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中图分类号：TQ028.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0148-01
1 引言
摩托车头盔吸收碰撞性能是其安全性能的重要方面，其吸收碰撞能力高低直接关系到骑行者的人身安全[1]。头盔的吸收碰撞性能除受到材料的性能、头盔形状及结构等因素影响外，还受到撞击次数和撞击位置的影响。在实际事故中可能会发生对同一位置的多次撞击和不同位置的撞击。多次撞击会导致材料内部结构的变化及抗碰撞能力的减弱。不同位置的碰撞能力由于几何形状、材料分布的不同也存在差异。
本文以摩托车头盔为研究对象，基于ECE法规[2]和现行国家标准进行碰撞试验研究，研究撞击次数和撞击位置对头盔吸收碰撞性能的影响，以利于全面评价头盔的抗碰撞性能，并为改进和优化头盔的结构设计提供指导。
2 试验方法
2.1 头盔基本结构
头盔采用某厂生产的全盔（A类头盔），型号为大号。外壳材料为ABS，厚度3.0mm。缓冲层材料为EPS，厚度35mm，缓冲层密度为20kg/m3。
2.2 GB试验和ECE碰撞试验
对碰撞次数的研究采用符合GB 811-2010的碰撞试验进行，头型内置单轴加速度传感器，峰值加速度和超过150g和/或200g的作用时间作为评价头盔抗碰撞性能的指标。选用大号头型，头型、传感器及连接件的总质量为kg，碰撞速度6.0m/s，选用平砧撞击。头盔撞击点为R1点（如图1.a所示），R1点位于头盔中面偏后部，距R点10mm。每个头盔中对R1点进行连续5次撞击。
ECE碰撞试验头型内置三轴加速度传感器，采用三个方向的合成加速度和HIC值作为评价头盔抗碰撞性能的指标。ECE碰撞试验试验选用符合ISO标准的头型，头型为M，头型质量为kg，碰撞速度设定为6m/s。选用平砧撞击，撞击点为B、X1、P、R点，各点示意图见图1.b。对B、X1、P、R点各选用一组6个头盔，每组头盔在同一点连续碰撞2次。
3 试验结果
3.1 碰撞次数对抗碰撞性能的影响
图2.a）～c）为同一头盔上R1点经历3次GB碰撞试验后的加速度—时间曲线，图2.d）为峰值加速度、作用时间随碰撞次数（1到5次）的变化。第1次碰撞曲线有两个波峰，第一个波峰的峰值加速度大于第二个的峰值加速度。至第2次碰撞时曲线只有一个波峰，且随着碰撞次数的增加，波峰变得更加尖锐。总体来说，随碰撞次数的增加，峰值加速度和作用时间显著增加（图2.d）），作用时间增加更快。
3.2 B、X1、P、R点的抗碰撞性能
图3 为 B、P、R、X1点经ECE碰撞试验的峰值加速度和HIC值对比图。1次碰撞时，由图3（a）可知，P点碰撞峰值加速度和HIC均最大，B、R点的峰值加速度和HIC值差别不大，X1点的碰撞峰值加速度和HIC最小。第2次碰撞时，由图3.（b）可知，B点峰值加速的和HIC值急剧升高，远超GB和ECE标准规定值，峰值加速度和HIC值均为B> P> R> X1。 2次碰撞X1点的峰值加速度和HIC值均最小，即X1点的抗碰撞性能较好。
4 讨论
4.1 碰撞次数的影响
已有研究表明，头型的加速度受到两个因素的影响，一为碰撞区域内头型和头盔间材料力学性能，另一个为除碰撞区域外其余部分的头盔的振动。本试验中一次碰撞加速度出现的第1个波峰，正是头盔其余部分振动导致头盔施加给头型的惯性力变化的结果。第1个波峰值大于第2个波峰值，可能与舒适层材料的厚度和刚度有关，舒适层材料的厚度和刚度增加，会使第1个波峰值小于第2个波峰值。头型和头盔的间隙会影响2个波峰间距，间隙越小，2个波峰间距也越小。
头盔1次碰撞后，缓冲层材料已收到充分压缩，头盔和头型的间隙已很小，第2次碰撞后，虽然头盔仍然会发生振动，但是缓冲层材料的压缩作用将超过运动头盔的惯性作用占据主导，而且由于头型和头盔的间隙已经很小，所以加速度曲线只有一个明显的波峰。随着碰撞次数的增加，峰值加速度继续增加，150g作用时间迅速增加，这是由于缓冲层材料经历2次碰撞后，碰撞区域材料受到充分压缩，厚度减小，材料的吸能能力已大大减弱，所以峰值加速度和150g作用时间增加。如果缓冲层材料至不能再压缩，材料将失去吸能能力变为刚性材料，头型与头盔将直接发生刚性碰撞。
5 结论
本文结论如下：
（1） 随碰撞次数的增加，峰值加速度和作用时间均显著增加，加速度—时间曲线的初始碰撞波峰消失，波峰更加尖锐，这与缓冲层材料吸能能力的减弱有关。
（2） 头盔的碰撞性能随碰撞位置而有所变化，一般来说，侧面的碰撞性能较好，前部和后部次之，顶部最差。这与头盔碰撞位置的曲率半径有关，较大曲率半径的区域参与吸能的缓冲层材料较多，这提高了该区域的吸能能力。
参考文献
[1] World Health Organization. GLOBAL STATUS REPORT ON ROAD SAFETY [R].Switzerland，2009：22-23
[2] GB 811-2010摩托车乘员头盔[S]， 中华人民共和国；2010.
1 引言
摩托车头盔吸收碰撞性能是其安全性能的重要方面，其吸收碰撞能力高低直接关系到骑行者的人身安全[1]。头盔的吸收碰撞性能除受到材料的性能、头盔形状及结构等因素影响外，还受到撞击次数和撞击位置的影响。在实际事故中可能会发生对同一位置的多次撞击和不同位置的撞击。多次撞击会导致材料内部结构的变化及抗碰撞能力的减弱。不同位置的碰撞能力由于几何形状、材料分布的不同也存在差异。
本文以摩托车头盔为研究对象，基于ECE法规[2]和现行国家标准进行碰撞试验研究，研究撞击次数和撞击位置对头盔吸收碰撞性能的影响，以利于全面评价头盔的抗碰撞性能，并为改进和优化头盔的结构设计提供指导。
2 试验方法
2.1 头盔基本结构
头盔采用某厂生产的全盔（A类头盔），型号为大号。外壳材料为ABS，厚度3.0mm。缓冲层材料为EPS，厚度35mm，缓冲层密度为20kg/m3。
2.2 GB试验和ECE碰撞试验
对碰撞次数的研究采用符合GB 811-2010的碰撞试验进行，头型内置单轴加速度传感器，峰值加速度和超过150g和/或200g的作用时间作为评价头盔抗碰撞性能的指标。选用大号头型，头型、传感器及连接件的总质量为kg，碰撞速度6.0m/s，选用平砧撞击。头盔撞击点为R1点（如图1.a所示），R1点位于头盔中面偏后部，距R点10mm。每个头盔中对R1点进行连续5次撞击。
ECE碰撞试验头型内置三轴加速度传感器，采用三个方向的合成加速度和HIC值作为评价头盔抗碰撞性能的指标。ECE碰撞试验试验选用符合ISO标准的头型，头型为M，头型质量为kg，碰撞速度设定为6m/s。选用平砧撞击，撞击点为B、X1、P、R点，各点示意图见图1.b。对B、X1、P、R点各选用一组6个头盔，每组头盔在同一点连续碰撞2次。
3 试验结果
3.1 碰撞次数对抗碰撞性能的影响
图2.a）～c）为同一头盔上R1点经历3次GB碰撞试验后的加速度—时间曲线，图2.d）为峰值加速度、作用时间随碰撞次数（1到5次）的变化。第1次碰撞曲线有两个波峰，第一个波峰的峰值加速度大于第二个的峰值加速度。至第2次碰撞时曲线只有一个波峰，且随着碰撞次数的增加，波峰变得更加尖锐。总体来说，随碰撞次数的增加，峰值加速度和作用时间显著增加（图2.d）），作用时间增加更快。
3.2 B、X1、P、R点的抗碰撞性能
图3 为 B、P、R、X1点经ECE碰撞试验的峰值加速度和HIC值对比图。1次碰撞时，由图3（a）可知，P点碰撞峰值加速度和HIC均最大，B、R点的峰值加速度和HIC值差别不大，X1点的碰撞峰值加速度和HIC最小。第2次碰撞时，由图3.（b）可知，B点峰值加速的和HIC值急剧升高，远超GB和ECE标准规定值，峰值加速度和HIC值均为B> P> R> X1。 2次碰撞X1点的峰值加速度和HIC值均最小，即X1点的抗碰撞性能较好。
4 讨论
4.1 碰撞次数的影响
已有研究表明，头型的加速度受到两个因素的影响，一为碰撞区域内头型和头盔间材料力学性能，另一个为除碰撞区域外其余部分的头盔的振动。本试验中一次碰撞加速度出现的第1个波峰，正是头盔其余部分振动导致头盔施加给头型的惯性力变化的结果。第1个波峰值大于第2个波峰值，可能与舒适层材料的厚度和刚度有关，舒适层材料的厚度和刚度增加，会使第1个波峰值小于第2个波峰值。头型和头盔的间隙会影响2个波峰间距，间隙越小，2个波峰间距也越小。
头盔1次碰撞后，缓冲层材料已收到充分压缩，头盔和头型的间隙已很小，第2次碰撞后，虽然头盔仍然会发生振动，但是缓冲层材料的压缩作用将超过运动头盔的惯性作用占据主导，而且由于头型和头盔的间隙已经很小，所以加速度曲线只有一个明显的波峰。随着碰撞次数的增加，峰值加速度继续增加，150g作用时间迅速增加，这是由于缓冲层材料经历2次碰撞后，碰撞区域材料受到充分压缩，厚度减小，材料的吸能能力已大大减弱，所以峰值加速度和150g作用时间增加。如果缓冲层材料至不能再压缩，材料将失去吸能能力变为刚性材料，头型与头盔将直接发生刚性碰撞。
5 结论
本文结论如下：
（1） 随碰撞次数的增加，峰值加速度和作用时间均显著增加，加速度—时间曲线的初始碰撞波峰消失，波峰更加尖锐，这与缓冲层材料吸能能力的减弱有关。
（2） 头盔的碰撞性能随碰撞位置而有所变化，一般来说，侧面的碰撞性能较好，前部和后部次之，顶部最差。这与头盔碰撞位置的曲率半径有关，较大曲率半径的区域参与吸能的缓冲层材料较多，这提高了该区域的吸能能力。
参考文献
[1] World Health Organization. GLOBAL STATUS REPORT ON ROAD SAFETY [R].Switzerland，2009：22-23
[2] GB 811-2010摩托车乘员头盔[S]， 中华人民共和国；2010.