过程温度控制对摩托车乘员头盔吸收碰撞能量性能的影响

吴濛涛 朱应陈 周 航 丁 岑

（无锡市检验检测认证研究院，江苏 无锡 214000）

0 引言

作为中短途的交通工具，电动摩托车和电动自行车为人们的出行提供了很大的便利。 但受限于其特殊的车身结构， 两轮车的骑行也增加了交通安全风险。根据有关数据显示，2019年全年我国的交通事故死亡人数为62 763 人，其中摩托车和非机动车（包含自行车）交通事故死亡人数占比约为23.7%。有学者通过调查发现，对于死亡的摩托车车手而言，头部损伤的致死率占所有部位损伤致死率的75%。 依据相关资料显示，使用者在佩戴合格的头盔的情况下，能够将事故中所遭受到的头部损伤风险降低69%，相应的事故死亡率也能够降低近42%。 因此，头盔吸收碰撞的性能越好，越能够更好地降低使用者头部损伤的程度。 研究过程温度控制对头盔吸收碰撞性能的影响，总结经验，科学引导企业提升产品质量，显得极为重要。

1 产品概况

近年，随着电动两轮车的普及和“一盔一带”政策的实施，道路上呈现骑乘摩托车却穿戴电动自行车头盔的情况。 由于电动自行车头盔目前暂无现行国家标准，往往低价劣质销售，极大增加了骑乘安全隐患。 同时，摩托车乘员头盔的产品质量状况不容乐观。 根据国家质量监督检验检疫总局公布文件可知，2020年摩托车乘员头盔国家监督抽查共抽查了22 批次产品，有1 批次产品吸收碰撞能量性能不合格；2020年摩托车乘员头盔山东省产品质量监督抽查共抽查了11 批次产品， 有6 批次产品吸收碰撞能量性能不合格；2018年摩托车乘员头盔上海市产品质量监督抽查共抽查了11 批次产品， 有1 批次产品吸收碰撞能量性能不合格。 头盔吸收碰撞性能的好坏严峻考验着数亿用户的骑行安全。

2 现行标准解读

2.1 标准概况

目前国内摩托车乘员头盔现行标准为GB 811—2010《摩托车乘员头盔》，该标准中规定的A 类头盔吸收碰撞能量性能指标参照了欧盟ECE 22—2002 《摩托车防护头盔》，B 类头盔的吸收碰撞能量性能指标参照了日本标准JIS T8133—1994《摩托车和机动自行车的驾驶员和乘客用防护帽》 和中国台湾标准CNS 3902—92《骑乘机车用安全帽》。标准规定A 类头盔吸收碰撞能量性能指标为：加速度峰值不超过300 g；加速度超过150 g 的作用时间应小于4 ms；B 类头盔吸收碰撞能量性能指标为：加速度峰值不超过400 g；加速度超过200 g 的作用时间应小于2 ms（加速度峰值均不超过300 g 时，此项不作要求）；加速度超过150 g的作用时间应小于4 ms。

2.2 碰撞方法存在的问题

进行高/低温碰撞试验时， 按照标准5.9.2 条款规定的“应在5 min 内完成一处试验”的试验条件，碰撞前容易出现头盔在室温下停留过久而致热扩散的情况，对检验结果带来不利影响。 试验情况如下：

2.2.1 样品准备

试验时的环境温度为21℃，采用室温状态碰撞加速度值为93.2 g 的某品牌B 类头盔，分别进行高温处理、低温处理，检查不同室温暴露时间下（即从温箱转移开始直至发生碰撞的时间）的碰撞情况。试验用样品均为该品牌同型号同批次头盔，冲击点均为同一部位。

2.2.2 试验方案一（室温暴露时间＜5 min）

分别对样品1/高温处理、 样品2 进/低温处理，在近4 min30 s 的测试时间下进行碰撞试验，结果见表1中“试验方案一”。

2.2.3 试验方案二（室温暴露时间＜1 min）

分别对样品3/高温处理、 样品4 进/低温处理，在近30 s 的测试时间下进行碰撞试验， 结果见表1 中“试验方案二”。

表1 高低温试验方案

2.3 不同方案结果分析

从试验方案一可看出：尽管室温暴露时间4 min30 s符合GB 811—2010《摩托车乘员头盔》中5.9.2 条款规定， 但高温处理后的样品1 表面温度下降约19℃，低温处理后的样品2 表面温度上升约15℃，极大偏离了所模拟的试验环境温度。

从试验方案二可看出： 在30 s 的测试时间下，样品3 和样品4 的表面温度仅有5℃变化， 与所模拟的环境温度偏离不大，同时碰撞加速度值要比4 min30 s测试时间的样品1 和样品2 高17～25 g。

以上情况说明， 标准规定的5 min 测试时间较为宽泛，实际试验时头盔会发生热扩散，难以保证试验数据的准确性。

3 问题分析及建议措施

3.1 问题分析

分析试验过程后发现，主要有以下三点原因导致头盔实际试验温度的偏离：

（1）标准规定不具体。GB 811—2010《摩托车乘员头盔》 碰撞试验条款规定的一处试验的完成时间较长，缺少对样品温度监控要求及温度偏离允差关键指标。

（2）保温与碰撞设备空间距离远。 由于目前尚未有保温和碰撞一体的头盔试验设备，实验室往往采用温箱保温与常温碰撞机相结合的方式进行试验，空间距离较大、样品转移和安装时间过长，从而影响试验结果。

（3）试验人员操作不当。 在头盔从温箱转移、安装到碰撞设备的过程中，试验人员手动操作时往往未辅以隔热装置（如保温箱、隔热手套等），人体或空气与样品接触过久引发热扩散。

3.2 建议措施

针对上述问题，笔者建议采取如下的措施：

（1）优化样品转移和安装方法。 一是保温与碰撞设备就近安装。 二是增加保温箱转移样品。 三是装夹头盔时采用隔热工具，避免人体直接碰触。 四是试验准备充分，在尽短时间内装夹。

（2）实验室自行制定操作规程。 一是重点关注头盔碰撞的室温暴露情况，每处试验的室温暴露时间应当尽量缩短（建议不超过半分钟）；二是重点关注头盔表面温度变化情况，在头盔前处理时和发生碰撞时均要监测头盔表面的温度。 三是加强试验过程关键参数的记录，确保室温暴露时间和碰撞时表面温度控制在特定限值范围内。

（3）对标准碰撞试验条款进行修订，增加碰撞时的样品温度监测规定。 建议试验前处理后直至发生碰撞前，样品在室温中的暴露时间不应超过半分钟。 碰撞时，样品表面温度不超过限值要求（如高温不低于45℃，或低温不高于-15℃）。

（4）研发保温/碰撞一体试验设备。 通过一体化的设备缩短样品转移和装夹过程， 减少热扩散风险，提高试验数据准确性。

3.3 改进后的试验验证

采取上述前两项措施， 笔者验证了该品牌同型号同批次头盔碰撞方法改进后的试验情况，如表2 所示。

表2 方法改进后的试验结果

由表2 可以发现，通过制定试验规程和优化方法后， 碰撞时样品表面温度与预处理温度无明显偏离，碰撞加速度值远远高于前述“试验方法一”，最大程度模拟了预设的高低温环境，保证了试验数据的可靠性和准确性。

4 结语

高低温前处理条件下的吸收碰撞能量性能，对于保证我国高热高寒地区人群的电动车骑行安全有着极其重要的意义。 国家强制标准GB 811—2010《摩托车乘员头盔》正式实施已逾十年，目前正值换版修订。新标准修订之际，建议标准内容上纳入碰撞过程温度监控要求， 标准实施上强化试验方法的培训和宣贯，提高碰撞试验数据的准确性， 切实减少产品安全隐患，保障消费者利益。