СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ СИДЕНЬЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE SEAT USER SAFETY SYSTEM

Изобретение относится к средствам пассивной безопасности пассажирских транспортных средств.
Известны системы безопасности пользователей сиденьями транспортных средств, выполненные в виде механизмов изменения продольного и углового положений сиденья 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, кронштейна поворота подушки и спинки сиденья друг относительно друга /см. патент РФ на изобретение №2225797, кл. B60N 2/07, 2001 [1]; патент РФ на изобретение №2290331, кл. B60N 2/07, 2008 [2]; патент РФ на полезную модель №47296, кл. B60N 2/02, 2005 [3]/.
Недостатками известных систем является невозможность адаптивной перестройки своего положения в пространстве непосредственно в момент удара при столкновении транспортного средства и под действием удара и, как следствие, низкая эффективность обеспечения безопасности пассажира.
Известны также системы безопасности транспортных средств, обеспечивающие адаптивное продольное перемещение сиденья и ограниченный подъем относительно кузова непосредственно в момент аварийного столкновения и приводимое в действие в результате удара либо путем включения специального датчика столкновения, связанного с силовым приводом через блок управления /см. патент РФ на полезную модель №№46231, кл. В60N 2/227, 2004 [4]/, либо путем осуществления кинематической связи бампера с механизмом управления ограниченным перемещением и подъемом пассажирских сидений, выполненным в виде штоков гидроцилиндров /см. Иванов В.H., Лялина В.А. Пассивная безопасность автомобиля. М.,"Транспорт", 1979, с. 274, рис. 12.5 [5]/.
Недостатками известных систем является 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.
Кроме того, известны системы безопасности, обеспечивающие либо 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]/, либо автоматическое опрокидывание сидений назад в вертикальной плоскости за счет обеспечения связи бампера при помощи поршневой системы с гидравлическими цилиндрами и домкратами, установленными под сиденьями на полу салона /см. [5] и а.с. СССР №1039764, кл. B60R 21/08, В60N 1/08,1982 [7]/.
Недостатками известных устройств являются предельная сложность конструкции, низкая надежность и технологичность, обусловленные главным образом сложностью связанного с бампером гидравлического привода автоматического опрокидывания и фиксации сиденья, что обуславливает увеличение постоянной времени срабатывания и, соответственно, снижение эффективности защиты водителя и пассажиров.
Наиболее близким устройством того же назначения к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является система безопасности пользователя сиденьем транспортного средства, содержащая энергопоглощающий бампер, кинематически связанный с механизмом управления ограниченным перемещением и подъемом сиденья по направляющим салазкам в направлении действия сил инерции, включающим смонтированные на бампере упругофрикционную втулку и шток, шарнирно связанный через двуплечий рычаг с тягой привода фиксатора начального и конечного положений сиденья, взаимодействующего с его направляющими салазками и состоящего из установленного в связанной с кузовом направляющей ползуна с пальцем для взаимодействия с двухступенчатой профилированной выемкой, равной ходу перемещения сиденья /см. а.с. СССР №43036, кл. B60R 19/02, В60N 1/00, 1981 [8]/, и принятая за прототип.
Данное устройство обеспечивает в момент удара перемещение сиденья с пассажиром в направлении действия сил инерции при одновременном демпфировании, что приводит к снижению величины замедлений, действующих на пассажира инерционных перегрузок при торможении, и, как следствие, к повышению уровня безопасности.
Недостатками устройства-прототипа является предельная сложность конструкции кинематической связи бампера с сиденьем и механизма управления перемещением сиденья и его фиксацией в начальный и конечный моменты времени при перемещении, что обуславливает снижение надежности конструкции, увеличение постоянной времени срабатывания при ударе и, соответственно, частичное снижение уровня безопасности.
Сущность и характер работы устройства-прототипа, кроме того, не позволяет одновременно с перемещением сиденья в момент удара обеспечить его опрокидывание назад, что позволило бы резко повысить безопасность пользователя сиденьем практически без усложнения конструкции системы без снижения ее надежности.
Сущность изобретения заключается в создании простой и надежной конструкции системы безопасности пользователя сиденьем транспортного средства, обеспечивающей при этом предельно высокую степень защиты пользователя при мощных столкновениях транспортного средства за счет осуществления в процессе удара одновременно как перемещения сиденья вперед в направлении действия сил инерции, приводящее к снижению величин замедлений, так и его опрокидывание вместе с пользователем назад, обеспечивающее в процессе удара разворот сиденья на прямой угол вверх вместе с направляющей перемещения относительно горизонтального направления.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение его надежности и степени безопасности пользователя сиденьем при сильных ударах.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной системе безопасности пользователя сиденьем транспортного средства, включающей механизм управления ограниченным перемещением и подъемом в направлении действия сил инерции с фиксацией в начальном и конечном положениях пассажирского сиденья, свободно надетого отверстием в его нижней крепежной части на направляющую, жестко установленную на полу салона, особенность заключается в том, что направляющая и отверстие в сиденье выполнены, соответственно, в виде бруса прямоугольного поперечного сечения и прямоугольной формы, передняя по ходу движения транспортного средства часть направляющей выполнена подвижной, для чего соединена с задней, жестко установленной горизонтально на полу частью направляющей с помощью цилиндрического шарнира, снабженного винтовой цилиндрической пружиной кручения, обеспечивающей при своем освобождении от заневоленного закрученного состояния с соосной ориентацией обеих частей направляющей поворот подвижной части вместе с размещенным на ней сиденьем с пользователем вверх на прямой угол, при этом в исходном стационарном состоянии сиденье надето на направляющую с перекрытием своим отверстием зоны шарнира и обеспечением, соответственно, заневоливания пружины, поверхность направляющей в вышеуказанной зоне выполнена с шероховатостью, обеспечивающей при заданном крутящем моменте заневоленной пружины как неподвижность сиденья под действием развиваемых сиденьем вместе с пользователем инерционных сил при рабочих режимах эксплуатации транспортного средства, так и возможность его смещения вперед по направляющей с освобождением перекрываемой зоны шарнира под действием инерционных сил, возникающих при аварийных торможениях в экстремальных ситуациях с опасными для пользователя линейными ускорениями, причем в исходном состоянии сиденья задний край перекрывающего зону шарнира отверстия удален от оси вращения шарнира на заданное расстояние, необходимое для расчетного снижения тормозящего ускорения при аварийном торможении.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображена предлагаемая система на виде сбоку в транспортном стационарном состоянии сиденья до удара /пунктиром показано смещенное положение сиденья вперед после удара/; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - предлагаемая система после опрокидывания сиденья назад; на фиг. 4 - разрез по Б-Б на фиг. 2.
тр.
p.
a
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mrow><mi>p</mi><mo>.</mo></mrow><mi>u</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>a</mi><mi>u</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>p</mi><mi>u</mi></msubsup><mo><</mo><msub><mi>F</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo><</mo><msubsup><mi>F</mi><mi>a</mi><mi>u</mi></msubsup></mrow>
Система безопасности пользователя 1 сиденьем 2 транспортного средства, пристегнутым к сиденью 2 ремнем безопасности /на рисунках не показан/, включает механизм управления ограниченным перемещением и подъемом в направлении действия сил инерции с фиксацией в начальном и конечном положениях пассажирского сиденья 2, свободно надетого отверстием 3 в его нижней крепежной части 4 на направляющую 5, 6, жестко консольно закрепленную на полу 7 салона 8 с помощью кронштейна 9 и винтов 10. При этом направляющая 5, 6, как и свободно охватывающее ее отверстие 3, выполнена, соответственно, в виде стального бруса прямоугольного поперечного сечения и прямоугольной формы, причем передняя часть 5 бруса /направляющей/ по ходу движения транспортного средства /на рисунках влево/ выполнена подвижной, а именно - с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно задней части 6 бруса /направляющей/, консольно закрепленной /см. выше/ своим правым крайним концом на полу 7 салона 8. Подвижное соединение левой 5 и правой 6 частей бруса 5, 6 примерно в середине длины бруса осуществлено в виде цилиндрического шарнира, состоящего из оси 11, жестко /с запрессовкой/ введенной в поперечное отверстие 12 с соединяемого края правой части 6 бруса 5, 6 и свободно /по ходовой посадке/ введенной в соосные отверстию 12 поперечные отверстия 13, выполненные в охватывающих с боков вышеуказанный край правой части 6 выступах 14 на соединяемом краю левой части 5 бруса 5, 6. При этом шарнир снабжен цилиндрической винтовой пружиной кручения 15, надетой на ось 11 по всей ее длине, так, что ее средний участок запрессован в отверстии 12 по всей его длине, а крайние участки свободно разметены в отверстиях 13 и зафиксированы на левой части 5 бруса только по наружным краям отверстий 13. Конструктивно-технологические параметры пружины 15 /жесткость на кручение, длины рабочих частей, находящихся в отверстиях 13 и т.д./ подобраны таким образом, чтобы пружина 15 обеспечивала при своем освобождении от заневоленного закрученного состояния с соосной ориентацией обеих частей 5, 6 направляющей 5, 6 /см. фиг. 1/ поворот подвижной части 5 бруса /левой на рисунках/ вместе с размещенным на ней сиденьем 2 с пользователем 1 вверх /см. фиг. 3/ примерно на прямой угол. В исходном стационарном состоянии /см. фиг. 1/ сиденье 2 надето на направляющую 5, 6 с перекрытием отверстием 3 зоны шарнира, то есть зоны подвижного стыка частей 5 и 6 направляющей 5, 6, что обеспечивает, естественно, заневоливание пружины 15 в ее закрученном состоянии с расположением частей 5, 6 направляющей вдоль одной прямой. При этом отверстие 3 обеспечивает возможность перемещения сиденья 2 вдоль всей направляющей 5, 6, в том числе и в месте шарнирного соединения частей 5 и 6. Однако это перемещение может быть осуществлено с натягом за счет преодоления сил трения, так как заневоленная пружина 15 создает момент, прижимающий внутренние стенки отверстия 3 к наружной поверхности бруса 5, 6, причем для увеличения и регулирования величины этой силы трения поверхность 16 направляющей 5, 6 сверху и снизу бруса в зоне шарнира выполняют с заданной величиной шероховатости, создаваемой, например, накаткой. Величина этой шероховатости выбрана такой, чтобы при заданном крутящем моменте заневоленной пружины 15 вышеуказанные силы трения F обеспечивали, с одной стороны, неподвижность сиденья 2 под действием развиваемых сиденьем 2 вместе с пользователем 1 инерционных сил
при рабочих номинальных режимах эксплуатации транспортного средства с максимальными ускорениями a, а с другой стороны, возможность смещения сиденья 2 вперед по направляющей 5, 6 с освобождением перекрываемой зоны 16 шарнира под действием инерционных сил
, развиваемых сиденьем 2 и пользователем 1 при аварийных торможениях в экстремальных ситуациях с опасными для пользователя линейными ускорениями a, то есть должно выполняться условие
. При этом в исходной состоянии сиденья 2 /см. фиг. 1/ задний край перекрывающего зону шарнира отверстия 3 должен быть удален от оси 11 шарнира на заданное расстояние l, необходимое для расчетного снижения тормозящего ускорения при аварийном торможении.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
2
2
2
2
1
a
p
p
a
<mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>></mo><msubsup><mi>F</mi><mrow><mi>p</mi><mo>.</mo></mrow><mi>u</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>a</mi><mi>u</mi></msubsup><mo>></mo><msub><mi>F</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow>
Согласно устройству-прототипу / [8], стр. 5 описания по заявке / перемещение сиденья 2, вперед в направлении действия сил инерции на S=0,2 м в процессе аварийного торможения /столкновение транспортного средства с жестким препятствием на скорости 48 км/ч = 13,3 м/с/ позволяет снизить замедление, то есть действующее на пассажира 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 до t=0,03 с. Следует отметить, что заявитель экспериментально и теоретически подтвердил вышеуказанные цифры, и при создании предлагаемого им устройства ориентировался на получение тех же параметров, но, естественно, другими средствами. Более того, как показывают испытания при использовании ремней безопасности именно линейные ускорения порядка 50 g ≈ 500 м/с начинают представлять опасность для пассажира вследствие возможности получения травм со стороны ремней безопасности, поэтому эти ускорения используются в качестве значений a. Те же испытания, проведенные заявителем показывают, что при торможении транспортных средств в рабочих /номинальных/ режимах эксплуатации без возникновения чрезвычайной ситуации максимальная величина линейных ускорений a. может достигать величин порядка 80 g ≈ 80 м/с. Исходная установка сиденья 4 осуществляется при силовом воздействии сверху на подвижную часть 5 направляющей, под действием которого наружние участки пружины 15 в отверстиях 13 закручиваются, подвижная часть 5 направляющей 5, 6 выстанавливается вдоль одной линии с ее неподвижной частью 6, после чего заранее надетое отверстием 3 на правую часть 6 направляющей сиденье 2 смещается с натягом влево до перекрытия зоны 16 шарнира, приводящего к заневоливанию пружины 15 в закрученном состоянии, соответствующем горизонтальному транспортному состоянию направляющей 5, 6 и стационарному рабочему состоянию сиденья 2, показанному на фиг. 1 справа, причем, сиденье должно быть надвинуто на шарнир до обеспечения заданного расстояния l между осью 11 и задним краем отверстия 3. При эксплуатации транспортного средства в рабочих режимах с ускорениями торможения, не превышающими значение a, выполняется условие
, и сиденье 2 сохраняет свое стационарное положение. В режиме аварийных торможений в экстремальных ситуациях с ускорениями, превышающими значение a, то есть в случае
инерционные силы сиденья 2 с пользователем 1 преодолевают силы трения и сиденье 2 рывком смещается по направляющей 5, 6 вперед в положение, показанное на фиг. 1 пунктиром /пользователь 1 не показан/. При этом перекрытие зоны 16 шарнира отверстием 3 мгновенно снимается, пружина 15 освобождается от заневоливания, и левая подвижная часть 5 направляющей осуществляет скачкообразный поворот вверх на прямой угол вместе с сиденьем 2 и пристегнутым к нему ремнем безопасности пользователем 1 /см. фиг. 3/. Таким образом, осуществляется автоматическое опрокидывание при ударе сиденья 2 с пользователем 1 назад, сопровождающееся упором задней поверхности спинки сиденья 2, снабженной упругой эластичной накладкой /на рисунках не показана/ в горизонтальную правую часть 6 направляющей 5, 6. При этом, как видно из фиг. 1 и фиг. 3, центр масс С системы сиденье 2 - пользователь 1 при стационарном состоянии сиденья 2 перемещается в свое новое положение C′. Вышеуказанное расстояние l подбирается таким образом, чтобы горизонтальная составляющая смещения CC′ вперед примерно соответствовала требуемой величине S /см. выше/ ограниченного перемещения сиденья 2, обеспечивающего расчетное снижение тормозящего ускорения в процессе аварийного торможения.
Пример реализации устройства.
p
a
тр.
2
2
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mrow><mi>p</mi><mo>.</mo></mrow><mi>u</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>m</mi><msub><mi>a</mi><mi>p</mi></msub><mo>=</mo><mn>1200</mn><mtext> </mtext><mi>H</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>a</mi><mi>u</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>m</mi><msub><mi>a</mi><mi>a</mi></msub><mo>=</mo><mn>75000</mn><mtext> </mtext><mi>H</mi></mrow>
При m=150 кг /массе сиденья с пользователем/; a=80 м/с; a=500 м/с,
,
. С помощью вышеописанной накатки на поверхности направляющей и крутящего момента закрученной пружины достигнуто значение F ≈ 8000 Н, то есть условие 1200<8000<75000 H выполняется. Для получения необходимого значения CC′=S=0,2 м, l=75 см при глубине сиденья, примерно составляющей d=65 см.
Предлагаемое устройство характеризуется предельной простотой конструкции, высокой надежностью и позволяет значительно повысить безопасность пользователя сиденьем. Последнее объясняется как возможностью смещения сиденья под действием сил инерции в момент удара вперед с уменьшением при этом тормозящих ускорений, так и одновременно автоматическим опрокидыванием сиденья назад с переносом при этом вектора сил ударного воздействия с органов пользователя на нижнюю часть сиденья.