СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧАСТИ ТЕЛА
METHOD AND SYSTEM FOR PROTECTION OF BODY PART

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и системе для защиты части тела в случае телодвижения, отклоняющегося от нормы, например при падении или столкновении, и, в частности, к защитному предмету одежды (такому как воротник) или костюму, снабженному системой надувной подушки безопасности, которая предназначена для защиты головы велосипедиста при аварии во время езды.
Уровень техники
Каждый год в Швеции 40 человек погибает и, по меньшей мере, 20000 получают травмы в дорожных происшествиях, связанных с велосипедом. Известно, что каждый третий велосипедист, травмированный во время дорожного происшествия, получает повреждения головы. Считается, что наиболее эффективной защитой от тяжелых травм черепа является шлем, используемый при езде. Исследования, проводимые в международном масштабе, показывают, что велосипедный шлем уменьшает количество травм, по меньшей мере, на 60%, причем применение шлема спасло бы 40% людей, погибших в дорожных происшествиях, связанных с велосипедом.
Несмотря на пугающие статистические данные о таких происшествиях, большинство людей отдает предпочтение езде на велосипеде без шлема.
В Швеции главной сферой применения двухколесных транспортных средств является не спортивная деятельность, а повседневное использование. Тем не менее, все соответствующие шлемы в настоящее время имеют спортивный вид. Самоочевидно, что такой шлем нуждается в улучшении его внешнего вида.
Современные шлемы формуются под давлением и в большинстве случаев изготавливаются из пенополистирола или пенополиуретана.
Конструкция шлемов, используемых в настоящее время, имеет ряд недостатков. В случае столкновения с остроконечным объектом такие шлемы не защищают челюсть, затылок, шею и/или уши. Кроме того, они не демпфируют оптимальным образом усилие, вызванное столкновением, поскольку как покрытие, так и корпус шлема изготовлены из неэластичного твердого материала. Даже если голова не повреждена, возможны серьезные повреждения мозга.
В дополнение к сказанному, современные шлемы имеют большой объем, и с практической точки зрения их неудобно иметь при себе, когда вы не совершаете поездку. Такой шлем трудно закрепить на транспортном средстве и обременительно носить с собой, например, при посещении магазинов.
В холодное время года шлем неудобно носить в комплекте с шапкой или каким-то другим подобным предметом туалета, а без шапки носить его слишком холодно, т.к. материал шлема одновременно и твердый, и негреющий.
Более того, считается, что шлем указанного назначения имеет вульгарный и непривлекательный вид.
Используемая в автомобиле современная система надувной подушки безопасности состоит из блока электронного управления (БЭУ) и одного или нескольких модулей в виде соответствующих подушек, таких как фронтальные подушки, подушки, рассчитанные на боковой удар, и т.д. Блок электронного управления обычно расположен в центре автомобиля. Микродатчики непрерывно отслеживают ускорение и торможение автотранспортного средства и передают эту информацию на микропроцессор, в котором записан алгоритм аварии (так называемый "аварийный импульс"). Параметры указанного алгоритма регулируются и оптимизируются с учетом особенностей каждой модели автомобиля. Они определены на основании соответствующих тестов, проводимых в испытательном центре. Многие автотранспортные средства снабжены также дистанционными датчиками, расположенными на дверцах и предназначенными для контроля подушек, рассчитанных на боковой удар, а также дистанционными датчиками, находящимися спереди и заблаговременно выявляющими опасные ситуации. Когда микропроцессор идентифицирует поступающий от датчиков аварийный импульс, посылается электрический сигнал на спусковой элемент (так называемую запальную трубку), который находится в надувающем устройстве подушки безопасности, подлежащей надуванию. Если главный аккумулятор автотранспортного средства в результате удара выйдет из строя, в качестве резервного источника энергии используются конденсаторы, размещенные в БЭУ. Предусмотрено наличие предохранительных функций, предотвращающих непреднамеренное срабатывание подушки от сигнала мобильного телефона или от какой-то другой электромагнитной помехи.
Модуль надувной подушки безопасности содержит надувающее устройство, снабженное спусковым элементом, оболочку (подложку) из тканого материала, корпус и (у подушки безопасности водителя) заслон для руля. В надувающем устройстве наиболее распространенного типа используется твердый энергоноситель, например таблетки, а в так называемом гибридном газогенераторе применяют согласованную комбинацию газообразного и твердого энергоносителей. Указанная оболочка изготавливается из нейлона и складывается специальным образом, позволяющим развернуть ее быстро и безопасно. На ее обратной стороне выполнены выпускные отверстия, обеспечивающие мягкое вдавливание пассажиров в подушку. Корпус обычно изготовлен из стали, однако для него использовались также прочные и легкие пластики. Он принудительно открывается за счет давления, поступающего от надутой подушки безопасности. Заслон имеет линию раздела, которая раскрывает его при низком давлении. Полное надувание подушки происходит за 20-30 мс.
В патентном документе US 4825469 А описан защитный предмет одежды для мотоциклистов и других ездоков подобного типа, который содержит систему надувной подушки безопасности. В случае аварии, когда мотоциклист сбрасывается с мотоцикла, указанная система надувается и покрывает тело ездока за полсекунды. Через питающий кабель такой предмет одежды присоединен к контейнеру с газом, причем гораздо более короткий вытяжной шнур соединяет ездока с клапаном контейнера, чтобы быстро надуть указанный предмет при отделении ездока от мотоцикла еще до отсоединения питающего кабеля. Такой предмет одежды может иметь форму куртки, содержащей гофрированный участок типа капюшона, причем в нормальной ситуации он в сложенном состоянии размещается под воротником куртки. Кроме того, имеется гофрированный нижний участок, так что во время надувания капюшон выдвинется вверх, а затем вперед вокруг верхней части и боковых сторон головы, а нижний участок надуется и выдвинется вниз ниже колен.
В патентном документе WO 01/054523 описана система надувной подушки безопасности, также применяемая на мотоциклах. В указанной системе жесткая шейная часть содержит надувающиеся амортизаторы, защищающие соответственно шею и спину. В этой же части помещен контейнер с надувающимся баллоном, предназначенным для окружения головы и открывающимся спереди. Система активируется размыканием контакта, замкнутого посредством провода.
В патентном документе DE 19754541 также описана система надувной подушки безопасности для мотоциклов, но в данном случае она имеет форму кольца.
Кроме того, известна система надувной подушки безопасности, предназначенная для лыжников. Когда человек оказывается зарытым в снежной массе, образовавшейся из лавины, начинается борьба со временем. Процесс спасения облегчается в случае применения надувной подушки безопасности, которую лыжники и сноубордисты несут на себе, как рюкзак. Когда лыжник при виде лавины выдергивает шнурок, подушка надувается за 3-4 с. За счет указанной подушки размер лыжника увеличивается, что повышает его шансы остаться в верхней зоне лавины. Поиски пострадавшего в снегу облегчает также оранжевый цвет подушки.
Если бы устройства, известные из уровня техники, использовались регулярно, можно было бы сделать их более эффективными и придать им улучшенные защитные свойства. Однако из-за общего громоздкого внешнего вида, обременительных весовых параметров и неудобств при надевании и снятии такие защитные костюмы не нашли широкого применения.
Другим недостатком известных устройств является надувание их посредством вытягивания провода или другого подобного элемента.
Таким образом, имеет место потребность в создании защитного предмета одежды, который можно изготовить в стильной и комфортной для пользователя форме, причем он должен надеваться и сниматься так же легко, как шарф, надуваться в случае телодвижения, отклоняющегося от нормы, без необходимости вытягивать провод или другой подобный элемент, но, тем не менее, обеспечивать уровень защиты, подобный соответствующим характеристикам известных шлемов или превышающий эти характеристики. В отличие от всех устройств, имеющихся в продаже и требующих усовершенствования, предлагаемый шлем эргономичен, портативен и отвечает всем необходимым требованиям безопасности, причем в то же время его легко носить с собой после парковки велосипеда.
Раскрытие изобретения
Исходя из сказанного, настоящее изобретение имеет своей целью уменьшение, смягчение или полное исключение одного или нескольких указанных выше дефектов, характерных для существующего уровня техники, причем как какого-либо одного из них, так и в любой их комбинации. При этом, по меньшей мере, одна из перечисленных проблем решается посредством разработки способа и системы для защиты части тела в случае отклоняющегося от нормы телодвижения пользователя, например при падении или столкновении.
В одном аспекте изобретения предлагается система для защиты участка тела пользователя в указанной ситуации. Система представляет собой предмет одежды с размещенной в нем надувной подушкой безопасности. Указанная подушка имеет первую часть, которая после надувания предназначена для окружения шейного и затылочного участков головы пользователя, и вторую часть, формирующую в надутом состоянии капюшон вокруг его черепа. До надувания обе части сложены и размещены в указанном предмете одежды.
В одном из вариантов осуществления предусмотрена возможность дополнительно оборудовать систему надувающим устройством, высвобождающим текучую среду для надувания подушки безопасности, а также управляющим средством, которое управляет системой и надувающим устройством. Управляющее средство может содержать триггерное (инициирующее) устройство, управляющее срабатыванием подушки безопасности и снабженное, по меньшей мере, одним датчиком. Кроме того, предусмотрена возможность дополнительно ввести в систему средство, отводящее текучую среду и обеспечивающее ее подачу от надувающего устройства к первой части подушки. Далее, система может дополнительно содержать средство, обеспечивающее прохождение текучей среды от первой части подушки ко второй ее части, после того как давление в первой части достигнет предварительно заданного уровня. Указанное средство может представлять собой клапан или мембрану, у которой при повышении давления на мембране увеличивается проницаемость по отношению к текучей среде. Надувающее устройство и управляющее средство можно заключить в оболочку из графитового волокна.
В другом варианте осуществления надувная подушка безопасности на внутренней и наружной поверхностях указанной второй части может иметь несколько швов, причем, чтобы ограничить максимальное расстояние между швами, шов у внутренней поверхности соединен с соответствующим швом у наружной поверхности взаимно разнесенными перегородками. Кроме того, предусмотрена возможность снабдить систему карманом, расположенным в указанном предмете одежды и заключающим в себе сложенную подушку безопасности. Карман имеет шов, который выполнен с возможностью разрыва при надувании подушки, чтобы дать ей возможность выйти из кармана.
В другом аспекте изобретения предлагается способ защиты головы пользователя в случае телодвижения, отклоняющегося от нормы, например при падении или столкновении. Указанный способ включает в себя следующие этапы:
надувание первой части подушки безопасности, размещенной в предмете одежды, расположенном вокруг шеи пользователя, в результате чего первая часть после надувания окружает шейный и затылочный участки головы, и
надувание второй части подушки безопасности, в результате чего вторая часть после надувания окружает череп пользователя.
Дополнительно способ может включать в себя инициирование управляющего средства при совершении телодвижения, отклоняющегося от нормы, и активирование надувающего устройства, чтобы наполнить текучей средой первую и, далее, вторую части подушки безопасности.
В одном из вариантов осуществления способ включает надувание первой части подушки на первом этапе и надувание ее второй части на втором этапе, после того как давление в первой части достигнет предварительно заданного уровня.
Краткое описание чертежей
Далее задачи, особенности и преимущества изобретения станут ясны из последующего подробного описания вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, из которых:
фиг.1 представляет вариант осуществления изобретения на виде спереди,
фиг.2 представляет показанный на фиг.1 вариант осуществления изобретения на виде сзади,
фиг.3 представляет показанный на фиг.1 вариант осуществления изобретения на виде сбоку, причем система связана с пользователем и находится в ненадутом состоянии,
фиг.4, также на виде сбоку, представляет показанный на фиг.3 вариант осуществления изобретения с системой в надутом состоянии,
фиг.5 на виде сбоку представляет последовательность мгновенных состояний во время надувания системы по варианту осуществления, показанному на фиг.3 и 4.
Осуществление изобретения
Далее будут описаны варианты осуществления системы для защиты части тела пользователя в случае его телодвижения, отклоняющегося от нормы, например при падении или столкновении. Система по изобретению в этих вариантах представляет собой предмет одежды, снабженный надувной подушкой безопасности. Таким предметом могут быть, например, воротник, нательная фуфайка, а также накладки, защищающие, соответственно, бедра, колени или локти.
В общем случае после активирования датчиков, которые идентифицируют телодвижение пользователя, отклоняющееся от нормы вследствие, например, аварии, подушка указанной системы надувается приблизительно за 100 мс. Кроме того, система может содержать датчики, предотвращающие "ложное" надувание вследствие случайного воздействия сотовых телефонов и других разновидностей электронного оборудования.
Подушка безопасности складывается и размещается внутри предмета одежды, сконструированного в виде воротника, который пользователь носит вокруг шеи. В ненадутом состоянии подушки не видно. Надутая подушка имеет форму капюшона, окружающего голову во время аварии и амортизирующего удар. Предусмотрена возможность сконструировать указанный воротник согласно многим различающимся вариантам и из большого перечня различных материалов, причем он занимает не больше места, чем обычный шарф.
Фиг.1 и 2 иллюстрируют вариант осуществления, в котором предмет 1 одежды сконструирован в виде воротника, снабженного системой надувной подушки безопасности. Эта система, например, во время езды на велосипеде защищает голову в случае телодвижения, отклоняющегося от нормы. Указанный предмет одежды помещен вокруг шеи пользователя, чему способствует наличие разреза 12, выполненного с возможностью застегивания и расположенного, как правило, спереди воротника. В альтернативном варианте можно поместить такой разрез у задней части воротника или у его плечевого участка. Далее, указанный разрез может быть разделяемым полностью или частично. Функцию застегивания могут выполнять молния, пуговицы, застежка Velcro©, магниты, крючки, карабины, пряжки, английские булавки, клей, тесьма, ремешки или другие приспособления подобного типа.
Воротник можно изготовить из эластичного материала любого типа, такого как ацетатный шелк, джинсовая ткань, ворсистое полотно, хлопчатобумажная ткань, материал Beaver Nylon, или другой подобный материал.
Воротник заключает в себе систему надувной подушки безопасности, состоящую из подушки указанного назначения, надувающего устройства и двух полостей. В зависимости от конструкции указанного предмета одежды возможны варианты с одной или несколькими полостями.
Как правило, надувная подушка 2 безопасности представляет собой оболочку из тканого материала, которая складывается и упаковывается в верхний участок 9 воротника, например, в расположенном здесь кармане. Подушка 2, прилегая к застегнутому разрезу 12, проходит от левой передней стороны вокруг шеи и оканчивается в зоне, близкой к правой передней стороне, снова оказываясь рядом с разрезом 12. Она прикреплена или пришита к переднему канту, вплоть до разреза 12, проходя над разделительным кантом 11 между верхним и нижним участками (соответственно 9 и 10) воротника.
Указанная подушка составлена из двух частей, причем в ее надутом состоянии первая часть 7 покрывает шею и затылок, а вторая часть 8 охватывает верхнюю часть головы.
У задней центральной зоны нижнего участка 10 воротника расположено надувающее устройство 3, присоединенное к подушке 2. Оно может представлять собой гибридный генератор, наполняемый газом. В таком генераторе не используется взрывчатый порошок, что выражается в меньшем выделении тепла и незначительной отдаче при надувании подушки. Размеры устройства 3 меньше, чем у большинства поставляемых в настоящее время устройств такого назначения, т.к. оно предназначено для использования меньшего количества газа (приблизительно 10 л). Это количество зависит от размера головы.
3
Объем корпуса или емкости надувающего устройства 3 может составлять приблизительно 65 см, а толщина материала его стенок может равняться 1,2 мм (эта величина немного превышает значение, требуемое для цилиндрического надувающего устройства). В альтернативном варианте для надувной подушки безопасности можно применить пиротехническое надувающее устройство. В этом случае используются горячие газы, образуемые взрывчатым порошком. Кроме того, предусмотрена возможность применения надувающего устройства, использующего холодный или нагретый газ, а также гибридного надувающего устройства.
Надувающее устройство снабжено отводящим средством 5, которое направляет газ в надувную подушку безопасности.
Устройство 3 прикреплено к оболочке подушки 2 из тканого материала посредством привинчивания, приклеивания, пришивания или какой-то другой подобной процедуры, а отводящее средство установлено внутри этой же оболочки и направляет газ в ее внутренний объем, обеспечивая правильное надувание подушки. Отводящему средству можно придать Т-образную форму, позволяющую направлять газ в подушку надлежащим образом. В альтернативном варианте возможна Y- и l-образная форма отводящего средства, а также отводящие средства стреловидной, многокомпонентной, цилиндрической или какой-то другой подобной конфигурации.
Надувающее устройство формируют на основании эргономических факторов, обеспечивая тем самым комфортную подгонку его к спине пользователя. Оно может иметь круглую форму, оптимизированную с учетом его положения и функционирования.
Во время надувания направленное вниз усилие отдачи надувающего устройства компенсируется усилием, направленным вверх, которое поглощается прочным тканым материалом оболочки.
Надувающее устройство использует батарейку, например, с напряжением 3 В, которую можно поместить в полости 4а или 4b. В этом качестве можно применять аккумулятор, перезаряжаемый за счет электрической или кинетической энергии, или сменную батарейку (в частности от часов).
В соединении с электронной схемой находится индикатор, указывающий, исправны или нет внутренние элементы шлема и заряжена или разряжена батарейка. Таким индикатором может быть светодиод, посредством светового сигнала указывающий, заряжена или разряжена батарейка и не повреждена ли какая-либо из внутренних деталей. Функцию индикатора может выполнять также звуковой сигнал, например зуммер, а также вибрационный или запаховый сигнал. Посредством указанных сигналов идентифицируется ситуация, когда батарейка фактически разряжена или поврежден любой из внутренних элементов.
Триггерное (инициирующее) устройство, содержащее, по меньшей мере, один микродатчик и окружающую его электронную схему, контролирует надувание подушки безопасности в случае телодвижения, отклоняющегося от нормы, и предотвращает срабатывание системы подушки в нежелательной ситуации. Указанное устройство можно поместить в полостях 4а, 4b, расположенных у передней части воротника.
С надувающим устройством триггерное устройство соединено посредством, по меньшей мере, одного из кабелей 14а, 14b.
Компоненты системы надувной подушки безопасности устойчивы по отношению к ударам и заключены в водостойкое графитовое волокно. Все они расположены с учетом функциональных и эргономических аспектов. Вес различных компонентов распределен равномерным образом, что помогает воротнику удерживаться в правильном положении на плечах пользователя.
Надувающее устройство 3 можно установить на задней стороне воротника, а полости 4а, 4b разместить на передней стороне воротника по обе стороны от разреза 12. Тем самым оптимизируется распределение веса компонентов и уравновешивается вес надувающего устройства. Первая часть 9 воротника заключает в себе оболочку подушки 2 из тканого материала, а передний и задний участки второй части 10 воротника могут охватывать соответственно полости 4а, 4b и надувающее устройство 3.
Надувная подушка 2 безопасности сконструирована в виде капюшона, который в случае телодвижения, отклоняющегося от нормы (например при аварии), принимает конфигурацию, охватывающую шею и голову пользователя, чтобы смягчить удар. Капюшон скроен и складывается так, чтобы он мог развернуться быстрым и безопасным образом. Тем самым обеспечивается оптимальная защита головы.
Предусмотрены два этапа надувания указанной подушки. На первом из них надувается первая (шейная) часть 7, охватывающая и стабилизирующая шею и горло. Целью этого этапа является предотвращение так называемых хлыстовых травм и сотрясений головы, которые могут вызвать серьезные повреждения пользователя. Затем, на втором этапе, надувается в виде капюшона вторая (макушечная) часть 8, покрывающая верхнюю (черепную) часть головы, височные доли и лоб, чтобы защитить эти зоны.
Предусмотрена возможность соединения шейной части 7 с затылочной и макушечной частями через клапан. Указанный клапан выполнен с возможностью открывания при достижении предварительно заданного давления в шейной части, после чего начинает надуваться макушечная часть 8. В альтернативном варианте части 7 и 8 можно соединить через газопроницаемую мембрану, вмонтированную в стенку между ними, причем предусмотрено увеличение проницаемости мембраны при росте давления.
Макушечная часть содержит швы 6а и 6b, показанные на фиг.4. Швы 6а проходят от шеи по направлению ко лбу, немного отклоняясь налево и направо от линии симметрии. Шов 6b проходит так, как показано на фиг.4. Указанные швы расположены как у наружной, так и у внутренней поверхностей оболочки из тканого материала. Между внутренним и наружным швами помещены разнесенные между собой компоненты в виде гибких перегородок или шнуров длиной, например, приблизительно 7 см. Указанные компоненты, с одной стороны, позволяют расположить внутреннюю и наружную поверхности в сложенном макушечном участке близко или вплотную друг к другу, а с другой, - предотвращают ситуацию, в которой расстояние между указанными поверхностями превышает длину компонентов. Вследствие наличия этих компонентов надутый макушечный участок формирует вокруг головы капюшон. Другими словами, во время надувания указанный участок движется по дуговой траектории, как это наглядно показано на фиг.5 (см. стадии VIII-XI).
Более детально цикл надувания представлен на фиг.5. Он состоит из одиннадцати стадий, или отрезков времени.
Во время первого этапа надувания надувная подушка безопасности расправляется вертикально, по существу, в виде цилиндра, как это показано на фиг.5 (см. стадии I-VI). Надувание подушки начинается на стадии I, а на стадии II она надувается в степени, достаточной для разрывания шва 15, закрывающего подушку (см. стадию III). На стадиях IV, V и VI подушка продолжает расправляться в виде цилиндра. Вследствие прямолинейного характера расширения оно происходит достаточно быстро. Благодаря этому защита участка шеи обеспечивается так быстро, насколько это возможно, чтобы среди прочих задач противодействовать хлыстовым травмам.
Когда во время стадии V шейная часть 7 подушки безопасности полностью расправляется, давление воздуха в указанной части увеличивается, открывая клапан между этой частью 7 и макушечной частью 8. На фиг.5 эта ситуация представлена стадией VII.
Затем начинает надуваться макушечная часть. Вследствие ее специфической формы, а также из-за расположенных на ней швов и разнесенных перегородок, указанная часть перемещается по дуговой траектории, чтобы закрыть макушку головы, и, в конце концов, на стадии XI достигает лба. Теперь подушка безопасности полностью надута и защищает пользователя должным образом.
Поскольку подушка должна сохранять надутое состояние во время падения пользователя и при ударе о землю, ее отверстие для сдувания должно быть очень маленьким или отсутствовать вообще. В этом заключается отличие предлагаемой подушки, например, от ее фронтальных аналогов в автомобилях.
Надувная подушка безопасности изготовлена из прочной и износостойкой нейлоновой ткани, обладающей способностью переносить сильный удар, например, об асфальт и заостренные объекты, но, в то же время, достаточно мягкой и податливой, чтобы ее можно было сложить и при активировании надуть оптимальным образом. Внутреннюю поверхность подушки можно сделать из эластичной мягкой ткани, а наружную - из более износостойкого материала.
Капюшон можно изготовить из нейлоновой ткани, специально предназначенной для надуваемых подушек безопасности и покрытой силиконом, причем силиконом покрываются волокна. Тем самым обеспечивается максимальная плотность оболочки из тканого материала.
Изобретение разрабатывалось, имея в виду воротник, применяемый велосипедистами. Тем не менее, описанными вариантами осуществления оно не ограничено. Предусмотрена возможность использовать предлагаемый воротник в любом виде спорта, предусматривающем высокую двигательную активность. Такой воротник может использовать и ездок на мопеде, поскольку области использования велосипедов и мопедов близки между собой.
В данном случае было описано защитное устройство в виде воротника, превращаемого в шлем для велосипедистов. Однако изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления. Различные этапы можно проводить в комбинациях, отличающихся от приведенных выше. Предусмотрена возможность заменять средства, предлагаемые в настоящем документе, другими средствами, обычно применяющимися в сфере действия изобретения. Границы изобретения определяет только прилагаемая формула изобретения.