Адаптивное транспортное кресло повышенной безопасности
ADAPTIVE TRANSPORT SEAT OF HIGHER SAFETY

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано при создании транспортных средств повышенной безопасности для перевозки людей.
Известны транспортные кресла, содержащие сиденье, спинку и подголовник, снабженные выступающими опорными мягкими элементами, имеющими изгибы рабочей поверхности, соответствующие антропометрическим особенностям строения человеческого тела, а именно: криволинейным выпуклостям в области спины и, наоборот, вогнутости в области затылка (см., например, патент РФ на полезную модель №54884, кл. B61D 33/00, 2006 [1]; патент РФ на полезную модель №91242, кл. B60N 2/02, 2009 [2]; патент РФ на полезную модель №71258, кл. А63В 23/04, 2007 [3]).
Недостатками известных устройств является возможность получения водителем и пассажирами при серьезных авариях с фронтальными лобовыми столкновениями тяжелых, часто несовместимых с жизнью травм, что объясняется наличием только пассивных методов защиты типа ремней безопасности, подушек безопасности и т.п. и полным отсутствием активных методов защиты.
Известны также транспортные кресла, имеющие возможность линейных ортогональных смещений и разворотов с фиксацией в горизонтальной плоскости с различной ориентацией относительно салона, в частности, с разворотом на угол 180° относительно направления движения транспортного средства, то есть с размещением пассажиров спиной вперед по направлению движения (см., например, патент РФ на полезную модель №49496, кл. В60N 2/02, 2/14, 2005 [4]; патент РФ на изобретение №2224689, кл. В64D 11/06, B60N 2/04, 2/05, 2001 [5]; патент РФ на полезную модель №24989, кл. В64D 11/06, В60N 2/14, 2001 [6]; патент РФ на изобретение №2352499, кл. B64D 11/06, В60N 2/14, 2007 [7]; патент РФ на полезную модель №46460, кл. В60R 19/02, В60N 1/00, 2005 [8]). При креслах, развернутых на угол 180° относительно направления движения транспортного средства или от общепринятого положения человека лицом вперед, безопасность человека повышается особо эффективно, так как при мощных фронтальных ударах в этом случае нагрузка удара равномерно распределяется по всему телу, уменьшая вероятность получения травмы. Вероятность же мощных ударов в транспортное средство сзади значительно меньше.
Недостатками известных кресел, повернутых на угол 180° относительно направления движения транспортного средства, является сравнительно низкая безопасность пассажира и водителя, большая вероятность при вдавливании спиной в кресло в случае мощных фронтальных ударов получения серьезных травм головы и шейных позвонков за счет резкого инерционного смещения головы назад до ее упора в подголовник и удара затылком о последний. Кроме того, возникает серьезная опасность выпадения людей из кресел за счет их боковых смещений в процессе вдавливания в спинку кресла, а также ударов в транспортное средство сзади, что также чревато серьезными травмами. Устранение возможности выпадения путем дополнительного оснащения кресел ремнями безопасности (см., например, ремни безопасности передний-задний http://www.autofizik.ru/skoda/octavia//кузов/ремни-безопасности-передний-задний [9]; системы пассивной безопасности Xундай Гетц http://www.xendai-getz.narod.ru/xhtml/x18.xtml [10]), также не позволяет решить вышеуказанную проблему из-за возможности получения со стороны ремней безопасности при серьезных авариях тяжелых травм грудной клетки, живота и т.п. Полное отсутствие активных методов защиты типа гашения ударов, возможности смешения кресел в направлении движения транспортного средства и т.п. с использованием только пассивных методов не позволяет эффективно решать задачу снижения опасности при авариях. Использование для этих целей надувных подушек безопасности фронтального или бокового типов (см., например, [10] и Иванов А.М. и др. Основы конструкций современного автомобиля. Учебник для ВТУЗов. Из-во "За рулем", 2012, стр. 304-306 [11]), также должно быть очень осторожным и может привести в случае невыполнения целого ряда условий к тяжелым травмам. Например, удар подушки при срабатывании не в грудь, а в голову человека может привести к летальному исходу. Вследствие этого производят надувание подушек в несколько стадий, разделяют подушки по весу и росту человека и т.п. (см. [11]).
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является адаптивное транспортное кресло с активным подголовником, развернутое на угол 180° относительно направления движения транспортного средства и содержащее соединенные с жесткой рамой и между собой криволинейно изогнутые сиденье, спинку, их общие, протяженные по краям кресла боковины, и встроенный в спинку подголовник, снабженные мягкими подушками, установленными на рабочих поверхностях кресла, при этом на спинке установлен датчик столкновений, подключенный к соединенному с подголовником силовому механизму, обеспечивающему встречное смещение последнего в момент столкновения в направлении к затылку пассажира (см. [11], стр. 305-306), и принятое за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются низкая эффективность обеспечения безопасности, что объясняется при наличие активного подголовника отсутствием активной защиты со стороны спинки кресла и его боковин, невозможностью фиксации человека в кресле и опасности его выпадения из кресла в момент столкновения, а также сложность конструкции механизма регистрации столкновения и силового механизма воздействия на подголовник для его встречного смещения относительно спинки.
Сущность изобретения заключается в создании предельно простой конструкции кресла, в которой за счет адаптивного автоматического изменения формы, размеров и взаимного расположения секций кресла непосредственно в момент удара в результате перераспределения давлений воздушной среды обеспечивается активное пневматическое гашение ударных воздействий на человека, а также упругая фиксация его в кресле в момент удара.
Технический результат - повышение безопасности водителя и пассажиров при столкновениях транспортного средства, а также предельное упрощение конструкции кресла.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном адаптивном транспортном кресле повышенной безопасности, развернутом на угол 180° относительно направления движения транспортного средства, включающем сиденье, спинку, их общие боковины и подголовник, снабженные мягкими подушками, установленными на рабочих поверхностях кресла, особенность заключается в том, что подушки спинки, боковин и подголовника выполнены в виде механически скрепленных и герметически изолированных друг от друга секций единого эластичного и заполняемого воздухом резервуара, при этом секция подушки спинки соединена с каждой из секций подушек боковин и подголовника двумя запирающими воздушными регулируемыми клапанами с встречными направлениями пропускания и заданным пороговым перепадом давлений открывания, а исходное рабочее давление воздуха в секции подушки спинки создано значительно превосходящим одинаковые давления в секциях подушек боковин и подголовника с превышением при силовом инерционном воздействии пользователя кресла на подушку спинки при аварийном торможении транспортного средства заданного порогового перепада давлений открывания запирающих клапанов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображено на фиг. 1 предлагаемое адаптивное транспортное кресло на общем виде в исходном рабочем состоянии; на фиг. 2 - то же кресло после столкновения транспортного средства с препятствием, с выносными элементами в зонах соединения секций.
Адаптивное транспортное кресло повышенной безопасности, развернутое на угол 180° относительно направления движения транспортного средства (вправо со скоростью ), включает сиденье 1, спинку 2, их общие боковины 3, расположенные по обоим бокам кресла и протяженные практически на всю глубину сиденья 1 и высоту спинки 2, и подголовник 4, встроенный непосредственно в верхнюю часть высокой спинки 2 и представляющий собой выступающий вперед относительно поверхности спинки 2 участок в верхней ее части для упора водителя или пассажира областью затылка (пассажир в кресле не показан). В конструкции кресла предусмотрена возможность наклона спинки 2 вперед или назад с фиксацией и вертикального перемещения спинки 2 вместе с подголовником 4 и сиденьем 1 относительно рамы, а также вертикальное перемещение подголовника 4 относительно спинки 2, однако данная регулировка не влияет на суть предложения, и поэтому во избежание усложнения описания принципа действия устройства регулировка не проиллюстрирована. Сиденье 1, спинка 2, боковины 3 и подголовник 4 снабжены мягкими подушками, соответственно 5, 6, 7, 8, закрепленными на рабочих поверхностях элементов 1, 2, 3, 4 в зоне размещения водителя или пассажира своими нижними поверхностями. При этом если подушка 5 сиденья 1 выполнена в виде типового, фиксируемого на сиденье 1 мягкого упругоэластичного элемента, выполненного, например, из поролона повышенной прочности с пропиткой, то подушка 6 спинки 2, и подушки 7 боковин 3, и подушка 8 подголовника 4 выполнены в виде механически скрепленных и герметически изолированных друг от друга секций единого эластичного и заполняемого под давлением воздухом резервуара, наподобие, например, резинового надувного матраца, выполненного из прорезиненной синтетической воздухонепроницаемой эластичной ткани. При этом секция 6 подушки спинки 2 и секция 8 подушки подголовника 4 выполнены в форме обычных плоских подушек и соединены механически между собой по одному ребру - нижнему для секции 8 и верхнему для секции 6 (нижние поверхности этих секций, как уже было указано выше, присоединены (приклеены) соответственно к подголовнику 4 и спинке 2). Секции же подушек 7 боковин 3 по обоим бокам кресла выполнены в форме рукавов, одна внешняя сторона каждого из которых прикреплена (приклеена) по всей длине рукава 7 к внутренним поверхностям боковин 3 по всей глубине сиденья 1 и высоте спинки 2, при этом противоположная сторона каждого рукава 7 свободна и обращена к бокам пассажира, сидящего на подушках 5 сиденья 1 и 6 спинки 2. При этом (см. выносные элементы А, Б, В на фиг. 2) секция 6 подушки спинки 2 пневматически соединена с секцией 8 подушки подголовника 4 (выносной элемент А) двумя запирающими воздушными регулируемыми клапанами 9, 10 с встречными направлениями пропускания (ниппельной однонаправленной проводимостью) и заданным пороговым перепадом давлений открывания. То есть клапаны 9 и 10 открываются и пропускают воздух соответственно из секции 6 в секцию 8 и из секции 8 в секцию 6 тогда, когда давление воздуха в секции 6 будет больше давления в секции 8 на величину заданного порогового перепада давлений или, наоборот, когда давление в секции 8 больше, чем в секции 6, на величину того же перепада. Аналогичным образом секция 6 подушки спинки 2 пневматически соединена с левой на фиг. 2 секцией 7 подушки боковины 3 (выносной элемент Б) с двумя клапанами 11, 12 и правой на фиг. 2 секцией 7 подушки боковины 3 (выносной элемент В) двумя клапанами 13 и 14. Исходное рабочее давление воздуха в секции 6 подушки спинки 2 создано значительно превосходящим давления в секциях 8 подушки подголовника 4 и секциях 7 подушек боковин 3, причем давление в секциях 7 и 8 создано одинаковым. При этом вышеуказанная разница давлений в секции 6 по сравнению с секциями 7 и 8 выбрана таким образом, чтобы сумма разницы с дополнительным увеличением давления в секции 6 подушки спинки 2 за счет силового инерционного воздействия пользователя креслом на данную секцию 6 при аварийном торможении транспортного средства превосходила заданный пороговый перепад давлений открывания клапанов 9, 11, 13 в направлении из секции 6 в секции 7 и 8. Клапаны 9÷14 выполнены на основе релейных упругих элементов, открывающих канал в одну из сторон при заданном пороговом перепаде давлений, причем может быть в определенных пределах проведена перенастройка заданного порога путем изменения радиальных усилий сжатия релейных элементов клапанов.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Транспортное средство движется со скоростью  вправо, кресло (см. фиг. 1) развернуто на угол 180° относительно направления движения, то есть пассажир свободно сидит в кресле спиной вперед. Кресло находится в исходном рабочем состоянии, когда секция 6 подушки спинки 2 избыточно надута, секция 8 подушки подголовника 4 надута слабо и пассажир оперт о нее затылком, секции 7 рукавов боковин 3 также надуты слабо и рукава 7 свободно размещены по бокам туловища сидящего пассажира и вдоль его таза и бедер. В случае аварии, например, при лобовом столкновении и, соответственно, тормозящем ускорении  пассажир инерционной силой прижимается спиной к спинке 2 кресла, при этом давление в секции 6 подушки спинки 2 скачкообразно повышается, перепад давлений в клапанах 9, 11, 13, соединяющих секцию 6 с секциями 8 и 7, в направлении из секции 6 превышает заданное пороговое значение перепада давлений открывания клапанов 9, 11, 13. В результате этого происходит (см. фиг. 2) практически скачкообразное (разность давлений значительная) вдавливание секции 6 спинки 2 внутрь и, наоборот, раздутие секции 8 подголовника 4, при котором последний идет навстречу затылку пассажира, что практически исключает возможность травмы головы и шейных позвонков (см. устройство-прототип [11]). Движение же пассажира назад вместе с подушкой 6 спинки 2 позволяет частично динамически погасить кинетическую энергию удара, осуществить некоторую диссипацию энергии удара за счет пневматического эффекта перетекания воздуха из одного резервуара в другой через более узкий клапан, а также растянуть время удара и снизить ударное ускорение за счет перемещения пассажира в момент удара вперед в направлении движения транспортного средства вместе со спинкой 2. Кроме того, одновременно за счет перетекания воздуха из секции 6 спинки 2 в секции 7 рукавов происходит раздувание последних, в результате чего они с натягом охватывают пассажира с обеих сторон, фиксируя его в кресле как по бокам груди, так и по верхней поверхности бедер. В результате этого пассажир оказывается надежно и одновременно достаточно упруго зажат в кресле. При этом исключается возможность получения им опасных травм, аналогичным случаям использования ремней безопасности либо надувных подушек безопасности (см. выше). Учитывая, что при развернутом на угол 180° кресле практически вся инерционная нагрузка при лобовых столкновениях приводит к вдавливанию пассажира спиной в спинку 2 кресла, а опасность при ударах в транспортное средство сзади чрезвычайно мала (см. [11], стр. 305), вышеуказанный механизм защиты головы и шейных позвонков с помощью подголовника 4, а также фиксации от выпадения пассажира из кресла путем его зажатия рукавами 7 по бокам является чрезвычайно эффективным. Следует особо подчеркнуть, что рукава 7 при их раздутии не просто обжимают пассажира в кресле по бокам, а заходят краями спереди на грудь, живот, бедра и т.п., не давая тем самым пассажиру возможности сместиться вперед. После срабатывания предлагаемого устройства для его возвращения к исходному рабочему состоянию к секциям 7 боковин 3 и секции 8 подголовника 4 необходимо приложить внешнюю силу, в результате чего при достижении заданного порогового перепада давлений откроются соответственно соседние клапаны 10, 12, 14 обратного направления пропускания, при этом секция 6 спинки 2 опять надуется, а давление в секциях 7 боковин 3 и секции 8 подголовника 4 резко уменьшится.
По мнению заявителя, предлагаемое устройство характеризуется существенной простотой, позволяет серьезно повысить безопасность водителя и пассажиров при сильных фронтальных лобовых столкновениях. При этом конструкция позволяет исключить для гашения энергии ударов применения специальных электромеханических, гидравлических и т.п. источников энергии, а использовать только энергию пневмосистем, запасаемую в самих креслах и перераспределяемую за счет относительных изменений объемов и взаиморасположения секций частей резервуара непосредственно в процессе удара, а также за счет специфического характера протекания вышеописанных процессов в пневматических системах, сопровождающихся значительным поглощением энергии при перераспределении воздушных объемов по сужающимся каналам.