УСТРОЙСТВО ЭКСТРЕННОГО ТОРМОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE FOR EMERGENCY BRAKE APPLICATION

Изобретение относится к области машиностроения и эксплуатации автомобильного транспорта, в частности к оборудованию, повышающему безопасность эксплуатации транспортных средств.
С увеличением количества автомобилей, находящихся в одновременном движении и при высоких скоростях движения на автомагистралях, число опасных катастрофических ситуаций возрастает. В тех ситуациях, когда неизбежность столкновения или наезда неотвратимы, очень важно обеспечить эффективное торможение. Современные тормозные системы экстренного торможения на современных автомобилях с применением АБС, устройств с датчиками скорости торможения и усилителями тормозов обеспечивают достаточную высокую степень безопасности за счет применения автоматики. Эти системы позволяют исключить блокировку колес и выравнивают тормозные моменты, действующие на правые и левые колеса для устранения юза. Усилители тормозов, применяемые в современных автомобилях, повысили безопасность водителя и пассажиров за счет сокращения времени начала энергичного воздействия на тормозную систему за счет микропроцессорной обработки, которая получает информацию от датчиков скорости и мгновенно создает максимальный тормозной момент, при сохранении устойчивости и управляемости автомобиля в экстремальной ситуации торможения. Однако различное состояние дорожного покрытия в зависимости от погодных условий иногда сводит на нет все достижения такой автоматики.
Так применяемые на автомобилях спойлеры и антикрылья, которые улучшают аэродинамику автомобиля и создают дополнительную силу, прижимающую автомобиль к дороге при высоких скоростях движения, не работают при малых скоростях движения.
В качестве прототипа целесообразно рассмотреть автоматическую систему помощи при экстренном торможении на основе АБС, устанавливаемую на современных легковых и грузовых автомобилях и включаемую в более сложную систему экстренного торможения.
В большинстве случаев применения экстренного торможения тормозной путь превышает необходимый для безопасного торможения. Однако в экспериментальных автомобилях, предназначенных для спортивных и иных целей, сократить тормозную дистанцию можно за счет применения тормозного парашюта или с помощью создания реактивной тяги.
Предлагается конструкция устройства для экстренного торможения транспортного средства, создающего дополнительный тормозящий момент за счет применения жидкостно-газовой струи, направленной против движения, и размещаемого в различных частях автотранспортного средства, таких как бампер, спойлер, антикрыло, подножки, опорные трубы на крыше или дополнительные бамперы (так называемые «кенгурятники»).
Такая система экстренного торможения должна войти как составная часть системы помощи при экстренном торможении на основе АБС, поскольку она эффективно работает в завершающей стадии торможения, когда все возможности автоматического торможения на основе АБС использованы, а скорость сближения автомобиля с препятствием достаточно высока. В этом случае компьютерная система автомобиля включает последний резерв реактивного газового торможения.
Наиболее приемлемое решение - установка дополнительной системы экстренного торможения на спойлере или же в задних боковых стойках автомобиля. Такое расположение повышает устойчивость автомобиля за счет приложения тормозящих сил к задней части автомобиля и присутствия прижимающего момента при выбросе струи под углом вверх против хода автомобиля. Выброс газово-жидкостных струй из устройства экстренного торможения под углом вверх одновременно снимает опасность ударного воздействия на людей, находящихся поблизости от транспортного средства в момент происшествия.
Конструкция устройства для экстренного торможения транспортного средства состоит из замкнутого толстостенного сосуда (емкости), в котором размещены пиропатроны с электрозапалом, срабатывающим по сигналам, поступающим от автомобильного компьютера, по программе аварийного торможения. К компьютеру подключен дальномер, датчик скорости торможения, подушки безопасности и датчики давления, размещенные в педали тормоза. При возникновении экстремальной ситуации программа экстренного торможения, оценив ситуацию, одновременно включает подушки безопасности и электрозапал. Электрозапал воспламеняет пиропатрон, выделяющиеся при сгорании состава газы вспенивают жидкость, находящуюся в емкости устройства под определенным давлением. При достижении порогового давления пробиваются отверстия в защитной пленке и струи жидкости с большой скоростью выбрасываются наружу, в сторону, противоположную движению, создавая реактивный тормозящий момент.
Сущность предлагаемого устройства для экстренного торможения транспортного средства заключается в том, что его конструкция представляет собой замкнутую камеру, заполненную негорючим составом, по всей длине сосуда размещены редукционные отверстия, расположенные на поверхности устройства и направленные в сторону движения транспортного средства. Внутри устройства установлен пиропатрон с электрозапалом, подключенным к управляющему микропроцессору, к которому также подключен дальномер, датчик скорости торможения, акселерометр и датчики давления, установленные в педали тормоза. Электрозапал пиропатрона срабатывает по программе, заложенной в память микропроцессора, в зависимости от текущей информации, поступающей с дальномера, датчика скорости торможения, акселерометра и датчика давления. Установленные на устройстве для экстренного торможения транспортного средства пиротехнические патроны срабатывают как в ручном, так и в автоматическом режиме. В исходном состоянии отверстия в бампере закрыты декоративной защитной пленкой. При воспламенении пиропатрона мгновенно образующие газы создают высокое давление во внутреннем пространстве устройства для экстренного торможения транспортного средства. Под их воздействием мгновенно вскрываются отверстия в декоративной защитной пленке, и мощные струи негорючей жидкости выбрасываются вперед. Возникающий реактивный момент создает дополнительное тормозящее воздействие на автомобиль, сокращая его тормозной путь. В катастрофических случаях наезда на препятствия или столкновения на большой скорости нередко возникает пожар в результате разлива топлива. Если при этом водитель остается в дееспособном состоянии, то вряд ли сумеет быстро воспользоваться огнетушителем, который должен находиться в каждом автомобиле или ином транспортном средстве. Такое устройство для экстренного торможения транспортного средства одновременно является и противопожарным средством, при заполнении его гасящей жидкостью, которая выбрасывается в сторону столкновения транспортного средства с препятствием. В случае удара о препятствие без участия водителя предотвращается возгорание и пожар за счет мгновенного срабатывания пиропатрона и интенсивного выбрасывания гасящей жидкости в зону столкновения.
Момент срабатывания пиропатронов определяется микропроцессором по информации, получаемой от дальномера, датчика скорости торможения, датчика давления и акселерометрических датчиков. Программа экстренного торможения, заложенная в микропроцессор, определяет момент оптимального включения пиропатрона для наиболее эффективного режима дополнительного торможения, тем самым снижая последствия аварийной ситуации. Предусмотрен режим как ручного, так автоматического и дистанционного включения этих средств.
Таким образом, устройство для экстренного торможения транспортного средства предназначено для предотвращения наезда на препятствие, человека или животного за счет сокращения тормозной дистанции. Эффект такого устройства для экстренного торможения транспортного средства заключается в предотвращении контакта с объектом или снижении разрушительного действия в случае столкновения за счет дополнительного погашения скорости сближения, а также дополнительная возможность погасить или предотвратить возгорание транспортных средств во время столкновения транспортных средств.
На фиг.1, 2, 3, 4 представлены схема такого устройства для экстренного торможения транспортного средства и варианты конструктивного исполнения, где
1. Спойлер или антикрыло.
2. Камера.
3. Жидкость.
4. Пиропатрон.
5. Электрозапал.
6. Редукционные отверстия.
7. Защитная пленка.
8. Микропроцессор.
9. Дальномер.
10. Акселерометр.
11. Датчик давления.
12. Датчик наличия жидкости.
13. Педаль.
14. Подушки безопасности.
15. Приемник дистанционного управления.
16. Пульт дистанционного управления.
17. Отражатель.
18. Бампер.
19. Подножка.
20. Blue tooth или Wi-Fi.
21. Опорная труба.
22. Датчик скорости торможения.
23. Устройство разворота дальномера.
На фиг.1, 2 и 3 изображено устройство для экстренного торможения транспортного средства в статике, где спойлер или антикрыло (1), камера (2), заполненная негорючей и незамерзающей жидкостью (3), пиропатрон (4) с электрозапалом (5). На передней стороне устройства выполнены редукционные отверстия (6), закрытые декоративной защитной пленкой (7). Электрозапал (5) соединен с выходом микропроцессора (8), управляющего моментом срабатывания электрозапала (7). К микропроцессору (8) также подключены датчик скорости торможения (22), датчик давления (11), размещенный в тормозной педали (13), датчик наличия жидкости (12), размещенный в камере (2). Микропроцессор (8) также соединен с дальномером (9), устройством разворота дальномера (23) и акселерометром (10).
Устройство для экстренного торможения транспортного средства работает следующим образом. В исходном состоянии микропроцессор (8) находится во включенном состоянии и постоянно получает информацию от дальномера (9), ориентированного по продольной оси транспортного средства и поворачиваемого в сторону разворота автомобиля на криволинейных участках автотрассы, совмещенного с устройством разворота фар. Водитель в момент ожидаемой опасности переводит микропроцессор на автоматическое управление тормозной системы. При ручном управлении водитель сам определяет необходимость и момент включение электрозапала (5). В автоматическом режиме электрозапал (5) срабатывает по программе экстренного торможения, заложенной в микропроцессор (8), с учетом непрерывно получаемой информации от дальномера (9), датчика скорости торможения (22) и датчика давления (11). В момент столкновения с препятствием, в случае отказа микропроцессора или элементов включения устройства для экстренного торможения транспортного средства, включение электрозапала (5) произойдет по информации, снимаемой только от акселерометра (10), при превышении порогового значения перегрузки.
Включение электрозапала (5) производится с необходимым упреждением и расчетом на максимальный тормозящий эффект. При воспламенении пиропатрона (5) мгновенно образующие газы создают высокое давление во внутреннем пространстве. Под высоким давлением жидкость, находящаяся внутри устройства для экстренного торможения транспортного средства, мгновенно вскрывает редукционные отверстия (6) в декоративной защитной пленке (7), и мощные струи негорючей жидкости (3) выбрасываются вперед по ходу движения автомобиля. Электрозапал, устанавливаемый в полости устройства для экстренного торможения транспортного средства, фиксируется в нем с помощью запирающего устройства (19), исключающего прорыв газов наружу.
Пиропатрон устройства для экстренного торможения транспортного средства подключен к микропроцессору (8), получающему информацию от акселерометра (10), датчика скорости торможения и дальномера (9). По этой информации микропроцессор (8) определяет момент оптимального включения пиропатрона (4) для эффективного торможения, снижая последствия аварийной ситуации. Дальномер (9), установленный на поворотном устройстве (23), как правило, совмещен с устройством разворота фар в сторону движения автомобиля, позволяет более точно удержать в своем фокусе приближающееся препятствие, что повышает надежность всей системы экстренного торможения автомобиля. Возможен вариант дальномера с круговым обзором и поддержанием ориентации оптической оси дальномера в направлении движения центра тяжести транспортного средства.
Акселерометр (10) устройства для экстренного торможения транспортного средства настроен на ускорение, значительно превышающее то, которое возникает при самой жесткой эксплуатации транспортного средства, для исключения ложного срабатывания системы, а компьютерные программы управления устройством для экстренного торможения транспортного средства должны обладать повышенной помехоустойчивостью к воздействию внешним и внутренним, дестабилизирующим факторам.
Пиропатроны с электрозапалами могут быть рассчитаны на различную энергетическую отдачу, что позволяет проектировать системы с более эффективными тормозными и пожарными свойствами для различных типов автотранспорта.
Одновременно устройство экстренного торможения может осуществлять функции огнетушителя. Такой режим может быть предусмотрен в программе микропроцессора. В режиме пожаротушения устройство работает следующим образом: при срабатывании пиропатрона давление жидкости (3) во внутреннем объеме камеры (2) устройства для экстренного торможения транспортного средства подскакивает до величины, при которой происходит прорыв защитной пленки (7). Жидкость (3) из камеры (2) через редукционные отверстия (6) выбрасывается наружу в виде струй, направленных против движения автомобиля, одновременно создавая тормозящий момент и прижимающую силу.
Устройство для экстренного торможения транспортного средства после срабатывания, если не произошло его повреждения, может использоваться многократно путем подзарядки, как это делается с огнетушителями. При этом нет необходимости его снимать с автотранспортного средства, что облегчает обслуживание. Для каждого отдельно взятого транспортного средства катастрофические события - достаточно редкое событие, и поэтому устройство для экстренного торможения транспортного средства, находясь в постоянной готовности, практически никак не будет создавать дополнительных проблем для владельца или персонала с обслуживанием и будет проверяться только при очередном техническом осмотре транспортного средства.
Использование жидкости в устройстве для экстренного торможения транспортного средства в качестве промежуточного агента целесообразно, так как увеличивает выбрасываемую массу, а значит, и кинетическую энергию, необходимую для торможения. Прижимающая автомобиль сила у используемого в настоящее время устройства для экстренного торможения транспортного средства падает по мере замедления автомобиля, и он начинает скользить, что приводит к увеличению тормозного пути. В предлагаемом устройстве для экстренного торможения транспортного средства сила, прижимающая автомобиль, не зависит от скорости автомобиля, а только от мощности заряда, времени его горения и величины наклона вектора реактивной жидкостно-газовой струи, что существенно влияет на величину тормозного пути в сторону его сокращения.
Отечественная промышленность выпускает пиропатроны разной мощности и характеристиками. Так, например, пиропатрон, используемый в катапультных креслах самолетов, имеет калибр от 27,5 до 51 мм. Такой пиропатрон может быть использован в предлагаемом бампере. Рабочий диапазон температур, при котором он может надежно срабатывать, от -60 до +80 градусов Цельсия.
Устройство для экстренного торможения транспортного средства предлагаемой конструкции может быть размещено в различных частях автотранспортного средства, смотри фиг.4, таких как бампер, спойлер (антикрыло), подножки, опорные трубы на крыше или дополнительных бамперах (так называемых «кенгурятниках»), задних стойках кузова, и полезны для предотвращения аварии при эксплуатации автомобильного транспорта в ситуациях, когда автомобиль застревает на переезде. Включение тормозного бампера позволит отбросить автомобиль назад и освободить железнодорожные пути. Но для безопасности водителя существует возможность дистанционного включения устройства с помощью пульта дистанционного управления и приемника по каналам Blue tooth или Wi-Fi. При этом приемник, располагаемый на устройстве торможения, должен иметь автономное питание. Использование канала связи Blue tooth или Wi-Fi с миропроцессором устраняет проводную связь с устройством экстренного торможения, повышая надежность всей системы безопасности транспортного средства в экстремальных ситуациях.
Раздельное выполнение правой и левой части устройства экстренного торможения, с их независимым управлением, позволит с помощью компьютерной программы остановить неуправляемый разворот автотранспортного средства.
В горной местности тормозное устройство для экстренного торможения транспортного средства даст водителю шанс удержаться на краю пропасти в критической ситуации, а значит, предотвратит смертельное падение с высоты. На автомобилях «вседорожниках» устройство для экстренного торможения транспортного средства и навесные трубы могут быть дополнительным средством предотвращения тяжелых последствий при столкновении с естественными препятствиями при преодолении пересеченной местности. Бамперы «вседорожников», выполненные в виде стальных объемных труб, оптимально приспособлены для размещения в них предлагаемого автором устройства. Кроме того, трубчатая подножка (23) «внедорожника», при независимом управлении, может быть использована для создания бокового компенсирующего момента, что позволит более эффективно компенсировать воздействия, возникающие при боковых ударах. Срабатывание бампера должно быть обязательно согласовано с моментом срабатывания подушек безопасности, а порог срабатывания выбран на перегрузки, заведомо превышающие эксплуатационные.
Своевременно сработавшее устройство экстренного торможения позволит, с одной стороны, сократить тормозной путь, а момент удара произойдет при более низких конечных скоростях, что существенно снизит травматические последствия у водителей и пассажиров. Возможность выбросить противопожарный реагент в зону столкновения снижает вероятность возникновения пожара, так как выброс жидкостно-газовой смеси производиться вперед по ходу движения транспортного средства и под углом вверх и попадет в зону удара.
Бамперы, выполняемые в виде труб, устанавливаемых как дополнительные аксессуары («кенгурятники») на многих легковых автомобилях - внедорожниках, могут совмещать и функцию дополнительного устройства для экстренного торможения, иметь автономное или дистанционное управление, содержать акселерометр, микрочип, пиропатрон с электрозапалом.