Результат интеллектуальной деятельности: Блок безопасности пассажиров транспортного средства

Изобретение относится к области обеспечения безопасности транспортных средств в случае дорожно-транспортного происшествия /ДТП/.

Известны системы пассивной безопасности пользователей транспортным средством, включающие применение сидений, оснащенных ремнями безопасности с аварийно-запирающими устройствами, установленными на раме сиденья, а также со специальными натяжителями, установленными на боковине кузова, обеспечивающими возможность регулировки заданного тягового усилия /см., например, системы пассивной безопасности Хундай Гетц http://www.xendai-getz.narod.ru/xhtml/x18.html [1]/.

Недостатками известных систем является низкая пассивная безопасность пользователей при ДТП вследствие возможности получения при значительных инерционных перегрузках под воздействием ремней безопасности тяжелых травм грудной клетки, живота и т.п., часто приводящих к летальным исходам.

Известны также блоки пассивной безопасности, включающие средства для защиты пользователей транспортного средства при ДТП, выполненные либо в виде устройств для фиксации пользователей с помощью охватывающих в зоне плеч и бедер поворотных дуг и упоров /см., например, патент РФ на изобретение №2236273, кл. А63G 7/00, 21/00, 2002 [2]/, либо в виде размещенных снаружи и внутри транспортного средства прочных надувных оболочек, образующих защитную капсулу в форме замкнутого каркаса, соединенных с источниками газа и системой управления, и снабженных предохранительными клапанами, амортизирующими полотнищами из гофрированной пружинной ленты /см., например, патент РФ на изобретение №299820, кл. B60R 21/16, 2005 [3]; патент РФ на изобретение №2301160, кл, B60R 21/16, 21/233, 2006 [4]/, либо в виде надуваемых с помощью газогенератора по сигналу датчиков воздушных мешков, сложенных в исходном состоянии и закрытых прикрывающими элементами, освобождающими отверстия для развертывания мешков с охватом ими определенных частей тела пользователя в рабочем состоянии по сигналу вышеуказанных датчиков /см. патент РФ на изобретение №2178365, кл. В60R 21/20, 1997 [5].

Недостатками известных блоков является предельное усложнение конструкции, раздувание габаритов салона, низкая технологичность, снижение эстетических характеристик и комфортности салона.

Кроме того, известны блоки пассивной безопасности пользователей транспортным средством, содержащие размещаемые в наиболее травмоопасных при ДТП зонах салона надувные подушки безопасности /пневмоподушки/, в частности: фронтальные, боковые, верхние, шторки и т.п., сообщаемые с источником сжатого газа, связанным с датчиком столкновения через пиротехническое устройство с газообразующим составом и воспламеняющимся электрозапалом, и выполненные из синтетической ткани с возможностью выскакивания при взрыве из раскрываемого полиуретанового чехла /см., например, патент США №3733088, кл. 280-150, опубл. 1976 [6]; патент США №3861710, кл. 280-150, опубл. 1978 [7]; a.c. CCCР №94871, кл. B60R 21/08, 1980 [8]; надувные подушки безопасности [1]; Иванов А.M. и др. Основы конструкций современного автомобиля. Учебник для втузов. Из-во "За рулем", 2012, стр. 304 [9]/.

Недостатками известных блоков безопасности является предельная сложность конструкций, раздувание габаритов, непредсказуемость поведения пиротехнических устройств, возможность только однократного применения /см. [I], стр. 10/, значительная вероятность получения серьезных травм при взрывном раскрывании подушек /см. [I], стр. 8/, возможность демонтажа злоумышленниками /см. [8], стр. 3/, огромное число отзываемых машин иностранных фирм из-за дефектов подушек безопасности, их самопроизвольного срабатывания с травмированием людей и провокацией аварийных ситуаций.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является блок безопасности пассажирского средства типа фронтальной надувной подушки, встроенный в спинку кресла, и представляющий собой выполненную с тыльной стороны спинки кресла напротив сидящего сзади пассажира полость функционального назначения со свободно размещенной в ней с наружнего открытого края надувной подушкой /пневмоподушкой/, релейно выходящей из полости навстречу пассажиру в момент совершения ДТП под действием на транспортное средство заданной по величине ударной перегрузки, для чего надувная подушка соединена с источником сжатого газа, связанным с датчиком столкновения через пиротехническое устройство /см. патент РФ на полезную модель №76299, кл. В60N 2/58, 2007 [10]/, и принятый за прототип.

Недостатками устройства-прототипа является предельная сложность конструкции и раздувание ее габаритов за счет использования специальных пиротехнических устройств, источников сжатого газа, датчиков и т.п., возможность только однократного применения, низкая безопасность из-за непредсказуемости поведения пиротехнических устройств, наличия газогенераторов и источников сжатого газа для взрывного срабатывания пневмоподушки, возможности получения серьезных травм при том же взрывном срабатывании пневмоподушки и из-за реализации пассивного метода гашения удара, возможность демонтажа пиротехнического устройства злоумышленниками.

Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простого и компактного блока безопасности, встроенного в кресло и исключающего необходимость применения для автоматического формирования защитных поверхностей размещаемых в салоне источников сжатого газа, газогенераторов, датчиков столкновений, непредсказуемых при эксплуатации пиротехнических устройств, обеспечивающего при этом повышенную эффективность достигаемой безопасности пассажиров при ДТП за счет активного динамического гашения удара и устранения возможности получения травм от cpaбатывающей при взрыве пневматической подушки или отклонения в функционировании пиротехнического устройства.

Технический результат - упрощение конструкции устройства, увеличение его компактности и комфортности, повышение эффективности обеспечения безопасности пассажиров при ДТП за счет принциального исключения пиротехнического процесса надувания пневмоподушек.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном блоке безопасности пассажиров транспортного средства типа фронтальной надувной подушки, встроенной в спинку кресла, включающий выполненную с тыльной стороны спинки кресла напротив сидящего сзади пассажира полость функционального назначения, и свободно размещаемую с наружнего открытого края полости мягкую эластичную защитную поверхность, релейно выходящую из полости навстречу пассажиру с прижатием последнего к креслу в момент совершения ДТП при действии на транспортное средство заданной по величине инерционной ударной перегрузки, особенность заключается в том, что полость в спинке кресла выполнена цилиндрической формы, защитная поверхность прикреплена своей внутренней плоскостью к наружному торцу винтовой цилиндрической пружины, свободно введенной в полость по своему внешнему диаметру в исходно заневоленном напряженно-сжатом состоянии и прикрепленной к дну последней внутренним торцом, при этом концентрично внутри пружины размещена цилиндрическая инерционная масса, имеющая возможность свободного упругого смещения в сторону дна полости в направлении движения транспортного средства за счет жесткого прикрепления массы в центре ее наружного торца к середине ортогональной вертикальной упругой планки-фиксатора заневоленного состояния пружины, свободно введенной своими концами сквозь витки пружины вблизи ее наружного торца в углубления в стенках полости с обеспечением возможности выхода планки-фиксатора из углублений и тела пружины с освобождением последней из заневоленного состояния при упругом смещении инерционной массы под действием заданной по величине ударной перегрузки в момент совершения ДТП.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображен: на фиг. 1 - встроенный в кресло блок безопасности в исходном состоянии до срабатывания при ДТП на виде сбоку с продольным разрезом спинки; на фиг. 2 - тот же блок безопасности после срабатывания при ДТП.

Блок безопасности пассажиров транспортного средства типа фронтальной надувной подушки, встроенной в спинку 1 кресла, установленного сиденьем 2 на основании 3, включает выполненную с тыльной стороны спинки 1 кресла напротив сидящего сзади пассажира /кресла установлены продольными рядами, заднее кресло и пассажиры на рисунках не показаны/ полость 4 функционального назначения, имеющую цилиндрическую форму. B полости 4 свободно с ее наружнего открытого края размещена мягкая эластичная защитная поверхность 5, релейно выходящая из полости навстречу сидящему сзади пассажиру с прижатием последнего к заднему креслу в момент совершения ДТП. при действии на транспортное средство заданной по величине инерционной ударной перегрузки. Если в известных устройствах /см., например, [6]÷[10]/ данная защитная поверхность 5 выполнена в виде подушки, надуваемой от специального источника сжатого газа с помощью взрыва пиротехнического устройства по сигналу датчика столкновениям, в момент совершения ДТП, то в предлагаемом устройстве защитная поверхность представляет собой исходно готовое к работе эластичное плоское тело, в качестве которого можно использовать или ту же уже надутую пневмоподушку /см. [6]÷[10]/, или круглый толстый лист /толщиной примерно 6÷8 см/ из специального вязко-упругого эластичного пористого материала, например, из газонаполненной пластмассы с сообщающимися порами, в обиходе называемой поролоном. Второй вариант гораздо эффективнее стандартной пневмоподушки, так как позволяет добиться того же эффекта динамического гашения, что и надувная подушка, но при гораздо меньшей толщине материала, и обеспечивая при этом более надежное прижатие пассажира к креслу. Тем более, что в настоящее время постоянно выпускаются принципиально новые материалы, обладающие многократно более высокими демпфирующими свойствами с различными наполнителями, пространственной внутренней структурой, в гибридном исполнении и т.п., то есть подбор данного материала - это отдельный вопрос, позволяющий многократно повышать эффективность обеспечения безопасности без изменения принципа работы предлагаемого устройства. При этом защитная поверхность 5 прикреплена своей внутренней плоскостью к наружнему торцу винтовой цилиндрической пружины 6, свободно введенной в полость 4 по своему внешнему диаметру в исходно заневоленном напряженно-сжатом состоянии и прикрепленной к дну полости 4 своим внутренним торцом. Крепление защитной поверхности 5 к наружнему торцу пружины 6 осуществлено приклеиванием с дополнительной фиксацией с помощью прочной прошивки. Крепление внутреннего торца пружины 6 к дну полости 4 осуществлено специальной кольцевой шайбой 7 с внешней боковой резьбой, причем крайний торцевой виток пружины 6 вводится через отверстие в шайбе 7 под нее, далее зажимается шайбой 7 и для надежности точечно приваривается в месте прохождения сквозь отверстие в шайбе 7. Концентрично внутри пружины 6 размещена цилиндрическая инерционная масса 8 из тяжелого материала, например из свинцового сплава, имеющая возможность свободного упругого смещения вдоль своей продольной оси в сторону дна полости 4, то есть в направлении движения транспортного средства. Для этого между внутренним торцом массы 8 и дном полости 4 оставлен необходимый осевой зазор 9. Именно упругое движение массы 8 вперед под действием сил инерции при ударе в момент совершения ДТП, а также исходное заневоливание пружины 6 в напряженно-сжатом состоянии осуществлено путем жесткого закрепления /точечного приваривания/ массы 8 в центре ее наружнего круглого торца к зоне 10 в середине длины ортогонально массе 8 вертикально установленной упругой планки-фиксатора 11, свободно введенной своими концами сквозь витки пружины 6 вблизи ее наружнего торца в прямоугольные углубления 12 в стенках полости 4. При этом планка-фиксатор 11 представляет собой плоскую прямую стальную пружину прямоугольного поперечного сечения, изгибная жесткость которой при действии силовой нагрузки в ее середине длины рассчитана из условия создания при упругом смещении инерционной массы 8 под действием на нее заданной по величине ударной инерционной нагрузки в момент совершения ДТП такого изгиба планки-фиксатора 11, который бы обеспечил выход концов данной планки из углублений 12 и тела пружины 6, и, соответственно, к освобождению пружины 6 из заневоленного сжатого состояния, ее рылейному выходу из полости 4 навстречу сидящему сзади пассажиру /см. фиг. 2/ с прижатием последнего к внутренней поверхности спинки расположенного сзади кресла. Заявитель произвел расчет как конструктивно-технологических параметров плоской стальной пружины 11, то есть планки-фиксатора: марка стали, рабочая длина, площадь поперечного сечения, так и глубины углублений 12 при заданных величинах массы 8 и инерционной ударной перегрузки при ДТП, на которую настроен датчик столкновений в известных устройствах [6]÷[10], дающий команду на взрыв пиротехнического устройства. Следует отметить, что в исходном состоянии устройства планка-фиксатор 11 легко удерживает пружину 6 /см. фиг. 1/ в исходном заневоленном напряженно-сжатом состоянии, так как в этом случае поперечные силы, действующие на планку 11 со стороны торца пружины 6, приложены вблизи мест упора концов пружины 6 /углублений 12/, и изгибающие моменты, действующие на планку 11, предельно малы. Здесь преобладают сдвиговые нагрузки, предел прочности для которых планки 11 и углублений 12 в теле спинки 1 огромны.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом /при указанном выше расчете и экспериментальном подборе параметров его основных элементов/.

При нормальных эксплуатационных режимах работы транспортного средства /торможений, ускорений и т.п./ расположение элементов блока безопасности соответствует показанному на фиг. 1, при этом пружина 6 полностью сжата, и защитная поверхность 5 утоплена в полость 4 заподлицо с поверхностью тыльной стороны спинки 1 переднего кресла, без создания препятствия посадке пассажира в расположенное сзади кресло, его движениям, а также пристегиванию в случае необходимости /см. далее/ ремнем безопасности. В момент совершения ДТП при мощном лобовом фронтальном ударе с достижением величиной инерционной ударной перегрузки вышеуказанного значения инерционная масса 8 упруго смещается вдоль своей продольной оси влево в направлении движения транспортного средства, планка-фиксатор 11 под действием в ее середине инерционной нагрузки изгибается /см. фиг. 2/ так, что ее свободные концы выходят из углублений 12 и далее из тела витой пружины 6, то есть из-за зон между ее витками с противоположных в радиальном направлении сторон пружины 6. После этого цилиндрическая пружина 6 релейно рывком расжимается, скачком выскакивает из полости 4 в спинке I и двигается вместе с защитной поверхностью 5 навстречу заднему пассажиру, который, в свою очередь, под действием инерционной перегрузки при ударном торможении движется навстречу данной поверхности, то есть вперед. В результате их ударного контакта, во-первых, осуществляется мощное динамическое гашение кинетической энергии пассажира при ударе, преобразование этой кинетической энергии в потенциальные энергии сжимающихся пружины 6 и упругой эластичной поверхности 5, а, во-вторых, - диссипация /рассеяние/ энергии удара в вязко-упругом пористом материале поролона 5 и в витках пружины 6. Далее в результате вышеуказанного контакта пассажир смещается упругим ударным механизмом 5, 6 назад и прижимается к внутренней поверхности спинки заднего кресла. При этом в зависимости от соотношения инерционных характеристик массы 8 пассажира, а также жесткостных характеристик пружины 6 и демпфирующих характеристик поверхности 5 фазы встречных инерционных смещений поверхности 5 и пассажира, то есть место их ударного контакта, сравнительно несложно определяется. Как показывают расчеты и эксперименты, оптимальным с точки зрения эффективности гашения удара является ударный контакт поверхности 5 с пассажиром в момент, когда пассажир уже смог "уйти" по инерции вперед от спинки своего кресла на 2-3 см. Естественно, что данная величина имеет разброс, что объясняется "плаванием" массы пассажиров в довольно широких пределах. Применение предлагаемого устройства особенно эффективно совместно с ремнем безопасности. Последние как раз эффективно действуют в начальной стадии удара, когда пассажир будет "уходить" по инерции вперед не свободно, как без ремней, а с "натягом". Дальнейшее подобное его движение с ремнями без предлагаемого устройства привело бы либо к разрушению замков ремней безопасности, либо к получению при прочных замках серьезных травм со стороны ремней безопасности. Предлагаемое устройство сразу же препятствует дальнейшему движению пристегнутого ремнями пассажира вперед. Более того, движение пассажира обратно /назад/ после его вышеуказанного смещения вперед на 2-3 см под действием предлагаемого устройства позволит оптимально погасить удар. Как широко известно, такой совместный механизм динамического гашения удара поочередной противофазной сменой направлений виброударных воздействий на тело и, соответственно, малых перемещений пассажира в противоположные стороны во первых является в принципе максимально эффективным для обеспечения безопасности из всех возможных вариантов, а во вторых - наименее опасным для пассажира с точки зрения возможности получения тяжелых травм. Конечно же одновременное применение ремней безопасности и, соответственно, инерционное смещение пассажира вперед в момент совершения ДТП, внатяг несколько изменяет инерционные характеристики смещения пассажира, фазу этого смещения и, соответственно, место и время его ударного контакта с поверхностью 5. Однако вышеуказанное смещение сравнительно просто определяется и корректируется.

Предлагаемое устройство характеризуется предельной простотой конструкции и компактностью, позволяет резко повысить эффективность обеспечения безопасности пассажиров при мощных лобовых фронтальных ударах в момент совершения ДТП. Устройство позволяет погасить кинетическую энергию удара последовательностью встречных динамических ударов. При этом исключается необходимость применения сложных и опасных механических, гидравлических и пиротехнических силовых устройств, приводящих к заранее непредсказуемым последствиям, а также специальных пневматических подушек безопасности, опасных при срабатывании и приводящих в настоящее время к отзыву на доработку тысяч экземпляров серийных транспортных средств известных фирм из-за опасности получения серьезных и часто несовместимых с жизнью травм с созданием аварийных ситуаций. Устройство позволяет предельно расширить вариативность применения вышеуказанных блоков безопасности, возможности их использования. При этом создается возможность не зацикливаться именно на пневмоподушках, надуваемых в момент возникновения ДТП в результате взрыва. Здесь появляется возможность использования уже окончательно готовых к работе и встроенных в кресло защитных эластичных поверхностей. С одной стороны, здесь появляется возможность использования полученных в результате новых современных технологий материалов с предельно высоким поглощением энергии удара, многократно превосходящих в этом плане надувные подушки при минимальных габаритах. С другой стороны, исключается необходимость использования для практически мгновенного надувания подушек именно взрыва, чреватого опасностью, непрогнозируемыми последствиями как для пассажиров, так и для динамических характеристик, управляемости, устойчивости в пространстве /по курсу, в вертикальной плоскости с точки зрения опрокидывания и т.п./ движущегося с высокой скоростью транспортного средства. Неслучайно именно причиной нарушения функционирования и отказов пневмоподушек, рулевого управления и тормозной системы обусловлено подавляющее большинство /больше 90%/ отзывов автомобилей самых известных иностранных фирм на доработку.