构、材质、固定装置都不足以应对汽车或者其他电动车的冲撞。

三、人机工程学

人机工程学是一门为人服务的综合性学科，它是以人的特征为出发点，目的是创造一个健康、安全、高效的“人—机—环境”系统，使人与相对特定的环境相互作用。

电动车儿童安全座椅存在的问题主要分为以下主体：人、电动车儿童安全座椅和电动车、环境，这几个主体与人机工程学中的“人”“机”“环境”不谋而合，所以文章用人机工程学的理论知识来解决电动车儿童安全座椅现存的问题。

儿童、驾驶员属于“人”的部分，电动车、电动车儿童安全座椅属于“机”的部分，“环境”是指电动车儿童安全座椅随着电动车启动到停止整个过程中不断变化的外部因素，包含了行人、汽车、其他电动车、地面等环境要素。如表2：

四、不同行驶状态下人机工程学要素在电动车儿童安全座椅中的应用分析

电动车儿童安全座椅的行驶状态影响着电动车儿童安全座椅“人—机—环境”要素的分析应用，一般可以将电动车行驶状态分为正常行驶状态和碰撞状态。正常行驶状态是一个相对稳定、安全的状态;碰撞状态下不管是儿童还是驾驶员都会把安全性放在首位。文章分点论述电动车儿童安全座椅不同行驶状态下的“人—机—环境”要素，并且以碰撞状态作为文章论述的重点。

（一）正常行驶状态下电动车儿童安全座椅人机工程学要素分析

1.儿童生理特征对电动车儿童安全座椅设计的影响

文章围绕着儿童的生理特点进行分析并发现了儿童尺寸随着年龄增长不断变化，如表3：（单位：mm）所示，2.5-6岁的儿童身体的各个尺寸都有明显的变化，从而说明电动车儿童安全座椅尺寸应该符合儿童的身体尺寸生长特点而具有可调节性。

2.儿童心理特征对电动车儿童安全座椅设计的影响

儿童的心理特征和成人有着很大的差异：

（1）四岁以下的儿童没有危机管理意识。安全座椅除了设计必要的安全束缚装之外，还应该在行驶过程中考虑到家长与儿童的亲子互动关系，以便家长随时调节、管控儿童的情绪。

（2）有研究显示，不同年龄阶段、不同性别的儿童对颜色的需求不同。3岁以下的儿童常喜欢明亮鲜艳的颜色，例如黄色、红色。4-11岁的孩子更加偏爱黄色。女孩喜欢粉红色、白色、浅黄色、浅绿色等等，男孩则喜欢蓝色、红色、浅黄色、白色、黑色等。

3.驾驶员需求对电动车儿童安全座椅设计的影响

根据前文市场调研所述，现存的儿童安全座椅主要存在驾驶员坐姿眼高遮蔽和腿部空间不足的问题：

（1）需要试验电动车儿童安全座椅不同高度下不同年龄的儿童坐高对驾驶员视线的遮蔽情况，寻找合理的高度调节空间。

（2）电动车车架空间本为驾驶员的腿部收纳空间，前置式的儿童安全座椅占据了驾驶员大量的容腿空间，在安全座椅上为驾驶员设置一个脚踏板能增加驾驶员的容腿空间。

综上所述，正常行驶状态下的电动车儿童安全座椅“人—机—环境”各要素之间较为稳定安全，所以文章重点在此状态下分析儿童和驾驶员的生理、心理需求对电动车儿童安全座椅设计的影响。

（二）碰撞状态下电动车儿童安全座椅人机工程学要素分析碰撞状态下的儿童安全座椅处于一个不稳定的人机环境之中，安全性是第一要素。碰撞状态下是文章分析的重点：

1.“环境”——碰撞情况分析

汽车和电动车碰撞事故形态中汽车正面和电动车碰撞占主要例比，其中汽车正面和电动车侧面相撞的情况为多数。汽车正面和电动车侧面发生碰撞时，如图5所示，汽车前保险杠撞击到电动车侧面机身，导致儿童和驾驶员受到来自侧面的冲击力。由此场景可见，儿童安全座椅的作用就是要减少不同方向的冲撞力从而起到保护的作用。

2.“人”——儿童和驾驶员

（1）儿童损伤机理

市场上现有的电动车儿童安全座椅在碰撞情况下对儿童的各个身体构造不能起到合理的保护，所以本研究从儿童生理解剖学角度分析：

①头部：对于3-6岁的儿童，头部占据着身体很大的比例，在交通事故中，头部的伤害也是造成伤亡的主要原因。在电动车行驶的过程中，头部是电动车儿童安全座椅最需要保护的部位。

②颈部：儿童的颈部还处于生长阶段，容易在交通事故中造成组织损伤，虽比成人柔软，不会轻易折断，但也需要得到电动车儿童安全座椅的有效保护。

③胸部和腹部：儿童胸部占据儿童身体的很大比重，许多重要的器官身处胸腹部，是不可忽略的重要部位。

④四肢：儿童的四肢发育得还不是很成熟，比较柔软。市场上销量优的儿童安全座椅采用的半开放式结构会造成儿童四肢裸露在外，得不到有效保护，是目前需要得到重视的问题。

就目前的市场产品来看：座椅大部分集中保护了胸腹部，头部和颈部作为重要的、需要保护的部位却没有得到保护;同时，四肢完全裸露在座椅之外，容易造成损伤，表4整理了兒童损伤机理在电动车儿童安全座椅中需要注意的点，如表4：

（2）碰撞下驾驶员需求对

电动车儿童安全座椅设计影响电动车碰撞后发生倾倒时，儿童安全座椅会对驾驶员产生压力并且驾驶员本身的容纳腿部的空间不足会对驾驶员产生二次损伤，座椅的结构设计应当考虑到这一点，不给驾驶员带来额外的损伤。

3.“机”——电动车儿童安全座椅与汽车儿童安全座椅对比分析

目前电动车儿童安全座椅并不足以对抗碰撞状态下外来的冲撞力，而汽车儿童安全座椅在应对外部冲击时已经有了较为成熟的理论和实践，所以文章选取了汽车儿童安全座椅从结构、材料、安装固定装置三方面进行对比分析：

（1）结构

电动车儿童安全座椅的主要结构有：靠背、坐垫、扶手、安全带、脚踏板、支撑部件、外部支架等，现在少数电动车儿童安全座椅还有腿部护栏。如图6所示，电动车儿童安全座椅属于半开放式的结构，儿童的四肢、头部、颈部都没有得到有效的保护。

汽车儿童安全座椅的结构分为三大部分：乘卧空间、儿童束缚装置及座椅固定装置，如图7所示：

①儿童乘卧空间：外部注塑一体外壳、头枕、上靠背、靠背、坐垫、坐立部等。

②儿童束缚装置：肩带、安全卡扣、调节装置，安全束缚装置保障儿童在发生意外情况时不脱离安全座椅。

③座椅固定装置：座椅固定装置是为了将汽车儿童安全座椅牢固的固定在汽车坐垫上，为大众认可的固定方式有两种类型：ISOFIX和LATCH。

通过对电动车儿童安全座椅和汽车儿童安全座椅结构的分析，得出了以下结论，如表5所示：

（2）材质

①骨架材质

汽车儿童安全座椅的骨架部分一般采用了复合材质聚丙烯（PP），该材料耐热性能好，能长时间地承受高温，受冲击能力强，并且环保安全，对于儿童的安全形成了有效的保护。

电动车儿童安全座椅的材质是钢材，减震功能差不能有效地减少碰撞对儿童的冲击。

②填充材料

座椅填充物主要是可发性聚乙烯（EPE）、可发性聚苯乙烯（EPS）、可发性聚丙烯（EPP）这三种减震材料，减震材料大多数使用在安全座椅的头部、侧翼，当发生碰撞或者意外撞击时，这些材料之中的高密度气泡就相当于气囊一样起到缓冲作用，从而保护儿童减少伤害。

电动车儿童安全座椅的填充材料是海绵、珍珠棉，填充的部位也仅仅是在靠背处、坐垫和扶手处，由于填充材质和骨架材质的结合不当，儿童的头部、颈部、胸部、四肢得不到有效的保护。

综上所述，表6从材质方面进行对比并为之提供改良方法：

（3）安全装置

①电动车固定装置

电动车儿童安全座椅的固定方式是通过底部的固定装置，如图8所示，雅迪的一款电动车儿童安全座椅采用了20×18cm高碳钢大面积底盘，加大接触面积，同时采用了反扣式绷带固定法，能减少路面的颠簸对安全座椅的力。另外，市场上现存的电动车儿童安全座椅还有一些用绳子把座椅固定在电动车上的情况，这种固定方式明显存在缺陷，绳子的强度不够会导致车辆发生碰撞时儿童安全座椅脱离电动车，对儿童进行二次伤害。

②汽车固定装置

汽车儿童安全座椅的固定方式有明确的行业标准（如图9、10所示）：ISOFIX和LATCH两种类型。ISOFIX是欧洲1990年研究开发的儿童座椅标准，大多数欧洲品牌的车型都是使用ISOFIX作为儿童安全座椅的标准。这一标准包含了两个连接点，分别是：车辆座椅坐垫处和靠背连接处。相对应的，安全座椅上有两个刚性连接件。最后整个固定装置还配备了一个限制安全座椅向前翻转的装置。LATCH是通过编织带与锁扣将安全座椅和汽车坐垫相互连接。

碰撞状态下儿童安全座椅需要减少汽车碰撞给儿童带来的冲击力，首先需要了解儿童自身的损伤机理;其次通过将电动车儿童安全座椅与汽车儿童安全座椅就结构、材质、安全装置三方面进行对比得出电动车儿童安全座椅的改良方法。

总结

电动车儿童安全座椅是保障儿童安全出行的重要方式，然而现存的产品仍然存在很多问题，文章首先通过对现存产品进行市场调研得出并分析问题;其次将电动车行驶状态分为两类：正常行驶状态和碰撞状态：1.正常行驶状态下需要着重分析儿童和驾驶员的用户特征2.碰撞状态是文章分析的重点，明确了电动车儿童安全座椅的功能首先是减少汽车碰撞给儿童带来的冲击力后对儿童的损伤机理进行分析得出现存电动车儿童安全座椅缺乏对头部、颈部、四肢的保护，随后借鉴汽车儿童安全座椅抗冲击的理论就结构、材质、安全装置三方面为电动车儿童安全座椅提供改良方法。

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