СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ СИДЕНЬЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE SEAT USER SAFETY SYSTEM

Изобретение относится к средствам 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, включающие салазки для закрепления каркаса сиденья, продольные направляющие, механизм перемещения салазок в виде ходового резьбового винта, продольные ползуны, стопорный механизм, регулятор наклона спинки с кронштейном поворота подушки и спинки сиденья относительно друг друга /см.патент на изобретение №2225797, кл. B60N 2/07, 2000 [1]; патент РФ на изобретение №2290331, кл. В60N 2/07, 2008 [2]; патент РФ на полезную модель №47296, кл. В60N 2/02, 2/22, 2005 [3]/.
Недостатками известных устройств являются невозможность адаптивной перестройки своего положения в пространстве непосредственно в момент удара при столкновении транспортного средства и под действием удара, и, как следствие, - низкая эффективность при обеспечении безопасности.
Известны также устройства 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 путей включения специального датчика столкновения, связанного с силовым механизмом через блок управления /см. патент РФ на полезную модель №46231, кл. В60N 2/427, 2004 [4]/, либо путем осуществления кинематической связи бампера с механизмом управления ограниченным подъемом и перемещением пассажирских сидений, выполненным в виде штоков и гидроцилиндров /см. В.Н. Иванов, В.А. Лялина. Пассивная безопасность автомобиля, М.,"Транснпорт", 1979, с. 274, рис. 12.54 [5]/.
Недостатками данных устройств являются предельная сложность и громоздкость гидравлических, электромеханических и т.п. силовых механизмов, блоков управления и регулирования для связи ударовоспринимающего бампера с сиденьями, что также обуславливает увеличение постоянной времени срабатывания устройства, и соответственно - снижение степени защиты пассажиров и водителя.
Кроме того, известны устройства, обеспечивающие как автоматический угловой разворот сидений в горизонтальной плоскости непосредственно в момент аварийного столкновения со взаимной компенсацией /см. патент РФ на полезную модель №93052, кл. B60N 2/42, 2006 [6]/, так и автоматическое опрокидывание сидений в вертикальной плоскости за счет обеспечения связи бампера при помощи поршневой системы с гидравлическими цилиндрами гидросистемы [5]/.
Недостатками данных устройств также являются предельная сложность их конструкций, и, как следствие, - низкие надежность, технологичность и степень обеспечения безопасности.
Наиболее близким устройством того же назначения к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является система пассивной безопасности пользователя сиденьем пассажирского автотранспортного средства, содержащая энергопоглощающий бампер, кинематически связанный с механизмом управления ограниченным перемещением сиденья в направляющих салазках в направлении действия сил инерции, включающим смонтированную на бампере демпфирующую упругофрикционную втулку и шток, шарнирно связанный через двуплечий рычаг с тягой привода фиксатора начального и конечного положений сиденья, взаимодействующего с его наплавляющими салазками и состоящего из установленного в жестко связанной с кузовом направляющей ползуна с пальцем для взаимодействия с двухступенчатой профилированной выемкой, равной ходу перемещения сиденья /см. а.с. СССР №943036, кл. B60R 19/02, B66М 1/00,1961 [7]/, и принятая за прототип.
Данное устройство обеспечивает в момент удала перемещение сиденья с пользователем в направлении действия сил инерции при одновременном демпфировании, что приводит к снижению величины замедлений, действующих на пользователя сиденьем инерционных перегрузок при торможении, и, как следствие, к повышению уровня безопасности.
Недостатками устройства-прототипа являются предельная сложность конструкции кинематической связи бампера с сиденьем и механизма управления перемещения сиденья и его фиксацией в начальном и конечном положениях, что обуславливает снижение надежности конструкции, увеличение постоянной времени срабатывания при ударе, и, соответственно, частичному снижению уровня безопасности.
Сущность изобретения заключается в создании предельно простой по конструкции системы безопасности пользователя сиденьем транспортного средства, имеющей при этом высокую надежность и степень защиты пользователей сиденьем при сильных столкновениях транспортного средства за счет осуществления в процессе удара адаптивного взаимного пространственного изменения положения элементов конструкции в релейном режиме под действием возникающих при ударе сил инерции.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение его надежности и степени безопасности пассажиров при аварии.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной системе безопасности пользователя сиденьем транспортного средства, включающей механизм управления ограниченным перемещением сиденья в направлении действия сил инерции по направляющим салазкам с фиксацией в начальном и конечном положениях, особенность заключается в том, что механизм управления ограниченным перемещением и фиксацией сиденья выполнен в виде упругой прямоугольной пластины из пружинной стали, являющейся частью полого цилиндра и имеющей два устойчивых рабочих состояния, характеризующихся обратной выпуклостью и релейным переходом из одного состояния в другое при действии критической внешней поперечной нагрузки, при этом пластина шарнирно установлена в вертикальной плоскости за сиденьем с помощью консольно закрепленных на полу салона по бокам сиденья стоек, свободно вставленных в цилиндрические отбортовки на вертикальных краях пластины, и жестко соединена с задней поверхностью спинки сиденья, а критическая величина действующей на пластину внешней поперечной нагрузки, представляющей собой инерционную силу со стороны сиденья вместе с пользователем, выбрана соответствующей заданной минимальной величине опасных для пользователя сиденьем инерционных перегрузок при аварийном торможении транспортного средства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображена предлагаемая система безопасности на виде сбоку в транспортном исходном состоянии; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - система после аварийного торможения и релейного перехода пластины в новое устойчивое состояние.
min
Система безопасности пользователя 1 сиденьем 2 транспортного средства включает механизм управления ограниченным перемещением сиденья 2 внутри салона 3 вперед в направлении действия сил инерции при аварийном торможении или столкновении транспортного средства с препятствием по направляющим салазкам 4 с помощью жестко прикрепленного к нижней части сиденья 2 ползуна 5 с фиксацией сиденья с в начальном и конечном положениях. При этом механизм управления ограниченным перемещением и фиксацией сиденья 2 выполнен в виде гибкой упругой прямоугольной пластины 6 из пружинной стали, являющейся частью полого цилиндра и тлеющей два устойчивых рабочих состояния /принципиально нелинейный релейный элемент/, характеризующихся обратной выпуклостью и релейным скачкообразным переходом с хлопком из одного состояния в другое при действии критической внешней поперечной нагрузки Fкр. Пластина 6 шарнирно установлена в вертикальной плоскости на некотором расстоянии за сиденьем 2 с помощью консольно закрепленных на полу 7 салона 3 бокам сиденья 2 стоек 8 круглого поперечного сечения, свободно вставленных в цилиндрические отбортовки 9, выполненные на вертикальных краях пластины 6 по всей ее высоте, причем пластина своей центральной частью с помощью горизонтального стального стержня 10 жестко присоединена /приварена/ к задней поверхности спинки сиденья 2. Конструктивно-технологические и физические параметры пластины 6 /размеры, толщина, марка стали, характер термической обработки и т.п./, а также ее шарнирного крепления по краям подобраны таким образом, чтобы, с одной стороны, критическая величина Fкр. действующей на нее внешней поперечной нагрузки, представляющей собой инерционную силу со стороны сиденья 2 вместе с пользователем 1 и обеспечивающей релейный переход пластины 6 из одного устойчивого состояния в другое, соответствовала заданной минимальной величине опасных для пользователя сиденьем 2 с общей массой m инерционных перегрузок a при аварийном торможении или столкновении транспортного средства, а с другой, - линейное перемещение центральной части пластины 6 вместе с сиденьем 2 в момент удара вперед при релейном переходе пластины 6 в новое устойчивое состояние обеспечивало бы необходимое снижение величины замедлений и действующих на пользователя 1 с сиденьем 2 инерционных перегрузок при торможении. В настоящее время технология изготовления вышеуказанных пластин 6 с заданными стабильными характеристиками достаточно надежно отработана /см., например, а.с. СССР №1203260, кл. F16R 1/10, 1984 [8]; а.с. СССР №1798560, кл. F16F 1/10, 1989 [9]/, также подробно отработана технология изготовления стальных хлопающих мембран в приборостроении.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
2
2
2
2
1
min
min
min
min
Согласно устройству-прототипу /см. [7], стр. 5 описания/ перемещение сиденья 2 вперед в направлении действия силы инерции на S=0,2 м в процессе аварийного торможения /столкновения транспортного средства с препятствием/ на скорости 48 км/ч≈13,3 м/с позволяет снизить замедление, то есть действующее на пользователя тормозящее ускорение с 1000 g≈10000 м/с до 50 g≈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 экспериментально и теоретически были 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 результаты испытаний, при использовании ремней безопасности именно линейные ускорения порядка 50 g≈500 м/с и более начинают представлять опасность для пассажира вследствие возможности получения травм со стороны ремней безопасности, поэтому эти ускорения и использованы в качестве значений a, то есть ориентировочной минимальной величины опасных для пользователя 1 сиденьем 2 инерционных перегрузок. Естественно, что критическая величина Fкр. действующей на пластину 6 внешней поперечной нагрузки /инерционной силы со стороны сиденья 2 с пользователем 1/ при торможении, вызывающая релейное срабатывание пластины 6, рассчитана именно на эту перегрузку. В исходном /транспортном/ состоянии пластина 6 /см. фиг. 1/ находится в своем первом устойчивом состоянии с выпуклостью, обращенной назад. Как следует из результатов испытаний и анализа известной литературы, проведенных заявителем, при торможении транспортных средств в рабочих режимах эксплуатации без возникновения чрезвычайных ситуаций максимальная величина линейных ускорений при торможении может достигать величин порядка 8 g≈80 м/с. Естественно, что конструктивно-технологические параметры пластины 6 подобраны таким образом, чтобы при данных значениях ускорений пластина 6 находилась в исходном первом состоянии, при котором сиденье 1 с пользователем 1 находится в покое. Следует указать, что при релейном скачкообразном переходе пластины 6 во второе устойчивое состояние с выпуклостью, обращенной влево, в случае достижения аварийно тормозящим транспортным средством величины ускорения a, за счет хлопка пластины 6 происходит мощное ударное гашение и активное рассеяние /диссипация/ накапливаемой сиденьем вместе с пользователем 1 в процессе разгона при торможении энергии, ее преобразование в потенциальную энергию упругих деформаций пластины 6. Более того, неизбежное наличие постоянной времени между моментами экстремального воздействия на сиденье 2 инерционной силы торможения и релейного срабатывания пластины 6 приводит к частичному гашению удара, растягиванию времени его протекания. В случае необходимости заявитель готов по требованию эксперта предоставить полученные расчетно-экспериментальным путем оптимальные, конструктивно-технологические параметры пластины 6, характеристики ее крепления и соответствующие заданной величине a массе m сиденья 2 с пользователем 1. При этом подчеркиваем, что в зависимости от технических характеристик транспортного средства типа сидений, ремней безопасности, предназначения, степени подготовки и необходимости комфортности для пассажиров величина виброперегрузки a будет изменяться, соответственно будет изменяться и критическая величина Fкр. нагрузки на пластину 6 при ее срабатывании.
Предлагаемое устройство характеризуется предельной простотой, высокой надежностью и универсальностью, малыми габаритами, позволяет максимально повысить безопасность пассажиров и водителя при сильных авариях, может быть использовано практически для любых транспортных средств: наземных, воздушных, водных, в автомобилях, автобусах, трамваях и т.п.