(Luận văn thạc sĩ) 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN KHƠI NGHIÊN CỨU TÍNH AN TỒN CON NGƯỜI NGỒI TRONG XE KHÁCH 29/34 CHỖ SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 SKC006693 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN KHƠI NGHIÊN CỨU TÍNH AN TỒN CON NGƯỜI NGỒI TRONG XE KHÁCH 29/34 CHỖ SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 Tp Hồ Chí Minh, tháng 5/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN KHƠI 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 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THÀNH TÂM TP Hồ Chí Minh, tháng 5/2020 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN VĂN KHƠI Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19/08/1980 Nơi sinh: Tp HCM Quê quán: Thái Bình Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 1168 Lê Đức Thọ, P13, Gò vấp, Tp.HCM Điện thoại quan: 028-8959203 Điện thoại nhà riêng: 0934105123 Fax: E-mail: vkhoi@isuzu-vietnam.com II Q TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 1998 đến 2003 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ Khí Động Lực Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết Kế Giáo Trình Điện Tử Mơn Học Điện Động Cơ Đốt Trong Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Trường SPKT Tp HCM Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN VĂN THÌNH III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2004 – Đến + 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 75 Chỉ số Ngực Đầu gối đùi Chân 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 - Mơ 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 ln nằm khoảng giá trị an tồn 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 thơng 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 Thông qua q trình mơ phân tích ta nhận thấy kết cấu khung xương đầu xe trang bị an tồn như: dây đai, túi khí ảnh hưởng lớn đến người lái hành khách Do để tăng tính an tồn 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 tô, biện pháp giảm tổn thất va chạm” [5] Ths Đỗ Huyền Trang, “Nghiên cứu, thiết kế tính an tồn kết cấu tơ khách xảy va chạm trực diện” [6] Nghiên cứu thiết kế cải tiến tính hấp thụ lượng va chạm trực diện xe khách [7] Safety Matthew L Brumbelow, David S Zuby - Insurance Institute for Highway 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 TỒN 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 Tâm , Nguyễn Văn Khôi Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM, Cơng Ty TNHH Ơ tơ Isuzu Việt Nam TĨM 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 toàn 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 khoảng cách ghế mà chưa có quy định cụ thể việc trang bị hệ thống an toàn toàn 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, 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 tốn, 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 ô tô 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 tơ xảy va chạm, từ kết tính toán 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 tồn Hoa Kỳ (NHTSH), phép thử thực cho xe 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 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, mô 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 tồn 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 mô 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 phận có liên quan mảng mong muốn Mơ hình mảng khung gầm sàn gồm liên kết theo hình dạng bên tồn khung xe, mảng khung gầm sàn đóng vai trò xương sống xe, gồm nhiều có tiết diện lớn dày so với mảng khác Hình 2.2: Mơ hình phận thuộc mảng khung gầm Thép khung đầu xe Thép sát-xi Hình 2.3: Mơ hình mảng cịn lại tách riêng biệt Phân tích kết mơ cải tiến an tồn Khi tiến hành mơ va chạm trực diện vận tốc 51 km/h, phần không gian an toàn 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 3.1 Thử nghiệm kết cấu đầu xe: Từ mơ hình đầu xe ngun bản, thép khung đầu xe có độ dày 1.7 mm, thép phần sát-xi có độ dày mm, với thơng số vật liệu Bảng 3.1 Bảng 3.1: Thông số vật liệu loại thép sát-xi thép khung đầu xe 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 không gian an toàn Tiến hành thử nghiệm tăng độ dày thép sát-xi lên mm, khung xương đầu xe tăng lên mm, kết cho thấy không gian an toàn phần đầu xe cải thiện đáng kể Do tiếp tục sử dụng hệ thống để thực mơ Hình 3.2: Khơng gian an toàn 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 mô thể hình 3.6 bảng 3.3 Mơ 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 tồn 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 Mô 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 mơ thể hình 3.7 bảng 3.4 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 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 Kết luận Trong trường hợp kết tổn thương hành khách giảm xuống đáng kể, đa TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 ln nằm khoảng giá trị an tồn mà tiêu chuẩn ECE R94 quy định [12] Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng an toàn kỹ thuật bảo vệ môi trường xe khách thành phố [13] TS Nguyễn Thành Tâm, “Thiết kế tối ưu kết cấu khung xương sát-xi ô tô khách” [14] Ths Đỗ Huyền Trang, “Nghiên cứu, thiết kế tính an tồn kết cấu tơ khách xảy va chạm trực diện” [15] GVC.MSc Đặng Quý, “Nghiên cứu tính tốn động lực học va chạm tơ, biện pháp giảm tổn thất va chạm” [16] Virgil Popa, Horia Beles - Transilvania University of Brasov, University of Oradea, Romania, “Study of Vehicle adaptive structure for frontal collisions” [17] 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 tô Isuzu Việt Nam Điện thoại: 0934105123 Email: vkhoi@isuzu-vietnam.com GVHD TS NGUYỄN THÀNH TÂM ... THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN KHƠI NGHIÊN CỨU TÍNH AN TỒN CON NGƯỜI NGỒI TRONG XE KHÁCH 29/ 34 CHỖ SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ... THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN KHƠI NGHIÊN CỨU TÍNH AN TỒN CON NGƯỜI NGỒI TRONG XE KHÁCH 29/ 34 CHỖ SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ... 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 an tồn cho hành khách