Nghiên cứu tính an toàn con người trong xe khách 29 34 chỗ sản xuất tại việt nam khi xảy ra va chạm trực diện

Nghiên cứu tính an toàn con người trong xe khách 29 34 chỗ sản xuất tại việt nam khi xảy ra va chạm trực diện Nghiên cứu tính an toàn con người trong xe khách 29 34 chỗ sản xuất tại việt nam khi xảy ra va chạm trực diện Nghiên cứu tính an toàn con người trong xe khách 29 34 chỗ sản xuất tại việt nam khi xảy ra va chạm trực diện Nghiên cứu tính an toàn con người trong xe khách 29 34 chỗ sản xuất tại việt nam khi xảy ra va chạm trực diện

TĨM TẮT Trong q trình Việt Nam hội nhập vào kinh tế giới, mức sống người dân nâng lên đáng kể, nhu cầu tiện nghi, tiện lợi ngày trọng Một nhu cầu tất yếu người di chuyển điểm điểm kia, tỉnh thành phố nước Để đáp ứng nhu cầu đó, số lượng phương tiện giao thông đường ngày gia tăng, đặc biệt loại xe khách với nhiều mẫu mã, kiểu dáng, giá thành hợp lý giúp hành khách rút ngắn thời gian di chuyển thoải mái chuyến hành trình Tuy nhiên, song song với việc gia tăng nhanh chóng phương tiện giao thơng, tai nạn giao thông xuất thường xuyên hơn, va chạm trực diện với mức độ ngày nghiêm trọng làm nhiều người thương vong Từ thực tế đó, luận văn “Nghiên cứu tính an tồn người ngồi xe khách 29/34 chỗ sản xuất Việt Nam xảy va chạm trực diện” cần thiết để đưa kiến nghị nhằm hoàn thiện hệ thống khung xe, hệ thống an toàn với mục đích giảm thiểu tối đa tổn thương đến người ngồi xe khách sản xuất Việt Nam Nghiên cứu này, người thực sử dụng phần mềm HYPERMESH MADYMO để xây dựng mô hình xe khách, mơ tổn thương cho hành khách ngồi xe xảy va chạm trực diện theo tiêu chuẩn Châu Âu Với kết mô đánh giá tổn thương đến người lái hành khách ngồi xe mà nguyên nhân xe chưa trang bị hệ thống an toàn, hệ thống khung xe chưa hấp thụ tốt va chạm Từ tiến hành đề xuất trang bị thêm hệ thống hỗ trợ an toàn như: dây đai an tồn, túi khí, nhằm hạn chế thương vong cho người ngồi xe ABSTRACT As Vietnam's integration into the global economy, people's living standards have been raise significantly, the demand for comfortable and convenient living has been also increasing One of the indispensable needs of people today is transportation, between provinces, cities and countries To meet that demand, the number of vehicles of road transportation is increasing, especially passenger cars with many models, designs, reasonable prices that have helped passengers be comfortable and shorten the transportation time However, as the development of means of transportation, traffic accidents also occur more frequently, and the head-on collision occurs more often which causes deadly injuries Therefore, this thesis "Research the safety for people sitting in 29/34 seats passenger cars manufactured in Vietnam when frontal collision occurs" is very necessary as recommendations how to complete the chassis systems, safety systems with the purpose of minimizing injuries to passenger cars which manufactured in Vietnam In this research, the author will use HYPERMESH and MADYMO software to build a passenger car model, simulate the injuries to passengers sitting in the car when a head-on collision occurs according to European standards By the simulation results, it is possible to assess the injure to the driver and the passengers in the car, which reason is that the car is not equipped with safety systems, the chassis system cannot adapt the collision well From the research, author would like to propose to equip more safety support systems such as seat belts, airbags, to minimize the injury to people in the car MỤC LỤC Trang Danh mục từ viết tắt i Danh mục hình ii Danh mục bảng v Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng nghiên cứu 1.5 Phương pháp nhiên cứu 1.6 Nội dung nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết va chạm theo động lực học 2.1.1 Các giả thiết va chạm theo động lực học 10 2.1.2 Định lý động lượng 10 2.1.3 Định lý moment động lượng 11 2.1.4 Định lý động 12 2.1.5 Va chạm trực diện xuyên tâm hai vật chuyển động tịnh tiến 12 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn cho ô tô EURO NCAP 16 2.2.1 Thử nghiệm va chạm từ phía trước 16 2.2.2 Thử nghiệm va chạm từ bên hông xe 18 2.2.3 Thử nghiệm va chạm với vật nhọn 18 2.2.4 Thử nghiệm va chạm với người 19 2.3 Tiêu chuẩn ECE R94 21 2.4 Khơng gian an tồn tiêu chuẩn ECE R66 22 2.2 Chương KHẢO SÁT XE KHÁCH SAMCO 29/34 CHỖ DÙNG LÀM CƠ SỞ PHÂN TÍCH TỔN THƯƠNG KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN 3.1 Khảo sát thực tế xe khách Samco 29/34 chỗ ngồi 24 3.2 Mơ hình tổng thể xe khách 29 chỗ ngồi 24 3.3 Bố trí khung xương 25 3.2.1 Khung xương đầu 26 3.2.2 Khung xương đuôi 27 3.2.3 Khung xương hông bên trái 28 3.2.4 Khung xương hông bên phải 29 3.2.5 Khung xương mui xe 29 3.2.6 Bố trí sát-xi 30 3.2.7 Khung xương sàn xe 31 3.2.8 Bản vẽ bố trí ghế ngồi xe khách Samco 29 chỗ ngồi 33 3.4 Thống kê thép hình xây dựng khung xương 34 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN CHO MƠ PHỎNG TỔN THƯƠNG 4.1 Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn tính tốn 35 4.2 Xây dựng chỉnh sửa vẽ môi trường HYPERMESH-MADYMO 36 4.3 Xây dựng mơ hình MADYMO 42 Bước 1: Tạo SYSTEM.REF_SPACE 42 Bước 2: Tạo mặt đường, tường va chạm 43 Bước 3: Tạo mơ hình xe khách 29 chỗ 44 4.4 Đặt điều kiện biên 55 Bước 1: Tạo gia tốc trọng trường 55 Bước 2: Đặt vận tốc cho xe 56 Bước 3: Đặt điều kiện tiếp xúc 56 Bước 4: Thiết lập thông số OUTPUT tối ưu thời gian mô 57 4.5 Xây dựng mơ hình phân tích tổn thương 58 4.6 Xây dựng mơ hình dây đai 60 4.7 Xây dựng mơ hình túi khí 62 Chương PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ CẢI TIẾN AN TỒN 5.1 Mơ thử nghiệm kết cấu đầu xe va chạm trực diện 65 5.1.1 Thử nghiệm kết cấu đầu xe 65 5.1.2 Sử dụng phần mềm Protocol Rating để phân tích tổn thương 67 5.2 Mơ phân tích tổn thương va chạm khơng có hệ thống an tồn 70 5.3 Mơ phân tích tổn thương va chạm có trang bị dây đai điểm cho hành khách 73 5.4 Mơ phân tích tổn thương va chạm có trang bị dây đai điểm cho hành khách 75 Chương KẾT LUẬN 6.1 Tổng kết 77 6.2 Hạn chế hướng phát triển đề tài 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CAE Kỹ thuật máy tính ECE R66 Tiêu chuẩn châu Âu khơng gian an tồn ECE R94 Tiêu chuẩn châu Âu tổn thương người Euro NCAP Chương trình kiểm định tơ theo chuẩn châu Âu GA Genetic Algorithms, giải thuật di truyền HIC Chỉ số tổn thương đầu i DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Va chạm xe khách xe cứu hoả Hình 1.2: Hình ảnh xe khách 29/34 chỗ SAMCO sản xuất Viêt Nam Hình 1.3: Mơ hình người nộm MADYMO 50th Hình 2.1: Thử nghiệm va chạm trực diện EURO NCAP 17 Hình 2.2: Kết ảnh hưởng lên người nộm thử nghiệm EURO NCAP 17 Hình 2.3: Thử nghiệm va chạm từ bên hông xe EURO NCAP 18 Hình 2.4: Thử nghiệm va chạm vật nhọn EURO NCAP 19 Hình 2.5: Thử nghiệm va chạm với người EURO NCAP 20 Hình 2.6: Bảng tiêu chuẩn an tồn nước 20 Hình 2.7: Mặt cắt ngang khơng gian an tồn 23 Hình 2.8: Mặt cắt dọc khơng gian an tồn 23 Hình 3.1: Hình ảnh thực tế xe khách Samco 29/34 chỗ ngồi 24 Hình 3.2: Mơ hình tổng thể xe khách 29/34 chỗ ngồi 25 Hình 3.3: Bố trí khung đầu xe 26 Hình 3.4: Bố trí khung xương 27 Hình 3.5: Khung xương hơng trái xe khách 28 Hình 3.6: Bố trí mui xe 29 Hình 3.7: Bố trí khung sát-xi 30 Hình 3.8: Mơ hình 3D sát-xi 31 Hình 3.9: Khung xương ghế ngồi sau xe khách 31 Hình 3.10: Bố trí sàn xe khách 32 Hình 3.11: Bố trí ghế ngồi nhìn từ hơng xe 33 Hình 3.12: Bố trí ghế ngồi nhìn từ 33 Hình 4.1: Qui trình thực mơ xe khách 35 ii Hình 4.2: Mơ hình xe khách Samco 29/34 chỗ ngồi chỉnh sửa kích thước 37 Hình 4.3: Mơ hình phận thuộc mảng khung gầm 37 Hình 4.4: Mơ hình mảng cịn lại tách riêng biệt 38 Hình 4.5: Bảng chọn mơi trường làm việc 38 Hình 4.6: Lệnh Summary 39 Hình 4.7: Chọn loại liệu xuất 39 Hình 4.8: Khối lượng tọa độ trọng tâm mảng khung gầm 40 Hình 4.9: Ma trận moment quán tính HYPERMESH xuất 40 Hình 4.10: Moment qn tính mảng khung gầm 41 Hình 4.11: Tạo SYSTEM.REF_SPACE 43 Hình 4.12: SYSTEM.MODEL mặt đường tường va chạm 43 Hình 4.13: SYTEM.MODEL tường va chạm trực diện 44 Hình 4.14: Các BODY.RIGID khung xe khách 44 Hình 4.15: Nhập tọa độ theo hệ tọa độ gốc 45 Hình 4.16: Mơ hình đa thể cứng hệ thống khung gầm 46 Hình 4.17: Mơ hình đa thể cứng khung xe khách Samco 29 chỗ 47 Hình 4.18: Các ghế thêm vào 48 Hình 4.19: Mơ hình đầu xe phần tử hữu hạn 48 Hình 4.20: Scale mơ hình để đổi đơn vị 49 Hình 4.21: Tạo Node tham chiếu 50 Hình 4.22: Mơ hình sau Import 50 Hình 4.23: Node tham chiếu 51 Hình 4.24: Mơ hình đầu xe trước xuất 52 Hình 4.25: Khung xe với đầu xe phần tử hữu hạn 53 Hình 4.26: Mơ hình khung đầu xe với loại vật liệu thuộc tính 53 Hình 4.27: List node SUPPORT 54 Hình 4.28: Ý nghĩa điều kiện lệnh MADYMO 55 iii Hình 4.29: Tạo gia tốc trọng trường 55 Hình 4.30: Thiết lập vận tốc 56 Hình 4.31: Thiết lập điều kiện tiếp xúc xe khách 57 Hình 4.32: Cài đặt tối ưu hiệu suất máy tính 57 Hình 4.33: Mơ hình người nộm thêm vào 58 Hình 4.34: Tiếp xúc mơ hình người nộm người lái ghế 59 Hình 4.35: Hệ thống dây đai thư viện JOINT cần sửa vị trí 60 Hình 4.36: Thiết lập Belt 61 Hình 4.37: Thơng số thay đổi dây đai 62 Hình 4.38: Túi khí người lái hồn chỉnh 63 Hình 4.39: Lệnh khai báo sử dụng túi khí 63 Hình 4.40: Thay đổi thời điểm kích hoạt túi khí 64 Hình 5.1: Phần khơng gian an tồn bị xâm phạm với góc nhìn cạnh 65 Hình 5.2: Phần kết cấu khung gầm đầu xe biến dạng lớn va chạm 66 Hình 5.3: Khơng gian an toàn cải thiện với sát-xi đầu xe dày mm 66 Hình 5.4: Phần khung sát-xi đầu xe dày mm 67 Hình 5.5: Giao diện Protocol Rating 7.5 68 Hình 5.6: Chọn đường dẫn liệu tổn thương người nộm 68 Hình 5.7: Dữ liệu sau chọn xong 69 Hình 5.8: Thứ tự xếp chỗ ngồi hành khách người lái 70 Hình 5.9: Mơ hình xe bắt đầu va chạm 70 Hình 5.10: Mơ hình xe va chạm thời điểm 150 ms 71 Hình 5.11: Mơ hình xe va chạm trường hợp dùng dây đai điểm cho hành khách 73 Hình 5.12: Mơ hình xe va chạm trường hợp dùng dây đai điểm túi khí cho người lái 75 iv 5.2 Mơ phân tích tổn thương va chạm khơng có hệ thống an tồn Trong tình này, hành khách người lái không trang bị hệ thống an tồn khơng sử dụng trang bị an tồn, tình thường gặp thực tế, người lái hành khách thường không sử dụng dây đai an toàn trang bị xe Thứ tự ghế ngồi người lái hành khách xếp hình 5.8 Hình 5.8: Thứ tự xếp chỗ ngồi hành khách người lái Hình 5.9: Mơ hình xe bắt đầu va chạm 70 Hình 5.10: Mơ hình xe va chạm thời điểm 150 ms Kết phân tích tổn thương từ phần mềm Protocol Rating cho thấy bảng 5.2, hành khách người lái bị đa chấn thương Hầu hết số tổn thương hành khách người lái gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép, đặc biệt chấn thương nghiêm trọng vùng đầu, cổ, ngực Bảng 5.2: Đánh giá tổn thương người lái hành khách trường hợp 5.2 HIC36 1000 Hành khách 8629 gia tốc đầu (g) 80 296.86 262.08 201.08 264.44 180.21 + Fx (kN) - Fx (kN) Fz (kN) Moment uốn theo phương y (Nm) Ép lồng ngực (mm) 3,1 3,1 3,3 2.59 3.28 3.34 1.15 2.97 2.16 0.36 5.83 11.27 1.13 2.92 2.14 1.44 0.39 2.07 57 127.73 127.05 172.94 127.05 95.99 50 2.5 7.5 2.5 8.7 57.4 Chỉ số Đầu Cổ Ngực Tiêu chuẩn 71 Hành khách 5924 Hành khách 4591 Hành khách 5917 Người lái 3626 Chỉ số Đầu gối đùi Chân Vận tốc ép lồng ngực (m/s) Độ trượt khớp gối trái (mm) Lực nén xương đùi trái (kN) Độ trượt khớp gối phải (mm) Lực nén xương đùi phải (kN) Chỉ số xương ống đầu bên trái Chỉ số xương ống đầu bên trái Lực nén đầu xương ống trái (kN) Lực nén đầu xương ống trái (kN) Chỉ số xương ống đầu bên phải Chỉ số xương ống đầu bên phải Lực nén đầu xương ống phải (kN) Lực nén đầu xương ống phải (kN) Tiêu chuẩn Hành khách Hành khách Hành khách Hành khách Người lái 0.2 0.05 0.08 0.06 0.98 15 27.6 26.8 27.4 26.8 29.3 9,07 14.36 13.39 16.06 13.40 19.73 15 27.7 26.8 27.5 26.8 28.8 9,07 12.84 13.33 15.88 13.36 21.42 1,3 2.28 4.24 2.28 4.2 9.84 1,3 0.49 1.39 0.38 1.36 2.99 2.73 2.42 2.81 2.3 10.13 1.58 12.08 2.00 0.64 14.42 1,3 2.31 4.22 2.27 4.2 2.79 1,3 0.41 1.39 0.36 1.36 2.48 2.85 2.44 2.89 2.36 9.62 1.68 2.18 1.92 0.63 13.70 72 5.3 Mơ phân tích tổn thương va chạm có trang bị dây đai điểm cho hành khách Trong trường hợp này, hành khách trang bị dây đai điểm, người lái trang bị dây đai điểm, kết mô thể hình 5.11 bảng 5.3 Hình 5.11: Mơ hình xe va chạm trường hợp dùng dây đai điểm cho hành khách Bảng 5.3: Đánh giá tổn thương người lái hành khách trường hợp 5.3 HIC36 1000 Hành khách 1349 gia tốc đầu (g) 80 85.64 240.69 79.51 + Fx (kN) - Fx (kN) Fz (kN) Moment uốn theo phương y (Nm) Ép lồng ngực (mm) Vận tốc ép lồng ngực (m/s) 3,1 3,1 3,3 0.13 1.55 1.38 1.74 0.73 1.80 0.16 1.08 1.65 1.81 0.72 1.83 0.31 0.72 0.93 57 46.10 147.11 47.31 142.02 49.95 50 34.8 13.1 44.2 11.3 28.1 0.15 0.04 0.25 0.03 0.13 Chỉ số Đầu Cổ Ngực Tiêu chuẩn 73 Hành khách 5403 Hành khách 1373 Hành khách 5513 241.34 120.42 Người lái 943 Chỉ số Độ trượt khớp gối trái (mm) Lực nén xương đùi Đầu trái (kN) gối Độ trượt khớp gối đùi phải (mm) Lực nén xương đùi phải (kN) Chỉ số xương ống đầu bên trái Chỉ số xương ống đầu bên trái Lực nén đầu xương ống trái (kN) Lực nén đầu xương ống trái (kN) Chân Chỉ số xương ống đầu bên phải Chỉ số xương ống đầu bên phải Lực nén đầu xương ống phải (kN) Lực nén đầu xương ống phải (kN) Tiêu chuẩn Hành khách Hành khách Hành khách Hành khách Người lái 15 1.2 7.3 0.9 5.6 24.3 9,07 2.74 0.70 0.82 0.70 11.90 15 1.3 7.8 1.8 7.6 24.5 9,07 0.75 0.70 0.70 0.70 11.50 1,3 0.40 0.50 0.36 0.42 2.53 1,3 0.49 0.52 0.54 0.56 3.83 1.02 0.42 2.19 0.43 10.36 1.10 0.22 2.32 0.24 14.65 1,3 0.39 0.51 0.36 0.51 2.61 1,3 0.58 0.52 0.54 0.52 3.32 0.32 0.51 0.44 0.56 9.70 0.50 0.26 0.72 2.29 13.75 + Đối với người lái: Khi người lái trang bị dây đai điểm, số tổn thương giảm xuống đáng kể Tuy nhiên số cao so với tiêu chuẩn cho phép, nguy tử vong mức cao + Đối với hành khách: sử dụng dây đai điểm, thông số tổn thương phần ngực, đùi, đầu gối chân giảm xuống mức an toàn so với tiêu chuẩn Tuy nhiên phần đầu cổ lại bị chấn thương nặng so với trường hợp không trang bị dây đai Dẫn đến nguy gặp chấn thương vùng đầu, cổ nghiêm trọng khả tử vong cao 74 5.4 Mơ phân tích tổn thương va chạm có trang bị dây đai điểm cho hành khách Trong lần mô người lái hành khách trang bị dây đai điểm, đặc biệt người lái trang bị thêm túi khí vơ lăng phần ngực Kết mơ thể hình 5.12 bảng 5.4 Hình 5.12: Mơ hình xe va chạm trường hợp dùng dây đai điểm túi khí cho người lái Bảng 5.4: Đánh giá tổn thương người lái hành khách trường hợp 5.4 Chỉ số Đầu Cổ HIC36 Hành Tiêu khách chuẩn 1000 263 Hành khách 278 Hành khách 222 Hành khách 242 Người lái 152 gia tốc đầu (g) 80 67.33 68.17 59.13 62.77 56.17 + Fx (kN) - Fx (kN) Fz (kN) Moment uốn theo phương y (Nm) 3,1 3,1 3,3 0.14 1.15 1.16 0.14 0.84 1.21 0.17 1.06 1.04 0.16 0.84 1.18 0.59 0.38 0.72 57 55.49 54.96 58.22 64.47 54.23 75 Chỉ số Ngực Đầu gối đùi Chân Ép lồng ngực (mm) Vận tốc ép lồng ngực (m/s) Độ trượt khớp gối trái (mm) Lực nén xương đùi trái (kN) Độ trượt khớp gối phải (mm) Lực nén xương đùi phải (kN) Chỉ số xương ống đầu bên trái Chỉ số xương ống đầu bên trái Lực nén đầu xương ống trái (kN) Lực nén đầu xương ống trái (kN) Chỉ số xương ống đầu bên phải Chỉ số xương ống đầu bên phải Lực nén đầu xương ống phải (kN) Lực nén đầu xương ống phải (kN) Hành Tiêu khách chuẩn 50 35.9 Hành khách 34.3 Hành khách 34.4 Hành khách 32.6 Người lái 28.8 0.10 0.10 0.10 0.10 0.14 15 1.5 9.4 1.2 9.6 22.5 9,07 0.77 0.77 0.75 0.85 8.72 15 2.2 10.2 2.3 10.2 23.5 9,07 0.70 0.70 0.70 0.70 11.99 1,3 0.39 0.61 0.47 0.62 3.10 1,3 0.59 0.58 0.54 0.59 3.57 0.17 0.36 0.21 0.38 10.37 0.47 0.22 0.29 0.23 14.66 1,3 0.37 0.64 0.35 0.65 3.09 1,3 0.58 0.63 0.54 0.64 3.23 0.15 0.22 0.15 0.22 9.71 0.51 0.10 0.33 0.14 13.76 Trong trường hợp kết tổn thương hành khách giảm xuống đáng kể, đa phần tiêu nằm khoảng an toàn, nhiên người lái người chịu va chạm trước tiên, lượng chưa hấp thu, số tổn thương người lái nguy hiểm đến tính mạng 76 Chương KẾT LUẬN 6.1 Tổng kết Nghiên cứu hoàn thành mục tiêu đề Cụ thể, đề tài đạt kết sau: - Lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp để đánh giá khả an toàn hành khách xe xảy va chạm trực diện ECE R94, tiêu chuẩn khơng gian an tồn cho người lái hành khách ECE R66 - Xây dựng mơ hình xe khách 29/34 chỗ ngồi phần mềm MADYMO với khung đầu xe phần tử hữu hạn, phần lại dạng đa thể cứng - Mơ phân tích cải tiến kết cấu khung đầu xe đảm bảo khơng gian an tồn cho người lái hành khách theo tiêu chuẩn ECE R66 - Mô phân tích tổn thương hành khách người lái xe xảy va chạm trực diện Đề xuất phương án cải tiến đánh giá hiệu phương án việc giảm thiểu chấn thương cho hành khách người lái Lựa chọn phương án tối ưu phù hợp để đảm bảo an toàn cho người lái hành khách xe theo tiêu chuẩn ECE R94 Từ kết mô cho thấy sau cải tiến: thay đổi thông số thép phần kết cấu sát-xi đầu xe (từ mm lên mm), khung xương đầu xe (từ 1,7 mm lên mm), trang bị thêm dây đai an toàn điểm cho người lái hành khách, trang bị thên túi khí cho người lái Tổn thương người lái hành khách cải thiện rõ rệt, khả tử vong giảm thiểu Các thông số tổn thương lên người lái liên quan đến phần đầu ngực nằm khoảng giá trị an toàn mà tiêu chuẩn ECE R94 quy định 6.2 Hạn chế hướng phát triển đề tài: Việc nghiên cứu va chạm xe khách dẫn đến tổn thương người, vấn đề nghiên cứu rộng, liên quan đến nhiều ngành nghề nhiều hãng sản xuất 77 khác nhau, có nhiều liên quan thông số kết cấu hệ thống an toàn đặt loại xe khách Trong đề tài tập trung nghiên cứu nâng cao tính tổn thương người phương pháp mơ q trình xảy va chạm Tiến hành phân tích đưa phương án nhằm mục đích giảm thiểu nguy hại đến người Đề tài dừng lại mức mô phần mềm chuyên dụng kết chưa tiến hành thực nghiệm Thơng qua q trình mơ phân tích ta nhận thấy kết cấu khung xương đầu xe trang bị an toàn như: dây đai, túi khí ảnh hưởng lớn đến người lái hành khách Do để tăng tính an toàn người xảy va chạm, địi hỏi phải có đầu tư nhiều nữa, nghiên cứu tối ưu hóa, sau tiến hành thực nghiệm để áp dụng vào thực tế sản xuất Do thời gian, kiến thức tốc độ tính tốn máy tính có hạn nên mơ hình tính tốn xây dựng phần tử hữu hạn cho đầu xe, phần lại xe xây dựng đa thể cứng Vì xảy va chạm, có đầu xe bị biến dạng, dẫn đến kết q trình mơ chưa thể biến dạng phía sau xe Bên cạnh đó, đề tài dừng lại việc nghiên cứu tổn thương người xe xảy va chạm trực diện Trong tương lai đề xuất nhà nghiên cứu tiến hành thực thử nghiệm tổn thương hành khách cho trường hợp sau: - Trường hợp va chạm với xe khác ngược chiều - Va chạm trực diện 40% - Va chạm lật nghiêng - Trường hợp va chạm bên hông 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng an tồn kỹ thuật bảo vệ mơi trường xe khách thành phố [2] TS Nguyễn Thành Tâm, “Thiết kế tối ưu kết cấu khung xương sát-xi ô tô khách” [3] TS Nguyễn Văn Sỹ, “Thiết kế cải tiến khả hất thụ lượng khung trước ô tô” [4] GVC.MSc Đặng Quý, “Nghiên cứu tính tốn động lực học va chạm tơ, biện pháp giảm tổn thất va chạm” [5] Ths Đỗ Huyền Trang, “Nghiên cứu, thiết kế tính an tồn kết cấu ô tô khách xảy va chạm trực diện” [6] Nghiên cứu thiết kế cải tiến tính hấp thụ lượng va chạm trực diện xe khách [7] Matthew L Brumbelow, David S Zuby - Insurance Institute for Highway Safety United States, 2009, “Impact and injury patterns in frontal crashes of vehicles with good ratings for frontal crash protection” [8] Muhammad Aamir Hassan - University of Engineering and technology Karachi, Pakistan, “Comparison of structural damage and occupant injuries corresponding to a vehicle collision onto a pole versus a flat barrier” [9] Virgil Popa, Horia Beles - Transilvania University of Brasov, University of Oradea, Romania, “Study of Vehicle adaptive structure for frontal collisions” [10] Senthil Kumar - Volvo Group Trucks Technology, “Rollover Analysis of Bus Body Structure as Per AIS 031/ECE R66” [11] Cao Libo, Nguyễn Thành Tâm, Huang Xingang, Pang Jiniun,2011, “Study on Bus Rollover Crashworthiness Based on Tube Filling Method” 79 NGHIÊN CỨU TÍNH AN TOÀN CON NGƯỜI NGỒI TRONG XE KHÁCH 29/34 CHỖ SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN RESEARCH THE SAFETY FOR PEOPLE SITTING IN 29/34 SEATS PASSENGER CARS MANUFACTURE IN VIET NAM WHEN FRONTAL COLLISION OCCURS Nguyễn Thành Tâm1, Nguyễn Văn Khôi2 Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM, 2Cơng Ty TNHH Ơ tơ Isuzu Việt Nam TÓM TẮT Ứng dụng phần mềm HYPERMESH MADYMO để xây dựng mơ hình xe khách, mơ tổn thương cho hành khách ngồi xe xảy va chạm trực diện Căn vào kết mô tiêu chuẩn ECE 94, ECE R66 để đánh giá tổn thương đến người lái hành khách ngồi xe mà nguyên nhân xe chưa trang bị hệ thống an toàn, hệ thống khung xe chưa hấp thụ tốt va chạm Từ tiến hành đề xuất trang bị thêm hệ thống hỗ trợ an tồn như: dây đai an tồn, túi khí, nhằm hạn chế thương vong cho người ngồi xe Từ khoá: va chạm trực diện; kết cấu xe ô tô khách; mô va chạm trực diện ABSTRACT Application the HYPERMESH and MADYMO software to build a passenger car model, simulate the injuries to passengers sitting in the car when a frontal collision occurs By the simulation results & ECE R94, ECE R66 according to European standards it is possible to assess the injure to the driver and the passengers in the car, which reason is that the car is not equipped with safety systems, the chassis system cannot adapt the collision well From the research, author would like to propose to equip more safety support systems such as seat belts, airbags, to minimize the injury to people in the car Key words: frontal collisions; Structure passenger cars; simulation of frontal collisions Đặt vấn đề: Trong trình hội nhập phát triển, số lượng xe khách tăng đáng kể đáp đáp ứng nhu cầu lại người dân, nhiên hạ tầng giao thông lại chưa phát triển cách đồng với việc gia tăng nhanh chóng phương tiện, nguyên nhân gây tai nạn giao thông thương vong cho người tham gia giao thơng Vì vậy, với mục tiêu giảm thiểu lực va chạm tác động lên người lái, hành khách nghiên cứu tính an tồn người ngồi xe khách xảy va chạm trực diện cần thiết Bộ GTVT QCQG năm 2015 ban hành, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng an tồn kỹ thuật bảo vệ mơi trường xe khách thành phố” [1] Đây văn quy phạm pháp luật quy định tiêu chuẩn thiết kế an toàn cho loại xe khách thành phố từ 17 chỗ trở lên, nhiên tiêu chuẩn quy định diện tích cửa, sàn, lối đi, khoang dành cho người lái, hành khách, khoảng cách ghế mà chưa có quy định cụ thể việc trang bị hệ thống an toàn dây đai hay túi khí, Tác giả Nguyễn Thành Tâm, năm 2015 nghiên cứu “Thiết kế tối ưu kết cấu khung xương sát-xi ô tô khách” [2] Với nghiên cứu tác giả tính toán, thiết kế nhằm giảm trọng lượng tăng độ cứng kết cấu khung gầm ô tô khách Kết cho thấy ứng suất biến dạng kết cấu thoả mãn điều kiện bền, trọng lượng khung xương sát-xi giảm 11,4% so với ban đầu, nhiên nghiên cứu chưa có nghiên cứu để cải tiến kết cấu phần đầu ô tô khách Tác giả Đỗ Huyền Trang, năm 2015 “Nghiên cứu, thiết kế tính an tồn kết cấu tơ khách xảy va chạm trực diện” [3] Tác giả nghiên cứu mô khung xe bị biến dạng xảy va chạm trực diện, sau đề xuất cải tiến khung xe nhằm cải thiện an toàn cho hành khách Tác giả Đặng Q, “Nghiên cứu tính tốn động lực học va chạm ô tô, biện pháp giảm tổn thất va chạm” [4] Nghiên cứu đưa tính tốn động học động lực học ô tô xảy va chạm, từ kết tính tốn tác giả đề xuất phương án cải tiến kết cấu khung xe thân xe, từ giảm tổn thương xảy cho hành khách vật chất xảy va chạm Tác giả Virgil Popa cộng sự, năm 2011 “Nghiên cứu cấu trúc phù hợp cho xe xảy va chạm trực diện” [5] Tác giả để giảm thiểu tổn thương cho người ngồi xe kết cấu phần đầu xe quan trọng Kết đề xuất cải tiến kết cấu phần đầu xe liên kết chéo nhằm hấp thụ lượng xảy va chạm Tác giả Matthew L Brumbelow cộng sự, năm 2009 nghiên cứu, “Tác động tổn thương cho người xảy va chạm trực diện xe xếp hạng an toàn cao” [6] Tác giả nghiên cứu mô tổn hại cho người ngồi bên xe xếp hạng an toàn cao xảy va chạm trực diện từ phía trước xét theo tiêu chuẩn an toàn Hoa Kỳ (NHTSH), phép thử thực cho xe chạy tốc độ 56 km/h, 64 km/h va chạm trực diện 40% diện tích xe vào rào cản, kết thu từ phép thử đánh giá có tổn hại đến khơng gian hành khách hay khơng, từ đưa kiến nghị cho kết cấu hệ thống giúp giảm thiểu biến dạng Nghiên cứu này, sử dụng phần mềm HYPERMESH MADYMO để xây dựng mơ hình xe khách, mơ tổn thương cho hành khách ngồi xe xảy va chạm trực diện theo tiêu chuẩn Châu Âu Kết mơ đánh giá tổn thương đến người lái hành khách ngồi xe mà nguyên nhân xe chưa trang bị hệ thống an toàn, hệ thống khung xe chưa hấp thụ tốt va chạm Từ tiến hành đề xuất trang bị thêm hệ thống hỗ trợ an toàn như: dây đai an tồn, túi khí, nhằm hạn chế thương vong cho người ngồi xe Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn cho mơ tổn thương Phần mềm HYPERMESH dùng để chia lưới phần tử hữu hạn cho mơ hình, đặt điều kiện biên lên mơ hình để từ tính tốn phân tích sản phẩm Hiện nay, HYPERMESH ứng dụng chia lưới tốt giới với giao diện trực quan, cách chia chỉnh sửa lưới phần tử dễ dàng Điều giúp cho người dùng nhanh chóng tạo dựng mơ hình tính tốn với chất lượng chia lưới tốt, giúp kết tính tốn xác Từ kích thước xe thực tế, ta tiến hành hiệu chỉnh lại khung xe khách 29/34 chỗ HYPERMESH cho phù hợp thơng số kích thước thực tế xe Hình 2.1: Mơ hình xe khách Samco 29/34 chỗ ngồi chỉnh sửa kích thước Từ mơ hình tổng thành xe tiến hành lọc thành mảng riêng biệt: khung gầm, hông bên trái, phải, đầu xe, xe, xe cách xóa phận khác chừa lại phận có liên quan mảng mong muốn Mơ hình mảng khung gầm sàn gồm liên kết theo hình dạng bên toàn khung xe, mảng khung gầm sàn đóng vai trị xương sống xe, gồm nhiều có tiết diện lớn dày so với mảng khác Hình 2.2: Mơ hình phận thuộc mảng khung gầm Hình 2.3: Mơ hình mảng lại tách riêng biệt Phân tích kết mơ cải tiến an tồn 3.1 Thử nghiệm kết cấu đầu xe: Từ mơ hình đầu xe nguyên bản, thép khung đầu xe có độ dày 1.7 mm, thép phần sát-xi có độ dày mm, với thông số vật liệu Bảng 3.1 Modul Hệ số đàn hồi Poisson (MPa) Giới hạn bền chảy (MPa) Ứng suất cho phép Thép khung đầu xe 196000 0.28 382 318 Thép sát-xi 196000 0.27 470 391 Khi tiến hành mô va chạm trực diện vận tốc 51 km/h, phần khơng gian an tồn đầu xe bị xâm phạm nghiêm trọng hình 3.1, có khả gây nguy hiểm đến tính mạng người lái Trong lần mơ mơ hình chưa có người nộm mục đích xem xét đến việc xâm phạm khơng gian an tồn Hình 3.1: Phần khơng gian an tồn bị xâm phạm với góc nhìn cạnh Với loại thép dùng làm sát-xi độ dày mm, khung đầu xe 1,7 mm, đầu xe bị biến dạng nghiêm trọng, xâm nhập khơng gian an tồn Tiến hành thử nghiệm tăng độ dày thép sát-xi lên mm, khung xương đầu xe tăng lên mm, kết cho thấy khơng gian an tồn phần đầu xe cải thiện đáng kể Do tiếp tục sử dụng hệ thống để thực mô Bảng 3.1: Thông số vật liệu loại thép sát-xi thép khung đầu xe Hình 3.2: Khơng gian an tồn cải thiện với sát-xi đầu xe dày mm 3.2 Mơ phân tích tổn thương va chạm khơng có hệ thống an tồn: đai điểm, kết mơ thể hình 3.6 bảng 3.3 Mô này, người lái hành khách không trang bị hệ thống an tồn khơng sử dụng, thứ tự ghế ngồi người lái hành khách xếp hình 3.3 Hình 3.6: Mơ hình xe có trang bị dây đai an toàn va chạm Bảng 3.3: Đánh giá tổn thương người lái hành khách trường hợp 3.3 Hình 3.4: Vị trí ghế ngồi người lái hành khách Hình 3.5: Mơ hình xe va chạm Kết phân tích tổn thương cho thấy bảng 3.2, hành khách người lái bị đa chấn thương Hầu hết số tổn thương hành khách người lái gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn, đặc biệt chấn thương nghiêm trọng vùng đầu, cổ, ngực Bảng 3.2: Đánh giá tổn thương người lái hành khách trường hợp 3.2 + Đối với người lái: Khi người lái trang bị dây đai điểm, số tổn thương giảm xuống đáng kể Tuy nhiên vài số cao so với tiêu chuẩn, nguy tử vong mức cao + Đối với hành khách: sử dụng dây đai điểm, thông số tổn thương phần cổ, ngực, giảm xuống mức an toàn so với tiêu chuẩn Tuy nhiên phần đầu cổ lại bị chấn thương nặng so với trường hợp không trang bị dây đai Dẫn đến nguy gặp chấn thương vùng đầu, cổ nghiêm trọng khả tử vong cao 3.4 Mơ phân tích tổn thương va chạm có trang bị dây đai an tồn túi khí 3.3 Mơ phân tích tổn thương va chạm có trang bị dây đai an tồn: Mơ này, người lái trang bị dây đai điểm, hành khách trang bị dây Mô người lái hành khách trang bị dây đai điểm, đặc biệt người lái trang bị túi khí vơ lăng phần ngực Kết mô thể hình 3.7 bảng 3.4 phần tiêu nằm khoảng an toàn, nhiên người lái người chịu va chạm trước tiên, lượng chưa hấp thu, số tổn thương người lái nguy hiểm đến tính mạng Hình 3.7: Mơ hình xe có trang bị dây đai an tồn túi khí va chạm Bảng 3.4: Đánh giá tổn thương người lái hành khách trường hợp 3.4 Kết luận Nghiên cứu hoàn thành mục tiêu đề ra, kết mô cho thấy sau cải tiến: thay đổi thông số thép phần kết cấu sátxi đầu xe (từ mm lên mm), khung xương đầu xe (từ 1,7 mm lên mm), trang bị thêm dây đai an toàn điểm cho người lái hành khách, trang bị thên túi khí cho người lái Tổn thương người lái hành khách cải thiện rõ rệt, khả tử vong giảm thiểu Các thông số tổn thương phần đầu ngực nằm khoảng giá trị an toàn mà tiêu chuẩn ECE R94 quy định Trong trường hợp kết tổn thương hành khách giảm xuống đáng kể, đa TÀI LIỆU THAM KHẢO [12] [13] [14] [15] [16] [17] Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng an tồn kỹ thuật bảo vệ mơi trường xe khách thành phố TS Nguyễn Thành Tâm, “Thiết kế tối ưu kết cấu khung xương sát-xi ô tô khách” Ths Đỗ Huyền Trang, “Nghiên cứu, thiết kế tính an tồn kết cấu tơ khách xảy va chạm trực diện” GVC.MSc Đặng Quý, “Nghiên cứu tính tốn động lực học va chạm tơ, biện pháp giảm tổn thất va chạm” Virgil Popa, Horia Beles - Transilvania University of Brasov, University of Oradea, Romania, “Study of Vehicle adaptive structure for frontal collisions” Matthew L Brumbelow, David S Zuby - Insurance Institute for Highway Safety United States, 2009, “Impact and injury patterns in frontal crashes of vehicles with good ratings for frontal crash protection” Tác giả chịu trách nhiệm viết: Họ tên: NGUYỄN VĂN KHƠI Đơn vị: Cơng ty TNHH Ơ tơ Isuzu Việt Nam Điện thoại: 0934105123 Email: vkhoi@isuzu-vietnam.com GVHD TS NGUYỄN THÀNH TÂM ... nghiên cứu mô thiết kế khung xương xe khách 29/ 34 chỗ sản xuất Công ty SAMCO xảy va chạm trực diện để đánh giá tính an tồn cho người ngồi xe khách, từ đề xuất trang bị thêm thiết bị nhằm nâng cao tính. .. nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu đề tài dựa mơ hình khung xương xe ô tô khách 29/ 34 chỗ ngồi sản xuất Việt Nam Cơng ty SAMCO Hình 1.2: Hình ảnh xe khách 29/ 34 chỗ SAMCO sản xuất Viêt Nam - Trong. .. i DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Va chạm xe khách xe cứu hoả Hình 1.2: Hình ảnh xe khách 29/ 34 chỗ SAMCO sản xuất Viêt Nam Hình 1.3: Mơ hình người nộm MADYMO 50th Hình 2.1: Thử nghiệm va chạm