国内外主要自行车头盔标准对比浅析

许 斌, 宋 芳, 骆海清, 李桂景

(昆山出入境检验检疫局, 昆山 215300)

标准化

国内外主要自行车头盔标准对比浅析

许 斌, 宋 芳, 骆海清, 李桂景

(昆山出入境检验检疫局, 昆山 215300)

自行车头盔作为骑行者安全保护的一种必备用具，伴随骑行及类似运动的兴起正越来越受到重视。主要就中国、美国、日本和欧盟自行车头盔标准进行了初步的技术分析，给出了各个标准在测试设备、测试方法和技术要求等方面的异同点，明确了世界主要国家和地区标准对于自行车头盔安全要求测试的关注点。结果表明：各标准对于头盔结构和测试项目的规定基本相同；同时在技术要求和治具等方面存在一定差异，但这些差异不具有明显的优劣和可比性。

自行车头盔；测试；标准

据统计，在自行车骑行事故中头部伤害是危及骑行者安全的第一原因。医学研究发现，骑行时佩戴自行车头盔可防止85%的头部受伤，同时也可以大大降低损伤程度和事故死亡率。因此，佩戴自行车头盔被认为是对骑行者一种非常有效的防护措施[1]。

笔者主要从测试设备、测试方法、测试技术要求等多个方面对国内外主要自行车头盔标准进行了分析，从技术角度建立了对各标准的基础认识，明确了各国对于自行车头盔要求的异同点，为识别不同国家和地区对于头盔质量的管控要求提供参考。

1 国内外主要自行车头盔标准

目前全世界已经建立自行车头盔标准的国家和地区包括：欧盟、美国、日本、中国、中国台湾、澳大利亚、新西兰、加拿大等。按照市场规模，笔者主要阐述了包括欧盟、美国、日本和中国在内的主要自行车头盔标准相关测试项目涉及的测试要求、方法和设备及其异同点。上述主要国家和地区的自行车用头盔标准分别如下：① EN 1078:2012《用于骑行者和滑板和滚轴溜冰鞋使用者的头盔》[2](欧盟标准)；② GB 24429-2009《运动头盔 自行车、滑板、轮滑运动头盔的安全要求和试验方法》[3](中国标准)；③ CPSC 16 CFR 1203-08《自行车头盔安全标准》[4](美国标准)；④ JIS T 8134:2007《自行车使用者的保护头盔》[5](日本标准)。

2 各标准相同点

上述各标准均定义自行车头盔由壳体、缓冲层、舒适衬垫以及佩戴装置构成，且各部分功能描述基本一致。同时各个标准对于头盔要求的测试项目也基本相同，均包含了头盔结构检查、头盔保护范围、头盔视野、佩戴装置稳定性、佩戴装置强度、头盔吸收碰撞能量性能、说明书和标识检查等内容。这些测试内容主要围绕头盔结构及其功能展开。就设备而言，各标准中相关测试设备的基本原理相同。

上述相同点表明，世界各国对于头盔总体功能的认识是一致的。

3 各标准差异点

上述各标准之间的差异主要体现在测试设备和治具、测试方法、技术要求等多个方面，并且这些差异点与相同点并存，主要表现为一个或几个国家和地区标准在某个项目相互一致，但与其他一个或几个国家和地区标准有明显区别。

3.1 治具、设备和样品

3.1.1 头模

头模作为自行车头盔测试的最基本也是最主要的治具之一，主要依据所在国家和地区民众头部尺寸和质量的统计学数据制作，因此各标准对于头模的要求不尽相同。其中中国标准依据GB/T 10000-1998E将头模规格分为特小、小、中和大共4个规格；欧盟标准依据EN 960：2006将其从小到大分为A，E，J，M，O共5个规格；美国和日本标准依据ISO/DIS 6220-1983亦将其从小到大分为A，E，J，M，O共5个规格。另外，中国、欧盟和日本标准中各个规格冲击头型均有不同的质量，而美国对各个规格冲击头型的质量均要求为5 kg。

因此各个国家和地区标准头盔测试使用的头模在质量和几何外形尺寸上均存在一定的区别，测试过程中不能混用。

3.1.2 头盔吸收碰撞能量性能测试装置

头盔吸收碰撞能量性能测试装置主要区分为导轨引导(单轴加速度传感器)或自由落体(三轴加速度传感器)两种冲击方式，各标准要求使用其中一种或者两种兼用。中国和美国标准要求采用半头模的导轨引导测试装置；欧盟标准要求采用全头模的自由落体冲击测试装置；日本标准则规定可以兼用半头模的导轨引导或全头模的自由落体冲击测试装置。

各标准在头盔吸收碰撞能量性能测试过程中使用的测试砧也有一定差异。中国、欧盟标准中使用的测试砧相同，为平砧和路缘石砧；日本标准使用平砧和半球砧；美国标准则要求分别使用平砧、半球砧和路缘石砧。不同的砧是各国对于头盔在发生事故过程中可能撞击到的各类物体，体现了各国对骑行环境的不同理解。

3.1.3 佩戴装置强度测试装置

各标准中佩戴装置强度测试装置原理基本一致,但是日本标准要求用于承受砝码冲击的底座质量为7 kg，其他标准为5 kg。同时日本标准要求在底座上覆盖有孔聚乙烯材料衬垫，其密度为40 kg·m-3,并且与冲击重物有相同直径，厚度为(10±1) mm，其他标准则无衬垫要求。

3.1.4 佩戴装置稳定性测试装置

美国标准中佩戴装置稳定性测试装置与其他标准有明显的差别，相关差异如图1所示。可见美国标准在冲击砝码悬挂方式、冲击高度、冲击砝码质量、引导装置质量等方面与其他标准都有明显的差别。

图1 不同标准规定的佩戴装置稳定性测试装置示意图Fig.1 Schematic diagram of apparatus for testing of the retention system effectiveness in different standards:(a) CPSC standard; (b) other standards

3.1.5 样品要求

美国标准对全项目测试明确规定需要8个相同规格的头盔进行测试，而其他标准对样品数量没有明确要求，可根据头盔适配头部大小的范围确定需要的样品数量。

3.2 技术要求和测试方法

3.2.1 突出物

只要突出物能通过相关测试，美国标准允许头盔外表面有突出物;而其他标准均不允许头盔有外部突出物。

3.2.2 头盔保护范围

各标准对于头盔保护范围的要求存在明显差异。所谓保护范围是指头盔对于适配的头型，在正确佩戴情况下头盔应当遮盖头部的范围，该指标体现了头盔对于头部的保护能力。各标准对保护范围的差异，体现了各国的不同理解。图2～5给出了各标准对于头盔保护范围的要求。其中，中国标准、美国标准对大于等于一周岁头盔和欧盟标准要求的保护范围明显大于其他标准要求的。

3.2.3 头盔视野

各标准对于头盔视野的要求基本相同，规定了头盔对于适配的头型，在正确佩戴情况下头盔应当给与佩戴者的视野范围要求，如图6所示。其中美国标准没有对上下方向的视野进行规定，而其他标准均有相应的要求。

图2 中国标准对于头盔保护范围的要求Fig.2 Helmet protection area requirements of GB standard

图3 欧盟标准对于头盔保护范围的要求Fig.3 Helmet protection area requirements of EN standard

图4 美国标准对于头盔保护范围的要求Fig.4 Helmet protection area requirements of CPSC standard: (a) five years of age or older; (b) one year of age or older

图5 日本标准对于头盔保护范围的要求Fig.5 Helmet protection area requirements of JIS standard: (a) six years of age or younger; (b) seven years of age or older

图6 头盔视野示意图Fig.6 Schematic diagram of helmet field vision:(a) section of headform in longitudinal vertical plane; (b) section of headform in reference plane

头盔视野同头盔保护范围存在一定的关联。对于欧盟标准和中国标准而言，由于标准未确定如何正确佩戴头盔，因此在测试时需要将头盔在头模上佩戴至头盔视野满足要求，并保持该佩戴状态，然后对头盔保护范围进行判定；对于日本和美国标准而言，由于标准规定了头盔佩戴指示标这一要求，头盔需要按照指示标进行佩戴，然后分别测试其保护范围和视野。

3.2.4 头盔佩戴装置强度

各标准对于头盔佩戴装置强度的测试，除了上文中已经介绍的治具、设备差异外，技术要求上也存在一定差异。中国、欧盟和日本标准对于动态伸长量的要求为35 mm，美国标准的要求为30 mm。除了上述的动态伸长量，中国和欧盟标准还有25 mm的静态伸长量要求。

美国标准还要求在对样品进行各类前处理(包括室温、低温、高温和水浸)的基础上进行头盔佩戴装置强度测试，而其他标准则无相关要求。

3.2.5 头盔佩戴装置稳定性

除了上文中已经介绍的治具、设备差异外，美国标准的技术要求同其他国家标准的有明显的区别。其他国家标准仅要求对头盔后脑部分进行稳定性测试，美国标准在此基础上还规定了对于头盔前额部分的稳定性测试。

3.2.6 头盔吸收碰撞能量性能

头盔吸收碰撞能量性能测试是最关键的测试项目，体现了头盔对于使用者的保护能力。各标准在该项目上的技术要求存在较多差异。

3.2.6.1 样品前处理方法

进行吸收碰撞能量测试的头盔均需要进行前处理，其中冷冻和热处理方式各国标准要求相同。中国、美国、日本标准要求了对头盔的水浸前处理，欧盟标准则无此相关前处理要求，而是辅以氙灯老化和雨淋的人工时效处理要求。相对而言，欧盟标准的人工时效前处理更加接近头盔的实际使用环境。对于美国标准而言，其头盔吸收碰撞能量测试的前处理还包含了室温前处理[6]。

各标准在高温、低温和水浸前处理的参数要求上也存在一定差异。对于高温前处理温度，欧盟标准要求为(50±2) ℃，日本标准要求为(50±5) ℃，中国和美国标准要求为(50±3) ℃。对于低温前处理温度，欧盟标准要求为(-20±2) ℃，中国和美国标准要求为(-15±2) ℃，日本标准要求为(-10±2) ℃。对于水浸前处理，美国标准要求头盔顶部距离水面的高度为(305±25) mm，而其他标准则没有相关要求，仅要求浸没在水中。

3.2.6.2 冲击速率

冲击速率是模拟在撞击瞬间头部的运动速率[7]，其中中国、美国标准要求平砧测试速率为6.2 m·s-1(等效冲击高度为2.0 m)，其他砧测试速率为4.8 m·s-1(等效冲击高度为1.2 m)。日本标准要求平砧测试速率为5.47 m·s-1(等效冲击高度为1.5 m)，其他砧测试速率为4.62 m·s-1(等效冲击高度为1.05 m)。欧盟标准要求平砧测试速率为5.42～5.52 m·s-1(等效冲击高度为1 497 mm)，其他砧测试速率为4.57～4.67 m·s-1(等效冲击高度为1 064 mm)。

3.2.6.3 对冲击吸收能力的要求

中国、美国、日本标准对于头盔冲击吸收能力的要求均为加速度峰值不超过300g(g为重力加速度)，但是美国、日本标准同时要求150g以上加速度持续时间不超过4 ms。欧盟标准对于头盔的冲击吸收能力要求为加速度峰值不超过250g。

4 结论

各国和地区标准对于头盔结构和测试项目的规定基本相同，体现了各国对于该类产品认识和要求的一致性。同时各标准在技术要求和治具等方面存在一定差异，这些差异体现了各国对于头盔使用者周边环境和条件的不同认识，其中包括了各国头盔使用者身体外形和体重在统计学上的差别，这些差别不具有明显的优劣和可比性。

欧盟标准对于头盔吸收碰撞能量性能测试前进行的人工时效前处理方式的引入，在一定程度上体现了欧盟标准的先进性，相比该前处理方式替代的水浸方式，人工时效前处理方式更加贴近头盔实际使用状态。就测试方法和步骤而言，美国标准相较其他标准作了更加明确的规定，因此相对更加严谨。

[1] 贝贝.认识自行车头盔[J].中国自行车,2008(2):54-55.

[2] EN 1078:2012 用于骑行者和滑板和滚轴溜冰鞋使用者的头盔[S].

[3] GB 24429-2009 运动头盔 自行车、滑板、轮滑运动头盔的安全要求和试验方法[S].

[4] CPSC 16 CFR 1203-08 自行车头盔安全标准[S].

[5] JIS T 8134:2007 自行车使用者的保护头盔[S].

[6] 张红菊,李璞,樊志罡,等.隔热条耐水性测试试验方法[J].理化检验-物理分册,2014,50(11):816-817.

[7] 吴澎,凌晨,花虎跃.预拉力设计值对抗滑移系数试验的影响[J].理化检验-物理分册,2013,49(3):171-173.

Simple Comparison and Analysis on Major Domestic and Foreign Standards for Pedal Cyclists’ Helmets

XU Bin, SONG Fang, LUO Hai-qing, LI Gui-jing

(Kunshan Entry & Exit Inspection and Quarantine Bureau, Kunshan 215300, China)

Pedal cyclists’ helmets are the necessary equipment for the protection of riders, and more and more attention are being paid to it with the development of pedal cyclist riding and similar motion. The pedal cyclists’ helmet standards of China, USA, Japan and EU were compared and analyzed, and the similarities and differences of above standards at the aspects of test equipments, test methods and technical requirements were described. It clarified the focus of the world’s major national standards for helmet safety requirements testing. The standards for helmet structure and test items are basically the same. At the same time, there are some differences among the standards at the aspects of technical requirements, test equipments, etc. However, these differences do not have obvious advantages, disadvantages and comparability.

pedal cyclists’ helmet; test; standard

10.11973/lhjy-wl201704008

2016-06-02

许 斌(1979-)，男，硕士，从事头盔、儿童用品、自行车、健身器材检测技术研究，xubin_zs@163.com。

TS952.91

A

1001-4012(2017)04-0260-04