Xây dựng mô hình tính toán hệ thống đai an toàn cho người lái xe

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu Những nội dung trình bày luận văn thực với hướng dẫn khoa học PGS.TS Phạm Hữu Nam giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nội dung luận văn hoàn toàn phù hợp với Đề tài đăng ký phê duyệt Hiệu trưởng Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết luận văn trung thực Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2013 Tác giả luận văn Trƣơng Đình Điệp MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG CHUNG TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Chương I: TỔNG QUAN 10 1.1 Tính an toàn 10 1.1.1 An toàn chủ động 12 1.1.2 An toàn thụ động 17 1.2 Đặc điểm tổn thương người lái hành khách 24 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 26 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nước 26 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 27 1.4 Đặt vấn đề nghiên cứu 27 Chương II ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG ĐAI AN TOÀN 29 2.1 Phân loại 30 2.1.1 Phân loại theo vị trí lắp ghép 30 2.1.2 Phân loại theo điều khiển 32 2.2 Các cụm chi tiết hệ thống đai an toàn điểm 32 2.2.1 Dây đai an toàn 32 2.2.2 Cơ cấu căng đai 34 2.2.3 Cơ cấu khóa đai 37 2.2.4 Bộ phận tạo khí 40 2.2.5 Cơ cấu hạn chế lực 41 Chương III XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐAI AN TOÀN CHO NGƯỜI LÁI 44 3.1 Mục đích 44 3.2 Phân tích mô hình vật lý 44 3.3 Đặc điểm làm việc 45 3.4 Chọn mô hình tính toán 45 3.5 Thông số đầu vào mô 47 3.6 Giới thiệu công cụ Simulink 48 3.6.1 Đặc điểm Simulink 48 3.6.2 Cấu trúc sơ đồ Simulink 49 3.6.3 Trình tự thực trình mô 49 3.7 Xây dựng chương trình mô 52 3.7.1 Khối mô gia tốc khi đâm va 52 3.7.2 Khối mô lực dây đai tác động lên lồng ngực 52 3.7.3 Khối mô lực đàn hồi lồng ngực 53 3.7.4 Khối mô lực giảm chấn 53 3.7.5 Khối mô tính x1 54 3.7.6 Khối mô tính x2 54 3.7.7 Khối mô tính x3 55 3.7.8 Khối mô tính xv 55 3.7.9 Khối mô chuyển vị bị nén lồng ngực 56 3.7.10 Khối mô chuyển vị tốc độ nén 56 3.7.11 Khối mô chuyển vị biến dạng tuyệt đối lồng ngực 57 3.7.12 Khối mô chuyển vị hệ số cản nhớt 57 Chương IV PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 59 4.1 Khảo sát đặc tính đâm va 59 4.1.1 Đồ thị gia tốc đâm va 59 4.1.2 Đồ thị lực dây đai 60 4.1.3 Đồ thị chuyển vị tốc độ nén lồng ngực 61 4.1.4 Đồ thị chuyển vị biến dạng tuyệt đối lồng ngực: 61 4.15 Đồ thị chuyển vị hệ số cản nhớt 62 4.16 Đồ thị chuyển vị bị nén lồng ngực 63 4.2 Kết luận chương 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 68 CÁC KÝ HIỆU DÙNG CHUNG TRONG LUẬN VĂN TT Ký hiệu Đơn vị m1 kg Tên gọi Khối lượng cấu trúc xương sườn khung xương ngực m2 kg Khối lượng thể liên quan đến lồng ngực liên kết qua cột sống k11 N/m Độ cứng lồng ngực lớn k12 N/m Độ cứng lồng ngực nhỏ δ0 m c11 N.s/m Hệ số ngực phục hồi c12 N.s/m Hệ số ngực bị nén k2 N/m c2 N.s/m 10 k N/m Hệ số độ cứng hạn chế 11 v0 km/h Vận tốc đâm va 12 k3 kg Biến dạng ban đầu lồng ngực Độ cứng lò xo, giảm chấn ghế người Hệ số giảm chấn Khối lượng quán tính DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Diễn giải Thông số giới hạn tổn thương lĩnh vực dây đai an toàn cho người Trang 26 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Diễn giải Hình Trang 1.1 Hệ thống ‘‘ ôtô-người lái-môi trường’’ 11 1.2 Các thành phần tính an toàn vận hành 11 1.3 An toàn chủ động ôtô 13 1.4 Bố trí ghế ngồi cho người xe 16 1.5 Sự phân chia vùng quan sát người lái 17 1.6 Xác suất va chạm theo hướng 18 1.7 Biểu đồ xác suất va chạm theo hướng 18 1.8 An toàn thụ động vấn đề bảo vệ người 21 1.9 Xác suất gây thương tích va chạm trước 22 1.10 Giải pháp kết cấu bố trí nội thất 23 1.11 Giải pháp đai an toàn túi khí bảo vệ 24 1.12 Hệ thống đai an toàn túi khí 25 1.13 Chấn thương vùng bụng ngực dây đai an toàn gây 25 sau đâm xe 2.1 Xe sẩy đâm va từ phía trước 29 2.2 Hệ thống đai an toàn hai điểm 30 2.3 Hệ thống đai an toàn điểm 31 2.4 Hệ thống đai an toàn 4,5 sáu điểm 31 2.5 Kết cấu hệ thống đai an toàn điểm 31 2.6 Dây đai an toàn vải 29 2.7 Dây đai an toàn túi khí 33 2.8 Kết cấy điều khiển 34 2.9 Cơ cấu căng dây đai khí 35 2.10 Sơ đồ cấu căng đai điện 36 2.11 Sơ đồ cảm biến phái trước 36 2.12 Kết cấu cấu căng đai điêu khiển điện 37 2.13 Kiểu kích hoạt khóa đai theo chuyển động xe 38 2.14 Kiểu kích hoạt khóa đai theo chuyển động đai an toàn 38 2.15 Kích hoạt khóa điện đai điện 39 2.16 Bộ phận tạo khí loại E 40 2.17 Bộ phận tạo khí loại M 40 2.18 Cơ cấu hạn chế lực đĩa 41 2.19 Cơ cấu hạn chế lực xoắn 42 2.20 Cơ cấu hạn chế lực 42 3.1 Biểu diễn lực tác dụng lên người lái 44 3.2 Mô hình giảm chấn lò xo mô đặc tính đàn hồi phù hợp 46 phân tán ngực bị va đập 3.3 Các khối chức 50 3.4 Lập đường truyền kết nối hoàn chỉnh 50 3.5 Các khối chức sau kết nối hoàn chỉnh 50 3.6 Nhập thông số mô 51 3.7 Hiển thị kết mô 51 3.8 Mô gia tốc đâm va 52 3.9 Mô lực dây đai tác động lên lồng ngực 53 3.10 Mô lực đàn hồi lồng ngưc 53 3.11 Mô lực giảm chấn 54 3.12 Mô biến x1 54 3.13 Mô biến x2 55 3.14 Mô biến x3 55 3.15 Mô biến xv 56 3.16 Mô chuyển vị bị nén lồng ngực 56 3.17 Mô chuyển vị tốc độ nén 57 3.18 Mô biến dạng tuyệt đối lồng ngực 57 3.19 Mô chuyển vị hệ số cản nhớt 57 4.1 Biểu diễn biến đổi gia tốc đâm va 59 4.2 Biểu diễn biến đổi lực dây đai đâm va 60 4.3 Biểu diễn biến đổi tốc độ nén lồng ngục đâm va 61 4.4 Biểu diễn biến đổi biến dạng lồng ngực đâm va 62 4.5 Biểu diễn biến đổi hệ số cản nhớt đâm va 62 4.6 Biểu diễn biến đổi chuyển vị néncủa lồng ngực đâm va 63 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, sau 100 năm kể từ ngày đầu xuất ngành công nghiệp ô tô đạt nhiều thành tựu khoa học công nghệ, phát triển thành ngành công nghiệp quan trọng hàng đầu giới So với ô tô hệ cũ, ô tô ngày có công suất tốc độ ngày tăng, tiết kiệm nhiên liệu hơn, hơn, thân thiện với môi trường hơn, đặc biệt mức độ đảm bảo an toàn vận hành Để có điều đó, Kỹ sư ôtô ứng dụng nhiều thành tựu nghiên cứu khoa học vật liệu, công nghệ điện tử, điều khiển tự động… trình thiết kế chế tạo Trong số thành tựu đó, hệ thống đai an toàn ô tô ứng dụng công nghệ điều khiển tự động, điều khiển ECU trở nên hiệu việc nâng cao tính an toàn thụ động cho ôtô đâm va Hiện hệ thống đai an toàn trở thành tiêu chuẩn ôtô thị trường Một vấn đề mấu chốt việc thiết kế hệ thống dây đai an toàn kiểm soát hệ thống lực căng dây đai, xe bị đâm va, nhằm giảm chấn thương vùng ngực cho người lái Vì vậy, yêu cầu phải giải nhiều vấn đề lý thuyết thực nghiệm Trên sở đó, đề xuất đề tài “XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐAI AN TOÀN CHO NGƯỜI LÁI XE” để nghiên cứu vấn đề Việc nghiên cứu đai an toàn ôtô Việt Nam cần thiết , sở đánh giá độ an toàn thụ động cho loại ôtô nhập vào Việt Nam, đồng thời sở đánh giá loại ôtô cải tiến, lắp giáp, hoàn cải mục đích sử dụng an toàn cho người người lái hành khách xe chuyển động, góp phần đảm bảo an toàn giảm tỉ lệ tử vong xe bị đâm va Trong trình thực đề tài, nhận hướng dẫn tận tình thầy giáo, đặc biệt PGS TS Phạm Hữu Nam thầy giáo môn ôtô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Cùng với nỗ lực cố gắng thân hoàn thành luận văn Tuy nhiên kiến thức chuyên môn hạn chế, thời gian có hạn, nên tránh khỏi sai sót, mong nhận góp ý Thầy giáo để đề tài hoàn thiện Tôi xin trân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Hữu Nam, Viện đào tạo sau đại học trường ĐHBK Hà nội, thầy cô giáo môn bạn đồng nghiệp tận tình giúp đỡ Hà Nội, tháng năm 2013 Tác giả luận văn Trương Đình Điệp CHƢƠNG I: TỔNG QUAN Với đất nước đà phát triển mạnh mẽ nước Việt Nam giao thông yếu tố nắm vai trò chủ đạo Đối với phương tiện giao thông đường ôtô loại phương tiện hữu ích Ôtô mục đích phương tiện lại phương tiện vận chuyển lưu thông hàng hóa Vì năm Thế giới lại xuất xưởng thêm hàng triệu xe ôtô đủ chủng loại, kèm gia tăng nhanh bất cập, hạn chế loại xe Bên cạnh xe đại, đảm bảo quy định tiêu chuẩn kỹ thuật, tiêu chuẩn an toàn, bên cạnh xe không đảm bảo an toàn, xe tự tạo, xe cũ tái chế Để giảm thiểu tai nạn giao thông ôtô gây phải đảm bảo an toàn cho người phương tiện xe chuyển động Một thiết bị an toàn quan trọng xe hệ thống đai an toàn Hệ thống đai an toàn thiết kế để phòng ngừa giảm mức độ trầm trọng chấn thương, thiết bị phát triển từ lâu thông dụng xe Khi sử dụng dây an toàn, ngăn ngừa có hiệu tới 45% trường hợp đâm va nặng 67% hiệu ngăn ngừa tổn thương nghiêm trọng Tuy nhiên, xe bị đâm va, chấn thương gây dây đai an toàn vùng bụng, ngực cổ tạo vết tím bầm trầy nơi tiếp xúc dây đai an toàn với người lái Do phương pháp giảm chấn thương dây đai thông qua lực căng mô hình tính toán hệ thống đai an toàn cho người lái xe quan trọng, liên quan đến nhiều lĩnh vực: điều khiển tự động, khí, khí động học … Đây vấn đề an toàn cho người lái xe hành khách xe bị đâm va 1.1 Tính an toàn Tính an toàn chuyển động ôtô tổng hợp tính chất nhằm giảm xác suất phát sinh tai nạn giao thông (an toàn chủ động) giảm thiểu tổn thất vật chất người xảy tai nạn giao thông (an toàn bị động) An toàn chuyển động ôtô coi tính chất khai thác quan trọng ảnh hưởng tới đời sống sức khỏe người, tới chất lượng ôtô, hàng hóa chuyên chở, công trình giao thông v.v… 10 Hình 3.11 Mô lực giảm chấn 3.7.5 Khối mô tính x1 Khối mô Simulink x1 biểu diễn hình 3.12 xây dựng dựa phương trình vi phân tính x1 (3-1) Hình 3.12 Khối mô tính x1 3.7.6 Khối mô tính x2 Khối mô Simulink x2 biểu diễn hình 3.13 xây dựng dựa phương trình vi phân tính x2 (3-2) 54 Hình 3.13 Khối mô tính x2 3.7.7 Khối mô tính x3 Khối mô Simulink x3 biểu diễn hình 3.14 xây dựng dựa phương trình vi phân tính x2 (3-3) Hình 3.14 Khối mô tính x3 3.7.8 Khối mô tính xv Khối mô Simulink xv biểu diễn hình 3.15 xây dựng dựa phương trình vi phân ẍv =a(t) 55 Hình 3.15 Khối mô tính xv 3.7.9 Khối mô chuyển vị bị nén lồng ngực Khối mô Simulink chuyển vị bị nén lồng ngực biểu diễn hình 3.16 xây dựng dựa phương trình vi phân [ x2(t) – x1(t)] Hình 3.16 Khối mô chuyển vị bị nén lồng ngực 3.7.10 Khối mô chuyển vị tốc độ nén Khối mô Simulink chuyển vị tốc độ nén biểu diễn hình 3.17 xây dựng dựa phương trình vi phân [ẋ2(t) - ẋ1(t)] 56 Hình 3.17 Khối mô chuyển vị tốc độ nén 3.7.11 Khối mô chuyển vị biến dạng tuyệt đối lồng ngực Khối mô Simulink chuyển vị biến dạng tuyệt đối lồng ngực biểu diễn hình 3.18 xây dựng dựa phương trình vi phân [ x2(t)–xv(t)] Hình 3.18 Khối mô chuyển vị biến dạng tuyệt đối lồng ngực 3.5.12 Khối mô chuyển vị hệ số cản nhớt Khối mô Simulink chuyển vị hệ số cản nhớt biểu diễn hình 3.19 xây dựng dựa phương trình vi phân [ẋ2(t) - ẋ1(t)][x2(t) – x1 (t)] Hình 3.19 Khối mô chuyển vị hệ số cản nhớt Kết luận chƣơng Trong chương xây dựng quan hệ toán học, xây dựng phương trình vi phân Để giải phương trình xây dựng, sử dụng Matlab Simulink để mô thông số để tính gia tốc đâm va, lực dây 57 đai tác động lên lồng ngực, lực giảm chấn, chuyển vị bị nén lồng ngực, chuyển vị tốc độ nén, chuyển vị biến dạng tuyệt đối lồng ngực, chuyển vị hệ số cản nhớt để làm sở phân tích kết đồ thị chương sau 58 CHƢƠNG IV PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Mục đích tính toán tổn thương lồng ngực trình đâm va cho việc so sánh kết tính toán cụ thể hệ thống khảo sát Trong môi trường Matlab ta chạy file liệu: Thong_so_lv5.m chương trình mô có tên: Mo_hinh_lv5 chạy cho kết cần khảo sát là: gia tốc, lực dây đa, tốc độ nén lồng ngực, hệ số cản nhớt,…đồng thời vẽ biến đổi gia tốc, lực trình đâm va,… Các kết thu sở để phân tích, đánh giá tiêu, nhân tố ảnh hưởng đến gia tốc ôtô Điều kiện để chạy chương trình Simulink: thời gian khảo sát 0,1 giây, vận tốc ban đầu 25km/h 60km/h Sau thiết kế chương trình mô tổn thương lồng ngực, với thông số hệ thống khảo sát đưa vào chương trình chạy mô lấy kết để phân tích, đánh giá tiêu tổn thương lồng ngực Kết thu cho phép phân tích thông số động lực học gia tốc a(t), biến dạng nén, tốc độ nén, lực dây đai u(t)…ảnh hưởng đến lồng ngực lĩnh vực an toàn dây đai an toàn người lái 4.1 Khảo sát đặc tính đâm va Tính toán chi tiêu động lực học hệ thống đai an toàn điều kiện: vận tốc đâm va v0 = 25km/h, v0 = 60km/h, thời gian khảo sát Tp=0.1s.Kết thu biểu diễn dạng đồ thị bảng số liệu: 4.1.1 Đồ thị gia tốc đâm va Gia toc dam,m/s Gia toc dam,m/s 200 200 Van toc dam va v0=25km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s 100 100 0 -100 -100 -200 Gia toc,m/s Gia toc,m/s -200 Gia toc dam va -300 -400 -500 -300 Gia toc dam va -400 -500 -600 -600 Gia toc gioi han -700 Gia toc gioi han -700 -800 -900 Van toc dam va v0=25km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s -800 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec 0.07 0.08 0.09 -900 0.1 59 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec 0.07 0.08 0.09 0.1 a Vận tốc va chạm v0=25km/h b Vận tốc va chạm v0=60km/h Hình 4.1 Biểu diễn biến đổi gia tốc ôtô đâm va Quan sát đồ thị 4.1a ta thấy, trường hợp tốc độ trước đâm va v = 25km/h thời gian va chạm Tp =0.1s gia tốc đạt giá trị cực đại amax = 110m/s2 (amax ≈ 12g) thời điểm t=0.05s Sau gia tốc giảm dần không thời điểm kết thúc đâm va (thời điểm t=0.1s) Trên đồ thị 4.1b ta thấy tốc độ trước đâm va thay đổi v0 = 60km/h gia tốc đạt giá trị cực đại thay đổi a max = 270m/s2 (amax ≈ 28g) Sau gia tốc giảm dần không thời điểm kết thúc đâm va (thời điểm t=0.1s) Vậy vận tốc trước đâm va thay đổi dẫn đến gia tốc thay đổi, giá trị cực đại gia tốc ngực giới hạn cho phép (80g) [Bảng 1.1] 4.1.2 Đồ thị lực dây đai Quan sát đồ thị 4.2a ta thấy, trường hợp tốc độ trước đâm va v0=25km/h thời gian va chạm Tp =0.1s lực dây đai đạt giá trị cực đại umax=2900N thời điểm t=0.05s Sau lực dây đai giảm dần không thời điểm kết thúc đâm va (thời điểm t=0.1s) Luc cua day dai,N Luc cua day dai,N 6000 2500 5000 2000 4000 Luc,N Luc,N 1500 3000 1000 2000 500 1000 Van toc dam va v0=25km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s Van toc dam va v0=25km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec 0.07 0.08 0.09 0.1 a Vận tốc va chạm v0=25km/h 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec 0.07 0.08 0.09 0.1 b Vận tốc va chạm v0=60km/h Hình 4.2 Biểu diễn biến đổi lực dây đai đâm va Trên đồ thị 4.2b ta thấy tốc độ trước đâm va thay đổi v0 = 60km/h lực dây đai đạt giá trị cực đại thay đổi umax = 7000N Sau lực dây đai giảm dần không thời điểm kết thúc đâm va (thời điểm t=0.1s) 60 4.1.3 Đồ thị chuyển vị tốc độ nén lồng ngực Quan sát đồ thị 4.3a ta thấy, trường hợp vận tốc trước đâm va v0 = 25km/h thời gian va chạm Tp =0.1s vận tốc nén lồng ngực đạt giá trị cực đại vmax = 2.4m/s thời điểm t=0.04s Sau tốc độ nén lồng ngực giảm dần không v=- 0.02m/s thời điểm kết thúc đâm va (thời điểm t=0.1s) Toc ep long nguc,m/s Toc ep long nguc,m/s 7 Gioi han toc ep long nguc Gioi han toc ep long nguc 6 Toc ep long nguc Toc do,m/s Toc do,m/s Toc ep long nguc 2 0 Van toc dam va v0=25 km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec 0.07 0.08 0.09 Van toc dam va v0=60 km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s 0.1 0 a Vận tốc va chạm v0=25km/h 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec 0.07 0.08 0.09 0.1 b Vận tốc va chạm v0=60km/h Hình 4.3 Biểu diễn biến đổi tốc độ nén lồng ngực đâm va Trên đồ thị 4.3b ta thấy vận tốc trước đâm va thay đổi v = 60km/h tốc độ nén lồng ngực đai đạt giá trị cực đại thay đổi v max = 5.9m/s Sau ốc độ ép lồng ngực giảm dần không v=- 0.1m/s thời điểm kết thúc đâm va (thời điểm t=0.1s) Như vận tốc trước đâm va thay đổi dẫn đến tốc độ nén lồng ngực thay đổi giá trị cực đại tốc độ giới hạn cho phép 6m/s [Bảng 1.1] 4.1.4 Đồ thị chuyển vị biến dạng tuyệt đối lồng ngực: Quan sát đồ thị 4.4a ta thấy, trường hợp vận tốc trước đâm va v0 = 25km/h thời gian va chạm Tp =0.1s biến dạng tuyệt đối lồng ngực đạt giá trị cực đại (– 0.11m) thời điểm t=0.08s Sau biến dạng tuyệt đối lồng ngực tăng dần - 0.8m thời điểm kết thúc đâm va (thời điểm t=0.1s) 61 Chuyen vi nen long nguc,m Chuyen vi nen long nguc,m 0.05 Van toc dam va v0=25km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s -0.02 -0.05 Bi nen,m -0.04 Bi nen,m Van toc dam va v0=25km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s -0.06 -0.1 -0.15 -0.08 -0.2 -0.1 -0.25 -0.12 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec 0.07 0.08 0.09 0.1 -0.3 a Vận tốc va chạm v0=25km/h 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec 0.07 0.08 0.09 0.1 b Vận tốc va chạm v0=60km/h Hình 4.4 Biểu diễn biến đổi biến dạng lồng ngực đâm va Trên đồ thị 4.4b ta thấy vận tốc trước đâm va thay đổi v = 60km/h biến dạng tuyệt đối lồng ngực đạt giá trị cực đại thay đổi 0.27m Sau biến dạng tuyệt đối lồng ngực tăng dần thời điểm kết thúc đâm va (thời điểm t=0.1s) Như vận tốc trước đâm va thay đổi dẫn đến biến dạng tuyệt đối lồng ngực thay đổi giá trị cực đại tốc độ 4.15 Đồ thị chuyển vị hệ số cản nhớt He so can nhot dam va,m/s He so can nhot dam va,m/s 1.2 0.3 Gioi han he so can nhot Gioi han he so can nhot 0.25 0.8 He so can nhot He so can nhot He so can,m/s He so can,m/s 0.2 0.15 0.1 0.4 0.2 0.05 0 -0.05 0.6 Van toc dam va v0=25 km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec 0.07 0.08 0.09 0.1 a Vận tốc va chạm v0=25km/h -0.2 Van toc dam va v0=60 km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec 0.07 0.08 0.09 b Vận tốc va chạm v0=60km/h Hình 4.5 Biểu diễn biến đổi hệ số cản nhớt đâm va 62 0.1 Trên đồ thị 4.5b ta thấy vận tốc trước đâm va thay đổi v = 60km/h hệ số cản nhớt lồng ngực đạt giá trị cực đại thay đổi 1.18m2/s Sau biến dạng tuyệt đối lồng ngực giảm dần thời điểm kết thúc đâm va (thời điểm t=0.1s) Như vận tốc đâm va thay đổi dẫn đến biến dạng tuyệt đối hệ số cản nhớt thay đổi giá trị cực đại tốc độ, tốc đô v0=60km/h giá trị cực đại hệ số cản nhớt lồng ngực nằm giá trị tổn thương 0.229m2/s [Bảng 1.1] 4.16 Đồ thị chuyển vị bị nén lồng ngực Quan sát đồ thị 4.6a ta thấy, trường hợp vận tốc trước đâm va v0 = 25km/h thời gian va chạm Tp =0.1s chuyển vị bị nén lồng ngực đạt giá trị cực đại 0.13m thời điểm t=0.08s Sau chuyển vị bị nén lồng ngực giảm dần thời điểm kết thúc đâm va (thời điểm t=0.1s) Chuyen vi bi nen long nguc,m Chuyen vi bi nen long nguc,m 0.3 0.14 Van toc dam va v0=60km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s 0.12 0.25 0.1 0.2 0.08 0.15 Bi nen,m Bi nen,m Van toc dam va v0=25km/h Thoi gian dam va Tp=0.1s Chuyen vi bi nen 0.06 0.1 0.05 0.04 Gia tri nguong 0.02 Chuyen vi bi nen -0.05 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec Gia tri nguong 0.07 0.08 0.09 0.1 a Vận tốc va chạm v0=25km/h 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian,sec 0.07 0.08 0.09 b Vận tốc va chạm v0=60km/h Hình 4.6 Biểu diễn biến đổi chuyển vị bị nén lồng ngực đâm va Trên đồ thị 4.6b ta thấy vận tốc trước đâm va thay đổi v = 60km/h chuyển vị bị nén lồng ngực đạt giá trị cực đại thay đổi 0.3m2/s Sau biến dạng lồng ngực giảm dần thời điểm kết thúc đâm va (thời điểm t=0.1s) Như vận tốc đâm va thay đổi dẫn đến biến dạng bị nén 63 0.1 lồng ngực thay đổi giá trị cực đại, tốc độ đâm va giá trị cực đại chuyển vị bị nén lồng ngực vượt giá trị ngưỡng 0.045m [Bảng 1.1] 4.2 Kết luận chương Qua phân tích, đánh giá thông số nhân tố ảnh hưởng tổn thương lồng ngực đâm va thu kết sau: Để bảo đảm hành khách không bị thương nghiêm trọng, giới hạn không vượt Tác giả sử dụng giá trị giới hạn hệ số cản nhớt lồng ngực tính với gia tốc 80 g biến dạng nén 0.045m Các kết nghiên cứu trình bày hình bao gồm chuyển vị bị nén lồng ngực [x2(t)-x1(t)], tốc độ nén , biến dạng tuyệt đối lồng ngực , lực dây đai, hệ số cản nhớt động lồng ngực , gia tốc chuyển hàm thời gian Kết cho thấy, biến dạng lồng ngực vận tốc đâm va v0=25km/h là: 0.13m vận tốc đâm va v0=60km/h là: 0.3m Như vượt giá trị ngưỡng 0.046 m khoảng hình vẽ 4.6 Với giá trị này, người lái xe bị dây đai làm tổn thương nghiêm trọng Ngoài ra, giá trị cực đại biến dạng vùng ngực quan sát gần vùng kết thúc va đập Từ đồ thị cho thấy, tốc độ ép ứng với giới hạn tổn thương người là: 6m/s Người lái chuyển vị phía trước khoảng 5cm kết lực dây đai lớn Sau kết thúc đâm va, người lái dịch chuyển phía sau lực tác động từ dây đai mô hình để hạn chế chuyển động theo hướng Các kết luận với đồ thị lại tương tự tốc độ ép lồng ngực đâm va với biên độ khác Giá trị cực đại hệ số cản nhớt lồng ngực giới hạn tổn thương 0.229 m2/s Ngoài ra, giá trị cực đại gia tốc ngực giới hạn (80g) 64 KẾT LUẬN CHUNG Thông qua việc nghiên cứu hệ thống đai an toàn cho người lái, bước đầu luận văn khảo sát trạng thái làm việc dây đai an toàn có quy luật gần giống với thực tế Kết thu khảo sát đánh giá lực dây đai tác động lên lồng ngực người lái vận tốc đâm va khách từ đưa kết luận: Đề tài xây dựng mục tiêu khảo sát cụ thể nhằm cụ thể hóa mục tiêu đề ra: - Xây dựng mô hình tính toán tổn thương lồng ngực, sở cho việc mô tả hệ thống đai an toàn ôtô - Thông qua việc nghiên cứu trạng thái hệ thống đai toàn bị đâm va Phân tích lực tác dụng, nguyên nhân, yếu tố ảnh hưởng người lái bị đâm va Xây dựng phương trình vi phân mô tả tổn thương lồng ngực người lái thông qua mô hình khảo sát Tác giả đưa mô hình nghiên cứu, nghiên cứu tổn thương lồng ngực (hai bậc tự do) đảm bảo yêu cầu nghiên cứu hệ thống đai an toàn cho người lái Thấy nhân tố ảnh hưởng tổn thương lồng ngực xe bị đâm va Các hệ phương trình vi phân mô tả tổn thương lồng ngực mô hình đơn giản giải công cụ toán học lý mà sở để tính toán mô hình tổn thương lồng ngực Kết nghiên cứu đề tài đánh giá ảnh hưởng tổn thương lực dây đai gây đâm va - Sử dụng công cụ Simulink để mô hệ thống đai an toàn cho người lái máy tính Công cụ mô có nhiều ưu điểm sử dụng không phức tạp, có giao diện đồ họa trực quan dễ quan sát, cập nhật thay đổi cách nhanh chóng thuận lợi Ngoài hiển thị kết đồ họa, Simulink lưu sang dạng phai liệu - Sử dụng thông số cụ thể hệ thống để tính, khảo sát thông số ảnh hưởng đai an toàn đến người lái hành khách Kết tính toán phù hợp với 65 quy luật nghiên cứu lý thuyết Ý nghĩa thực tế đề tài nhằm giảm chấn thương dây đai an toàn thông qua kiểm soát lực căng đai - Các kết chạy chương trình khảo sát cho thấy người lái bị lực dây đai làm tổn thương nghiêm trọng xe bị đâm va Khi giữ nguyên thông số xe, chế độ tải trọng tăng tốc độ xe, tốc độ tăng kéo theo gia tốc tăng lên, ứng với vận tốc có giá trị giới hạn mà ôtô biến đổi trình đâm va Các kết nghiên cứu trình bày hình bao gồm chuyển vị bị nén lồng ngực [x2(t)-x1(t)], tốc độ nén lồng ngực , biến dạng tuyệt đối , lực dây đai, hệ số cản nhớt , mà giá trị vượt ngưỡng người lái hành khách bị dây đai làm tổn thương nghiêm trọng trình xe bị đâm va Các kết khảo sát đạt khảng định phần nghiên cứu lý thuyết chọn mô hình khảo sát phù hợp không phức tạp thể đầy đủ mục tiêu nghiên cứu đề tài Các nội dung phân tích nghiên cứu lý thuyết kết đạt chạy chương trình mô làm tài liệu tham khảo cho sở cải tạo nâng cấp, thiết kế kiểm tra đánh giá chất lượng hệ thống đai an toàn cho người lái hành khách để đảm bảo cho vấn đề an toàn thụ động Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu triển khai công việc hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Phạm Hữu Nam hoàn thành nhiệm vụ Mặc dù cố gắng, song trình độ thân có nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai sót Tác giả luận văn mong nhận bảo đóng góp ý kiến thầy cô, bạn bè để hoàn thiện kiến thức Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1] ThS Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh, Lập trình Matlab ứng dụng, nhà xuất khoa học kỹ thuật (2000) 2] PGS.TS Nguyễn Khắc Trai, Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ôtô, nhà xuất giao thông vận tải (1997) Tiếng Anh 3] Carneiro, J., De Melo, F., Pereira, J & Teixeira, V, “Pseudo-dynamic Method for Structural Analysis of Automobile Seats”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part K-Journal of Multi-Body Dynamics, Vol 219, No 4, 2005, 337-344 4] Hayes, C W., Conway, W F., Walsh, J W., Coppage, L & Gervin, A S., “Seat Belt Injuries: Radiologic Finding and Clinical Correlation”, RadioGraphics, Vol 11, 1991, 23-36 5] Snyder, R G., Young, J W., Snow, C C., Crosby, W M & Hanson, P., “Seat Belt Injuries In Impact”, Federal Aviation Administration Washington DC office of Aviation Medicine, 1967 6] Kent, R W & Crandall, J R., “A hybrid Technique for Determining Optimal Restraint System Characteristics”, Crashworthiness, Vol 11, No 4, 2006, 379-385 67 International Journal of PHỤ LỤC % Nhap so lieu clear m1=0.3;% khoi luong cau truc cua xuong suon va khung xuong nguc m2=18;% khoi luong cua co the lien quan den nguc lien ket qua cot song k11=10522;% Do cung long nguc k12=7190;% Do cung long nguc dta=0.03;% Bien dang ban dau cua long nguc c11=403.3;% He so dan hoi cua nguc c12=2192.1;% He so phuc hoi nen cua nguc k2=13153;% Do cung bo c2=175.4;% He so giam chan k=10^5;% Do cung han che v0=25/3.6;% Van toc dam va v0=60/3.6;% Van toc dam va m3=8;Khoi luong quan tinh Tp=0.11;% Thoi gian dam va Seatbelt 68 ... văn là: 27 Xây dựng mô hình hệ thống đai an toàn cho người lái; Nghiên cứu động lực học hệ thống đai an toàn (các chấn thương liên quan đến đai an toàn xe bị đâm va để nhằm kiểm soát hệ thống lực... phát triển hệ thống đai an toàn để đáp ứng tốt an toàn thụ động ôtô Xuất phát từ đó, chọn đề tài nghiên cứu cho luận văn là: „ Xây dựng mô hình tính toán hệ thống đai an toàn cho ngƣời lái ‟ Mục... toàn hai điểm 30 2.3 Hệ thống đai an toàn điểm 31 2.4 Hệ thống đai an toàn 4,5 sáu điểm 31 2.5 Kết cấu hệ thống đai an toàn điểm 31 2.6 Dây đai an toàn vải 29 2.7 Dây đai an toàn túi khí 33 2.8