Блок безопасности пассажирского транспортного средства
UNIT OF PASSENGER VEHICLE SAFETY

Изобретение относится к области обеспечения безопасности пассажиров транспортных средств с случае дорожно-транспортных происшествий (ДТП).
Известны системы пассивной безопасности пользователей транспортным средством, включающие применение сидений, оснащенных ремнями безопасности с аварийно-запирающими устройствами, установленными на раме сиденья, а также со специальными натяжителями, установленными на боковине кузова, обеспечивающими возможность регулировки заданного тягового усилия (см., например, системы пассивной безопасности Хундай Гетц http.////www.xendai-getz.narod.ru/xhtml/xx18.html/ [1]).
Недостатками известных систем является низкая пассивная безопасность пользователей при ДТП вследствие возможности получения при значительных инерционных перегрузках под воздействием ремней безопасности тяжелых травм грудной клетки, живота и т.п., часто приводящих к летальному исходу.
Известны также блоки пассивной безопасности, включающие средства для защиты пользователей транспортного средства при ДТП, выполненные либо в виде устройств для фиксации пользователей с помощью охватывающих в зоне плеч и бедер поворотных дуг и упоров (см., например, патент РФ на изобретение №2236273, кл. A63G 7/00, 21/00, 2002 [2]), либо в виде размещенных снаружи и внутри транспортного средства прочных надувных оболочек, образующих защитную капсулу в форме замкнутого каркаса, соединенных с автономными источниками газа и системой управления, и снабженных предохранительными клапанами, амортизирующими полотнищами из гофрированной пружинной ленты (см., например, патент РФ на изобретение №2299820, кл. B60R 21/16, 2005 [3]; патент РФ на изобретение №2301160, кл. 60R 21/16, 21/233, 2006 [4]), либо в виде надуваемых с помощью газогенератора по сигналу датчиков воздушных мешков, сложенных в исходном состоянии и закрытых прикрывающими элементами, освобождающими отверстия для развертывания мешков с охватом ими определенных частей тела пользователя в рабочем состоянии по сигналу вышеуказанных датчиков (см. патент РФ на изобретение №2178365, кл. B60R 21/20, 1997 [5]).
Недостатками известных блоков является предельное усложнение конструкции, раздувание габаритов салона, снижение эстетических характеристик и комфортности салона.
Кроме того, известны блоки пассивной безопасности пользователей транспортным средством, размещаемые в наиболее травмоопасных при ДТП зонах салона надувные подушки безопасности (пневмоподушки), в частности: фронтальные, боковые, верхние, шторки), сообщаемые с источником сжатого газа, связанным с датчиком столкновения через пиротехническое устройство с газообразующим составом и воспламеняющимся электрозапалом, и выполненныеиз синтетической ткани с возможностью выскакивания при взрыве из раскрываемого полиуретанового чехла (см., например, патент США №3733088, кл. 280-150, опубл. 1976 [6]; патент США №3861710,; кл. 280-150, опубл. 1978 [7]; a.c. CCCP №948717, кл. B60R 21/08, 1980 [8]; надувные подушки, безопасности [1]; Иванов А.М. и др. Основы конструкций современного автомобиля. Учебник для втузов. Из-во "За рулем", 2012, стр. 304 [9]).
Недостатками известных блоков безопасности является предельная сложность конструкции, возможность только однократного применения (см. [1], стр. 10), значительная вероятность получения серьезных травм при раскрывании подушек (см. [1], стр. 8), возможность демонтажа пиротехнического устройства злоумышленниками (см. [8], стр. 3), огромное число машин отечественных и зарубежных фирм, отзываемых из-за дефектов подушек безопасности, их самопроизвольного срабатывания с травмированием людей и провокацией аварий.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является блок безопасности пассажирского транспортного средства типа фронтальной надувной подушки, встроенной в спинку кресла напротив сидящего сзади пассажира, представляющий собой выполненную с тыльной стороны спинки кресла полость функционального назначения с размещенной в ней надувной подушкой (пневмоподушкой), релейно выходящей из полости навстречу пассажиру в момент совершения ДТП под действием на транспортное средство заданной по величине ударной перегрузки, для чего надувная подушка соединена с источником сжатого газа, связанным с датчиком столкновения через пиротехническое устройство (см. патент РФ на полезную модель №76299, кл. B60N 2/58, 2007 [10]), и принятый за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются предельная сложность конструкции, возможность только однократного применения, низкая безопасность из-за возможности получения серьезных травм при срабатывании пневмоподушки, и реализации пассивного метода гашения удара, возможность демонтажа пиротехнического устройства злоумышленниками.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простого блока безопасности, исключающего необходимость применения для автоматического формирования защитных поверхностей размещаемых в салоне источников сжатого газа, датчиков столкновения и пиротехнических устройств, обеспечивающего при этом повышенную эффективность достижения безопасности пассажиров при ДТП за счет активного гидродинамического гашения удара системой встречных ударов и вязко-упругой диссипации энергии с помощью нелинейной ударной гидравлической системы, а также устранения возможности получения тяжелых травм от срабатывающей при взрыве пневмоподушки.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение эффективности обеспечения безопасности пассажиров при ДТП.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном блоке безопасности пассажиров транспортного средства типа фронтальной надувной подушки, встроенном в спинку кресла, включающем выполненную с тыльной стороны спинки кресла напротив сидящего сзади пассажира полость функционального назначения и размещаемую в полости гибкую эластичную защитную поверхность, релейно выходящую из полости навстречу пассажиру в момент совершения ДТП под действием на транспортное средство заданной по величине ударной перегрузки, особенность заключается в том, что полость в спинке кресла выполнена в форме усеченного конуса, обращенного наружу большим основанием, эластичная защитная поверхность представляет собой закрепленную по контуру наружного края полости с обеспечением ее герметичности сферическую хлопающую гладкую мембрану, при этом пространство полости через технологический канал заполнено жидкостью с исходным давлением на внутреннюю выпуклую поверхность мембраны, меньшим его критического значения, приводящего к "хлопку" мембраны, и достигающим данного критического значения за счет сил инерции жидкости именно в момент действия на транспортное средство вышеуказанной ударной перегрузки, а обращенная к заднему пассажиру поверхность мембраны покрыта толстым слоем мягкого эластичного материала, например газонаполненной пластмассой с сообщающимися порами (поролона), причем соотношение конусности полости и радиуса кривизны мембраны выбрано из условия обеспечения ее обратного "хлопка" при ударном контакте с пассажиром.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображен: на фиг. 1 - встроенный в кресло блок безопасности в исходном состоянии до срабатывания при ДТП на виде сбоку с продольным разрезом спинки; на фиг. 2 - тот же блок безопасности после срабатывания при ДТП.
Блок безопасности пассажирского транспортного средства типа фронтальной надувной подушки (пневмоподушки), встроенный в спинку 1 кресла, установленного сиденьем 2 на основании 3, включает выполненную с тыльной стороны спинки 1 напротив сидящего сзади пассажира (кресла установлены продольными рядами, заднее кресло и пассажиры на рисунках не показаны) полость 4 функционального назначения, имеющую форму усеченного конуса, обращенного наружу, то есть назад бóльшим основанием. В полости 4 размещена гибкая эластичная защитная поверхность, релейно выходящая из полости 4 навстречу пассажиру в момент совершения ДТП под действием на транспортное средство заданной по величине ударной перегрузки. Если в устройстве-прототипе [10] данная гибкая поверхность выполнена в виде пневмоподушки, надуваемой при взрыве пиротехнического устройства по сигналу датчика столкновения, настроенного на заданную величину ударной перегрузки, то в предлагаемом устройстве эластичная защитная поверхность 5 представляет собой закрепленную по контуру наружного края полости 4 с обеспечением ее герметичности сферическую гладкую стальную хлопающую мембрану (см., например, книгу Л.Е. Андреева "Упругие элементы приборов", Москва, 1962, стр. 311-315 [11]). При этом пространство полости 4 через технологическое отверстие 6 (технологический канал/, закрытый резьбовой пробкой 7, заполнено жидкостью 8 с исходным давлением на внутреннюю выпуклую поверхность мембраны 5, меньшим его критического значения, приводящего к "хлопку" мембраны 5, и достигающим данного критического значения за счет сил инерции жидкости именно в момент действия на транспортное средство вышеуказанной ударной перегрузки в момент совершения ДТП. Под "хлопком", или срабатыванием [11], понимается релейный скачкообразный переход мембраны 5 из исходного устойчивого состояния с выпуклостью внутрь влево (см. фиг. 1/ в новое устойчивое состояние с выпуклостью наружу вправо (см. фиг. 2/, причем "хлопок" происходит при действии на внутреннюю выпуклую поверхность мембраны 5 давления, равного его критическому значению, характерному для конкретной данной конструкции мембраны 5. Обращенная к заднему пассажиру поверхность мембраны 5 покрыта толстым слоем (порядка 10-12 мм/ мягкого эластичного материала 9, например газонаполненной пластмассой с сообщающимися порами, в обиходе называемого поролоном. Крепление стальной мембраны 5 по контуру наружного края полости 4 осуществлено с помощью отформованного кольцевого плоского буртика 10, фиксация которого при использовании герметизирующей резиновой прокладки и винтов на задней поверхности спинки 1 на рисунках не показана. При выполнении спинки 1 кресла из пористого материала, не обеспечивающего герметичность полости 4, в последнюю плотно с натягом и клеевой фиксацией предварительно вводится полый пластмассовый усеченный конус.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Предварительно в процессе проектирования блока безопасности и сборочной регулировки и настройки конструктивно-технологических параметров достигается обеспечение "хлопка" мембраны 5 именно в момент ДТП. Для этого величина ударной перегрузки в момент ДТП, при которой в известных устройствах [6]÷[10] датчик столкновения дает команду на взрывное устройство, должна обеспечивать давление на внутреннюю выпуклую поверхность мембраны 5, равное его критическому значению, обеспечивающему "хлопок" мембраны 5. Величина же данного критического значения при заданной ударной перегрузке для конкретной конструкции определяется целым рядом конструктивно-технологических параметров, в том числе: характеристик мембраны 5, ее материала, диаметра, толщины, радиуса кривизны, характера крепления по периферии, плотности жидкости 8, конусности полости 4, ее глубины, диаметров большего и меньшего оснований, соотношения массы жидкости 8, находящейся на фиг. 1 в исходном состоянии в зоне вокруг мембраны 5, и левее ее вблизи меньшего основания. При рабочих эксплуатационных режимах транспортного средства в нормальных условиях расположение элементов блока безопасности соответствует показанному на фиг. 1, исходно созданное давление жидкости 8 в полости 4 меньше его критического значения, приводящего к "хлопку" мембраны 5. В момент совершения удара при ДТП с фронтальным столкновением при заданном достаточном значении действующей на транспортное средство ударной перегрузки жидкость 8 под действием мощных инерционных сил пытается сместиться в полости 4 (фиг. 1/ вперед, то есть влево и давит на меньшее левое основание полости 4. При этом часть жидкости 8, расположенная в правой части полости 4, то есть выше и ниже мембраны 5, будет стремиться сместиться влево, скатиться по наклонным образующим конуса, и занять положение около левого основания конуса, близкое к показанному на фиг. 2. Одновременно она будет оказывать давление на выпуклую мембрану 5 вправо, стремясь вытеснить ее от левого основания конуса и занять ее место, причем равнодействующая этих сил давления будет действовать на мембрану 5 вправо вдоль ее продольной центральной оси. При выполнении указанных выше необходимых соотношений в момент совершения ДТП при максимальной ударной перегрузке мембрана 5 "хлопнет" вправо (см. фиг. 2/, задний пассажир же в этот момент движется по инерции навстречу ей влево. В результате ударного контакта движущихся навстречу мембраны 5, покрытой слоем эластичного материала 9, с пассажиром происходит активное гидродинамическое гашение кинетической энергии удара и мощная диссипация его энергии, что характерно для ударного нелинейного взаимодействия гидравлической системы мембраны 5 и жидкости 8, связанных каналами разного сечения с переменным характером заполнения. Более того, для повышения эффективности вышеуказанного гашения и диссипации энергии в предлагаемом устройстве предусмотрена возможность создания обратного "хлопка" мембраны 5 после ударного столкновения ее с пассажиром, то есть назад в исходное устойчивое состояние с выпуклостью влево (см. фиг. 1/. Для этого необходимо заданным образом сдвинуть фазы инерционных смещений при ударе в момент совершения ДТП жидкости 8 влево, приводящего к "хлопку" мембраны 5 вправо, и пассажира также влево навстречу мембране 5. Такое смещение достигается заданным подбором соотношения конусности полости 4 и радиуса кривизны мембраны 5 при конкретных параметрах плотности и вязкости жидкости 8. Кроме того, проведена корректировка вышеуказанного соотношения при одновременном использовании с предлагаемым блоком ремней безопасности. Последние позволяют при мощном лобовом столкновении в начальной стадии удара частично погасить кинетическую энергию удара. Однако при разрушении креплений ремня и дальнейшем инерционном смещении пассажира вперед окончательные функции гашения удара должно выполнять предлагаемое устройство. Выполнение же креплений ремня безопасности очень мощными приведет при серьезных ДТП к нанесению ремнем тяжелых травм, часто несовместимых с жизнью пассажиров. Однако использование ремней безопасности на начальной стадии изменяет динамику процесса при ударе, характер инерционности пассажира, начальные условия его инерционного движения. Это приводит, как сказано выше, к необходимости для осуществления обратного "хлопка" корректировки полученных соотношений. В результате обратного "хлопка" при совместном движении пассажира в контакте с мембраной 5 в жидкой среде многократно увеличивается интенсивность гашения энергии удара и диссипация энергии удара. Если кинетическая энергия пассажира при его ударном контакте с мембраной 5 недостаточна для совершения обратного "хлопка", то в последнем просто нет смысла, так как кинетическая энергия пассажира уже практически погашена.
Предлагаемое устройство характеризуется предельной простотой конструкции и позволяет резко повысить эффективность обеспечения безопасности пассажиров при мощных фронтальных лобовых ударах в момент совершения ДТП. Устройство позволяет погасить кинетическую энергию удара последовательностью встречных гидродинамических ударов. При этом исключается необходимость применения сложных и опасных пиротехнических силовых устройств, механических и гидравлических систем, приводящих к непредсказуемым заранее последствиям, а также срабатывающих при взрыве пневмоподушек, приводящих в настоящее время к отзыву на доработку тысяч экземпляров серийных транспортных средств известных отечественных и зарубежных фирм из-за возможности получения тяжелых травм и создания аварийных ситуаций.