БЕЗОПАСНОЕ ПЕРЕСТРАИВАЕМОЕ СИДЕНЬЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE SAFE READJUSTABLE SEAT

Изобретение относятся к устройствам для обеспечения 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 и поворота подушки сиденья друг относительно друга /см. патент на изобретение №2225797, кл. B60N 2/07, 2002 [1]; патент РФ на изобретение №2290331, кл. B60N 2/07, 2008 [2]; патент ΡФ на полезную модель №47296, кл. B60N 2/02, 2/22, 2005 [3]/.
Недостатками известных устройств являются невозможность адаптивной перестройки своего положения в пространстве непосредственно в момент удара при аварийном столкновении транспортного средства и под действием удара, низкая безопасность.
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 путем включения специального датчика столкновения, связанного с силовым механизмом через блок управления /см. патент РФ на полезную модель №46231, кл. B60N 2/427, 2004 [4]/, либо путем осуществления кинематической связи бампера с механизмом управления ограниченным перемещением пассажирских сидений, выполненным в виде штоков и гидроцилиндров /см. Иванов В.Н., Лялина В.А. Пассивная безопасность автомобиля. Μ., "Транспорт", 1979, стр. 274, рис. 12.54 [5]/, либо путем осуществления кинематической связи бампера с механизмом управления перемещением сиденья с помощью штока, шарнирно связанного с двуплечевыми рычагами, тягой привода, и фиксатора с ползунами и пальцами с двухступенчатыми профилированными выемками, смещенными по высоте /см. а.с. СССР №943036, кл. B60R 19/02, B60N 1/00, 1981 [6]/.
Недостатками всех данных устройств являются принципиально низкая эффективность за счет обеспечения продольных относительных перемещений сидений в момент аварийных столкновений, а также сложность конструкций и громоздкость механизмов связи бампера с сиденьем, наличие специальных блоков связи, управления и силового регулирования /см. также [5]/.
Кроме того, известны устройства, обеспечивающие как автоматический угловой разворот сидений в горизонтальной плоскости непосредственно в момент аварийного столкновения со взаимной силовой компенсацией /см. патент РФ на полезную модель №93052, кл. B60N 2/42, 2006 [7]/, так и автоматическое опрокидывание сидений в вертикальной плоскости за счет обеспечения связи бампера при помощи поршневой системы с гидравлическими цилиндрами гидросистемы /см. [5]/.
Недостатками данных устройств являются предельная сложность конструкции, низкая эффективность повышения степени безопасности в компенсационных устройствах разворота сидений в горизонтальной плоскости, требующих, к тому же, условий высокого качества изготовления и при невыполнении этих условий приводящих наоборот к снижению безопасности пассажиров.
Наиболее близким устройством того же назначения к предложенному изобретению по совокупности существенных признаков является безопасное сиденье транспортного средства, содержащее установленную на полу салона кузова под основанием сиденья шарнирную опору и механизм ручного и автоматического освобождения сиденья от стационарно зафиксированного состояния в момент аварийного торможения, опрокидывания его назад вокруг шарнирной опоры и повторной фиксации в положении с горизонтально ориентированной спинкой, выполненный в виде связанной с бампером автоматической приводной системы в виде поршневой гидравлической системы с гидравлическими цилиндрами, установленными под основанием сиденья, приводящими в действие домкраты /см. а.с. СССР №1039764, кл. B60R 21/08, B60N 1/08, 1982 [8]/, и принятое за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются предельная сложность конструкции, в том числе связанного с бампером гидравлического автоматического привода опрокидывания и фиксации сиденья, что обуславливает увеличение постоянной времени срабатывания и, соответственно, снижение эффективности защиты пассажиров при столкновениях, а также практическая невозможность перестройки параметров сиденья как на различные номинальные условия эксплуатации транспортного средства в рабочих режимах, так и на различные экстремальные режимы с меняющимися инерционными нагрузками на пассажиров при аварийных торможениях и ударах, а также на постоянно изменяющиеся требования по уровню инерционных перегрузок при аварийном торможении, безопасных для здоровья пассажира.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простого по конструкции устройства сиденья транспортного средства, обладающего к тому же высокой степенью безопасности пассажиров за счет обеспечения возможности во время серьезных аварийных столкновений опрокидывания сиденья и его повторной фиксации при горизонтальном положении спинки не с помощью гидравлических, электромеханических и т.п. исполнительных механизмов и источников энергии, а за счет адаптивной перестройки пространственного положения сиденья под действием возникающих непосредственно при аварийном торможении и представляющих опасность инерционных сил, а также возможность автоматического изменения параметров сиденья при изменяющихся режимах эксплуатации и динамических характеристик опасных аварийных режимов.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение степени безопасности пассажиров при аварийном торможении транспортного средства, расширение функциональных возможностей устройства.
тр.
тр.
<mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>≥</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mi>m</mi><msubsup><mi>a</mi><mrow><mi>э</mi><mi>к</mi><mi>с</mi><mi>п</mi><mo>.</mo></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup><mo>⋅</mo><mi>d</mi><mo>−</mo><mi>m</mi><mi>g</mi><mi>b</mi></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo><</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mi>m</mi><msubsup><mi>a</mi><mrow><mi>а</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow><mrow><mi>min</mi></mrow></msubsup><mo>⋅</mo><mi>d</mi><mo>−</mo><mi>m</mi><mi>g</mi><mi>b</mi></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>a</mi><mrow><mi>э</mi><mi>к</mi><mi>с</mi><mi>п</mi><mo>.</mo></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>a</mi><mrow><mi>а</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow><mrow><mi>min</mi></mrow></msubsup></mrow>
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном безопасном перестраиваемом сиденье транспортного средства, имеющем возможность опрокидывания назад при аварийном торможении вокруг установленной в салоне кузова шарнирной опоры и последующей фиксации в положении с горизонтально ориентированной спинкой, особенность заключается в том, что шарнирная опора размещена в верхней части спинки выше центра масс сиденья вместе с сидящим на нем пассажиром и выполнена в виде горизонтального T-образного кронштейна сплошного круглого сечения, жестко прикрепленного свободным концом основания к установленной на полу салона за сиденьем вертикальной стойке и введенного своей перекладиной параллельно плоскости спинки в нишу на ее задней поверхности, при этом каждая из двух сторон перекладины снабжена надетой на нее ведомой частью сцепной автоматической фрикционной муфты для передачи крутящего момента с узлом регулирования заданного момента трения, ведущая часть которой закреплена соосно перекладине на соответствующем боковом торце ниши, на верхней горизонтальной плоскости стойки прикреплена эластичная накладка для упора задней поверхности спинки после опрокидывания сиденья, а для выстановки конкретного значения заданного суммарного момента трения M обеих муфт использованы соотношения:
; M>mgb и
, где
- максимальная величина линейных ускорений в рабочих режимах эксплуатации транспортного средства;
- минимальная величина линейных ускорений, возникающих в экстремальных режимах эксплуатации транспортного средства при аварийном торможении, опасных для пассажира; d и b - соответственно, расстояния по вертикали и горизонтали между осью вращения шарнира и центром масс динамической системы сиденье - пассажир; m - масса сиденья с сидящим на нем пассажиром; g - ускорение свободного падения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство на виде сбоку /сплошными линиями в транспортном стационарном состоянии, пунктирными - после опрокидывания сиденья при аварийном торможении/; на фиг. 2 - вид A на фиг. 1 /увеличенный/.
Безопасное перестраиваемое сиденье 1 транспортного средства, состоящее из основания 2 и спинки 3 с размещенным на нем пассажиром 4, установлено на полу 5 салона 6 кузова и имеет возможность опрокидывания назад при аварийном торможении /столкновении/ вокруг установленной также в салоне 6 шарнирной опоры 7 и последующей фиксации в положении с горизонтально ориентированной спинкой 3. При этом ось вращения O шарнирной опоры 7 размещена в верхней части спинки 3 выше центра масс C сиденья 1 вместе с сидящим на нем пассажиром 4. Конструктивно шарнирная опора 7 выполнена в виде горизонтального T-образного стального кронштейна сплошного круглого сечения, состоящего из основания 8 и перекладины, разделенной основанием 8 на две стороны 9, 10. При этом кронштейн жестко прикреплен свободным концом основания 8 к установленной на полу 5 салона 6 за сиденьем 1 вертикальной стойке 11 и введен своей перекладиной 9, 10 параллельно плоскости спинки 3 в прямоугольную нишу 12 на ее задней поверхности. Каждая из двух сторон 9, 10 перекладины T-образного кронштейна снабжена надетой на нее ведомой частью сцепной автоматической фрикционной муфты для передачи крутящего момента с узлом регулирования заданного момента сил трения. В качестве такой фрикционной муфты в предлагаемом устройстве сиденья использован вариант с наиболее простой и надежной конической фрикционной муфтой, в которой ведомая часть представляет собой надетое на соответствующую сторону 9, 10 перекладины с помощью шпоночного соединения 13 /от проворачивания/ коническое колесо 14, 15, а ведущая часть муфты выполнена в виде жестко закрепленного на боковом торце 16, 17 ниши 12 также конического колеса 18, 19, соосно с расчетным регулируемым значением момента трения, охватывающим, соответственно, коническое колесо 14, 15 с образованием конической фрикционной передачи с внутренним зацеплением. Узел регулирования заданного момента трения во фрикционной муфте выполнен в виде винтовой цилиндрической пружины 20, 21, сила нажатия которой на колесо 14, 15 регулируется гайкой 22, 23 с контргайкой /последняя на рисунке не показана/, навернутой на выполненную на сторонах 9, 10 перекладины резьбу. На верхней горизонтальной плоскости стойки 11 в местах ее контакта с задней поверхностью спинки 3 после опрокидывания сиденья 1 прикреплены эластичные накладки 24, 25 из толстой мягкой резины, обеспечивающие гашение удара сиденья 1 о стойку 11 после опрокидывания.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover><mi>i</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover><mi>i</mi></msub></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>F</mi><mo>¯</mo></mover><mi>i</mi><mi>u</mi></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><msub><mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover><mi>i</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover><mi>i</mi></msub></mrow>
<mrow><msup><mover accent="true"><mi>R</mi><mo>¯</mo></mover><mi>u</mi></msup><mo>=</mo><mi>Σ</mi><msubsup><mover accent="true"><mi>F</mi><mo>¯</mo></mover><mi>i</mi><mi>u</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>≥</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mi>m</mi><msubsup><mi>a</mi><mrow><mi>э</mi><mi>к</mi><mi>с</mi><mi>п</mi><mo>.</mo></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup><mo>−</mo><mi>m</mi><mi>g</mi><mi>b</mi></mrow><mo>|</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo>/</mo><mn>1</mn><mo>/</mo></mrow>
u
u
b
u
b
c
При аварийном торможении транспортного средства на каждый элемент сиденья 1 с пассажиром 4 действует одинаковое линейное ускорение
, направленное назад /движение поступательное/, такое же ускорение
действует на центр масс C динамической системы сиденье 1 - пассажир 4. При этом на каждый элемент системы действует сила инерции
, направленная противоположно ускорению
, то есть вперед по движению. Равнодействующая сил инерции
приложена в центре C масс системы. При этом на сиденье 1 с пассажиром 4 действует опрокидывающий момент сил инерции, равный по модулю M=R·d=m·ad, где d - превышение над полом 5 высотой оси вращения O шарнира 7 вертикальной координаты центра масс C, пытающийся опрокинуть сиденье 1 вместе с пассажиром 4 назад вокруг шарнира 7. Этому опрокидыванию частично препятствует восстанавливающий момент M=mgb, где m - масса сиденья 1 вместе с пассажиром 4; b - расстояние между точками O и C по горизонтали. Таким образом, чтобы в рабочих режимах эксплуатации транспортного средства при отсутствии аварийных торможений, столкновений и т.п. сиденье 1 находилось в стационарном состоянии муфты должны быть отрегулированы так, чтобы суммарный момент трения в обеих муфтах превышал разность момента сил инерции M и восстанавливающего момента M, то есть выполнялось условие:
.
u
b
u
b
u
b
<mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo><</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mi>m</mi><msubsup><mi>a</mi><mrow><mi>а</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup><mo>⋅</mo><mi>d</mi><mo>−</mo><mi>m</mi><mi>g</mi><mi>b</mi></mrow><mo>|</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>/</mo></mrow>
<mover accent="true"><mi>a</mi><mo>¯</mo></mover>
<mrow><msubsup><mi>a</mi><mrow><mi>а</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow><mrow><mi>min</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mtext>M</mtext><mrow><mtext>тр</mtext><mtext>.</mtext></mrow></msub><mo>></mo><mtext>mgb </mtext><mtext> </mtext><mtext>/3/ </mtext></mrow>
тр.
тр.
тр.
В этом случае конические колеса 18, 19 /ведущие/ не смогут провернуться в муфтах относительно колес 14, 15 /ведомых/, и сиденье 1 останется в покое в стационарном состоянии. При работе транспортного средства в экстремальных условиях, характеризующихся аварийными экстренными торможениями со значительными инерционными перегрузками, при регулировке момента трения в муфтах последний должен позволять сиденью 1 опрокидываться, то есть момент трения должен быть меньше разности M и M, то есть должно выполняться условие:
. Согласно /2/, даже при резком экстренном торможении, пока величина ускорения
не является достаточно большой и опасной для здоровья пассажира 4, соотношение /2/ не выполняется и момент трения в муфтах M препятствует опрокидыванию сиденья 1. Однако при достижении ускорением значения
и выполнении условия /2/ момент инерционных сил M, действующих на сиденье 1, за вычетом M превосходит момент трения M в обеих муфтах, колеса 18, 19 будут прокручивать относительно колес 14, 15, и сиденье 1 опрокидывается. При этом, двигаясь по инерции, оно удаляется спинкой 3 в верхнюю поверхность стойки 11. Далее, даже при снятии инерционного возмущения M при выполнении условия:
сиденье 1 вместе с пассажиром 4 остается прижатым к стойке 11 без использования специальных фиксаторов, так как восстанавливающий момент M не в состоянии преодолеть момент трения в муфтах. При выстановке конкретного значения момента трения в муфтах M в процессе их регулировки добиваются одновременного выполнения всех 3-х вышеуказанных соотношений /см. далее пример реализации устройства/. Следует специально отметить, что в предлагаемом устройстве применение принципиально нового способа опрокидывания сиденья 1 с использованием для этого непосредственно самих представляющих опасность инерционных воздействий одновременно с использованием не по прямому назначению в качестве исполнительного механизма таких типовых и отработанных устройств, как фрикционные муфты, позволяет предельно упростить устройство, повысить его быстродействие и безопасность эксплуатации, а также значительно расширить его функциональные возможности. Использование вышеуказанного принципа действия устройства при авариях, а также фрикционных муфт в качестве исполнительного механизма позволило исключить сложные гидравлические и электромеханические силовые исполнительные механизмы со специальными источниками энергии. Необходимо также указать, что здесь показан только наиболее общий вариант использования безопасного сиденья для повышения безопасности пассажира. Снабдив, например, такое сиденье в нижней его части и тормозную педаль /см. [8] - устройство-прототип/ отталкивающимися постоянными магнитами, можно легко осуществить уборку руля из рабочей зоны опрокидывания сиденья, а также проведение синхронного экстренного торможения без участия водителя, то есть использовать предлагаемый вариант сиденья для водителя транспортного средства.
<mrow><msubsup><mi>a</mi><mrow><mi>э</mi><mi>к</mi><mi>с</mi><mi>п</mi><mo>.</mo></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>80</mn><mtext> </mtext><mi>с</mi><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi><mn>2</mn></mrow>
<mrow><msubsup><mi>a</mi><mrow><mi>а</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow><mrow><mi>min</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>500</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>/</mo><msup><mi>с</mi><mn>2</mn></msup></mrow>
<mrow><msub><mi>М</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>≥</mo><mn>9,3</mn><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>Н</mi><mo>⋅</mo><mi>м</mi><mtext> </mtext><mo>/</mo><mn>4</mn><mo>/</mo></mrow>
<mrow><msub><mtext>M</mtext><mrow><mtext>тр</mtext><mtext>.</mtext></mrow></msub><mo>≤</mo><mn>60</mn><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>Н</mi><mo>⋅</mo><mi>м</mi><mtext> </mtext><mo>/</mo><mn>5</mn><mo>/</mo></mrow>
<mrow><msub><mtext>M</mtext><mrow><mtext>тр</mtext><mtext>.</mtext></mrow></msub><mo>></mo><mn>0,3</mn><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>Н</mi><mo>⋅</mo><mi>м</mi><mtext> </mtext><mo>/</mo><mn>6</mn><mo>/</mo></mrow>
тр.
тр.
тр.
тр.
Пример. Данные для расчета: m=150 кг, d=18 см, b=20 см,
,
/см. описание к [6] на стр. 5/. Из /1/ находим M≥|150·80·0,8-150·10·0,2| или
. Из /2/ находим M≤|150·500·0,8-150·10·0,2| или
. Из /3/ находим M>150·10·0,2 или
. Из условия одновременного выполнения неравенств /4/, /5/, /6/ выставляем суммарный момент трения M в обеих муфтах порядка 15 кН·м.