許 斌, 宋 芳, 駱海清, 李桂景

(昆山出入境檢驗(yàn)檢疫局, 昆山 215300)

標(biāo)準(zhǔn)化

國內(nèi)外主要自行車頭盔標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比淺析

許 斌, 宋 芳, 駱海清, 李桂景

(昆山出入境檢驗(yàn)檢疫局, 昆山 215300)

自行車頭盔作為騎行者安全保護(hù)的一種必備用具，伴隨騎行及類似運(yùn)動(dòng)的興起正越來越受到重視。主要就中國、美國、日本和歐盟自行車頭盔標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了初步的技術(shù)分析，給出了各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在測試設(shè)備、測試方法和技術(shù)要求等方面的異同點(diǎn)，明確了世界主要國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于自行車頭盔安全要求測試的關(guān)注點(diǎn)。結(jié)果表明：各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔結(jié)構(gòu)和測試項(xiàng)目的規(guī)定基本相同；同時(shí)在技術(shù)要求和治具等方面存在一定差異，但這些差異不具有明顯的優(yōu)劣和可比性。

自行車頭盔；測試；標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在自行車騎行事故中頭部傷害是危及騎行者安全的第一原因。醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，騎行時(shí)佩戴自行車頭盔可防止85%的頭部受傷，同時(shí)也可以大大降低損傷程度和事故死亡率。因此，佩戴自行車頭盔被認(rèn)為是對(duì)騎行者一種非常有效的防護(hù)措施[1]。

筆者主要從測試設(shè)備、測試方法、測試技術(shù)要求等多個(gè)方面對(duì)國內(nèi)外主要自行車頭盔標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析，從技術(shù)角度建立了對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)，明確了各國對(duì)于自行車頭盔要求的異同點(diǎn)，為識(shí)別不同國家和地區(qū)對(duì)于頭盔質(zhì)量的管控要求提供參考。

1 國內(nèi)外主要自行車頭盔標(biāo)準(zhǔn)

目前全世界已經(jīng)建立自行車頭盔標(biāo)準(zhǔn)的國家和地區(qū)包括：歐盟、美國、日本、中國、中國臺(tái)灣、澳大利亞、新西蘭、加拿大等。按照市場規(guī)模，筆者主要闡述了包括歐盟、美國、日本和中國在內(nèi)的主要自行車頭盔標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)測試項(xiàng)目涉及的測試要求、方法和設(shè)備及其異同點(diǎn)。上述主要國家和地區(qū)的自行車用頭盔標(biāo)準(zhǔn)分別如下：① EN 1078:2012《用于騎行者和滑板和滾軸溜冰鞋使用者的頭盔》[2](歐盟標(biāo)準(zhǔn))；② GB 24429-2009《運(yùn)動(dòng)頭盔 自行車、滑板、輪滑運(yùn)動(dòng)頭盔的安全要求和試驗(yàn)方法》[3](中國標(biāo)準(zhǔn))；③ CPSC 16 CFR 1203-08《自行車頭盔安全標(biāo)準(zhǔn)》[4](美國標(biāo)準(zhǔn))；④ JIS T 8134:2007《自行車使用者的保護(hù)頭盔》[5](日本標(biāo)準(zhǔn))。

2 各標(biāo)準(zhǔn)相同點(diǎn)

上述各標(biāo)準(zhǔn)均定義自行車頭盔由殼體、緩沖層、舒適襯墊以及佩戴裝置構(gòu)成，且各部分功能描述基本一致。同時(shí)各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔要求的測試項(xiàng)目也基本相同，均包含了頭盔結(jié)構(gòu)檢查、頭盔保護(hù)范圍、頭盔視野、佩戴裝置穩(wěn)定性、佩戴裝置強(qiáng)度、頭盔吸收碰撞能量性能、說明書和標(biāo)識(shí)檢查等內(nèi)容。這些測試內(nèi)容主要圍繞頭盔結(jié)構(gòu)及其功能展開。就設(shè)備而言，各標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)測試設(shè)備的基本原理相同。

上述相同點(diǎn)表明，世界各國對(duì)于頭盔總體功能的認(rèn)識(shí)是一致的。

3 各標(biāo)準(zhǔn)差異點(diǎn)

上述各標(biāo)準(zhǔn)之間的差異主要體現(xiàn)在測試設(shè)備和治具、測試方法、技術(shù)要求等多個(gè)方面，并且這些差異點(diǎn)與相同點(diǎn)并存，主要表現(xiàn)為一個(gè)或幾個(gè)國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)在某個(gè)項(xiàng)目相互一致，但與其他一個(gè)或幾個(gè)國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)有明顯區(qū)別。

3.1 治具、設(shè)備和樣品

3.1.1 頭模

頭模作為自行車頭盔測試的最基本也是最主要的治具之一，主要依據(jù)所在國家和地區(qū)民眾頭部尺寸和質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)制作，因此各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭模的要求不盡相同。其中中國標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T 10000-1998E將頭模規(guī)格分為特小、小、中和大共4個(gè)規(guī)格；歐盟標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)EN 960：2006將其從小到大分為A，E，J，M，O共5個(gè)規(guī)格；美國和日本標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)ISO/DIS 6220-1983亦將其從小到大分為A，E，J，M，O共5個(gè)規(guī)格。另外，中國、歐盟和日本標(biāo)準(zhǔn)中各個(gè)規(guī)格沖擊頭型均有不同的質(zhì)量，而美國對(duì)各個(gè)規(guī)格沖擊頭型的質(zhì)量均要求為5 kg。

因此各個(gè)國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)頭盔測試使用的頭模在質(zhì)量和幾何外形尺寸上均存在一定的區(qū)別，測試過程中不能混用。

3.1.2 頭盔吸收碰撞能量性能測試裝置

頭盔吸收碰撞能量性能測試裝置主要區(qū)分為導(dǎo)軌引導(dǎo)(單軸加速度傳感器)或自由落體(三軸加速度傳感器)兩種沖擊方式，各標(biāo)準(zhǔn)要求使用其中一種或者兩種兼用。中國和美國標(biāo)準(zhǔn)要求采用半頭模的導(dǎo)軌引導(dǎo)測試裝置；歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求采用全頭模的自由落體沖擊測試裝置；日本標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定可以兼用半頭模的導(dǎo)軌引導(dǎo)或全頭模的自由落體沖擊測試裝置。

各標(biāo)準(zhǔn)在頭盔吸收碰撞能量性能測試過程中使用的測試砧也有一定差異。中國、歐盟標(biāo)準(zhǔn)中使用的測試砧相同，為平砧和路緣石砧；日本標(biāo)準(zhǔn)使用平砧和半球砧；美國標(biāo)準(zhǔn)則要求分別使用平砧、半球砧和路緣石砧。不同的砧是各國對(duì)于頭盔在發(fā)生事故過程中可能撞擊到的各類物體，體現(xiàn)了各國對(duì)騎行環(huán)境的不同理解。

3.1.3 佩戴裝置強(qiáng)度測試裝置

各標(biāo)準(zhǔn)中佩戴裝置強(qiáng)度測試裝置原理基本一致,但是日本標(biāo)準(zhǔn)要求用于承受砝碼沖擊的底座質(zhì)量為7 kg，其他標(biāo)準(zhǔn)為5 kg。同時(shí)日本標(biāo)準(zhǔn)要求在底座上覆蓋有孔聚乙烯材料襯墊，其密度為40 kg·m-3,并且與沖擊重物有相同直徑，厚度為(10±1) mm，其他標(biāo)準(zhǔn)則無襯墊要求。

3.1.4 佩戴裝置穩(wěn)定性測試裝置

美國標(biāo)準(zhǔn)中佩戴裝置穩(wěn)定性測試裝置與其他標(biāo)準(zhǔn)有明顯的差別，相關(guān)差異如圖1所示。可見美國標(biāo)準(zhǔn)在沖擊砝碼懸掛方式、沖擊高度、沖擊砝碼質(zhì)量、引導(dǎo)裝置質(zhì)量等方面與其他標(biāo)準(zhǔn)都有明顯的差別。

圖1 不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的佩戴裝置穩(wěn)定性測試裝置示意圖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 樣品要求

美國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)全項(xiàng)目測試明確規(guī)定需要8個(gè)相同規(guī)格的頭盔進(jìn)行測試，而其他標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣品數(shù)量沒有明確要求，可根據(jù)頭盔適配頭部大小的范圍確定需要的樣品數(shù)量。

3.2 技術(shù)要求和測試方法

3.2.1 突出物

只要突出物能通過相關(guān)測試，美國標(biāo)準(zhǔn)允許頭盔外表面有突出物;而其他標(biāo)準(zhǔn)均不允許頭盔有外部突出物。

3.2.2 頭盔保護(hù)范圍

各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔保護(hù)范圍的要求存在明顯差異。所謂保護(hù)范圍是指頭盔對(duì)于適配的頭型，在正確佩戴情況下頭盔應(yīng)當(dāng)遮蓋頭部的范圍，該指標(biāo)體現(xiàn)了頭盔對(duì)于頭部的保護(hù)能力。各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)保護(hù)范圍的差異，體現(xiàn)了各國的不同理解。圖2～5給出了各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔保護(hù)范圍的要求。其中，中國標(biāo)準(zhǔn)、美國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大于等于一周歲頭盔和歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求的保護(hù)范圍明顯大于其他標(biāo)準(zhǔn)要求的。

3.2.3 頭盔視野

各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔視野的要求基本相同，規(guī)定了頭盔對(duì)于適配的頭型，在正確佩戴情況下頭盔應(yīng)當(dāng)給與佩戴者的視野范圍要求，如圖6所示。其中美國標(biāo)準(zhǔn)沒有對(duì)上下方向的視野進(jìn)行規(guī)定，而其他標(biāo)準(zhǔn)均有相應(yīng)的要求。

圖2 中國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔保護(hù)范圍的要求Fig.2 Helmet protection area requirements of GB standard

圖3 歐盟標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔保護(hù)范圍的要求Fig.3 Helmet protection area requirements of EN standard

圖4 美國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔保護(hù)范圍的要求Fig.4 Helmet protection area requirements of CPSC standard: (a) five years of age or older; (b) one year of age or older

圖5 日本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔保護(hù)范圍的要求Fig.5 Helmet protection area requirements of JIS standard: (a) six years of age or younger; (b) seven years of age or older

圖6 頭盔視野示意圖Fig.6 Schematic diagram of helmet field vision:(a) section of headform in longitudinal vertical plane; (b) section of headform in reference plane

頭盔視野同頭盔保護(hù)范圍存在一定的關(guān)聯(lián)。對(duì)于歐盟標(biāo)準(zhǔn)和中國標(biāo)準(zhǔn)而言，由于標(biāo)準(zhǔn)未確定如何正確佩戴頭盔，因此在測試時(shí)需要將頭盔在頭模上佩戴至頭盔視野滿足要求，并保持該佩戴狀態(tài)，然后對(duì)頭盔保護(hù)范圍進(jìn)行判定；對(duì)于日本和美國標(biāo)準(zhǔn)而言，由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了頭盔佩戴指示標(biāo)這一要求，頭盔需要按照指示標(biāo)進(jìn)行佩戴，然后分別測試其保護(hù)范圍和視野。

3.2.4 頭盔佩戴裝置強(qiáng)度

各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔佩戴裝置強(qiáng)度的測試，除了上文中已經(jīng)介紹的治具、設(shè)備差異外，技術(shù)要求上也存在一定差異。中國、歐盟和日本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于動(dòng)態(tài)伸長量的要求為35 mm，美國標(biāo)準(zhǔn)的要求為30 mm。除了上述的動(dòng)態(tài)伸長量，中國和歐盟標(biāo)準(zhǔn)還有25 mm的靜態(tài)伸長量要求。

美國標(biāo)準(zhǔn)還要求在對(duì)樣品進(jìn)行各類前處理(包括室溫、低溫、高溫和水浸)的基礎(chǔ)上進(jìn)行頭盔佩戴裝置強(qiáng)度測試，而其他標(biāo)準(zhǔn)則無相關(guān)要求。

3.2.5 頭盔佩戴裝置穩(wěn)定性

除了上文中已經(jīng)介紹的治具、設(shè)備差異外，美國標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求同其他國家標(biāo)準(zhǔn)的有明顯的區(qū)別。其他國家標(biāo)準(zhǔn)僅要求對(duì)頭盔后腦部分進(jìn)行穩(wěn)定性測試，美國標(biāo)準(zhǔn)在此基礎(chǔ)上還規(guī)定了對(duì)于頭盔前額部分的穩(wěn)定性測試。

3.2.6 頭盔吸收碰撞能量性能

頭盔吸收碰撞能量性能測試是最關(guān)鍵的測試項(xiàng)目，體現(xiàn)了頭盔對(duì)于使用者的保護(hù)能力。各標(biāo)準(zhǔn)在該項(xiàng)目上的技術(shù)要求存在較多差異。

3.2.6.1 樣品前處理方法

進(jìn)行吸收碰撞能量測試的頭盔均需要進(jìn)行前處理，其中冷凍和熱處理方式各國標(biāo)準(zhǔn)要求相同。中國、美國、日本標(biāo)準(zhǔn)要求了對(duì)頭盔的水浸前處理，歐盟標(biāo)準(zhǔn)則無此相關(guān)前處理要求，而是輔以氙燈老化和雨淋的人工時(shí)效處理要求。相對(duì)而言，歐盟標(biāo)準(zhǔn)的人工時(shí)效前處理更加接近頭盔的實(shí)際使用環(huán)境。對(duì)于美國標(biāo)準(zhǔn)而言，其頭盔吸收碰撞能量測試的前處理還包含了室溫前處理[6]。

各標(biāo)準(zhǔn)在高溫、低溫和水浸前處理的參數(shù)要求上也存在一定差異。對(duì)于高溫前處理溫度，歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求為(50±2) ℃，日本標(biāo)準(zhǔn)要求為(50±5) ℃，中國和美國標(biāo)準(zhǔn)要求為(50±3) ℃。對(duì)于低溫前處理溫度，歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求為(-20±2) ℃，中國和美國標(biāo)準(zhǔn)要求為(-15±2) ℃，日本標(biāo)準(zhǔn)要求為(-10±2) ℃。對(duì)于水浸前處理，美國標(biāo)準(zhǔn)要求頭盔頂部距離水面的高度為(305±25) mm，而其他標(biāo)準(zhǔn)則沒有相關(guān)要求，僅要求浸沒在水中。

3.2.6.2 沖擊速率

沖擊速率是模擬在撞擊瞬間頭部的運(yùn)動(dòng)速率[7]，其中中國、美國標(biāo)準(zhǔn)要求平砧測試速率為6.2 m·s-1(等效沖擊高度為2.0 m)，其他砧測試速率為4.8 m·s-1(等效沖擊高度為1.2 m)。日本標(biāo)準(zhǔn)要求平砧測試速率為5.47 m·s-1(等效沖擊高度為1.5 m)，其他砧測試速率為4.62 m·s-1(等效沖擊高度為1.05 m)。歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求平砧測試速率為5.42～5.52 m·s-1(等效沖擊高度為1 497 mm)，其他砧測試速率為4.57～4.67 m·s-1(等效沖擊高度為1 064 mm)。

3.2.6.3 對(duì)沖擊吸收能力的要求

中國、美國、日本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔沖擊吸收能力的要求均為加速度峰值不超過300g(g為重力加速度)，但是美國、日本標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)要求150g以上加速度持續(xù)時(shí)間不超過4 ms。歐盟標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔的沖擊吸收能力要求為加速度峰值不超過250g。

4 結(jié)論

各國和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔結(jié)構(gòu)和測試項(xiàng)目的規(guī)定基本相同，體現(xiàn)了各國對(duì)于該類產(chǎn)品認(rèn)識(shí)和要求的一致性。同時(shí)各標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)要求和治具等方面存在一定差異，這些差異體現(xiàn)了各國對(duì)于頭盔使用者周邊環(huán)境和條件的不同認(rèn)識(shí)，其中包括了各國頭盔使用者身體外形和體重在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差別，這些差別不具有明顯的優(yōu)劣和可比性。

歐盟標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于頭盔吸收碰撞能量性能測試前進(jìn)行的人工時(shí)效前處理方式的引入，在一定程度上體現(xiàn)了歐盟標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性，相比該前處理方式替代的水浸方式，人工時(shí)效前處理方式更加貼近頭盔實(shí)際使用狀態(tài)。就測試方法和步驟而言，美國標(biāo)準(zhǔn)相較其他標(biāo)準(zhǔn)作了更加明確的規(guī)定，因此相對(duì)更加嚴(yán)謹(jǐn)。

[1] 貝貝.認(rèn)識(shí)自行車頭盔[J].中國自行車,2008(2):54-55.

[2] EN 1078:2012 用于騎行者和滑板和滾軸溜冰鞋使用者的頭盔[S].

[3] GB 24429-2009 運(yùn)動(dòng)頭盔 自行車、滑板、輪滑運(yùn)動(dòng)頭盔的安全要求和試驗(yàn)方法[S].

[4] CPSC 16 CFR 1203-08 自行車頭盔安全標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] JIS T 8134:2007 自行車使用者的保護(hù)頭盔[S].

[6] 張紅菊,李璞,樊志罡,等.隔熱條耐水性測試試驗(yàn)方法[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2014,50(11):816-817.

[7] 吳澎,凌晨,花虎躍.預(yù)拉力設(shè)計(jì)值對(duì)抗滑移系數(shù)試驗(yàn)的影響[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),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

許 斌(1979-)，男，碩士，從事頭盔、兒童用品、自行車、健身器材檢測技術(shù)研究，xubin_zs@163.com。

TS952.91

A

1001-4012(2017)04-0260-04