Bài báo giới thiệu về các phương pháp cải tiến hoặc thiết kế cabin ô tô tải đảm bảo an toàn khi va chạm trực diện đảm bảo theo tiêu chuẩn ECE R29 và hiện tượng va chạm xảy ra trong thực tiễn ở Việt Nam, các biện pháp cải tiến nâng cao an toàn, giảm thời gian và chi phí thiết kế thông qua mô phỏng và thực nghiệm. Mời các bạn cùng tham khảo!
KHẢO SÁT THIỆT HẠI TAI NẠN Ô TÔ DO VA CHẠM TRỰC DIỆN VÀ CÁC BIỆN PHÁP CẢI TIẾN NÂNG CAO AN TOÀN Nguyễn Phụ Thƣợng Lƣu1, Trần Thanh Phe2 Ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô, Trƣờng Đại học Cơng nghệ TP.HCM Khoa Cơ khí Động Lực, Trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật TP.HCM Email: npt.luu@hutech.edu.vn, kolaophetran@gmail.com TÓM TẮT Trong xu phát triển giới nhƣ đất nƣớc Việt nam tăng nhanh dẫn đến nhu cầu lại nhƣ vận chuyển hàng hóa phát triển nhanh Đặc biệt việc vận chuyển hàng hóa nhu cầu tất yếu phát triển sở hạn tầng đất nƣớc Để đáp ứng việc tăng nhanh nhu cầu vận chuyển hàng hóa này,số lƣợng xe tải tăng theo nhanh Các vụ tai nạn giao thông xe tải tăng cao gây vụ bị thƣơng ngƣời cao Để đảm bảo an toàn tai nạn làm ảnh hƣởng đến tính mạng ngƣời cải tiến nhƣ thiết kế phần đầu cabin cho hấp thụ đƣợc lực va chạm trực diện phần đầu cabin Bài báo giới thiệu phƣơng pháp cải tiến thiết kế cabin ô tơ tải đảm bảo an tồn va chạm trực diện đảm bảo theo tiêu chu n ECE R29 tƣợng va chạm xảy thực tiễn Việt Nam ,các biện pháp cải tiến nâng cao an tồn, giảm thời gian chi phí thiết kế thơng qua mơ thực nghiệm Từ khóa: ECE R- 29 LS-DYNA GIỚI THIỆU Theo báo cáo Ủy ban an tồn giao thơng Quốc gia, năm 2017, tồn quốc xảy 20.080 vụ tai nạn giao thông, làm chết 8.279 ngƣời, bị thƣơng 17.040 ngƣời Tin từ Tổng cục thống kê, năm 2018, địa bàn nước xảy 18.232 vụ tai nạn giao thông làm 8.125 người chết; 5.124 người bị thương 9.070 người bị thương nhẹ Chính lẽ q trình thiết kế cabin, yêu cầu quan trọng đảm bảo an toàn cho ngƣời lái xảy tai nạn giao thông Cabin phải đƣợc thiết kế cho đảm bảo khơng gian an tồn cho ngƣời lái tai nạn xảy Có nhiều tiêu chu n an toàn cho ngƣời lái xảy tai nạn, nhƣ ECE R-12; ECE R-29; ECE R-66; ECE R-95; FMVSS 204; FMVSS 208; FMVSS 216 Trong đó, tiêu chu n ECE R-29 quy định rõ ràng độ an toàn cabin xe tải tiêu chu n bắt buộc xe tải thị trƣờng Châu Âu Hiện nay, tiêu chu n ECE R-29 đƣợc áp dụng rộng rãi nƣớc công nghiệp ôtô phát triển Châu Á nhƣ Ấn Độ, Trung Quốc, Hàn Quốc Việt Nam Với xu hƣớng hội nhập quốc tế rộng sâu, ngành công nghiệp ôtô Việt Nam không dừng lại mức đáp ứng nhu cầu thị trƣờng nƣớc, mà cần tham gia vào thị trƣờng khu vực giới để phát triển mạnh mẽ Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng tiêu chu n an toàn kỹ thuật nƣớc tiên tiến nói chung, tiêu chu n ECE R-29 nói riêng vào cơng tác đánh giá mức độ an tồn ơtơ cần thiết.[1] Nhƣng đa số hảng tơ thử an tồn phá hủy, cho ô tô đâm trực diện 100% diện tích mặt trƣớc cabin với vật cản khơng biến dạng Thực tế ô tô giao thông đƣờng đa số va chạm lệch bên trái/phải 1401 20%-40% Do việc thử nghiệm theo tiêu chu n ECE R-29 ô tô đảm bảo nhƣng ô tô tham gia giao thông đƣờng không đảm bảo va chạm 1.1 Các dạng tai nạn thƣờng gặp Hình 1.1 Ảnh ô tô tải va chạm vào đuôi ô tô container: qua cho thấy tơ container phía trƣớc thắng gấp tài xế ô tô tải xử lý cách đánh lái bên phải nhƣng không kịp nên bị chạm vào tơ container bên phải Hình 1.2 Ảnh xe tải va chạm vào đuôi xe tải Qua hình ảnh cho ta thấy tơ tải phía sau tài xế đánh lái qua phải khơng kịp dẫn đến va chạm vào tơ tải phía trƣớc Hình 1.3 Ảnh xe khách va chạm vào xe tải: Hình ản cho thấy xe xe tải phía trƣớc phanh gấp tài xế xe khách đánh lái qua trái nhƣng không kịp nên chạm vào đuôi bên trái xe tải 1402 Hình 1.4 Hình ảnh xe tải va chạm phía sau xe tải khác Hình ảnh cho thấy tài xế đánh lái qua bên phải nhƣng lấy không dẫn đến va chạm vào đầu cabin bên trái Hình 1.5 Hình ảnh xe va chạm phía sau xe tải Hình ản cho thấy tài xế ô tô đánh lái qua bên trái nhƣng khơng kịp dẫn đến va chạm vào góc bên phải đầu ô tô CÁC QUY ĐỊNH CỦA TIÊU CHUẨN ECE R-29/02 Tiêu chu n ECE R-29 có phiên bản, ECE R-29/01 ECE R-29/02 Từ ngày tháng 10 năm 2002, quy định an toàn tiêu chu n ECE R-29/02 thức có hiệu lực Châu Âu Vì vậy, báo đề cập tới quy định tiêu chu n ECE R-29/02, nội dung sau có liên quan tới ECE R-29 đƣợc hiểu ECE R-29/02 Theo tiêu chu n ECE R-29, cabin đƣợc kiểm tra độ an toàn trƣờng hợp chịu tải va đập từ phía trƣớc (A), phía (B) phía sau (C) [1] 2.1 Va chạm từ phía trƣớc Thử nghiệm mô biến dạng cabin va chạm với vật cản trƣớc mặt Cho lắc rắn kích thuớc mặt bên `500x600x300 mm, trọng lƣợng 710250kg va chạm vào cabin vị trí cho độ cao trọng tâm thấp điểm R-Point ghế xe khoảng 50 +5/-0 mm R-point vị trí trọng tâm tài xế ngồi ghế, đƣợc quy định nhà sản xuất Lấy trọng lƣợng lắc 710 kg, trọng lƣợng riêng thép 7850kg/m3 ta xác định đƣợc kích thƣớc lắc 500x600x300mm Đối với xe tải trọng tải dƣới tấn, lƣợng cung cấp cho lắc 30KJ Với xe tấn, lƣợng cung cấp cho lắc 45KJ [1] Độ bền cabin (B) P = Tải trọng trục trước P 100 kN B Va chạm phía trước (A) E = 30 kJ tải trọng E = 45 kJ tải trọng > C Điểm R Độ bền vách sau (C) P = kN/ tải trọng A Hình 2.1 Thử nghiệm an toàn cabin theo tiêu chu n ECE R29/02 1403 Hình 2.2 Thử nghiệm an tồn cabin bên trái/phải theo điều kiện thực tế thƣờng diễn va chạm đƣờng nhƣ mô tả mục 1.1 Hình 2.3 Hình ảnh cabin xe Kamaz 65115 2.2 Đánh giá kết thử nghiệm: Cabin đƣợc thiết kế để giảm thiểu chấn thƣơng cho ngƣời lái tai nạn xảy Sau trải qua thử nghiệm trên, vùng khơng gian an tồn cabin đƣợc hình thành (vùng giới hạn biến dạng) Đặt hình nhân lái xe (theo tiêu chu n ECE R29) lên ghế ngắn Nếu hình nhân khơng chạm vào vùng biến dạng buồng lái cabin thiết kế đảm bảo an tồn [1] 505 819 230 479 Hình 2.4 Kích thƣớc hình nhân theo tiêu chu n ECE R-29 Bảng Kích thƣớc hình nhân tiêu chu n ECE R-29 H-point tới đỉnh đầu K/c từ mặt gh tới đỉnh đầu H-point tới đầu gối K/c từ lƣng ghế tới đầu gối 819 900 479 595 1404 H-Point tới sàn Chiều dày ngực Độ rộng vai 505 230 435 MƠ PHỎNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ AN TỒN CABIN Ơ TÔ TẢI TRÊN PHẦN MỀM LSDYNA Hiện thử nghiệm an toàn phá hủy cabin thực tế nhiều chi phí, khó thực điều kiện nƣớc ta Vì báo sử dụng phƣơng pháp mơ thử nghiệm an tồn cabin phƣơng pháp phần tử hữu hạn phần mềm LS-DYNA chƣơng trình ANSYS Hiện nay, việc mơ va chạm ơtơ thử nghiệm an tồn máy tính đóng vai trị tiên giai đoạn thiết kế Công việc giúp giảm bớt thời gian chi phí thiết kế, cho phép nhà thiết kế dự đoán đƣợc biến dạng kết cấu cabin đƣa biện pháp cải tiến trƣớc đƣa vào sản xuất [1] 3.1 Thuật toán phần mềm LS-DYNA Các cơng thức để tính tốn mơ phỏng: Dùng định luật Newton để tính MX‖ + CX‘+ KX = F(t)( ngoại lực) (1) Trong đó: M: Khối lƣợng X: chuyển vị X‘: Vận tốc X‖: Gia tốc C: Giảm chấn K: độ cứng Trong phƣơng trình phi tuyến tính cho nội lực chuyển vị ban đầu MX‖+ CX + F(X) nội lực = F(t) ngoại lực (2) Trong phƣơng trình (2): M: Ma trận khối lƣợng C: Ma trận giảm chấn X: véc tơ chuyển vị X‘ : Vec tơ vận tốc X‘‘: Vec tơ gia tốc Phƣơng trình chuyển động (2) đƣợc viết nhƣ sau MX‖= -CX -F(X) nội lực + F(t) ngoại lực ( 3) 3.2 Mơ thử nghiệm an tồn cabin tơ tải theo tiêu chuẩn ECE R-29 kết hợp thực tế sống Trong báo này, mơ hình tính toán đƣợc xây dựng từ kết cấu cabin KAMAZ 6115 & 53205 (hình 3.1) đƣợc mơ hình hóa phần mềm LS-DYNA phần mềm ANSYS (hình 3.2) Bảng 2: Cơ tính thép làm vỏ cabin Giới hạn chảy (MPa) Môđun tiếp tuyến (MPa) Môđun đàn hồi (MPa) Hệ số Poisson Trọng lƣợng riêng (kg/m3) 200 763 2,1.105 0.31 7850 1405 Mơ hình vật liệu: – Con lắc đƣợc giả thiết cứng tuyệt đối – Cơ tính thép làm vỏ cabin nhƣ bảng Mơ hình phần tử: – Con lắc đƣợc xây dựng phần tử khối rắn 500x600x300mm – Vỏ cabin phần tử vỏ Belytschko-Tsay với chiều dày 1,2 mm Điều kiện biên: – Con lắc có vận tốc ban đầu v= 7,57 m/s – Cabin đƣợc giữ chặt theo cạnh bên hông dƣới đáy – Thời gian mơ va chạm 4.10-2 s Hình 3.1 Mơ hình hình học cabin KAMAZ 65115& 53205 Hình 3.2 Mơ hình phần tử hữu hạn cabin Phƣơng án đề tài thực Qua thống kê thực tế ô tô va chạm tham gia giao thông phần đề tài nghiên cứu phần 3.2 Tất thử nghiệm tính tốn theo tiêu chu n ECE R- 29 thử trực diện tồn diện tích mặt trƣớc cabin chƣa xác thực điều kiện thực tế ô tô tham gia giao thông Đề tài giải cải tiến môt phần đầu cabin ô tô tải bên trái/phải gần sát thực tế va chạm ô tô tài tham gia giao thông để đảm bảo hấp thụ lƣợng va chạm đảm bảo độ cứng cabin bên trái/phải để đảm bảo an toàn cho ngƣời ngồi xe KẾT LUẬN VÀ CẢI TIẾN Dựa vào kết thu thập báo đề tài làm trƣớc kết tính tốn, mơ so sánh để xác định đƣợc biến dạng cabin trình thử nghiệm an toàn bị động cabin chƣa cải tiến cabin cải tiến Qua cho thấy cabin thiết kế có kết cấu đơn giản nhƣ cabin Kamaz cần thiết kế gia cố thêm phần kết cấu hấp thu lƣợng tăng cứng bên trái/phải đảm bảo an toàn cho ngƣời ngồi xe va chạm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Văn Bang, đề tài đánh giá an toàn bị động cabin xe tải giai đoạn thiết kế Đại học giao Thông Vận tải Hà Nội [2] Nguyen Phu Thuong Luu International Journal of Crashworthiness, 2016‖ An Optimization Approach To Choose Thickness Of Three Members To Improve Iihs Small-Overlap Structural Rating‖ 1406 [3] P T L Nguyen1), J Y Lee1), H J Yim2), H K Kim2), S B Lee2) And S J Heo2),International Journal of Automotive Technology, optimal design of vehicle structure for improving small-overlap rating, 26 March 2016 [4] Jianguang Fang1 & Guangyong Sun1 & Na Qiu2 & Nam H Kim2 & Qing Li 1, On design optimization for structural crashworthiness and its state of the art, 23 August 2016 [5] P T L NGUYEN1), J Y LEE1), H J YIM2), S B LEE2) and S J HEO2), Analysis Of Vehicle Structural Performance During Small-Overlap Frontal Impact, International Journal of Automotive Technology,02 February 2015 [6] ThS Nguyễn Văn Đông TS.Nguyễn Phụ Thƣợng Lƣu, Luận văn Thạc Sĩ nghiên cứu cải tiến khung sƣờn dòng SUV nhằm nâng cao độ an toàn va chạm trực diện ,tháng 09/2017 1407 ... Do việc thử nghiệm theo tiêu chu n ECE R-29 ô tô đảm bảo nhƣng ô tô tham gia giao thông đƣờng không đảm bảo va chạm 1.1 Các dạng tai nạn thƣờng gặp Hình 1.1 Ảnh ô tô tải va chạm vào đuôi ô tô. .. kiện thực tế ô tô tham gia giao thông Đề tài giải cải tiến môt phần đầu cabin ô tô tải bên trái/phải gần sát thực tế va chạm ô tô tài tham gia giao thông để đảm bảo hấp thụ lƣợng va chạm đảm bảo... container: qua cho thấy ô tô container phía trƣớc thắng gấp tài xế tơ tải xử lý cách đánh lái bên phải nhƣng không kịp nên bị chạm vào đuôi ô tô container bên phải Hình 1.2 Ảnh xe tải va chạm vào