СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ СИДЕНЬЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
HIGHER VEHICLE SEAT SAFETY FOR SEAT USER

Изобретение относится к способам обеспечения пассивной безопасности пассажирских транспортных средств.
Известны способы обеспечения пассивной безопасности пользователя сиденьем, заключающиеся в том, что в процессе сборки и регулировки сидений при их установке изменяют продольные и угловые положения сидений относительно салона кузова транспортного средства, для чего перемещают сиденья в салазках по продольным направляющим с помощью ходовых винтов и стопорных механизмов, осуществляют переменные наклоны и развороты спинки сиденья и его подушки относительно друг друга / см. патент РФ на изобретение №2225797, кл. B60N 2/07, 2000 [1]; патент РФ на изобретение №2290331, кл. B60N 2/07, 2008 [2]; патент РФ на полезную модель №47296, кл. B60N 2/02, 2/22, 2005 [3] /.
Недостатками известных способов обеспечения безопасности является невозможность автоматического изменения конфигурации сидений и их положений в процессе разворачивания аварийной ситуации в пространстве непосредственно в момент аварийного столкновения и под действием удара, что резко снижает степень повышения безопасности пользователя.
Известны также способы обеспечения безопасности пользователей сидений, заключающиеся в том, что обеспечивают возможность некоторого продольного перемещения сиденья относительно кузова транспортного средства непосредственно в момент аварийного столкновения, причем механизм данного перемещения приводят в действие непосредственно от 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, состоящим из штоков и гидроцилиндров / см. Иванов В.Н., Лялина В.А. Пассивная безопасность автомобиля, М., "Транспорт", 1979, с. 274, рис. 12.54 [5] /, либо осуществляют кинематическую связь бампера с механизмом управления перемещения сиденья с помощью штока, шарнирно связанного с двуплечими рычагами, тягой привода фиксатора с ползунами и пальцами с двухступенчатыми профилированными выемками, сметенными по высоте / см. а.с. СССР №943036, кл. B60R 19/02, B60N 1/00, 1981 [6] /.
Недостатками всех известных устройств является принципиально низкая эффективность повышения безопасности за счет обеспечения возможности именно продольных относительных перемещений сидений в момент аварийного столкновения, а также предельная сложность выполнения механизмов для осуществления способов, их обслуживания и эксплуатации.
Кроме того, известны способы обеспечения безопасности пользователей сидений транспортного средства, заключающиеся в том, что непосредственно в момент аварийного столкновения транспортного средства осуществляют либо автоматический угловой разворот двух сидений в горизонтальной плоскости в противоположных направлениях каждого сиденья пары / см. патент РФ на полезную модель №93052, кл. B60N 2/42, 2006 [7] /, либо автоматическое опрокидывание сиденья назад в вертикальной плоскости вокруг установленной на его основании в зоне подушки шарнирной опоры при помощи связанного с бампером автоматического привода в виде поршневой системы с гидравлическими цилиндрами гидросистемы / см. [5] /.
Недостатками этих способов является предельная сложность устройств для их реализации, включающих датчики ударного воздействия на сиденье, передаваемого от бампера с помощью специальных механизмов регулирования и связи с формированием силового воздействия, что обуславливает низкое быстродействие способов, значительную постоянную времени и, соответственно, низкую эффективность повышения безопасности при аварийном торможении.
Наиболее близким способом того же назначения к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ обеспечения безопасности пользователя сиденьем транспортного средства при его аварийном торможении, заключающийся в том, что передают с бампера в момент удара сигнал на автоматический привод сиденья, с помощью последнего освобождают сиденье от стационарно зафиксированного пускофиксирующим устройством состояния, после чего опрокидывают сиденье назад вокруг установленной на полу салона кузова под сиденьем его шарнирной опоры и повторно фиксируют сиденье после его срабатывания в положении с горизонтально ориентированной спинкой / см. а.с. СССР №1039764, кл. B60R 21/08, B60N 1/08, 1982 [8] /, и принятый за прототип.
Недостатки способа-прототипа заложены в самом принципе его действия, предусматривающем механическую связь бампера с сиденьем с помощью специальных силовых механизмов регулирования и управления, предельно усложняющих процесс реализации способа, уменьшающих его быстродействие и, как следствие, снижающих степень повышения безопасности при аварийном торможении.
Сущность изобретения заключается в создании способа обеспечения безопасности пользователя путем автоматического опрокидывания сиденья назад в момент удара, однако это опрокидывание осуществляется не с помощью дополнительных механизмов и источников энергии, а за счет адаптации в условиях удара с перестройкой относительной ориентации элементов динамической системы "сиденье-пользователь" под действием возникающей непосредственно в системе при аварийном торможении инерционных сил.
Техническим результат - повышение степени безопасности пользователя сиденьем при аварийном торможении транспортного средства и упрощение процесса реализации способа.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе обеспечения безопасности пользователя сиденьем транспортного средства при аварийном торможении, заключающемся в автоматическом освобождении сиденья от стационарно зафиксированного состояния, его последующем опрокидывании назад вокруг установленной в салоне кузова шарнирной опоры и повторной фиксации сиденья после его срабатывания в положении с горизонтально ориентированной спинкой непосредственно в момент торможения, особенность заключается в том, что освобождение сиденья от стационарного состояния с разрушением фиксирующих связей и его опрокидывание назад осуществляют путем приложения относительно шарнирной опоры вращающего момента, создаваемого равнодействующей возникающих при аварийном торможении сил инерции элементов неуравновешенной динамической системы "сиденье-пользователь", для чего переносят шарнирную опору сиденья вверх из зоны его основания в верхнюю часть спинки с регулируемой величиной превышения высотой опоры вертикальной координаты центра масс динамической системы "сиденье-пользователь", обеспечивающей получение при определенной опасной аварийной инерционной перегрузке заданного расчетного значения вышеуказанного вращающего момента.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично на фиг. 1 сбоку изображен вариант устройства для реализации предлагаемого способа / сплошными линиями показано сиденье с пользователем в стационарном состоянии до срабатывания, пунктирными линиями - после опрокидывания сиденья /; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 на сиденье сзади.
c
c
Устройство для реализации предлагаемого способа содержит сиденье 1 транспортного средства для размещения на нем пользователя 2, привязанного к сиденью 1 ремнями безопасности / ремни не показаны /, установленное на полу 3 салона 4 кузова 5 транспортного средства. При этом сиденье 1 жестко стационарно прикреплено к полу 3 с помощью держателя 6, размещенного под его основанием 7 / подушкой сиденья / и выполненного из материала со сравнительно малой прочностью, разрушаемого при заранее заданной величине изгибно-сдвиговой нагрузки, а также с помощью цилиндрической шарнирной опоры, размещенной в верхней части его спинки 8 и соединенной с неподвижной стойкой 9, прикрепленной нижним торцом к полу 3 салона 4. Шарнирная опора с трением скольжения представляет собой ось 10, закрепленную концами в прямоугольной нише 11 с задней стороны спинки 3, свободно вставленную с возможностью проворота в отверстие втулки 12, прикрепленной к стойке 9 кронштейном 13. Держатель 6 изготовлен из эластичного полимера, например термопластичной газонаполненной пластмассы типа пенополистирол, и имеет форму полого цилиндра с тонкими стенками. В этом случае держатель 6 выдерживает значительные статические сжимающе-растягивающие нагрузки, однако сравнительно легко разрушается при изгибно-сдвигающих нагрузках в перпендикулярной продольной оси цилиндра плоскости. Именно такому характеру нагрузок подвергается держатель 6 в данном устройстве при силовом повороте сиденья 1 вокруг шарнирной опоры 10, 12. Верхний торец стойки 9 выполнен со ступенькой, горизонтальный участок которой с мягкой прокладкой 14 предназначен для размещения края спинки 8 при опрокидывании сиденья 1 назад в положении с горизонтальной спинкой 8, а в вертикальном участке ступеньки выполнено углубление 15 для защелки, состоящей из установленного в отверстии 16 в торце спинки 8 прикрепленного к цилиндрической пружине 17 шарика, 18 и предназначенной для повторной фиксации сиденья 1 после его опрокидывания назад. В устройстве предусмотрена возможность регулировки расстояния d=h-Y - превышения высотой h места установки шарнирной опоры 10, 12 вертикальной координаты Y центра масс С динамической системы "сиденье-пользователь", измеренных относительно пола 3 салона 4 транспортного средства. С этой целью ось 10 шарнирной опоры закреплена концами не сразу на боковинах ниши 11, а на прямоугольной раме 19, вставленной в нишу 11 и имеющей возможность вертикального смещения в нише 11 в процессе регулировки с фиксацией положения винтами 20. Одновременно с этим осуществляют и вертикальное синхронное смещение /подстройку/ стойки 9 с помощью ввернутых в ее нижний торец через раму 21 кузова 5 болтов 22 и регулировочных шайб 23 между стойкой 9 и полом 3 салона 4.
Кратко остановимся на принципе действия способа.
<mrow><msub><mrow><mover accent="true"><mtext>a</mtext><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow><mi>i</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mrow><mover accent="true"><mtext>a</mtext><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mover accent="true"><mtext>a</mtext><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow><mi>i</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mrow><mover accent="true"><mtext>F</mtext><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow><mtext>i</mtext></msub><mo>=</mo><msub><mtext>m</mtext><mtext>i</mtext></msub><msub><mrow><mover accent="true"><mtext>a</mtext><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow><mi>i</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mrow><mover accent="true"><mtext>a</mtext><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow><mi>i</mi></msub></mrow>
<mrow><msup><mtext>M</mtext><mtext>u</mtext></msup><mo>=</mo><msup><mtext>R</mtext><mtext>u</mtext></msup><mo>⋅</mo><mtext>d</mtext></mrow>
<mrow><msub><mrow><mover accent="true"><mtext>a</mtext><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow><mi>c</mi></msub></mrow>
u
При аварийном торможении транспортного средства на каждый элемент системы "сиденье-пользователь" действует одинаковое линейное ускорение
, направленное назад /поступательное движение/, такое же ускорение
действует на центр масс С системы. При этом на каждый элемент действует сила инерции
, направленная противоположно ускорению
. Равнодействующая сил инерции равна
и приложена в центре масс системы С. При этом на систему "сиденье-пользователь" действует опрокидывающий сиденье 1 момент
- модуль действующего момента. Переносом шарнира 10, 12 в верхнюю часть сиденья 1 и дальнейшей регулировкой /см. выше/ выстанавливают такое значение расстояния d, чтобы при величине ускорения
аварийного торможения, приводящего к опасным для жизни человека перегрузкам, величина опрокидывающего момента от сил инерции создала в держателе 6 изгибно-сдвиговые эквивалентные напряжения, превышающие предел прочности его материала. Разрушение держателя 6, то есть освобождение сиденья 1 от фиксирующих связей, сразу не приводит к его опрокидыванию вокруг шарнира 10, 12 назад / из данных, приведенных, например, в [6], очевидно, что величина момента M, возникающего при перегрузках, характерных для аварийного торможения с опасными последствиями, даже при малых значениях d порядка нескольких сантиметров многократно достаточна для опрокидывания сиденья 1 вместе с закрепленным на нем пользователем 2 // см. далее пример расчета /.
Предлагаемый способ с помощью вышеописанного устройства осуществляют следующим образом.
u
<mrow><msup><mrow><mover accent="true"><mtext>R</mtext><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow><mi>u</mi></msup></mrow>
c
Автоматически в момент аварийного торможения транспортного средства при опасной величине инерционных перегрузок освобождают сиденье 1 от зафиксированного состояния с разрушением фиксирующих связей в виде установленного на полу 3 под сиденьем 1 держателя 6, изготовленного из материала малой прочности, разрушаемого при заданной расчетной величине силы, после чего опрокидывают сиденье 1 назад вокруг установленной в салоне 4 кузова 5 шарнирной опоры 10, 12. При этом разрушение фиксирующих связей и опрокидывание сиденья 1 осуществляют путем приложения вокруг шарнирной опоры вращающего момента M, создаваемого равнодействующей
возникающих при аварийном торможении сил инерции элементов неуравновешенной динамической системы "сиденье 1 - пользователь 2", для чего переносят шарнирную опору сиденья 1 верх из зоны его основания 7 в верхнюю часть спинки 8 с регулируемой величиной d превышения высотой h шарнирной опоры вертикальной координаты Y центра масс С динамической системы "сиденье-пользователь", обеспечивающей при определенной опасной аварийной перегрузке от сил инерции заданное расчетное значение вышеуказанного момента.
В процессе опрокидывания после срабатывания сиденье 1 повторно фиксируют в положении с горизонтально ориентированной спинкой.
Приведем пример расчета возникающих силовых факторов при конкретных числовых значениях геометрических и физических параметров элементов устройства.
c
c
c
c
сд
сд
сд
сд
сд
сд
сд
c
сд
2
u
u
u
u
u
u
u
u
2
2
-4
2
u
u
в
в
в
u
в
u
Допустимая перегрузка / см. [6]/ a=50 g=500 м/с; R=ma, где m - масса сиденья 1 вместе с пользователем 2 m≈150 кг M=R·d=R(h-Y); R=500 m (H), h=78 см, Y=60 см. Вычисляем M=90 m (Н·м). Находим F - силу сдвига от момента M в месте установки держателя 6 F=M/h=17308 H. Напряжение сдвига σ в поперечном сечении держателя 6 σ=F/S, где S - площадь сдвига /среза/; S=π·(R-r), где R и r - радиусы кольцевого сечения держателя 6 R=15,5 см, r=15 см S=47,85·10м σ=3,62 МПа. Для пенополистирола [σ]≈2 МПа, то есть при данном M, происходит разрушение держателя 6. Для опрокидывания сиденья 1 значение M должно превосходить постанавливающий момент M силы тяжести сиденья 1 вместе с пользователем 2 M=mgв, где в - начальное расстояние по горизонтали между шарниром и центром масс С системы "сиденье-пользователь" в=20 см, и M=2m (Н·м), то есть в исходном состоянии M многократно /примерно в 45 раз/ превышает М. Конечно, в процессе опрокидывания сиденья 1 величина Y увеличивается, соответственно d и M уменьшаются, однако при приближении к положению с горизонтальной спинкой 8 сиденье 1 двинется по инерции с набранной угловой скоростью до срабатывания защелки 15, 17, 18. Здесь [σ] - допустимое напряжение при срезе пенополистирола.
Очевидно, что предлагаемый способ обеспечивает довольно высокую степень повышения безопасности в тяжелых аварийных ситуациях и имеет по сравнению со способом-прототипом [8] и всеми аналогами другой принцип действия. Здесь нарушение фиксирующих связей сиденья и его опрокидывание назад автоматически в момент аварии происходит не за счет передачи на сиденье ударного импульса с бампера, а за счет действующих непосредственно на динамическую систему "сиденье-пользователь" при аварийном торможении инерционных сил, преобразуемых в инерционный вращающий опрокидывающий момент. Именно использование вышеуказанного нового принципа действия, по мнению заявителя, позволяет исключить дополнительные источники энергии, механизмы передачи и управления, и в результате этого сократить время срабатывания при столкновении, повысить тем самым степень безопасности, а также предельно упростить технический процесс реализации способа. Последнее легко оценить по характеру и сравнительной простоте предложенного заявителем варианта устройства для реализации способа. Следует подчеркнуть, что предлагаемый способ охватывает общую, принципиально новую возможность использования безопасных сидений в любом виде транспорта, а не только в автомобильном. В частных конкретных случаях могут быть внесены непринципиальные дополнения и изменения, однако они все равно попадут под предлагаемый общий случай. Например, в способе-прототипе [8] при использовании сиденья для водителя одновременно с опрокидыванием сиденья включается тормозная система и синхронно утапливается рулевая колонка. Однако это принципиально ничего не меняет, достаточно устройство в предлагаемом способе дополнить одной деталью, соединяющей сиденье при опрокидывании с тормозной педалью, и будет тот же самый эффект.