СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ СИДЕНЬЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
HIGHER VEHICLE SEAT SAFETY SYSTEM FOR SEAT USER

Изобретение относится к средствам пассивной безопасности пассажирских транспортных средств.
Известны безопасные пассажирские сиденья, снабженные механизмом изменения их продольного и углового положения относительно кузова транспортного средства в процессе сборки и регулировки, включающим салазки для установки каркаса сиденья, продольные направляющие, механизм перемещения салазок в виде ходового резьбового винта, продольные ползуны, стопорный механизм, регуляторы наклона спинки сиденья с кронштейнами поворота подушки и спинки относительно друг друга (см. патент РФ на изобретение №2225797, кл. B60N 2/07, 2002 [1]; патент РФ на изобретение №2290331, кл. B60N 2/07, 2008 [2]; патент РФ на полезную модель №47296, кл. B60N 2/02, 2/22, 2005 [3]).
Недостатками известных устройств является невозможность адаптивной перестройки своего положения относительно кузова в пространстве непосредственно в момент удара при столкновении транспортного средства с препятствием и непосредственно под действием удара и, как следствие, низкая степень защиты водителя и пассажиров при столкновениях.
Известны также устройства безопасных сидений, обеспечивающие их адаптивное продольное перемещение и ограниченный подъем относительно кузова непосредственно в момент аварийного столкновения, приводимое в действие в результате удара либо путем включения специального датчика столкновения, связанного с силовым механизмом через бок управления (см. патент РФ на полезную модель №46231, кл. B60N 2/427, 2004 [4]), либо путем осуществления кинематической связи бампера с механизмом управления перемещением и ограниченным подъемом пассажирских сидений, выполненным в виде штоков и гидроцилиндров (см. Иванов В.Н. Лялина В.А. Пассивная безопасность автомобиля., М.: Транспорт, 1979, с. 274, рис. 2.54 [5]).
Недостатками известных устройств являются предельная сложность конструкций за счет использования гидравлических, электромеханических и т.п. силовых механизмов, блоков управления и регулирования для связи воспринимающего соударения бампера с сиденьями, что также обуславливает увеличение постоянной времени срабатывания устройства и соответственно - снижение степени защиты водителя и пассажиров.
Известны, кроме того, устройства, обеспечивающие как автоматический угловой поворот сидений в горизонтальной плоскости непосредственно в момент аварийного столкновения со взаимной силовой компенсацией (см. патент РФ на полезную модель №93052,кл. B60N 2/43, 2006 [6]), так и автоматическое опрокидывание сидений в вертикальной плоскости с помощью связи бампера за счет поршневой системы с гидравлическими цилиндрами и гидросистемы (см. [5]; а.с. СССР №1039764, кл. B60R 21/08, B60N 1/08, 1982 [7]).
Недостатками известных устройств также является предельная сложность их конструкций и, как следствие, низкая надежность, технологичность и степень обеспечения безопасности.
Наиболее близким устройством того же назначения к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является система пассивной безопасности пользователей сиденьем пассажирского автотранспортного средства, содержащая энергопоглощающий бампер, кинематически связанный с механизмом управления ограниченным перемещением сиденья по направляющим салазкам в направлении действия сил инерции, включающим смонтированные на бампере демпфирующую и упругофрикционную втулки и шток, шарнирно связанный через двуплечий рычаг с тягой привода для фиксатора начального и конечного положений сиденья, взаимодействующего с его направляющими салазками и состоящего из установленного в жестко связанной с кузовом направляющей ползуна с пальцем для взаимодействия с двухступенчатой профилированной выемкой, равной ходу перемещения сиденья (см. а.с. СССР №943036, кл. B60R 19/02, B60N 1/00, 1981 [8]), и принятая за прототип.
Данное устройство обеспечивает во время удара перемещение сиденья с пассажиром в направлении действия сил инерции при одновременном демпфировании, что приводит к снижению величины замедлений соответственно действующих на пассажира инерционных сил за счет перегрузок при торможении и, как следствие - к повышению уровня безопасности при аварийных торможениях.
Недостатками устройства-прототипа является предельная сложность конструкции кинематической связи бампера с сиденьем и механизма управления перемещением сиденья и его фиксацией в начальном и конечном положениях, что обуславливает снижение надежности конструкции, увеличение постоянной времени срабатывания при ударе и, соответственно - к частичному снижению уровня безопасности.
Сущность изобретения заключается в создании предельно простой по конструкции системы безопасности пользователя сиденьем транспортного средства, имеющей при этом высокую надежность и степень зашиты пассажира при сильных столкновениях за счет осуществления в процессе удара адаптивного взаимного пространственного изменения положений элементов конструкции с одновременным демпфированием перемещений непосредственно под действием возникающих при ударе сил инерции.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение его надежности и степени безопасности пассажира при аварии.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной системе безопасности пользователя сиденьем транспортного средства, включающей механизм управления ограниченным перемещением в направлении действия сил инерции пассажирского сиденья, свободно надетого отверстиями в нижних его стойках на две направляющие салазок, жестко связанные по концам с кузовом и снабженные упругопластическими демпфирующими элементами, особенность заключается в том, что механизм управления ограниченным перемещением сиденья выполнен в виде двух втулок, свободно надетых на каждую из направляющих враспор между задней поверхностью сиденья и местом крепления направлявшей к кузову и изготовленных из материала, разрушающегося при величине растягивающих нагрузок, соответствующей заданной минимальной величине опасных для пользователя сиденьем инерционных перегрузок при аварийных торможениях транспортного средства, при этом в тело каждой втулки заармирована стальная витая цилиндрическая пружина, жестко соединенная своими торцами с задней поверхностью сиденья и кузовом.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображена предлагаемая система на виде на салон транспортного средства сбоку без боковой стенки кузова.
Система безопасности пользователя сиденьем транспортного средства 1 (на рисунке пользователь, сидящий на сиденье, не показан), включающая энергопоглощающий бампер 2 и механизм управления ограниченным перемещением внутри салона 3 в направлении действия сил инерции и фиксацией в начальном и конечном положениях пассажирского сиденья 4, свободно надетого отверстиями 5 в нижних его стойках 6 на две направляющие 7 салазок (на рисунке показана только передняя направляющая), жестко связанные (приваренные) по концам 8 с кузовом 9, и снабженного упругопластическими демпфирующими элементами. При этом механизм управления ограниченным перемещением с демпфированием и фиксацией пассажирского сиденья 4 выполнен в виде двух втулок 10, свободно надетых на каждую из направляющих 7 салазок враспор между задней поверхностью сиденья 4 и местом 8 крепления (приваривания) направляющей 7 к кузову 9. Причем втулки 10 изготовлены из сравнительно хрупкого материала, разрушающегося при величине действующих на них растягивающих (разрывных) нагрузок, соответствующей заданной минимальной величине опасных для пользователя сиденьем 4 инерционных перегрузок при аварийных торможениях транспортного средства 1 в случаях его столкновений с препятствиями. В тело каждой из втулок 10 концентрично заармирована стальная витая цилиндрическая пружина 11, жестко соединенная (приваренная) одним своим торцом к задней поверхности сиденья 4, а другим - к прикрепленному к кузову 9 концу 8 направляющей 7. В качестве материала для втулок 10 использован АГ-4, полученный прессованием из порошков. Данный материал выдерживает довольно значительные статические нагрузки, однако сравнительно легко разрушается при ударных динамических разрывных нагрузках, тем более при разрывных нагрузках, прикладываемых не по концам тела, а распределенных по его объему вдоль длины тела. Именно такую распределенную по объему нагрузку оказывают на втулку 10 витки растягиваемой по торцам и заармированной в тело втулки 10 стальной цилиндрической пружины 11. При этом расчет, подтверждаемый экспериментом, позволяет довольно точно и стабильно определить величину действующих на пружины 11 растягивающих усилий, приводящих к разрушению втулки 10. Очевидно, что в исходном состоянии сиденья 4 до разрушения втулок 10 последние, свободно вставленные враспор между сиденьем 4 и местами 8 крепления направляющих 7 к кузову 9, являются фиксаторами от смещения сиденья 4 назад, а приваренные к сиденью 4 и концам 8 торцами пружины 11, находящиеся до разрушения втулок 10 в абсолютно жестком состоянии, - фиксаторами от смещения сиденья 4 вперед. В конечном состоянии сиденья 4 после разрушения втулок 10 и смещения сиденья 4 вперед под действием сил инерции с упругопластичным растяжением пружин 11 последние выполняют функции как ограничителей смещения сиденья 4 вперед до ударного взаимодействия с левым местом крепления 8 направляющих 7 к кузову 9, так и упругопластических демпферов импульсных ударных перемещений сиденья 4.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
2
2
2
1
Согласно устройству-прототипу [8] перемещение сиденья 4 вперед в направлении действия сил инерции на S=0,2 м в процессе аварийного торможения при столкновении транспортного средства с жестким препятствием на скорости 48 км/час = 13,3 м/сек позволяет снизить замедление, то есть действующее на пассажира тормозящее ускорение с 1000 g ≈ 10000 м/c до 50 g ≈ 500 м/с, то есть примерно в 20 раз, и соответственно увеличить (растянуть) время ударного взаимодействия с t=0,0015 с до t=0,03 с. Следует отметить, что заявителем экспериментально и теоретически были подтверждены вышеуказанные цифры и при создании предлагаемого им устройства он ориентировался на получение тех же самых параметров, но, естественно, другими средствами. Более того, как показали испытания, при использовании ремней безопасности именно линейные ускорения порядка 50 g  500 м/с и более начинают представлять опасность для пассажира вследствие возможности получения травм со стороны ремней безопасности, поэтому эти ускорения и использованы в качестве заданной минимальной величины опасных для пользователя сиденьем 4 инерционных перегрузок. Естественно, что физико-механические и конструктивные параметры втулок 10 подобраны таким образом, чтобы именно при данных инерционных перегрузках, воздействующих со стороны сиденья 4 с пассажиром на пружины 11, разрывные нагрузки во втулках 10 превзошли предел прочности их материала на растяжение, втулки 10 разрушились, пружины 11 соответственно освободились. При этом движение сиденья 4 вперед сопровождается сначала упругими, а потом пластическими деформациями прикрепленных к нему стальных пружин 11. Физико-механические и конструктивные параметры последних подобраны таким образом, чтобы при вышеуказанных величинах инерционной перегрузки (порядка 50 g) суммарные упругие и пластические деформации обеих пружин 11 обеспечивали перемещение сиденья 4 вперед под действием сил инерции на вышеуказанную величину (порядка S=0,2 м). При этом, во первых, усилия растяжения, возникающие в пружинах 11 к концу движения, должны быть меньше их разрывных нагрузок, а во вторых - запасаемая в растянутых пружинах 11 потенциальная энергия должна примерно соответствовать кинетической энергии сиденья 4 с пассажиром в момент аварийного столкновения (то есть разрушения втулок 10), что позволит практически исключить ударное взаимодействие сиденья 4 с левым концом 8 направляющей 7, то есть практически полностью задемпфировать удар. В случае необходимости заявитель готов по требованию эксперта предоставить подробный расчет как величины разрушающих нагрузок, возникающих в материале втулок 10 при вышеуказанных опасных инерционных перегрузках с выбором требуемых физико-механических и конструктивных параметров втулок 10, так и расчет характера деформаций пружин 11 при вышеуказанных перегрузках и перемещениях сиденья 4, иллюстрацию процесса преобразования кинетической энергии сиденья 4 с пассажиром в потенциальную энергию растянутых пружин 11 и т.п.
Предлагаемое устройство характеризуется предельной простотой, высокой надежностью и позволяет максимально повысить безопасность пассажиров при авариях со значительными ударными нагрузками. Устройство универсально, может быть использовано практически для любых типов транспортных средств, в том числе водных, воздушных и т.п., позволяет исключить сложные исполнительные механизмы, механизмы управления и регулирования гидравлического, электромеханического и т.п. типов, приводится в действие непосредственно от тех же инерционных сил, при аварийном торможении, которые и представляют опасность.