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 кресла для пассажиров в поезде, автобусе, автомобиле, самолете и т.п., имеющие установленный на раме каркас и закрепленные на нем сиденье, спинку и подголовник (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 и главное - при столкновениях с препятствиями или другими транспортными средствами, приводящих к серьезным травмам.
Известны транспортные кресла, оснащенные ремнями безопасности с аварийно-запирающим сматывающим устройством, пряжкой с пропущенной через нее лямкой и замком с защелками, запирающими пряжку, укрепленными на раме сиденья (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 (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 ремня безопасности грудной клетки, живота, во многих случаях несовместимых с жизнью.
Известны также транспортные кресла, имеющие возможность осуществления регулировки своего углового положения в горизонтальной плоскости относительно салона путем линейных οртогональных смещений и последующих разворотов с фиксацией непосредственно в процессе монтажа (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]).
Недостатком всех известных устройств кроме предельной сложности конструкций является невозможность оперативной перестройки угла установки кресла непосредственно в процессе движения транспортного средства в зависимости от степени опасности режима движения, вероятности возможного столкновения и особенно встречного лобового.
Наиболее близким устройством того же назначения к изобретению по совокупности существенных признаков является транспортное кресло с адаптивным управлением углом поворота, содержащее сиденье со спинкой, выполненные в виде единого модуля, оснащенного ремнями безопасности для фиксации пользователя и установленного на монтажной раме с помощью закрепленной на нижней поверхности кресла вертикальной оси, снабженной механизмом дистанционного и фиксированного поворота и перемещения кресла в горизонтальной плоскости под действием сигналов управления, выполненного в виде 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 (патент РФ на изобретение №2352499, кл. B64D 11/06, B60N 2/14, 2007 [7]), и принятое за прототип.
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 встречных столкновениях транспортных средств. Последнее объясняется отсутствием возможности автоматического адаптивного изменения угла установки кресла непосредственно в момент бездистанционного участия водителя, а также использование в исполнительном механизме сплава с эффектом памяти механической формы, обладающего сравнительно большой постоянной времени.
Сущность изобретения заключается в создании предельно простой конструкции транспортного кресла, обладающего при этом возможностью автоматического адаптивного изменения угла своей исходной установки путем разворота в горизонтальной плоскости на угол 180° непосредственно в момент ударного столкновения транспортного средства и под действием инерционных сил при ударе, преодолевающих силы магнитного взаимодействия элементов.
Технический результат - упрощение конструкции кресла и повышение степени безопасности пассажиров при сложных динамических режимах эксплуатации транспортного средства за счет адаптивного автоматического изменения геометрических параметров непосредственно 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 для фиксации пользователя и установленного на монтажной раме с помощью закрепленной на нижней поверхности кресла вертикальной оси, снабженной механизмом фиксированного разворота кресла в горизонтальной плоскости на угол 180° относительно исходного положения, согласно изобретению вертикальная ось смещена относительно центра тяжести кресла вместе с пользователем в плоскости, перпендикулярной продольной оси транспортного средства, то есть поперек кресла к его боковой стороне, имеющей свободное пространство для разворота кресла на угол 180°, а механизм фиксированного разворота кресла выполнен в виде двух установленных вертикально и консольно под креслом на монтажной раме спереди и сзади вертикальной оси ферромагнитных стоек, вводимых последовательно в магнитный контакт по поверхностям вращения до и после разворота кресла с закрепленным на передней стороне оси постоянным магнитом с силой магнитного взаимодействия, обеспечивающей при заданных величинах массы кресла вместе с пользователем и удалении оси от их центра тяжести, отрыв оси от передней стойки в исходном стационарном положении кресла при действии момента сил инерции кресла с пользователем вокруг оси вращения, соответствующего величине опасных для пользователя линейных тормозящих ускорений, возникавших при аварийных экстремальных ситуациях.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено предлагаемое кресло на виде сбоку в транспортном стационарном положении до аварийного торможения (удара); на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - тот же разрез по А-А после разворота кресла на угол 180° (на фиг. 2 и 3 пунктиром показаны положения сиденья и спинки кресла до и после разворота).
a
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 установленного на расположенной на полу 5 салона 6 монтажной раме 7 с помощью закрепленной на нижней поверхности кресла 1, 2 вертикальной оси 8. При этом нижний конец оси 8 укреплен в установленном на монтажной раме 7 подшипнике качения 9, снабженном механизмом фиксированного разворота кресла 1, 2 в горизонтальной плоскости из его исходного стационарного положения (фиг. 1 и 2) на угол 180° в положение (фиг. 3) с обращенной вперед спинкой 2 и соответственно пользователя 4 лицом назад. Вертикальная ось 8 (ось вращения z кресла 1, 2) смещена на расстояние l относительно центра тяжести (центра масс) С кресла 1, 2 вместе с пользователем 4 в плоскости, перпендикулярной продольной оси транспортного средства, то есть поперек кресла 1, 2 к его боковой стороне, имеющей пространство для разворота кресла 1, 2 назад на угол 180°. Таким образом, кресло 1, 2 имеет возможность разворота из исходного стационарного состояния (фиг. 2) в направлении по часовой стрелке при взгляде сверху на угол 180° до расположения, показанного на фиг. 3 (пространство справа от кресла 1, 2 на фиг. 1 в направлении движения транспортного средства или выше на фиг. 2 свободно для разворота кресла 1, 2 назад). Механизм фиксированного разворота кресла 1, 2 на угол 180° выполнен в виде двух установленных вертикально и консольно под креслом 1, 2 на монтажной раме 7 спереди и сзади вертикальной оси 8 соответственно ферромагнитных стоек 10 и 11, вводимых последовательно в магнитный контакт по поверхностям вращения до (фиг. 2) и после (фиг. 3) разворота кресла 1, 2 с закрепленным на передней стороне оси 8 постоянным магнитом 12 (крепящие потайные винты на чертежах не показаны). Для формирования поверхностей вращения стоек 10, 11 с магнитом 12 последний выполнен в виде продольного участка полого цилиндра, а внутренние поверхности стоек 10 и 11 - в виде участков, концентрично охватывающих магнит 12 при его повороте с минимально возможными радиальными зазорами. Именно контактирование по вышеуказанным поверхностям вращения обеспечивает магнитное взаимодействие элементов 10 и 11 с 12 с максимальными удельными силами взаимодействия при минимальной магнитной массе. Величина касательной (сдвигающей) составляющей  силы магнитного взаимодействия элементов 10 и 11 с 12 подобрана таким образом, чтобы при примерно известной массе m кресла 1, 2 вместе с пользователем 4, заданных удалении l оси вращения z кресла 1, 2 от вышеуказанного центра тяжести С кресла 1, 2 вместе с пользователем 4 и расстоянии r от оси z до линии действия силы  (по касательной к криволинейной поверхности касания элементов 10 и 12) отрыв оси 8 от передней стойки 10 в исходном стационарном положении кресла 1, 2 (то есть начало разворота кресла 1, 2) при действии момента сил инерции  кресла 1, 2 с пользователем 4 происходил при величине опасных для пользователя 4 линейных тормозящих ускорений a, возникающих при аварийных экстремальных ситуациях (экстренных торможениях либо столкновениях).
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
c
a
а
2
При работе транспортного средства в обычных режимах эксплуатации кресло 1, 2 (фиг. 1 и 2) находится в своем стационарном транспортном состоянии с обращением пользователя 4 лицом вперед. При таких режимах работы при торможениях с ускорением a центра тяжести С равнодействующая сил инерции  кресла 1, 2 с пользователем 4, приложенная к центру масс С, создает вращающий момент сил инерции , стремящийся развернуть кресло 1, 2 вокруг оси z. Однако последнее сохраняет равновесие под действием момента  магнитных сил взаимодействия постоянного магнита 12 со стойкой 10. При переходе транспортного средства в экстренный режим (аварийное торможение, ударное столкновение с неподвижным объектом либо другим транспортным средством) тормозящее линейное ускорение, направленное назад, достигает величины a, опасной для пользователя 4, при которой последний может получить серьезные травмы со стороны ремней безопасности 3 вплоть до несовместимых с жизнью. Как известно (авт.св. СССР №943036, кл. B60R 19/02, B60N 1/00, 1981 [8], с. 5 описания) такие значения а имеют порядок 50g≈500 м/с. При этом момент  возникающей инерционной силы  превзойдет максимально развиваемый противодействующий момент магнитных сил , произойдет отрыв (фиг. 2) магнита 12 от стойки 10 и практически мгновенный разворот кресла 1, 2 на угол 180° с его обращением спинкой 2 вперед (фиг. 3), когда за счет взаимодействия магнита 12 со стойкой 11 произойдет фиксация кресла 1, 2 в новом положении. В процессе разворота после отрыва оси 8 от стойки 10 плечо l силы , а значит и момент  будут уменьшаться, однако вращение освобожденного от магнитной связи кресла 1, 2 до его фиксации в развернутом на угол 180° положении будет происходить под действием набранной инерции вращения. В положении после разворота кресла 1, 2 (фиг. 3) перемещение пользователя 4 при действии значительных ускорений торможения ограничивается не ремнями безопасности 3, а за счет упора спиной в спинку 2 кресла 1, 2, что позволит в большинстве случаев избежать при мощных ускорениях возникновения несовместимых с жизнью серьезных травм.
Пример реализации устройства.
a
2
При m=150 кг, a=50g≈500 м/с, d=70 мм (диаметр оси 8), l=45 мм , r=50 мм, и величина магнитной силы  выбирается примерно равной  (при сдвиге). Естественно, что радиальный отрыв происходит при значительно меньшей силе. По требованию экспертизы заявитель готов предоставить результаты расчетов постоянных магнитов, их геометрических и магнитных параметров, остаточной намагниченности, коэрцитивной силы, марок материалов магнитов и т.п.
Предлагаемая конструкция транспортного кресла, отличаясь существенной простотой, универсальностью и надежностью, позволяет за счет возможности автоматического адаптивного изменения своего положения в пространстве непосредственно в момент удара и под действием удара эффективно повышать безопасность пользователя при серьезных авариях со значительными перегрузками.