一种用于前向安装儿童座椅的头颈部防护系统及方法与流程

本发明属于汽车安全领域的儿童乘员保护技术，具体涉及一种用于前向安装儿童座椅的头颈部防护系统及方法。

背景技术：

1、随着汽车安全标准的不断提升，儿童乘员保护系统的安全性日益受到关注。目前，市面上合法销售的儿童座椅均满足国家标准gb 27887《机动车儿童乘员用约束系统》的要求。然而，gb 27887标准在碰撞测试速度及q3假人（对应3岁儿童）的损伤评价指标上，相较于中国新车评价规程（c-ncap）2024/2027版本显得较为宽松。c-ncap（2024年版）正面碰撞速度已由2021版的50km/h提升至55~56km/h，速度的增加会使乘员载荷准则提升3~6g。这导致仅满足gb 27887标准的普通前向安装儿童座椅，在进行高标准的c-ncap测试时，往往难以确保q3假人在头颈部等关键部位获得理想的评分。这一现象侧面反映出，现有的前向安装儿童座椅在正面碰撞事故中，对3岁儿童头、颈部的保护能力存在显著局限性。

2、为应对上述测试挑战，当前行业主流方案是：厂商在用户手册中建议3岁及以下儿童使用后向安装座椅，并直接采用后向安装方式通过c-ncap 2024/2027测试。该方案利用后向姿态在碰撞中分散载荷的优势，确实能显著提升q3假人的测试得分。然而，试验数据表明，当车辆碰撞减速度达到一定阈值时，即使采用后向安装，假人的胸部损伤值仍极高，甚至逼近0分限值，说明该方案在极端工况下对胸部的保护依然不足。

3、此外，后向安装方案在实际应用中存在明显的舒适性与安全性矛盾：一方面，3岁儿童长期使用后向座椅时，腿部被迫处于蜷缩状态，乘坐舒适性极差，易导致儿童哭闹或抗拒；另一方面，后向安装导致前排驾驶员无法通过车内后视镜观察后排儿童状态，增加了监护盲区，存在潜在的安全隐患。因此，亟需一种既能满足高碰撞安全标准，又能兼顾儿童乘坐舒适性与监护人可视性的新型儿童座椅技术方案。

4、现有技术中，主流的前向安装儿童座椅通常仅配备普通的五点式安全带。例如，已有技术方案中公开了通过将头托与靠背可前后转动地连接以在发生撞击时起到阻尼和限位作用的结构。也有方案在儿童座椅的底座、靠背、头枕等部件中增加弹簧阻尼以利于碰撞时的缓冲和能量吸收。还有方案通过吸能安装支架将儿童座椅靠背支撑面板连接到支撑座椅结构或框架上，以减少儿童颈部损伤。然而，在车辆发生正面碰撞事故时，虽然五点式安全带能够对儿童乘员（或q3假人）的躯干形成有效约束，但由于缺乏对头部的直接限位或辅助支撑结构，头部会因惯性相对于受约束的躯干产生大幅度的向前相对运动（即“挥鞭”效应或头部前冲）。

5、这种相对运动导致儿童乘员在碰撞过程中承受极高的头部加速度以及颈部拉伸载荷。特别是在依据c-ncap 2024或2027评价规程进行测试时，现有结构往往导致q3假人的头部和颈部评价指标得分极低（甚至为0分）。因此，本发明方法旨在解决现有前向安装儿童座椅在正面碰撞工况下，对儿童乘员（q3假人）头部和颈部保护性能不足，难以满足最新安全评价标准的技术问题。

技术实现思路

1、本发明针对现有前向安装儿童座椅在正面碰撞事故中对儿童乘员（及q3假人）头颈部保护能力不足的问题，提出了一种基于运动限制与吸能协同机制的改进方法及系统。

2、本发明的目的在于：通过创新的方法，成功解决3岁儿童为了碰撞安全性被迫采用后向乘坐姿态的限制，使其能够安全地采用前向乘坐姿态，显著改善儿童的视野与乘坐体验，大幅提升儿童乘员的乘坐舒适性；同时，在保持前向安装的前提下，大幅提高正向安装儿童座椅在正面碰撞工况下的保护能力，有效提升q3假人在c-ncap 2024/2027 56km/h 0°正面碰撞测试中的得分。

3、为实现上述目的，本发明提供了一种用于前向安装儿童座椅的头颈部防护系统，其特征在于，包括：限位机构和吸能机构，

4、所述限位机构，设置于所述儿童座椅上或可拆卸地佩戴于乘员头部，用于在正面碰撞时与乘员头部相互作用以限制其前向运动行程；

5、所述吸能机构，与所述限位机构相连或一体设置，用于在所述限位机构限制前向运动行程的过程中发生不可逆的塑性变形或拉伸变形，以吸收所述头部的碰撞动能；

6、其中，所述限位机构与所述吸能机构在碰撞过程中具有同步协同作用，所述限位机构通过刚性限位防止前冲过度，所述吸能机构通过柔性变形耗散冲击能量。

7、进一步，所述限位机构与所述吸能机构一体设置，为固定安装于儿童座椅上端的头部防护罩。

8、进一步，所述头部防护罩为多层复合结构，由内至外依次包括：用于与头部接触的内层柔性缓冲层、具有预设塑性变形能力的中间可变形吸能单元、以及作为刚性止挡结构的外层塑料外壳。

9、进一步，所述中间可变形吸能单元的塑性变形起始阈值和变形行程根据预设的碰撞能量等级设定。

10、进一步，所述中间可变形吸能单元的发泡类吸能材料为发泡聚丙烯，所述发泡聚丙烯的密度为30~100 kg/m³。

11、进一步，所述外层塑料外壳的厚度为2~8 mm。

12、进一步，所述限位机构包括可快速拆卸的头部穿戴装置和高强度织带；所述吸能机构为固定于儿童座椅本体上的拉伸式吸能装置；

13、所述高强度织带的两端分别连接所述头部穿戴装置与所述拉伸式吸能装置，在碰撞时通过织带牵引所述拉伸式吸能装置发生拉伸以吸收能量。

14、进一步，所述拉伸式吸能装置为一对，对称布置于所述儿童座椅本体的左右两侧，相应地，所述高强度织带亦为一对。

15、进一步，所述头部穿戴装置通过卡扣结构与所述高强度织带可拆卸连接。

16、本发明还提供一种利用上述头颈部防护系统进行头颈部保护的方法，包括以下协同作用的步骤：

17、在正面碰撞发生时，通过所述限位机构物理约束乘员头部相对于躯干的前向运动距离；

18、在限制所述前向运动距离的同时，通过所述吸能机构将头部碰撞动能转化为内能进行耗散；

19、所述限制步骤与所述吸能步骤同步执行，共同降低传递至头颈部的冲击载荷。

20、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

21、1.本发明通过创新的方法，成功解决了3岁儿童为了碰撞安全性被迫采用后向乘坐姿态的限制，使其能够安全地采用前向乘坐姿态。这一改进显著改善了儿童的视野与乘坐体验，大幅提升了儿童乘员的乘坐舒适性。

22、2.相较于现有技术，本发明方法在保持前向安装的同时，大幅提高了正向安装儿童座椅在正面碰撞工况下的保护能力。

23、3.该方法能有效提升q3假人在c-ncap 2024/2027 56km/h 0°正面碰撞测试中的得分，提升参评车型的整体得分。经台车试验实测验证，使用本发明方案使q3假人的整体评价得分率从原有的0%~25%区间显著提升至75%~100%的高分区间。

24、4.本发明通过“刚性限位+柔性吸能”的协同机制，在限制头颈部位移的同时，显著降低了传递至头部的冲击载荷，从而有效降低儿童乘员/q3假人的头、颈部损伤风险。