СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ СИДЕНЬЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель 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 №3290331, кл. B60N 2/07, 2008 [2]; патент РФ на полезную модель №47296, кл. B60N 2/02, 2/22, 2005 [3]/.
Недостатками известных систем 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 обеспечения безопасности.
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. B60N 2/427, 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.Н, 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, B60N 1/08, 1982 [7]/.
Недостатками известных устройств являются предельная сложность конструкции, низкая надежность и технологичность, обусловленные главным образом сложностью связанного с бампером, гидравлического автоматического привода 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 предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является система безопасности пользователя сиденьем транспортного средства, содержащая энергопоглощающий бампер, кинематически связанный с механизмом управления ограниченным перемещением 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 №943036, кл. B60R 19/02, B60N 1/00, 1981 [8]/, и принятая за прототип.
Данное устройство обеспечивает в момент удара перемещение сиденья с пассажиром в направлении действия сия инерции при одновременном демпфировании, что приводит к снижению величины замедлений, действующих на пассажира инерционных перегрузок при торможении, и, как следстви, 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, частичному снижению 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 полезной модели 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 криволинейную траекторию перемещения сиденья одновременно вперед и вверх относительно салона.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение его надежности и степени безопасности пользователей; сиденьями при сильных ударах.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известной системе безопасности пользователя сиденьем транспортного средства, включающей механизм управления ограниченным перемещением и подъемом в направлении действия сия инерции с фиксацией в начальном и конечном положениях пассажирского сиденья, свободно надетого отверстиями в нижних его стойках на две вогнутые вверх криволинейные направляющие салазок, жестко установленных на полу салона, особенность заключается в том, что направляющие представляют собой изготовленные из ферромагнитной стали участки в форме примерно четверти окружности заданного радиуса, а отверстия сиденья снабжены жестко введенными в них постоянными магнитами, в форме дугообразных втулок с радиусом кривизны, равным радиусу вышеуказанной окружности, при этом сила магнитного притяжения втулок и направляющих выбрана из условия превышения ею инерционных сил, развиваемых сиденьем вместе с пользователем при рабочих режимах эксплуатации транспортного средства с горизонтальным исходным расположением сиденья, однако уступающей по величине инерционным силам, возникающим при аварийных торможениях в экстремальных ситуациях с опасными для пользователя линейными ускорениями.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично изображена предлагаемая система на виде сбоку с одновременной иллюстрацией положения сиденья снизу справа в стационарном состоянии до удара и сверху слева - после смещения вперед и опрокидывания назад.
маг
p.
a
Система безопасности пользователя /на рисунке не показан/ сиденьем 1 транспортного средства включает механизм управления ограниченным перемещением и подъемом в направлении действия сия инерции с фиксацией в начальном и конечном положениях пассажирского сиденья 1, свободно надетого отверстиями 2 в нижних его стойках 3 на две вогнутые вверх криволинейные направляющие 4 салазок /на рисунке показана только одна, ближняя на виде сбоку направляющая/, жестко установленных на полу 5 салона 6 с помощью двух вертикальных стоек 7 и 8. При этом криволинейные направляющие 4 представляют собой изготовленные из ферромагнитной стали участки в форме примерно четверти окружности заданного радиуса R, закрепленные с помощью стоек 7 и 8 на полу 5 так, что задняя по ходу движения транспортного средства /правая на рисунке/ часть направляющих 4, предназначенная для исходного стационарного размещения сиденья 1, практически горизонтальна, левая, передняя по ходу движения часть направляющих 4, предназначенная для размещения сиденья 1 после его перемещения вперед и опрокидывания назад при аварийном торможении, практически вертикальна. Отверстия 2 сиденья 1 снабжены жестко введенными в них /запрессованными/ постоянными магнитами 9, выполненными в форме намагниченных в осевом направлении дугообразных втулок с радиусом кривизны, ρ, равным радиусу R вышеуказанной окружности направляющих 4. Втулки 9 надеты на направляющие 4 свободно по скользящей посадке. При этом сила магнитного притяжения F суммарно всех четырех втулок 9 - постоянных магнитов - к ферромагнитным направляющим 4 выбрана из условия превышения ею инерционных сил , развиваемых сиденьем 1 вместе с пользователем при рабочих номинальных /эксплуатационных/ режимах при эксплуатации транспортного средства с максимальными рабочими ускорениями a,однако уступающей по величине инерционным силам возникающим при аварийных торможениях в экстремальных ситуациях с опасными для пользователя линейными ускорениями a, то есть должно выполняться условие
.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
2
2
2
2
маг.
маг.
1
a
p
р
a
Согласно устройству-прототипу /[8], стр. 5 описания по заявке/ перемещение сиденья 1 вперед в направлении действия сия инерции на S=0,2 м в процессе удара или аварийного торможения /столкновение транспортного средства с жестким препятствием на скорости 48 км/час=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 устройства он ориентировался на получение тех же самых параметров, но, естественно, другими средствами. Более того, как показали испытания, при использовании ремней безопасности именно линейные ускорения порядка 50 g ≈500 м/с и более начинают представлять опасность Для пользователя сиденьем 1 вследствие возможности получения травм со стороны ремней безопасности, поэтому эти ускорения и использованы в качестве значений a. Те же испытания, проведенные заявителем, показывают, что при торможении транспортных средств в рабочих /номинальных/ режимах в процессе эксплуатации без возникновения чрезвычайных ситуаций максимальная величина линейных ускорений a может достигать величин порядка 8g ≈80 м/с. Согласно предложению заявителя, до достижения эксплуатационными ускорениями значения a сиденье 1 остается в стационарном горизонтальном состоянии, сила F превышает силу . B аварийном режиме /аварийное торможение, столкновение с препятствием или другим транспортным средством/ с ускорением ,a опасным для пользователя, возникает инерционная сила , превышающая силу  /, втулки 9 отрываются от направляющих 4,сиденье 1 начинает скользить вверх и влево /вперед на рисунке/ по направляющим 4. При достижении сиденьем 1 левого вертикального участка направляющих 4, что однозначно его опрокидыванию назад, перемещение автоматически прекращается. Так как вертикальная составляющая инерционной силы  практически равна нулю, то сила  уравновешивается реакцией опоры /направляющих 4/. При этом от сползания сиденья вниз за счет сил тяжести его удерживает сила F естественно превышающая силу тяжести mg сиденья 1 вместе с пользователем. /см. далее пример реализации устройства/. В крайнем случае при движении сиденья 1 вверх по инерции с малой скоростью оно останавливается в верхнем положении левой стойкой 8. Радиус R направляющей подобран таким образом, чтобы центр масс С системы сиденье 1 - пользователь в стационарном состоянии сиденья 1 перемещается в свое новое положение С′ по горизонтали примерно на величину S /см. пример выше/, необходимую для заданного снижения ускорения при аварийном торможении /см. далее пример/.
Пример реализации устройства
p
a
2
2
маг
маг
При m=159 кг /масса сиденья 1 с пользователем/, mg=1500 H, a=80 м/с, a=500 м/с, , . B предлагаемой конструкции выбранные конструктивно-технические параметры втулок 9 с индукцией В=0,8 Тл обеспечивают осевую силу магнитного притяжения /препятствующую сдвигу втулок 9 относительно направляющих 4 F≈5000 Н, т.е. условие 1200<5000<75000 выполняется. Также F>mg 5000>1500. Для получения необходимого значения СС′=S≈0,2 м выбрано R=ρ≈0,4 м.
Предлагаемое устройство характеризуется значительной простотой конструкции, высокой надежностью и позволяет предельно возможно повысить безопасность пользователя сиденьем. Последнее объясняется как возможностью смещения сиденья под действием собственных сил инерции в момент удара вперед с уменьшением при этом тормозящий ускорений, так и одновременно опрокидывание сиденья назад с перносом при этом вектора силы ударного воздействия с наиболее уязвимых органов пользователя на нижнюю часть сиденья.