汽车惯性、离心力能量消减安全座椅 本发明涉及汽车的防惯性及离心力领域，特别是一种汽车惯性、离心力能量消减安全座椅。
汽车在高速行驶中，一旦出现急刹车或撞车事件时，强大的惯性能量很容易将人向前甩出，造成巨大的安全危害。对此，人们发明了安全带和安全气囊。安全带的作用在于在急刹车或撞车的瞬间将人体限位在座椅上，但缺点在于有时头部仍然会高速向前冲出与驾驶室内的某部分相撞；安全气囊的作用在于在撞车的瞬间气囊膨胀，给人体头部以足够的缓冲，并迅速地使气囊泄气，以避免人体窒息。但问题恰恰就在于瞬间泄气的相关结构上，国外已有数例因使用安全气囊造成窒息死亡的事件，而且主要集中在中老年人身上，这反映出中老年人的无氧运动能力较差，安全气囊对此有一定的技术局限性。同时，应该值得注意的是目前市场上安全气囊的售价很高，动辄上万圆，而安全气囊所解决的问题主要仅在于缓冲撞车瞬间人体头部的前撞，这与目前市场上消费者要求国产汽车大幅降价的大趋势构成一组矛盾。如果我们能从另外的角度结构简单、成本低廉的解决“撞车瞬间人体头部的前撞”问题，即想办法将惯性能量消减掉，那麽，其一，可作为低档次汽车替代安全气囊的防惯性安全装置，其二，对于高档汽车而言，既安装安全气囊，又安装本防惯性安全装置，这无亦于给高档汽车装上了双保险，其保卫人体安全的意义是非常巨大的。
同时，一般汽车在转弯时，我们都曾体会到那种明显的离心力作用，即人体沿转弯方向的外侧倾倒，需要费很大力量坚持才能使身体姿势保持住，这也反映出汽车转弯时离心力的危害。对此，中国专利《一种能自动提供向心加速度的汽车座椅》(专利申请号96229859)中这样认为“本实用新型公开了一种能自动提供向心加速度的汽车座椅，它包括座椅的座垫、靠背及可使座椅前后移动地滑轨等，其特征在于：在座椅的座垫下方，安装了两根并排的弧形导轨，使座椅在汽车拐弯时，受离心力作用，会沿弧形导轨滑动，从而为乘坐者自动提供一个合适的向心加速度。整个座椅经四个支承导轮与弧形导轨相连，其接触面呈V字形。弧形导轨两端装有自动安全扣。本实用新型主要适用于交通车辆，特别是小汽车。使其乘坐更舒适。”该发明的缺点在于，弧形导轨一旦安装后，座椅所可能滑动的方向就已经确定了，即座椅只能按照既定的方向产生位移，而不论汽车正在作何种方向的运动，也就是说，它所解决的只能是惯性能量或离心力能量其中的一种，而不具备广泛的通用性。
本发明的目的在于研制一种将影响汽车急刹车或撞车时造成巨大危害的惯性能量予以自动消减的安全座椅，它同时还应该能够将汽车转弯时的离心力能量自动消减，该装置与安全带配合使用时，可替代安全气囊的保护作用，从而有效保护成员的人身安全。
本发明的目的是这样实现的。本发明包括普通汽车座椅的各项基本结构，如座椅的座垫、靠背、可使座椅前后移动的滑轨、控制座椅沿滑轨滑动的控制装置以及调整椅背倾斜角度的装置等，其特征在于：将普通座椅座垫下、滑轨上的部分分成可活动连接的两部分，即椅座板和椅座体，椅座板与靠背间作可倾斜角度的活动连接，椅座体与滑轨间作可控制的滑动连接，椅座板的下端刚性固定有半球体，半球体的球面上镶嵌安装有多组万向轮，各组万向轮在半球体球面上作对称平均分布，所述的椅座体是内部为半球状凹槽的刚性体，半球体通过万向轮在其下端的半球状凹槽内沿半球状凹槽壁的各个方向可以绕弧滑动，椅座板与椅座体之间通过多组连接装置加以连接固定，所述的连接装置由万向节、活塞和活塞杆等相互连接组成，每组连接装置上活塞及活塞杆的两端各有一个万向节，再通过两万向节各自的另一端使该组连接装置与椅座板和椅座体作刚性连接固定。
实施上述方式后，汽车在转弯时，椅座板和人体同步沿离心力的方向顺半球状凹槽自动向上绕弧滑动，从而为乘坐者自动提供一个合适的向心加速度，将离心力化去；汽车在急刹车时，椅座板和人体同步沿惯性力的方向顺半球状凹槽自动向上绕弧滑动，通过向心加速度的自动提供以及活塞内弹簧的变形后的拉力，将离心力化去。
作为本发明的一种改进，所述的连接装置共有三组，在其虚拟的延长线上各组连接装置之间的夹角相等。这样，既节省材料，又可使椅座板与椅座体之间的活动连接保持平衡。
作为本发明的一种改进，所述的万向轮为无轴滚珠万向轮。这样，可取得更好的滚动效果。
作为本发明的一种改进，所述的椅座板的下端其截面显示为形状，这样，可以使椅座板相对于椅座体可以有较大范围的移动。
作为本发明的一种改进，所述的半球体内部中空，或是以较廉价轻型材料，如充气胎体结构等填充中空空间，这样，既节省材料、降低成本，又可使座椅的重量大为降低。
作为本发明的一种改进，所述的活塞为减震活塞。通过控制减震活塞的减震效果，从而可以使椅座板相对于椅座体的运动更为圆滑、减轻噪音。
下面结合附图对本发明作进一步详细地说明。
附图1是本发明的外观图，万向轮采用普通形式。
附图2是本发明的外观图，万向轮是无轴滚珠万向轮。
在以上各幅图中，(1)是座垫，(2)是靠背，(3)是椅座板，(4)是椅座体，(5)是半球体，(6)是万向轮，(7)是无轴滚珠万向轮上的滚珠，(8)是半球状凹槽，(9)是连接装置，(10)、(11)是万向节，(12)是活塞，(13)是活塞杆。
如附图1和附图2所见，本发明实际上是将普通汽车座椅座垫(1)下、滑轨上的部分分成可活动连接的两部分，即椅座板(3)和椅座体(4)，至于普通汽车座椅的其它部分，如可使座椅前后移动的滑轨、控制座椅沿滑轨滑动的控制装置以及调整椅背倾斜角度的装置等，在两图中并没有画出，这主要是为图面简洁的缘故。从图中可看出，椅座板(3)的下端其截面显示形状为实际上椅座板(3)的下端其截面显示形状也可以为基本的长方形，但这样后，请注意，当椅座板(3)相对于椅座体(4)倾斜一定角度后，椅座体(4)的上边缘将限制椅座板(3)作进一步倾斜，也就是使椅座板(3)相对于椅座体(4)的倾斜范围受到很大限制，所以，作为最佳实施方式，采状的椅座板(3)的下端截面。从图中可看出，作为本发明将影响汽车急刹车或撞车时造成危害的惯性能量及将汽车转弯时的离心力能量予以自动消减的安全座椅的主体结构主要在于半球体(5)、万向轮(6)、半球状凹槽(8)所组成的结构设计，由于椅座板(3)的下端刚性固定有半球体(5)，半球体(5)的球面上安装有多组万向轮(6)，各组万向轮(6)在半球体(5)的球面上作对称平均分布，椅座体(4)是内部为半球状凹槽(8)的刚性体，半球体(5)通过万向轮(6)在其下端的半球状凹槽(8)内沿半球状凹槽壁的各个方向可以绕弧滑动，椅座板(3)与椅座体(4)之间通过多组连接装置(9)加以连接固定，这样，椅座板(3)相对于椅座体(4)之间形成一种利用万向轮(6)可以相对滑动的局面，滑动的范围处于半球状凹槽(8)的形状内，滑动可以在半球状凹槽(8)内根据惯性及离心力能量方向的不同作与此适应的方向运动。发生急刹车、撞车或汽车转弯时，由于人体已经用安全带束缚在靠背(2)上，而椅座板(3)与靠背(2)间作可倾斜角度的活动连接，椅座体(4)与滑轨间作可控制的滑动连接，这样，椅座体(4)相对于滑轨的滑动受到控制时，在惯性能量及离心力能量的作用下，椅座体(4)、滑轨及汽车车厢地面相当于构成一个不可移动的整体，而椅座板(3)与靠背(2)间所构成的组合体将相对于被固定的椅座体(4)作适应惯性及离心力能量方向的运动，这时，半球状凹槽(8)发挥规范运动方向的作用，从而自动产生一个与此运动方向相适应的合适的向心加速度，从而进一步发挥消减惯性及离心力能量的作用。
在附图1和附图2中，我们还可以看出，椅座板(3)与椅座体(4)之间是通过多组连接装置(9)加以连接固定，每一组连接装置(9)由万向节(10)、(11)、活塞(12)和活塞杆(13)相互连接等组成，每组连接装置(9)上活塞(12)及活塞杆(13)的两端各有一个万向节(10)、(11)，再通过两万向节(10)、(11)各自的另一端使该组连接装置(9)与椅座板(3)与椅座体(4)作刚性连接固定，连接装置(9)共有三组，在其虚拟的延长线上各组连接装置之间的夹角相等。之所以要采用两万向节(10)、(11)，主要是因为由于半球状凹槽(8)发挥着规范运动方向的作用，这样实际上椅座板(3)相对于椅座体(4)的运动属于三维立体运动，这种三维运动发生时，某一组或两组的连接装置(9)上的活塞杆(13)相对于活塞(12)作拉伸运动，而另外两组或一组的连接装置(9)上的活塞杆(13)将可能相对于活塞(12)作收缩运动，这一方面体现着这种运动的特色，另一方面，由于活塞杆(13)相对于活塞(12)的拉伸或收缩运动可能并不是那麽圆滑，可能还会有或大或小的噪音，因此，活塞(12)在这里被采用为减震活塞，一般减震活塞所采用的原理为利用活塞内油液从油孔中高速喷射来予以缓冲减震，这样，有可能由于油孔口径过小，造成活塞杆(13)相对于活塞(12)的拉伸或收缩运动速度过慢，从而影响到本发明消减惯性及离心力能量的作用，因此，该减震活塞(12)中的油孔可以做的稍大一些，以便在不影响消减能力的基础上发挥使椅座板相对于椅座体的运动更为圆滑、减轻噪音的功效。
在本发明中，椅座板(3)相对于椅座体(4)的运动幅度，一方面受到活塞杆(13)相对于活塞(12)的拉伸或收缩最大幅度的限制，另一方面还可以受到椅座板(3)相对于椅座体(4)本身在纵向上最大相对位移的影响，通过调节这两项参数，就可以控制椅座板(3)相对于椅座体(4)的最大运动幅度。采用以上的结构设计后，坐在座椅上，即便并没有急刹车、撞车及转弯情况的发生，座椅本身就可以有一定的倾斜角度，这样有可能人们会发现该座椅坐不正，其实不必担心，由于汽车急刹车、撞车及转弯时的惯性或离心力能量一般比人体的重量要大很多，通过控制减震活塞(12)内弹簧的弹性参数及油孔的大小，我们完全可以保证平时座椅或者不易倾斜、或者允许有小幅度的倾斜，即倾斜角度不会达到最大值，而只有惯性或离心力的巨大能量才可以将座椅的倾斜角度达到最大。
在本发明中，如果半球体(5)内部不是中空，即半球体(5)为实心体，那麽，优点是使座椅的重心偏低，但缺点是座椅太沉而且万向轮(6)不好安装，这与目前汽车追求轻型的趋势不符，因此，我们采用半球体(5)内部中空或是以较廉价轻型材料，如充气胎体结构等填充中空空间的办法以便减轻重量，同时还需要注意，通过控制中空空间的体积，我们就可以在控制座椅的重心和座椅的重量间寻找到一个平衡点。
我们注意到，附图1和附图2的区别在于是采用普通的万向轮(6)还是采用内部分布有滚珠(7)的无轴滚珠万向轮(6)，作为最佳实施方式，万向轮(6)是无轴滚珠万向轮，并且最好无轴滚珠万向轮采用网状形多圈多珠布珠结构，这样，既获得了很好的滚动效果，而且避免了滚珠(7)受力死角的问题，还使本发明的制造较为便宜。
在本发明中，滑轨的作用与现有技术基本相似，主要在于在撞车的瞬间使座椅迅速回退，回退到一定范围后，本发明开始进一步发挥消减惯性的作用。