Блок безопасности пассажиров транспортного средства
UNIT OF VEHICLE PASSENGER SAFETY

Изобретение относится к области обеспечения безопасности пассажиров транспортных средств в случае дорожно-транспортных происшествий /ДТП/.
Известны блоки пассивной безопасности, включающие средства для защиты пользователей транспортного средства при ДТП, выполненные либо в виде устройств для фиксации пользователей с помощью охватывающих их в зоне плеч и бедер поворотных дуг и упоров /см., например, патент РФ на изобретение №2236273, кл. A63G 7/00, 21/00, 2002 [1]/, либо в виде размещенных снаружи и внутри транспортного средства прочных надуваемых оболочек, образующих замкнутую 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 [2]; патент РФ на изобретение №2301160, кл. B60R 21/16, 21/233, 2006 [3]/, либо в виде надуваемых с помощью газогенератора по сигналу датчиков, сложенных в исходном состоянии и закрытых прикрывающими элементами, освобождающимися отверстиями 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 [4]/.
Недостатками известных блоков являются предельное усложнение конструкции, раздувание габаритов салона, низкая технологичность, снижение эстетических характеристик и комфортности салона, сравнительно низкая эффективность повышения безопасности.
Известны также блоки пассивной безопасности пользователей транспортным средством, содержащие размещаемые в наиболее травмоопасных при ДТП зонах салона надувные подушки безопасности, в частности: фронтальные, боковые, верхние, шторки и т.п., сообщаемые с источником сжатого газа, связанным с датчиком столкновения через пиротехническое устройство с газообразующим составом и воспламеняющимся электрозапалом, и выполненные из синтетической ткани с возможностью выскакивания при взрыве из раскрываемого полиуретанового чехла /см., например, патент США №3733088, кл. 280-150, опубл. 1976 [5]; патент США №3861710, кл. 280-150, опубл. 1978 [6]; а.с. СССР №948717, кл. B60R 21/08, 1980 [7]; системы пассивной безопасности Хундай Гетц /http://www.xendai-getz.narod.ru/xhtml/x18.html, стр. 10 [8]; Иванов A.M. и др. Основы конструкций современного автомобиля. Учебник для втузов. Из-во "За рулем", 2012, стр. 304 [9]; В.И. Коноплянко. Организация и безопасность дорожного движения: Учебн. для вузов/, М., Высш. шк., 2007, стр. 135-136 [10]; Семенов И.А. Учебник по устройству легкового автомобиля. - М., ООО "Мир Автокниг", 2013, стр. 69 [11]/.
Недостатками известных блоков безопасности являются предельная сложность конструкции, раздувание габаритов, непредсказуемость поведения пиротехнических устройств, возможность только однократного применения /см. [8], стр. 10/, значительная вероятность получения серьезных травм при взрывном раскрывании подушек /см. [8], стр. 8/, возможность демонтажа пиротехнических устройств злоумышленниками /см. [7], стр. 3/, огромное число отзываемых машин иностранных фирм из-за дефектов подушек безопасности, их самопроизвольного срабатывания с травмированием людей и провокацией аварийных ситуаций.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является блок безопасности пассажиров транспортного средства типа фронтальной надувной подушки, встроенный в спинку кресла и представляющий собой выполненную с тыльной стороны спинки кресла напротив сидящего сзади пассажира полость функционального назначения со свободно размещенной в ней с наружнего открытого края 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, [12]/, и принятый за прототип.
Недостатками устройства-прототипа является предельное раздувание габаритов и сложность конструкции за счет использования пиротехнических устройств и специальных датчиков, возможность только однократного применения, низкая безопасность из-за непредсказуемости поведения пиротехнических устройств и источников сжатого газа и газогенераторов, возможности получения серьезных травм при взрывном срабатывании пневмоподушки, необходимости некоторого времени для надувания подушек, возможность демонтажа пиротехнического устройства злоумышленниками.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простого и компактного блока безопасности пассажиров, встроенного в кресло и исключающего необходимость применения для автоматического формирования защитных поверхностей в момент совершения ДТП размещаемых в салоне источников сжатого газа, датчиков столкновения и т.п., и непредсказуемых при эксплуатации пиротехнических устройств, обеспечивающего при этом повышенную эффективность достигаемой безопасности пассажиров за счет динамического гашения удара и диссипации его энергии с помощью сил магнитного взаимодействия, фиксацию пассажира в кресле в момент удара, устранение возможности получения травм от срабатывающей при взрыве подушки безопасности или при отклонении в функционировании пиротехнических устройству также исключение времени, необходимое для надувания подушек безопасности.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, увеличение его компактности, повышение его эффективности обеспечения безопасности и комфортности пассажиров при ДТП за счет принципиального исключения пиротехнических процессов надувания подушек безопасности.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном блоке безопасности пассажиров транспортного средства типа фронтальной надувной подушки, встроенном в спинку кресла и /или/ в приборную панель, включающем выполненную с тыльной стороны спинки кресла и /или/ в приборной панели напротив сидящего пассажира полость функционального назначениям размещаемую заподлицо с плоскостью тыльной стороны спинки и /или/ приборной панели мягкую эластичную защитную поверхность, релейно перемещаемую навстречу пассажиру с прижатием последнего к креслу и его силовой фиксацией в момент совершения ДТП при действии заданной по величине инерционной ударной перегрузки, особенность заключается в том, что полость выполнена из немагнитного материала, замкнутой и частично заполнена ферромагнитным порошком, а эластичная защитная поверхность представляет собой гармошку, сформированную из полосы высококоэрцитивной магнитотвердой резины, намагниченной в аксиальном направлении в мощном импульсном магнитном поле, исходно заневоленную в напряженно-сложенном в вышеуказанной плоскости состоянии с плотно прижатыми друг к другу гофрами силами магнитного взаимодействия намагниченной магнитотвердой резины и ферромагнитного порошка, с обеспечением возможности освобождения гармошки из заневоленного состояния и ее релейного растягивания при инерционном перемещении вперед ферромагнитного порошка под действием заданной по величине ударной перегрузки в момент совершения ДТП.
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 кресла; на фиг. 2 - тот же блок безопасности после срабатывания при ДТП /пассажиры и расположенное сзади кресло на рисунках не показаны/.
Блок безопасности пассажиров транспортного средства типа фронтальной надувной подушки, встроенной в спинку 1 кресла, установленного сиденьем 2 на основании 3, и /или/ в приборную панель, включающий выполненную с тыльной стороны спинки 1 кресла и /или/ в приборной панели напротив сидящего пассажира замкнутую полость 4 функционального назначения. На рисунках показан вариант выполнения полости 4 в спинке 1 напротив пассажира, сидящего в расположенном сзади кресле. Для варианта с полостью 4 в приборной панели принципиально ничего не изменяется, только пассажир сидит спереди рядом с водителем. При этом спинка 1 кресла и /или/ приборная панель выполнены из немагнитного материала, полость 4 выполнена открытой со стороны пассажира и закрываемой по всей ее высоте плотно также немагнитной крышкой 5 с винтами и расположением крышки 5 заподлицо с плоскостью тыльной стороны спинки 1 и /или/ поверхностью приборной панели. Форма полости 4 принципиального значения не имеет, однако ее глубина должна быть достаточной для осуществления необходимой регулировки /см. далее/, а высота в продольном сечении спинки 1 должна примерно соответствовать длине верхней части туловища среднего по высоте человека. На внешней поверхности крышки 5 перед пассажиром закреплена мягкая эластичная защитная поверхность 6, в исходном состоянии плотно прижатая к плоскости крышки 5 /практически заподлицо к последней/ и автоматически релейно перемещаемая навстречу пассажиру с прижатием последнего к креслу и его силовой фиксацией в момент совершения ДТП при действии заданной по величине инерционной ударной перегрузки. В известных устройствах /см., например, [5]÷[12]/ защитная поверхность представляет собой пневмоподушку, надуваемую от специального источника сжатого газа с помощью пиротехнического устройства по сигналу датчика столкновения, срабатывающего в момент совершения ДТП при заданной величине инерционной ударной перегрузки. В предлагаемом же устройстве весь приводной механизм исходного компактного размещения защитной поверхности 6, ее последующего релейного перемещения и дальнейшей фиксации осуществлен с помощью сил магнитного взаимодействия элементов привода, автоматически включаемых под действием инерционных сил, возникающих вследствие того же удара в результате ДТП, то есть приводной механизм защиты выполнен практически автономным. Для этого замкнутая полость 4 частично заполнена ферромагнитным порошком 7, а эластичная защитная поверхность 6 представляет собой гармошку, сформированную из полосы высококоэрцитивной магнитотвердой резины шириной, равной примерно высоте полости 4, намагниченной в аксиальном направлении /в направлении толщины полосы/ в мощном импульсном магнитном поле. В качестве ферромагнитного порошка 7 в устройстве использован широко распространенный природный магнитный железняк или ферромагнитная окалина металлургических производств. Процесс массового изготовления полос эластичных магнитов из магнитотвердой резины с ее последующим намагничиванием в импульсном магнитном поле, создаваемом, например, конденсаторной установкой, также давно отработан /см., например А.Г. Корнеев, А.Е. Алексеев "Эластичные магнитные материалы", М., Из-во "Химия", 1976, стр. 159-161 [13]/. При этом обе поверхности полосы имеют противоположные полярности, а процесс выполнения из уже намагниченной полосы гармошки 6 сводится к формованию у полосы параллельных поперечных гофров путем ее выдержки заданное время при заданных температурных режимах и механических сдавливающих нагрузках в специальных пресс-формах. Очевидно, что в результате такого формирования контактирующие поверхности соседних гофров с обеих сторон гармошки 6 будут иметь одноименные полярности, с одной стороны гармошки - N, а с другой - S. То есть попыткам сжатия гармошки 6 будут противодействовать силы взаимного отталкивания ее соседних гофров. В исходном состоянии /см. фиг. 1/ устройства прикрепленная к крышке 5 одним из своих торцевых гофров по всей его длине гармошка 6 заневолена в напряженно-сложенном состоянии с плотно прижатыми друг к другу гофрами, то есть размещена практически в плоскости тыльной стороны спинки 1 и /или/ в плоскости приборной панели. Для этого магнитные характеристики, жесткостные и конструктивные параметры ферромагнитного порошка 7 и гармошки 6: магнитная проницаемость материалов, толщина слоя порошка 7, и т.п. подобраны таким образом, чтобы их силы магнитного взаимодействия при контакте через тонкую немагнитную крышку 5, направленные на их притяжение друг к другу, превышали в сумме силу упругости сжатой гармошки 6 и силы взаимного магнитного отталкивания гофров, направленные на растяжение гармошки 6. Поясним, что гармошка 6 - это постоянный магнитолой порошка 7 - это как бы ферромагнитный сердечник, то есть магнит пытается максимально втянуть в себя сердечник /в данном случае - наоборот притянуться к нему/, максимально сократив длину силовых линий магнитного поля, то есть полностью сжав гармошку 6 и прижав все ее гофры друг к другу, полностью исключив воздушные зазоры в замкнутой магнитной цепи гармошка 6 - ферромагнитный порошок 7.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии устройства при нормальных эксплуатационных режимах транспортного средства расположение элементов устройства соответствует показанному на фиг. 1, инерционные перегрузки при ускорениях и торможениях транспортного средства сравнительно малы, и слой ферромагнитного порошка 7 остается через немагнитную крышку 5 прижатым к сжатой гармошке 6 с прижатыми друг в другу гофрами /см. выше/. В момент совершения ДТП при мощном лобовом столкновении и достижении ударной инерционной перегрузкой вышеуказанного значения за счет собственных сил инерции частицы ферромагнитного порошка 7 преодолевают силы магнитного притяжения, перемещаются вперед и прижимаются к передней стенке полости 4. Глубина полости 4 выбирается достаточной для того, чтобы при таком удалении порошка 7 от постоянного магнита, то есть гармошки 6, силы их магнитного взаимодействия /притяжения/ практически полностью исчезли. При этом под действием сил упругости гармошки 6 и сил магнитного отталкивания ее соседних гофров одноименной полярности /см. выше/ гармошка 6 релейно автоматически растягивается /см. фиг. 2, где на выносном элементе А показана часть гармошки на виде сверху/. При ударном взаимодействии релейно растягивающейся гармошки 6 и смещающегося ей навстречу по инерции вперед сидящего сзади в кресле пассажира, с одной стороны осуществляется активное динамическое гашение кинетической энергии перемещающегося пассажира, а также ее диссипация и преобразование в потенциальную энергию упругих сил гармошки 6 и изменения магнитного поля взаимодействующих магнитных элементов, а с другой стороны - отбрасывание пассажира назад в кресло и его силовая фиксация с прижатием к спинке 1 кресла. Одновременное наличие ремней безопасности позволяет резко увеличить эффективность предлагаемого устройства за счет включения ремней в действие на начальной стадии удара. В этом случае до ударного контакта с распрямляющейся гармошкой 6 пассажир уходит по инерции вперед в кресле не свободно, а как бы "с натягом". При этом контакт с гармошкой 6 в противофазном режиме позволяет исключить возможность получения серьезных травм со стороны ремней безопасности при дальнейшем движении пристегнутого пассажира вперед.
По мнению заявителя, предлагаемое устройство характеризуется предельной простотой и высокой эффективностью обеспечения безопасности, комфортностью и компактностью. Устройство позволяет предельно расширить вариативность применения вышеуказанных защитных блоков безопасности, возможности их использования. При этом отпадает необходимость зацикливания именно на пневмоподушках, надуваемых в момент совершения ДТП в результате взрыва, появляется возможность использования уже окончательно готовых к работе и встроенных в кресло защитных элементов со специальными упругими и магнитными свойствами. С одной стороны здесь появляется возможность использования разрабатываемых в настоящее время по современным технологиям принципиально новых упругих эластичных магнитов, ферромагнитных порошков и материалов с предельно высокими степенями преобразования кинетической энергии удара в энергию магнитного поля, то есть принципиально перейти от взрывоопасных пневмоподушек к безопасным и эффективным упругим порошковым и жидким магнитным элементам с несоизмеримо более высокой степенью поглощения энергии удара. С другой стороны исключается необходимость использования для практически мгновенного надувания подушек именно взрыва, чреватого опасностью, непрогнозируемыми последствиями как для пассажиров, так и для динамических характеристик движущегося с высокой скоростью транспортного средства, его управляемости, курсовой устойчивости, способности к опрокидыванию при взрыве и т.п.