ТРАНСПОРТНОЕ КРЕСЛО С АДАПТИВНЫМ УГЛОМ ПОВОРОТА
VEHICLE SEAT WITH ADAPTIVE TURNING ANGLE

Изобретение относится к оборудованию салонов транспортных средств, обеспечивающему максимальную безопасность и комфортность при движении.
Известны стандартные транспортные средства для пассажиров в поезде, автобусе, автомобиле, самолете и т.п., имеющие установленный на раме каркас и закрепленные на нем сиденье, спинку и подголовник /см., например, патент РФ на полезную модель №71258, кл. А63В 23/04, 2007 [1]/.
Недостатками известных конструкций является предельно низкая безопасность пассажиров при резких торможениях в аварийных ситуациях, главным образом - при столкновениях с препятствиями или другими транспортными средствами, приводящих к серьезным травмам.
Известны транспортные кресла, оснащенные ремнями безопасности с аварийно-запирающим срабатывающим устройством, пряжкой с пропущенной через нее лямкой и замком с защелками, запирающими пряжку, укрепленными на раме сиденья /см., например, патент РФ на изобретение №2304057, кл. B60R 22/12, опубл. 10.08.2007 [2]/, а также ремнями безопасности со специальными натяжителями, установленными на боковине кузова и обеспечивающими возможность регулировки заданного тягового усилия /см., например, патент РФ на изобретение №2319625, кл. B60R 22/34, опубл. 20.03.2008 [3]/.
Недостатками известных устройств также является низкая безопасность пассажиров вследствие возможности получения ими при серьезных авариях со значительными инерционными перегрузками, главным образом - при встречных лобовых столкновениях - тяжелых травм под воздействием ремней безопасности грудной клетки, живота и т.п., во многих случаях не совместимых с жизнью.
Известны также транспортные кресла, имеющие возможность осуществления регулировки своего углового положения в горизонтальной плоскости относительно салона путем линейного ортогонального перемещения с последующей фиксацией непосредственно в процессе монтажа с последующими разворотами в горизонтальной плоскости /см., например, патент РФ на полезную модель №24989, кл. B64D 11/06, B60N 2/14, 2001 [4]; патент РФ на полезную модель №49495, кл. B60N 2/02, 2/14, 2005 [5]; патент РФ на изобретение №2224689, кл. B64D 11/06, B60N 2/05, 2/04, 2001 [6]/.
Недостатками всех известных устройств, кроме предельной сложности конструкций, является невозможность оперативной перестройки угла установки кресла непосредственно в процессе движения транспортного средства в зависимости от опасности режима движения, вероятности возможного столкновения, особенно встречного лобового.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленому изобретению по совокупности существенных признаков является транспортное средство с дистанционным управлением углом поворота, содержащее установленную на монтажное место в салоне и связанную с механизмом дистанционного поворота и перемещения в горизонтальной плоскости раму с размещенными на ней сиденьем и спинкой, выполненными в виде единого модуля, оснащенного ремнями безопасности и соединенного с рамой с помощью винтовой цилиндрической пружины, изготовленной из сплава с эффектом памяти механической формы и несколькими температурными порогами срабатывания с нарастающими фиксированными углами закручивания, соответствующими фиксированным угловым положениям кресла /см. патент РФ на изобретение №2352499, кл. B64D 11/06, B60N 2/14, 2007 [7]/, и принятое за прототип.
Данная конструкция кресла позволяет в случае возникновения опасного режима, например при большой вероятности лобового столкновения, дистанционно из кабины водителя развернуть кресло в горизонтальной плоскости на заданный угол, при котором бы действие инерционных нагрузок при ударе на пассажира воспринималось не ремнями безопасности, боковинами кресла и т.п., а непосредственно спинкой кресла, в которую пассажир будет упираться спиной даже при встречном прямом ударе.
Недостатками устройства-прототипа, наряду с необходимостью использования элементов со специальными физическими свойствами /памятью механической формы/, является низкая степень обеспечения безопасности пассажиров - главным образом при сильных лобовых столкновениях - транспортных средств. Последнее объясняется отсутствием возможности автоматического адаптивного изменения угла установки кресла непосредственно в момент удара без дистанционного участия водителя, а также использованием в исполнительном механизме сплава с эффектом памяти механической формы, обладающего сравнительно большой постоянной времени и замедляющего процесс срабатывания устройства.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простой конструкции транспортного кресла, обладающего при этом возможностью заданного смещения вперед и автоматического адаптивного изменения угла своей установки путем разворота в горизонтальной плоскости на 180° непосредственно в момент ударного столкновения транспортного средства и под действием удара.
Технический результат - упрощение конструкции кресла и повышение степени безопасности пассажиров при сложных динамических режимах эксплуатации транспортного средства за счет адаптивного изменения параметров в момент удара.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном транспортном кресле с адаптивным углом поворота, содержащем сиденье со спинкой, выполненные в виде единого модуля, оснащенного ремнями безопасности и прикрепленного к верхнему торцу винтовой цилиндрической пружины, установленной жестко и вертикально нижним торцом на монтажной раме, особенность заключается в том, что в исходном стационарном положении кресла пружина приведена в заневоленное напряженно-закрученное состояние посредством силового закручивания вместе с креслом в заданную сторону на угол 180° от своего свободного состояния и последующего свободного введения без фиксации своим ортогонально отогнутым верхним концом в ориентированное вдоль продольной оси транспортного средства щелевое отверстие в установленной на монтажной раме за креслом вертикальной стойке, при этом конструктивно-технологические параметры пружины и глубина введения ее отогнутого конца в отверстие выбраны из условия обеспечения заданного линейного перемещения верхнего торца пружины вперед в направлении движения транспортного средства на величину, необходимую для расчетного снижения опасных для пользователя креслом линейных тормозящих ускорений в аварийных экстремальных ситуациях, при поперечных изгибах пружины под действием инерционных сил, развиваемых креслом вместе с пользователем в вышеуказанных ситуациях, с одновременным выходом отогнутого конца пружины из щелевого отверстия в стойки, соответствующим освобождению пружины из заневоленного закрученного состояния и ее обратному автоматическому развороту вместе с креслом на тот же угол.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено предлагаемое кресло на виде сбоку в транспортном состоянии до удара /пунктиром показано смещенное положение кресла вперед после удара при поперечном изгибе пружины и ее освобождения от заневоленного состояния/; на фиг. 2 - предлагаемое кресло после разворота освобожденной пружины в горизонтальной плоскости на угол 180°.
Транспортное кресло с адаптивным углом поворота в горизонтальной плоскости содержит сиденье 1 со спинкой 2, выполненные в виде единого модуля, оснащенного ремнями безопасности 3 для фиксации размещенного в кресле 1, 2 пользователя 4, и прикрепленного к верхнему торцу винтовой цилиндрической пружины 5, жестко укрепленной вертикально своим нижним торцом на установленной на полу 6 салона 7 транспортного средства монтажной раме 8. При этом в исходном стационарном положении кресла 1, 2 /см. фиг. 1, сплошными линиями/ пружина 5 на этапе регулировки устройства приведена в заневоленное напряженно-закрученное состояние посредством ее одновременного силового изгиба вперед в вертикальной плоскости относительно закрепленного нижнего торца и закручивания вместе с креслом 1, 2 с помощью специального силового механизма вокруг своей вертикальной продольной оси в заданную сторону на угол 180° от своего свободного состояниями последующего свободного введения без фиксации своим ортогонально продольной оси пружины 5 отогнутым верхним концом 9 в ориентированное вдоль продольной оси транспортного средства щелевое отверстие 10, выполненное в консольно закрепленной на монтажной раме 8 за креслом 1, 2 вертикальной стойке 11.
Очевидно, что в свободной пружине 5 до ее заневоливания с закручиванием на 180° отогнутый конец 9 пружины 5 был направлен вперед в сторону движения, а закрепленное сверху на пружине 5 кресло 1, 2 обращено назад, как показано на фиг. 2 /только без поперечного наклона вперед под действием инерционных сил/. Причем пружина 5 закручена в ту сторону от исходного положения кресла 1, 2, c которой имеется возможность предусмотреть свободное пространство для разворота кресла 1, 2 с прохождением отогнутого конца 9 пружины 5. Отверстие 10 должно быть именно щелевым с протяженностью по вертикали, чтобы при нормальной эксплуатации кресла 1, 2 отогнутый конец 9 пружины 5 не препятствовал ее возможным вертикальным колебаниям, позволяющим осуществлять дополнительную амортизацию кресла 1, 2 при вертикальной тряске.
x
x
x
a
a
Конструктивно-технологические параметры пружины 5 /число витков n, диаметр d и материал провода, диаметр D и высота h пружины 5, а также глубина l введения ее отогнутого конца 9 в щелевое отверстие 10 в стойке 11/ должны обеспечивать заданную ее жесткость C при поперечном изгибе /см. далее пример реализации устройства/. Жесткость C характеризует поперечный изгиб пружины 5 в вертикальной плоскости приложенной к ее верхнему торцу горизонтальной инерционной силой относительно нижнего, жестко закрепленного торца. При этом в случае обеспечения заданного значения поперечной жесткости C при примерно известной массе m кресла 1, 2 вместе с пользователем 4 и действии опасного для пользователя 4 линейного ускорения a при аварийном торможении должна развиваться инерционная сила , создающая изгибающий момент М, обеспечивающий перемещение верхнего торца пружины 5 на расстояние S вперед, необходимое для расчетного снижения вышеуказанных ускорений a до безопасной для пользователя 4 величины. При этом величина расстояния S должна примерно совпадать с глубиной l введения конца 9 пружины 5 в щелевое отверстие 10, что обеспечивает одновременный с изгибным смещением на S выход конца 9 из щелевого отверстия 10 /см. фиг. 1 пунктиром/, освобождение пружины 5 из заневоленного закрученного состояния и ее обратный автоматический разворот вместе с креслом 1, 2 на тот же угол 180° /см. фиг. 2/, когда пользователь 4 развернут вместе с креслом 1, 2 в направлении движения спиной.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
2
2
2
1
a
Как известно из устройства по а.с. СССР №943036, кл. B60R 19/02, B60N 1/00, 1981 [8], стр. 5 описания, перемещение сиденья 1 со спинкой 2 /кресла 1, 2/ 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=113,3 м/с позволяет снизить замедление, то есть действующее на пассажира тормозящее ускорение с 1000g≈10000 м/с до 50g≈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 были экспериментально и теоретически подтверждены вышеуказанные цифры, и при создании предлагаемого им устройства он ориентировался на получение тех же самых параметров, но, естественно, другими средствами. Более того, как показывают испытания при использовании ремней безопасности именно линейные ускорения порядка 50g≈500 м/c и более начинают представлять для пассажира вследствие возможности получения травм со стороны ремней безопасности высокую опасность, поэтому эти ускорения и использованы в качестве значений a.
а
Согласно предложению заявителя при работе транспортного средства в обычных режимах эксплуатации кресло 1, 2 /см. фиг. 1, сплошные линии/ находится в своем стационарном транспортном состоянии с обращением пользователя 4 лицом вперед и заневоленной пружиной 5, закрученной на угол 180° и зафиксированной отогнутым концом 9 в щелевом отверстии 10 стойки 11. При переходе транспортного средства в экстренный режим /аварийное торможение, ударное столкновение с неподвижным объектом либо другим транспортным средством/ тормозящее линейное ускорение а достигает вышеуказанной величины, опасной для пользователя 4 креслом 1, 2 из-за возможности получения травмы со стороны ремней безопасности, под действием инерционной силы , создающей поперечный изгиб пружины 5 моментом M, верхний торец пружины 5 перемещается на расстояние S вперед /см. фиг. 1 пунктиром/, отогнутый конец 9 пружины 5 также перемещается вперед на l=S, конец 9 выходит из отверстия 10, пружина 5 освобождается из заневоленного состояния и раскручивается обратно на тот же угол 180°. При этом /см. фиг. 2/ кресло 1, 2, адаптивно и автоматически в момент удара разворачивается спинкой 2 вперед в направлении движения транспортного средства. В этом случае перемещения пользователя 4 креслом 1, 2 при мощных инерционных перегрузках, возникающих при аварийных торможениях, ограничиваются не ремнями безопасности 3, а за счет упора пользователя 4 спинок в спинку 2 кресла 1, 2, что позволит избежать в большинстве случаев при мощных столкновениях, не совместимых с жизнью, тяжелых травм грудной клетки, головы, живота и других внутренних органов.
Пример реализации устройства.
a
x
x
2
При m=150 кг, a=50g≈500 м/с,  S=l=0,2 м. Для определения перемещения S верхнего торца пружины S при ее поперечном изгибе воспользуемся теорией изгиба эквивалентного бруса /см. С.Д. Пономарев, Л.Е. Андреева. Расчет упругих элементов машиностроительных приборов. М., 1980, стр. 128-133 [9]/. С помощью интеграла Мора находим угол поворота консольно защемленного бруса , где EJ - жесткость бруса, E - модуль упругости 1-го рода, J - осевой момент инерции сечения. Для вышеуказанной пружины 5 с помощью интеграла Мора [9], стр. 133 была получена изгибная жесткость в виде , где - коэффициент Пуассона.
11
2
-2
-4
x
x
При E=2,1·10 Н/м, S=h±gθ при малых углах θ S≈h·θ, получим  /жесткость C взята вместо EJ). При параметрах пружины h=20 см=20·10 м, , n=5, d=35 мм=35·10 м, получим S=l=0,26 м.
Предлагаемая конструкция кресла, отличаясь существенной простотой, позволяет за счет возможности автоматической адаптивной перестройки своего положения непосредственно в момент удара и под действием удара эффективно повысить безопасность пользователя, причем адаптивная перестройка обеспечивает одновременно возможность как смещения кресла в момент удара вперед на необходимую величину для снижения тормозящего ускорения, так и разворот кресла в горизонтальной плоскости на угол 180°.