БЕЗОПАСНОЕ СИДЕНЬЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE SAFE SEAT

Изобретение относится к устройствам для обеспечения пассивной безопасности пассажирских транспортных средств.
Известны устройства сидений, снабженные механизмом изменения их продольного и углового положения относительно кузова транспортного средства в процессе сборки и регулировки, включающим салазки для закрепления каркаса сиденья, продольные направляющие, механизм перемещения салазок в виде ходового резьбового винта, продольные ползуны, стопорный механизм, регулятор наклона спинки, кронштейны для поворота подушки и спинки друг от- /см. патент РФ на изобретение №2225797, кл. B60N 2/07, 2000 г. [1]; патент РФ на изобретение №2290331, кл. B60N 2/07, 2008 [2]; патент РФ на полезную модель №47296, кл. B60N 2/02, 2005 [3]/.
Недостатками известных устройств является невозможность адаптивного изменения и перестройки своего положения в процессе работы в пространстве непосредственно в момент удара при столкновении транспортного средства и под действием удара, и, как следствие - низкая эффективность при обеспечении безопасности.
Известны также конструкции безопасных сидений, обеспечивающие их адаптивное продольное перемещение и ограниченный подъем относительно кузова непосредственно в момент аварийного столкновения и приводимые в действие в результате удара либо путем включения специального датчика столкновения, связанного с силовым механизмом через блок управления /см. патент РФ на полезную модель №46231, кл. B60N 2/427, 2004 [4]/, либо путем осуществления кинематической связи бампера с механизмом управления ограниченным перемещением пассажирских сидений, выполненным в виде штоков и гидроцилиндров /см. Иванов В.Н., Лялина В.А. Пассивная безопасность автомобиля, М., "Транспорт", 1979, с. 274, рис. 13.54 [5]/, либо путем осуществления кинематической связи бампера с механизмом управления перемещением сиденья с помощью штока, шарнирно связанного с двуплечевыми рычагами, тягой привода фиксатора с ползунами и пальцами с двухступенчатыми профилированными выемками, смещенными по высоте /см. а.с. СССР №943036, кл. B60R 19/02, B60N 1/00, 1981 [6]/.
Недостатками всех данных устройств является принципиально низкая эффективность повышения безопасности за счет обеспечения продольных относительных перемещений сидений в момент аварийных столкновений, а также сложность конструкций и громоздкость механизмов связи бампера с сиденьем, наличие специальных блоков связи, управления и силового регулирования /см. также [5]/.
Кроме того, известны устройства, обеспечивающие как автоматический угловой разворот сидений в горизонтальной плоскости непосредственно в момент аварийного столкновения со взаимной силовой компенсацией /см. патент РФ на полезную модель №93052, кл. B60N 2/42, 2006 [7], так и автоматическое опрокидывание сидений в вертикальной плоскости за счет обеспечения связи бампера при помощи поршневой системы с гидравлическими цилиндрами гидросистемы /см. [5]/.
Недостатками данных устройств является их предельная сложность конструкции, низкая эффективность повышения степени безопасности в компенсационных устройствах разворота сидений в горизонтальной плоскости, требующих к тому же высокого качества изготовления элементов, и при невыполнении этих условии приводящих наоборот к снижению безопасности пассажиров.
Наиболее близким устройством того же назначения к предложенному изобретению по совокупности существенных признаков является безопасное сиденье транспортного средства, содержащее установленную на полу салона кузова под основанием сиденья шарнирную опору и механизм ручного и автоматического освобожденья сиденья от стационарно зафиксированного состояния в момент аварийного торможения, опрокидывания его назад вокруг шарнирной опоры и повторной фиксации в положении с горизонтально ориентированной спинкой, выполненный в виде связанной с бампером поршневой гидравлической системы с гидравлическими цилиндрами, установленными под основанием сиденья /см. а.с. СССР №1039764, кл. B60R 21/08, B60N 1/08, 1982 [8]/, и принятое за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются предельная сложность конструкции, в том числе связанного с бампером гидравлического механизма автоматического опрокидывания и фиксации сиденья, что обуславливает увеличение постоянной времени срабатывания, и, соответственно - снижение эффективности защиты пассажиров при столкновении.
Сущность изобретения заключается в создании предельно простой простой конструкции устройства, обеспечивающей при этом высокую степень защиты пассажиров при сильных столкновениях транспортного средства за счет его снабжения механизмом, обеспечивающим возможность непосредственно в момент аварийного торможения автоматического снятия с сиденья магнитных стационарных связей, опрокидывания его назад вместе с пассажиром и повторной фиксации без использования дополнительных гидравлических, электромеханических и т.п. механизмов и источников энергии, а за счет адаптивной перестройки простанственного положения сиденья под действием возникающих непосредственно при аварийном торможении инерционных сил.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение степени безопасности пассажира при аварийном торможении транспортного средства.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном безопасном сиденье транспортного средства, содержащем механизм его автоматического освобождения от стационарно зафиксированного состояния в момент аварийного торможения транспортного средства, последующего опрокидывания назад вокруг установленной в салоне кузова шарнирной опоры и повторной фиксации в положении с горизонтально ориентированной спинкой, особенность заключается в том, что механизм автоматического опрокидывания и фиксации сиденья выполнен в виде двух пар постоянных магнитов, обращенных попарно друг к другу разноименными полюсами, при этом одна пара магнитов установлена друг над другом, соответственно, на нижней поверхности основания сиденья и полу салона под сиденьем с возможностью регулировки величины осевого зазора между разноименными полюсами вплоть до их непосредственного контакта, обеспечивающей получение отрывного усилия магнитов, соответствующего заданному опасному значению аварийной инерционной перегрузки, и с формированием в зоне контакта полюсов криволинейной поверхности вращения сиденья вокруг оси шарнирной опоры, другая пара магнитов, контактирующая при горизонтальной ориентации спинки сиденья, закреплена, соответственно, на задней поверхности спинки и неподвижном горизонтальном элементе салона, а шарнирная опора сиденья также установлена на спинке выше центра масс сиденья вместе с размещенным на нем пассажиром.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично на виде сбоку изображено предлагаемое безопасное сиденье с пассажиром/сплошными линиями показано положение сиденья в стационарном транспортном состоянии, пунктирными - после опрокидывания при аварийном торможении/.
<mover accent="true"><mi>F</mi><mo>¯</mo></mover>
с
с
Безопасное сиденье 1 транспортного средства, состоящего из основания 2 и спинки 3, с размещенным на нем пассажиром 4, установлено на полу 5 салона кузова и снабжено механизмом его освобождения от стационарно зафиксированного состояния в момент аварийного торможения, последующего опрокидывания назад вокруг установленной в салоне кузова шарнирной опоры 6 и повторной фиксации в положении с горизонтально ориентированной спинкой 3. При этом механизм автоматического опрокидывания и фиксации сиденья 1 выполнен в виде двух пар 7 и 8 постоянных стержневых магнитов, обращенных попарно друг к другу разноименными полюсами. Одна пара 7 вышеуказанных магнитов установлена друг над другом, соответственно, на нижней поверхности основания 2 сиденья 1 к на полу 5 салона под сиденьем 1 с возможностью регулировки осевого зазора 9 между разноименными полюсами постоянных магнитов 7 вплоть до их непосредственного контакта с помощью ввернутого в нижний из пары 7 магнитов сквозь пол 5 и раму 10 транспортного средства регулировочного винта 11 с последующей фиксацией. Причем, на обращенных друг к другу полюсах магнитов 7 в зоне их контакта сформированы криволинейные поверхности вращения сиденья 1 вокруг оси 12 шарнирной опоры 6. Вышеуказанная регулировка величины осевого зазора 9 обеспечивает получение отрывного усилия
постоянных магнитов 7, соответствующего заданному в технических условиях на данное транспортное средство опасному для пассажира 4 минимальному значению инерционной перегрузки, действующему при аварийном торможении /ударном столкновении транспортного средства с препятствием/. Другая пара 8 постоянных магнитов, контактирующих при горизонтальной ориентации спинки 3 сиденья 1, закреплена, соответственно, на задней поверхности спинки 3 в верхней ее части и неподвижной стойке 13 с горизонтальной верхней поверхностью, прикрепленной нижним торцом к полу 5 салона. Шарнирная опора 6 сиденья 1 /цилиндрический шарнир с трением скольжения/ выполнена в виде прикрепленной к спинке 3 оси 12, свободно с возможностью вращения вставленной в неподвижную обойму /втулку/, прикрепленную сбоку к стойке 13. При этом ось вращения 12 шарнирной опоры 6 установлена выше центра масс С сиденья 1 вместе с пассажиром 4, а именно - высота h размещения оси 12 шарнира 6 над полом П превышает вертикальную координату У центра масс С также относительно пола 5 на расчетное расстояние d=h-У. В устройстве предусмотрена возможность сборочной регулировки высоты выступания /углубления/ одного из магнитов 8 в отверстие 14 стойки 13 с помощью установочных шайб 15 и винта 16, а также высоты другого магнита пары 8 над задней поверхностью спинки 3 с помощью таких же шайб 17 и винта /на рисунке не показан/, что необходимо для подбора угла повторной фиксации сиденья 1 с ориентацией спинки 3, близкой к горизонтальной, а главное - для подбора необходимой для надежной Фиксации силы притяжения магнитов 8.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
<mrow><mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover><mi>i</mi></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover><mi>c</mi><mo>=</mo><mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mi>F</mi><mo>¯</mo></mover><mi>i</mi><mo>=</mo><mi>m</mi><mi>i</mi><mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover><mi>i</mi></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover><mi>i</mi></mrow>
<mrow><msup><mover accent="true"><mi>R</mi><mo>¯</mo></mover><mn>4</mn></msup><mo>=</mo><mo>∑</mo><msup><mover accent="true"><mi>F</mi><mo>¯</mo></mover><mn>4</mn></msup></mrow>
<mover accent="true"><mi>F</mi><mo>¯</mo></mover>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover><mi>c</mi></msub></mrow>
<mover accent="true"><mi>F</mi><mo>¯</mo></mover>
<mrow><mi>m</mi><mover accent="true"><mi>g</mi><mo>¯</mo></mover></mrow>
<mover accent="true"><mi>F</mi><mo>¯</mo></mover>
4
4
4
в
в
4
в
F
При аварийном торможении транспортного средства на каждый элемент сиденья 1 с пассажиром 4 действует одинаковое линейное ускорение
, направленное назад /поступательное движение транспортного средства/, такое же ускорение
действует на цент масс С динамической системы сиденье 1-пассажир 4. При этом на каждый элемент системы действует сила инерции
, направленная противоположно ускорениям
, то есть вперед. Равнодействующая сил инерции
приложена в центре масс С. При этом на сиденье 1 с пассажиром 4 действует опрокидывающий момент сил инерции, равный по модулю М=R-d. Таким образом, переносом шарнирной опоры 6 на спинку 3 сиденья 1 выше центра масс С на заданную величину d, а также выбором расчетного значения и дальнейшей регулировкой при сборке /см. выше/ отрывного усилия
магнитов 7 /в данном случае отрывное усилие работает как усилие взаимного сдвига полюсов и направлено по общей касательной к их контактирующим криволинейным поверхностям/. добиваются, чтобы при достижении в процессе аварийного торможения ускорением
опасной для пассажира 4 инерционной перегрузки опрокидывающий момент М вокруг оси О 12 шарнира 6 превзошел вместе суммы моментов вращения вокруг данной оси силы
MF≈F·h, и восстанавливающего момента М от веса
сиденья 1 с пассажиром 4 М=mgв, где в - расстояние по горизонтали между осью вращения 12 и цетром масс С. То есть, при выполнении условия М>M+М фиксирующая связь в магнитах 7 /сила их магнитного взаимодействия/ нарушается, и сиденье 1 вместе с пассажиром 4 опрокинется в положение с горизонтально ориентированной спинкой 3. Отметим, что в процессе опрокидывания плечо d будет уменьшаться, а величина в наоборот увеличиваться. Однако сиденье 1 уже по инерции, набранной в начале опрокидывания, будет двигаться дальше, тормозящий момент силы
работать перестанет, и, наоборот, начнет работать момент от силы притяжения магнитов 8. Но при этом в любом случае необходимо для опрокидывания, чтобы в начальный момент после отрыва магнитов 7 момент многократна превышал момент. Следует отметить, что при величинах опасных перегрузок, приведенных в описании к [6], и при конструктивно-технологических параметрах, характерных для типовых сидений с пассажиром, такое превышение составляет 45-50 раз. При необходимости по требованию эксперта заявитель готов представить подробный силовой расчет конструкции с учетом физических и силовых характеристик и конкретных размеров, конкретных марок постоянных магнитов, величин осевых зазоров, тяговых усилий, элективных масс магнитов, их габаритов при требуемых усилиях и т.п. Следует также указать, что конструкция данного устройства разработана для общего случая использования сидений в транспорте, причем, не только в автомобильном. В каждом конкретном случае могут быть сделаны непринципиальные конструктивные изменения и дополнения. Например, для освобождении места впереди или сзади сиденья при его опрокидывании. В частности, в устройстве-прототипе [8] в случае использования предлагаемого сиденья конкретно для водителя предусмотрено синхронное перемещение /утопление/ одновременно с опрокидыванием сиденья рулевой колонки /см. фиг. 21, 22 в описании к [8]/. Нетрудно убедиться, что в данном частном случае предлагаемое заявителем устройство может быть снабжено точно таким же механизмом синхронного перемещения рулевой колонки, только тяга 41, убирающая рулевую колонку с помощью пружины 36 и вилки 38 снабжается магнитным элементом, отталкивающимся от верхнего подвижного постоянного магнита 7 при начале опрокидывания сиденья, и освобождающем вилку 38.
По мнению заявителя, именно применение к созданию предлагаемого устройства по сравнению с прототипом и аналогами отличного принципа действия, заключающегося в использовании для опрокидывания сиденья непосредственно самих же инерционных сил аварийного торможения, от которых необходимо защищать пассажиров, позволяет предельно упростить конструкцию устройства, сократить в результате этого время срабатывания при столкновении и повысить тем самым степень безопасности устройства.