СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ СИДЕНЬЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE SEAT USER SAFETY SYSTEM

Изобретение относится к средствам пассивной безопасности пассажирских транспортных средств.
Известны системы безопасности пользователей сиденьем транспортных средств, выполненные в виде механизмов изменения продольного и углового положения сиденья относительно кузова транспортного средства в процессе сворки и регулировки, включающие салазки для закрепления каркаса сиденья, продольные направляющие, механизм перемещения салазок в виде ходового резьбового винта, продольные ползуны, стопорный механизм, регулятор наклона кронштейна спинки и поворота подушки и спинки сиденья относительно друг друга / см. патент РФ на изобретение №2225797, кл. B60N 2/07, 2002 [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 устройств 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 при обеспечении безопасности
Известны также системы безопасности, обеспечивающие адаптивное продольное перемещение сидений и их 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 механизмом через блок управления / см. патент на полезную модель РФ №46231, кл. B60N 2/427, 2004 [4], либо путем осуществления кинематической связи бампера с механизмом управления ограниченным подъемом и перемещением пассажирских сидений, выполненным в виде штоков и гидроцилиндров / см. Иванов В.Н., Лялина В.А. Пассивная безопасность автомобиля. М.: "Транспорт", 1979, с. 274, рис. 12.54 [5]/.
Недостатками известных устройств является предельная сложность, 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 с взаимной силовой 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 сиденьем на полу салона / см. а. с. СССР №1039764, кл. B60R 21/08, B60N 1/08, 1982 [7] и [5]/.
Недостатками данных устройств является 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 пассажиров при столкновениях.
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 сиденья по направляющим салазкам в направлении действия сил инерции, включающим смонтированные на бампере демпфирующую упругофрикционную втулку и шток, шарнирно связанный через двуплечий рычаг с тягой привода фиксатора начального и конечного положений сидений, взаимодействующего с его направляющими салазками и состоящего из установленного в жестко 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 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 фиксации в начальном и конечном положениях, что обуславливает снижение надежности конструкции, увеличение постоянной времени срабатывания при ударе и, соответственно, снижение уровня безопасности. Кроме того, устройство-прототип не позволяет одновременно с перемещением сиденья вперед в момент удара обеспечить его опрокидывание назад в вертикальной плоскости, что позволило бы резко повысить безопасность пользователя сиденьем практически без усложнения конструкции системы и 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 пассажиров при мощных столкновениях транспортного средства за счет осуществления в процессе удара одновременно как перемещения сиденья вперед в направлении действия сил инерции, приводящего к снижению величины замедления при ударе, так и его опрокидывания вместе с пользователем назад путем обеспечения в процессе удара режима качения сиденья относительно салона.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение его надежности и степени безопасности пассажиров при сильных авариях.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной системе безопасности пользователя сиденьем транспортного средства, включающей установленные на полу салона направляющие салазки для ограниченного перемещения сиденья в направлении действия сил инерции с фиксаторами его начального и конечного положений, особенность заключается в том, что сиденье снабжено снизу четырьмя колесами, выступающими за пределы его боковых поверхностей, направляющие салазки представляют собой закрепленную на полу салона пластину, имеющую по всей длине боковые Г-образные буртики, охватывающие колеса снаружи и сверху, при этом фиксатор начального положения сиденья в стационарном транспортном режиме выполнен в виде ввернутого снаружи в буртик пластины и центр колеса винта из материала с величиной разрушающей сдвиговой нагрузки инерционными силами со стороны сиденья с пользователем при аварийном торможении транспортного средства, соответствующими минимально опасной для пользователя сиденьем инерционной перегрузке, а фиксатор конечного положения - в виде вертикально отогнутого вверх удаленного на необходимое ограниченное перемещение сиденья вперед края пластины с радиусом изгиба, обеспечивающим возможность при заданных конструктивно-геометрических параметрах сиденья его полного заезда на отогнутый край пластины до установленного на последнем упора и с разворотом рабочей поверхности сиденья на угол 90.°
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображена предлагаемая система на виде сбоку в транспортном стационарном состоянии до удара; на фиг. 2 - после столкновения транспортного средства при сиденьи, смещенном вперед и опрокинутом назад; на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 1.
min
Система безопасности пользователя сиденьем транспортного средства включает установленные на полу салона 1 направляющие салазки 2 для ограниченного перемещения сиденья 3 с размещенным на нем пользователем 4, пристегнутым к сиденью 3 ремнями безопасности / на чертежах ремни безопасности не показаны / вперед в направлении действия сил инерции с фиксаторами начального и конечного положений сиденья 3. При этом сиденье 3 снабжено снизу четырьмя колесами 5, симметрично установленными на шарнирно размещенных в стойках 6 осях 7 и выступающими за пределы боковых поверхностей сиденья 3, а направляющие салазки 2 представляют собой закрепленную на полу 6 салона 1 пластину, имеющую по всей длине боковые Г-образные, выступающие вверх буртики 9, охватывающие колеса 5 снаружи вертикальной и сверху горизонтальной частями профиля. При этом фиксатор начального положения сиденья 3 в стационарном транспортном режиме движения транспортного средства выполнен в виде ввернутого снаружи насквозь в буртик 9 и резьбовое глухое отверстие 10 в центре наружной поверхности одного или нескольких колес 5 винта 11 из материала с величиной разрушающей сдвиговой нагрузки инерционными силами со стороны сиденья 3 с пользователем 4 при аварийном торможении транспортного средства, соответствующей минимально опасной для пользователя 4 сиденьем 3 инерционной перегрузке a. Фиксатор конечного положения сиденья 3 выполнен в виде вертикально отогнутого вверх удаленного на ограниченное, необходимое для заданного снижения тормозящего ускорения, перемещение сиденья 3 вперед, края 12 салазок /пластины/ 2 с радиусом изгиба 12, обеспечивающим возможность при заданных конструктивно-геометрических параметрах сиденья 3 /диаметр колес 5, глубина сиденья 3, высота стоек 6 и т.п./ его полного заезда на отогнутый край 12 пластины 2 до контакта установленного на последнем упругого эластичного упора 13 с одним из передних колес 5 и с разворотом рабочей поверхности сиденья 3 в вертикальной плоскости назад на угол 90° до его мягкого контакта установленным сверху на задней поверхности спинки сиденья 3 эластичным упругим упором 14 с плоской поверхностью салазок /пластины/ 2.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
2
2
1
min
min
min
Согласно устройству-прототипу /см. [8], стр. 5 описания по заявке/ перемещение сиденья 3 вперед в направлении действия сил инерции в процессе аварийного торможения транспортного средства при столкновении с жестким препятствием на скорости 48 км/ч ≈ 13,3 м/с на S=0,2 м позволяет снизить действующее на пассажира тормозящее ускорение с 1000g≈10000 м/с до 50g ≈ 500 м/с, то есть примерно в двадцать раз, и растянуть /увеличить/ время ударного взаимодействия с t=0,0015 с до t=0,03 с. Следует отметить, что заявителем экспериментально и теоретически были подтверждены вышеуказанные цифры, поэтому при создании предлагаемого устройства он ориентировался на получение вышеуказанных параметров, но естественно, другими средствами. Как показывают исследования результатов испытаний, именно линейные ускорения порядка 50g при использовании ремней безопасности начинают представлять опасность для пассажира вследствие возможности получения травм со стороны ремней, поэтому эти значения использовались в качестве a. Конструктивно-механические параметры винтов 11 /см. далее пример реализации устройства/ подобраны таким образом, чтобы при инерционных перегрузках a<a сдвиговые нагрузки в винтах 11 под действием инерционных сил со стороны сиденья 3 с пользователем 4 были меньше разрушающих нагрузок и сиденье 3 находилось в стационарном транспортном состоянии /см. фиг. 1 и фиг. 3/. При аварийном торможении/столкновении и т.п. / и достижении ударным ускорением опасного значения a винты 11 разрушаются, колеса 5 освобождаются и сиденье 3 начинает катиться сначала горизонтально по прямолинейному участку салазок 2, а далее благодаря необходимому подбору конструктивно-геометрических параметров сиденья 3, колес 5, радиусов изгиба 13 и т.д. /см. опять пример реализации устройства/ сиденье 3 с пользователем 4 по инерции поднимается вверх по отогнутому краю 12 пластины 2 /см. фиг. 2/ до контакта переднего колеса 5 с упором 13. При этом сиденье 3 одновременно опрокидывается назад с разворотом своей рабочей поверхности на угол 90° до контакта упора 14 с горизонтальной поверхностью пластины 2. Как при движении сиденья 3 по горизонтальному участку пластины 2, так и по вертикальному участку 12, а также после опрокидывания сиденья 3 его перемещение по нормали в сторону от плоскости пластины 2 ограничено вследствие упора при попытке таких перемещений верхних поверхностей колес 5 в загнутые внутрь горизонтальные участки Г-образных буртиков 9, охватывающих колеса 5 как снаружи, так и сверху. Поэтому сиденье 3 с пользователем 4 на любом участке своего перемещения до и после освобождения от стационарных связей винтами 11 находится в устойчивом состоянии. Геометрические параметры сиденья 3, длина прямолинейного участка от передней кромки сиденья в стационарном положении на фиг. 1 до отогнутого края 12 полосы 2, высота стоек 6 и т.д. подобраны таким образом /см.далее пример/, чтобы центр масс С системы сиденье 3-пользователь 4 в стационарном состоянии сиденья 3 /см. фиг. 1/ перемещался в положение С′ на фиг. 2 по горизонтали примерно на расстояние S, необходимое для заданного снижения ускорения при торможении.
Пример реализации устройства
min
2
В качестве материала для винтов 11 использован пресс-материал АГ-4 с полиамидным связующим и минеральным наполнителем с допускаемым напряжением при срезе . Условие прочности при срезе  m=150 кг - масса сиденья 3 вместе с пользователем 4; a=50 g ≈ 500 м/с, инерционная сила  Из условия прочности при срезе /1/, где i - число винтов,  - площадь сечения винта, d - диаметр винта, находим . При i=4 получаем d≈20 мм. При радиусе колес τ=10 см оптимальный радиус изгиба пластины 2 R=25 см, при этом S=CC′=0,24 м, высота стоек 6 сиденья 3 h=14 см, глубина сиденья d=65 см.
Предлагаемое устройство предельно просто по конструкции, надежно, позволяет предельно возможно повысить безопасность пользователя. Последнее объясняется как возможностью смещения сиденья вперед в момент удара под действием сил инерции с уменьшением при этом тормозных ускорений, так и одновременно опрокидыванием сиденья назад с переносом при этом вектора сил ударного воздействия с тела пользователя на нижнюю часть сиденья.