Результат интеллектуальной деятельности: Блок активной безопасности пассажиров транспортного средства

Изобретение относится к области обеспечения безопасности пассажиров транспортных средств с случае дорожно-транспортных происшествий /ДТП/.

Известны системы пассивной безопасности пользователей транспортным средством, включающие применение сидений, оснащенных ремнями безопасности с запирающими устройствами, установленными на раме сиденья, а также со специальными натяжителями, установленными на боковине кузова, обеспечивающими возможность регулирования заданного тягового усилия /см., например, системы пассивной безопасности - Хундай Гетц http://www.xendai-getz.narod.ru/xhtml/x18html [1]; Организация и безопасность дорожного движения: Учебн. для вузов/ B.B. Коноплянко, - М.: Высш. шк., 2007, - стр. 132-135 [2]/.

Недостатками известных систем является низкая эффективность обеспечения пассивной безопасности 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 летальному исходу.

Известны также блоки пассивной безопасности, включающие средства для защиты пользователей транспортного средства при ДТП, выполненные либо в виде устройств для фиксации пользователя с помощью охватывающих его в зоне плеч и бедер поворотных дуг и упоров /см., например, патент РФ на изобретение №2236273, кл. A63G 7/00, 21/00, 2002 [3]/, либо в виде размещенных снаружи и внутри транспортного средства прочных надувных оболочек, образующих защитную капсулу в форме замкнутого каркаса, соединенных с автономными источниками газа и системой управления и снабженных предохранительными клапанами, амортизирующими полотнищами из гофрированной пружинной ленты /см., например, патент РФ на изобретение №2299820, кл. B60R 21/16, 2005 [4]; патент РФ на изобретение №2301160, кл. B60R 21/16, 21/233, 2006 [5]/, 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 №178365, кл. B60R 21/20, 1997 [6]/.

Недостатками известных блоков является предельное усложнение конструкции, раздувание габаритов салона, низкая технологичность, снижение эстетических характеристик и комфортности салона, сравнительно низкая эффективность вследствие реализации пассивных методов повышения безопасности.

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 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. 1978 [7]; патент США №3861710, кл. 280-150, опубл. 1978 [8]; а.с. СССР №948717, кл. B60R 21/08, 1980 [9]; надувные подушки безопасности [1]; [2]; Иванов A.M. и др. Основы конструкций современного автомобиля, Учебник для втузов. Из-во «За рулем», 2012, стр. 304 [10]/.

Недостатками известных блоков безопасности является предельная сложность конструкций, раздувание габаритов, непредсказуемость поведения пиротехнических устройств, возможность только однократного применения /см. [1], стр. 10/, значительная вероятность получения серьезных травм при взрывном раскрывании подушки /см. [1], стр. 8/, возможность демонтажа пиротехнического устройства злоумышленниками /см. [9], стр. 3/.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является блок безопасности пассажиров транспортного 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 наружного 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. B60M 2/58, 2007 [11]/, и принятый за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются предельная сложность конструкции, раздувание габаритов за счет использования пиротехнических устройств, специальных датчиков ускорения, источников сжатого газа и т.п., возможность только однократного применения, низкая безопасность из-за наличия непредсказуемых по поведению пиротехнических устройств, источников сжатого газа и газогенераторов, возможности получения серьезных травм при взрывном срабатывании пневмоподушек, низкая эффективность вследствие реализации пассивного метода гашения удара и необходимости некоторого времени для надувания подушки безопасности, возможность демонтажа пиротехнического устройства злоумышленниками.

Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простого и компактного блока активной безопасности, встроенного в спинку кресла и исключающего необходимость применения для автоматического формирования защитных поверхностей размещаемых в салоне источников сжатого газа, газогенераторов, датчиков столкновения и непредсказуемых при эксплуатации пиротехнических устройств, обеспечивающего при этом повышенную эффективность достигаемой безопасности пассажиров при ДТП за счет активного гашения динамического удара, устранения возможности получения травм от срабатывающей при взрыве пневмоподушки или отклонения в функционировании пиротехнического устройства, а также исключения необходимого времени для надувания пневмоподушки.

Технический результат - упрощение конструкции устройства, увеличение его компактности и комфортности, повышение эффективности обеспечения безопасности пассажиров при ДТП за счет реализации эффекта активного динамического гашения удара и принципиального исключения взрывных пиротехнических процессов надувания пневмоподушек.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном блоке активной безопасности пассажиров транспортного средства типа фронтальной надувной подушки, встроенном в спинку кресла, включающем выполненную с тыльной стороны спинки кресла напротив сидящего сзади пассажира открытую полость функционального назначения и свободно размещаемую в полости мягкую эластичную защитную поверхность, релейно выходящую из открытого края полости навстречу пассажиру с прижатием последнего и его силовой фиксацией во время совершения ДТП при действии заданной по величине инерционной ударной перегрузки, особенность заключается в том, что полость выполнена с прямоугольной формой сечения, внутри нее со стороны открытого края свободно и вертикально размещена жесткая прямоугольная рамка круглого поперечного сечения с расположением боковых сторон вблизи соответствующих краев полости, при этом рамка установлена плотно с возможностью силового проворота в плоском шарнире с цилиндрическими опорами трения скольжения, выполненными в виде горизонтально закрепленной концами на боковых стенках полости в ее нижней части оси, охваченной двумя соосно установленными на рамке распорными втулками, верхняя и нижняя горизонтальные стороны рамки расположены по высоте примерно на серединах расстояний между осью шарнира и, соответственно, верхним и нижним краями полости, защитная поверхность с помощью разметенного на своей задней стороне и подпружиненного с регулируемым усилием плоского шарнира свободно с радиальным зазором надета на верхнюю сторону рамки, на нижнюю сторону которой аналогичным образом надета инерционная масса в форме прямоугольной призмы, причем, защитная поверхность и инерционная масса свободно введены в полость с примыканием своих торцевых сторон к ее близко расположенным краям и с размещением наружных поверхностей заподлицо с тыльной поверхностью спинки кресла, а возможность силового проворота рамки в плоском шарнире под действием инерционной массы с преодолением момента предельной силы трения скольжения со статическим коэффициентом трения обеспечена именно при действии вышеуказанной, заданной по величине ударной перегрузки во время совершения ДТП.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображены: на фиг. 1 - встроенный в кресло блок безопасности в исходном состоянии до срабатывания при ДТП на виде сбоку с продольным разрезом спинки кресла; на фиг. 2 - тот же блок безопасности после срабатывания при ДТП /сплошными линиями - в момент контакта с пассажиром, пунктирными - защитная поверхность в момент полного выхода из полости спинки/; на фиг. 3 - вид A на фиг. 1.

Блок активной безопасности пассажиров транспортного средства типа фронтальной надувной подушки, встроенный 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/ открытую полость 4 функционального назначения, имеющую прямоугольную форму сечения. В полости 4 свободно размещена гибкая эластичная защитная поверхность 5, релейно выходящая из открытого края полости 4 навстречу пассажиру с прижатием последнего к спинке заднего кресла и его силовой фиксацией во время совершения ДТП при действии заданной по величине инерционной ударной перегрузки. Если в известных устройствах /см., например, [7]÷[11]/ данная защитная поверхность 5 выполнена в виде пневмоподушки, надуваемой от специального источника сжатого газа с помощью взрывного пиротехнического устройства по сигналу датчика столкновения в момент совершения ДТП, то в предлагаемом устройстве защитная поверхность 5 представляет собой исходно готовое к работе мягкое эластичное плоское тело, в качестве которого можно использовать или ту же уже надутую пневмоподушку, либо прямоугольный толстый лист /толщиной примерно 6-8 см/ из специального вязкоупругого эластичного пористого материала, например из газонаполненной пластмассы с сообщающимися порами, в обиходе называемой поролоном. Второй вариант гораздо эффективнее стандартной пневмоподушки, так как позволяет добиться той же эффективности динамического гашения удара при меньшей толщине материала, обеспечивая при этом надежное прижатие пассажира. 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.д., то есть подбор материала - это отдельный вопрос, позволяющий многократно повышать эффективность обеспечения безопасности без изменения принципа работы предлагаемого устройства. В предлагаемом устройстве весь механизм автоматического привода защитной поверхности 5 с помощью инерционных сил, возникающих вследствие того же удара в результате ДТП, то есть автономного привода, выполнен поворотным. Для этого внутри полости 4 со стороны ее открытого края свободно и вертикально размещена жесткая прямоугольная рамка 6 круглого поперечного сечения о расположением боковых сторон вблизи соответствующих краев полости 4, при этом рамка 6 установлена плотно с возможностью силового проворота в плоском шарнире с цилиндрическими опорами трения скольжения, выполненном в виде горизонтально закрепленной концами на боковых стенках полости 4 в нижней ее части оси 7, охваченной двумя соосно установленными на рамке 6 с жестким креплением к ней внутренними торцами и плотным контактом с боковыми стенками полости 4 наружными торцами распорными втулками 8. Верхняя и нижняя горизонтальные стороны рамки расположены по высоте примерно на середине расстояний между осью шарнира 7, 8 и соответственно верхним и нижним краями полости 4. Такое симметричное расположение защитной поверхности 5 и инерционной массы /см. далее/ относительно верхней и нижней сторон рамки 6 препятствует возникновению паразитных крутящих моментов инерционных сил вокруг данных сторон, приводящих к потере энергии инерционного привода и снижающих эффективность гашения удара. Эластичная защитная поверхность 5 /например, слой поролона/, укреплена на жесткой подложке 9 на своей задней стороне, снабженной втулкой 10, свободно с радиальным зазором надетой на верхнюю горизонтальную сторону рамки 6 с образованием плоского цилиндрического шарнира, подпружиненного витой цилиндрической пружиной 11 с регулируемым усилием, прикрепленной одним из концов к рамке 6, а другим к втулке 10. Снабжение шарнира пружиной 11 обеспечивает, с одной стороны, самопроизвольный разворот защитной поверхности 5 на заданный угол с плоскостью рамки 6 после выхода поверхности 5 наружу полости 4 /см. пунктиром на Фиг. 2/, оптимальный для ударного контакта поверхности 5 с пассажиром, а с другой стороны - повышенную эффективность гашения удара при данном контакте за счет обеспечения возможности дополнительного упругого проворота поверхности 5 при ударе вокруг оси шарнира, то есть вокруг верхней горизонтальной стороны рамки 6. На нижнюю сторону рамки 6 аналогичным образом с помощью сквозного отверстия свободно с радиальным зазором надета инерционная масса 12 в форме прямоугольной призмы, выполненная из тяжелого материала, например свинца. Пружина в шарнире /на рисунках не показана/ позволяет исключить нежелательный дребезг инерционной массы под действием линейных перегрузок за счет ее технологических отклонений от симметрии относительно оси шарнира, а также наличия вышеуказанного радиального зазора в шарнире, необходимого для предотвращения возможного заклинивания при поступательном движении массы 12 внутри полости 4. Защитная поверхность 5 и масса 12, имеющие прямоугольные поперечные сечения, свободно введены в полость 4, соответственно в ее верхней и нижней частях с примыканием своих торцевых сторон к близрасположенным краям полости 4, выполняющей при этом функции направляющей для поступательного движения данных тел /до выхода поверхности 5 за пределы полости 4, см. пунктиром на фиг. 2/, что резко повышает надежность функционирования устройства непосредственно в момент ударного воздействия при ДТП. При этом опасность заклинивания элементов 5 и 12 в полости 4 в зоне их поступательного движения исключена за счет малости поступательного перемещения массы 12, сравнительно малой толщины поверхности 5 и наличия зазоров между контактирующими поверхностями элементов 5 и 12 и полости 4, а главное - возможности некоторых вертикальных смещений элементов 5 и 12 в плоских шарнирах за счет свободного с зазором охвата ими верхней и нижней сторон рамки 6. Наружные поверхности элементов 5 и 12 /справа на фиг. 1/ размещены в исходном состоянии устройства заподлицо с тыльной поверхностью спинки 1 кресла. Параметры плоского цилиндрического шарнира, состоящего из втулок 6, плотно надетых на ось 7 и прижатых наружными торцами к боковым стенкам полости 4, подобраны таким образом, что суммарный момент предельной силы трения скольжения в вышеуказанных контактирующих поверхностях со статическим коэффициентом трения /то есть момент трения покоя // см., например, С.М. Тарг. Краткий курс теоретической механики, издание девятое, М.: Наука, 1974, стр. 95-96 [12]/ позволяет осуществить релейный силовой проворот рамки 6 в плоском шарнире 7, 8 под действием инерционной массы 12 именно при заданной величине ударной перегрузки во время совершения ДТП, на которую настроен датчик столкновений в известных устройствах [7]÷[11], дающий команду на взрыв пиротехнического устройства.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

При нормальных эксплуатационных режимах работы транспортного средства расположение элементов блока безопасности соответствует показанному на фиг. 1, инерционные перегрузки при ускорениях и торможениях транспортного средства малы, силовой проворот рамки 6 в плоском шарнире 7, 8 невозможен, элементы 5 и 12 утоплены в полость 4 и их наружные поверхности расположены заподлицо с тыльной поверхностью спинки 1 кресла. В момент совершения ДТП при мощном лобовом фронтальном столкновении при достижении величиной ударной инерционной перегрузки вышеуказанного заданного значения инерционная масса 12 смещается вперед, то есть влево на рисунках, параметры ее и плоского шарнира 7, 8 подобраны так, что вращающий момент инерционных сил массы 12 превосходит в это время момент предельной силы трения скольжения /силы трения покоя/ в шарнире, что приведет к силовому релейному провороту рамки 6 по часовой стрелке в сторону заднего пассажира. При этом сразу же после начала проворота /см. [12]/ момент трения скольжения в шарнире 7, 8 скачкообразно уменьшается /сила трения движения с динамическим коэффициентом трения/. В результате удара при ДТП защитная поверхность 5 резко набирает скорость поступательного движения /до выхода поверхности 5 из направляющей полости 4, см. пунктиром на фиг. 2/, деформируя пружину 11. После выхода поверхности 5 за пределы полости 4 /сплошными линиями на фиг. 2/ под действием освобождаемой раскручиваемой пружины 11 поверхность 5 изменяет угловое положение относительно рамки 6, делая его оптимальным для ударного контакта с пассажиром. При ударном взаимодействии защитной поверхности 5 и движущегося ей навстречу по инерции пассажира, сидящего сзади, последний прижимается к спинке своего кресла, поверхность 5 и рамка 6 при этом останавливаются, трение скольжения в шарнире 7, 8 опять скачком возрастает, а так как амплитуда ударного ускорения за время поворота рамки 6 до контакта уже частично уменьшилась, то такое возрастание трения обуславливает полное торможение рамки 6 и силовую фиксацию поверхностью 5 пассажира в прижатом к креслу состоянии. В предлагаемом устройстве реализован классический эффект динамического гашения инерционного движения пассажира при экстренном ударном торможении в момент совершения ДТП встречным противофазным движением эластичной упругой поверхности 5. Причем эффективность гашения резко увеличивается за счет возможности одновременного осуществления как поперечных деформаций поверхности 5 /пористая эластичная структура поролона/, так и крутильных деформаций за счет упругого крепления поверхности 5 в плоском шарнире. Такое динамическое гашение обуславливает эффект преобразования кинетической энергии удара в потенциальную энергию сжатия поверхности 5 и деформацию витой пружины 11, а также диссипации /рассеяния/ энергии в вязкоупругом материале данных элементов. Особо следует подчеркнуть, что в данной конструкции за счет использования массы 12, движущейся по инерции синхронно с пассажиром и обуславливающей противофазное пассажиру встречное движение защитной поверхности 5, эффект динамического гашения осуществляется за счет тех же самых сил инерции торможения при ДТП, последствия действия которых и предотвращаются.

Вышеуказанный эффект динамического гашения позволяет предельно упростить устройство, увеличить его компактность и комфортность, повысить эффективность обеспечения безопасности пассажиров за счет реализации активного метода при одновременном расширении функциональных возможностей и степени автономности устройства. Именно вышеуказанные особенности позволяют исключить непрогнозируемые в поведении при эксплуатации пиротехнические устройства, источники сжатого газа и газогенераторы, предельно опасные при взрывном срабатывании пневмоподушки, являющиеся наряду с органами рулевого управления и системой торможения причиной подавляющего большинства /около 90%/ отказов транспортных средств и их возвращения на доработку. Устройство позволяет предельно расширить вариативность применения вышеуказанных блоков безопасности, возможности их использования. При этом отпадает необходимость зацикливаться именно на пневмоподушках, надуваемых в момент совершения ДТП, появляется возможность использования уже окончательно готовых к работе и встроенных в кресло защитных элементов. С одной стороны, здесь появляется /см. выше/ возможность использования новых современных материалов и технологий для выполнения эластичных защитных поверхностей с более высокими гасящими и демпфирующими характеристиками, а с другой - исключается сама необходимость использования для практически мгновенного надувания подушек именно взрыва, представляющего огромную опасность как для пассажиров, так и с точки зрения потери управляемости автомобилем, его курсовой устойчивости.